Анализ электронных средств обучения

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 

Глава I

1.1 Анализ электронных средств обучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Существующие электронные средства учебного назначения . . . . . . . . . . . 5 

Глава II

2.1  Случайные события, случайные величины…………………………………9

             Случайные события, их вероятность

             Понятие случайной величины

             Дискретные случайные величины

             Функция распределения вероятностей случайной величины и ее            

             свойства

             Непрерывные случайные величины

2.2  Математическое ожидание дискретной случайной величины…………...17

             Определение математического ожидания

             Свойства математического ожидания

             Дисперсия

             Математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое     

             отклонение непрерывной случайной величины

2.3 Описание редактора  для создания ЭСО……………………………………24 

Источники………………………………………………………………………..26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

  В образовательных учреждениях, где  разрабатываются и осваиваются  инновационные процессы, широко используются новые технические и педагогические возможности и средства, позволяющие реализовать любые новые технологии обучения и новое содержание педагогического процесса. Эти процессы определяют тяготение руководителей и преподавателей к формированию и использованию новых технологий обучения, к педагогическому эксперименту.

  Образовательные учреждения, работающие в экспериментальном  режиме, в качестве основной целевой  функции имеют развитие индивидуальности ученика, его способностей ориентироваться  в современном информационном обществе, обеспечение конкурентоспособности на современном рынке труда. К примеру, сегодня уже 60% предложений о работе требуют минимальных компьютерных знаний, и этот процент будет только возрастать. Но подготовка молодежи к будущему заключается не только в плане «готовности работать». Учащиеся должны освоить новые жизненно необходимые навыки в связи с тем, что современные технологии все глубже проникают в их жизнь.

  Одним из направлений, реализующим эту  цель, является определение и формализация ключевых вопросов в применении информационных технологий в учебно-воспитательном процессе.

  Информатизация  образовательного процесса представляется как комплекс мероприятий, связанных  с насыщением образовательной системы информационными средствами, информационными технологиями и информационной продукцией.

  С точки зрения учебного процесса внедрение  информационных технологий привело  к тому, что информационная среда  образовательной системы представляет собой многоуровневую систему представления  информации на различных носителях  и в различных знаковых системах, среди которых находятся и традиционные и инновационные технологии.

  Владение  навыками работы с электронными средствами обучения (ЭCО) – настоятельная потребность для современного учителя. Учитель может не только воспользоваться предлагаемыми средствами, но и должен уметь оценить их качество, выбрать наиболее подходящее для достижения поставленных целей с учетом возраста учащихся и т.д. Наилучший вариант получить необходимые для этого навыки – разработать собственное ЭСО.

  Цель  работы: создание электронного средства обучения.

  Для начала необходимо познакомиться на практике с принципами организации программных (электронных) средств обучения, с предъявляемыми к изданиям подобного рода требованиям и возможностями разработчиков. 
 
 

  Глава I 

  1.1 Анализ электронных средств обучения 

  Нужно заметить, что до сих пор не существует четкого определения электронного учебника, равно как и нет общепринятого  названия для компьютерных обучающих  систем. В литературе встречаются  самые разнообразные варианты названия и соответствующие им определения.

  Т. С. Буторин дает следующее определение: "Электронный учебник представляет собой сложный объект дидактического проектирования с использованием новых  информационно-педагогических технологий".

  И. А. Калинин определяет электронное средство обучения как программное средство, содержащее некоторый материал по учебной теме или курсу и средства для проверки его усвоения. При этом изначально предполагается, что средство будет использоваться либо как дополнение к существующему учебнику (и проводимому обучению), либо выполняет задачи “репетитора”.

  Таким образом, электронный обучающий продукт – это обучающая программная система комплексного назначения, которая обеспечивает непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения, предоставляет теоретический материал, обеспечивает тренировочную учебную деятельность, осуществляет контроль уровня знаний, а также обеспечивает информационно-поисковую деятельность, математическое и имитационное моделирование с компьютерной визуализацией, сервисные услуги при условии интерактивной обратной связи.

  В основе учебных пособий часто  лежит методика программированного обучения, что налагает определённые требования на структуру и методику обучения с использованием этих средств. С технической точки зрения, такие учебные средства часто имеют характер презентаций и строятся как наборы слайдов.

  Такой подход не отвечает традиционному понятию  учебника — основного средства обучения. В нём из поля зрения пользователя практически полностью выпадают возможности, касающиеся поиска и анализа информации, не формируются навыки самостоятельной исследовательской работы, затруднена возможность варьирования содержания обучения. Построенные таким образом средства тяжело вносить в учебный процесс.

  Несмотря  на неоспоримые достоинства, применение электронных обучающих средств не лишено определенных недостатков. В их числе недостатки, вызванные специфическими особенностями работы с информацией на электронных носителях (чтение с экрана менее удобно, чем с листа бумаги, вызывает повышенную утомляемость органов зрения, требует наличия соответствующих технических средств и т.д.). Гораздо более существенны недостатки, вызванные погрешностями в написании электронных учебников. Это выражается в отсутствии:

  - учета психолого-педагогических требований;

  - адресности (учета индивидуальных  особенностей обучающегося, состояния  его здоровья (например, инвалидности), профессиональной направленности  в обучении и т.д.);

  - унификации в использовании терминологии  и обозначений;

  - междисциплинарных связей и недостаточной преемственности материала;

  - единого подхода к подбору  иллюстративного материала.

  Такая ситуация возникла вследствие того, что  процесс интенсивного создания электронных  учебников начался сравнительно недавно, и во многом он протекает стихийно, поэтому в коллектив разработчиков программных продуктов учебного назначения не всегда входят специалисты в области педагогики и психологии, эргономики, медицины и т.д.

  Для устранения этих недостатков предлагается другой подход к построению электронных учебников, основанный на понимании электронного учебника как открытой информационной системы. При этом подходе основу учебника составляет собственно информационное наполнение.

  На  этапах разработки и внедрения обучающей  программы возникает вопрос о  целесообразности применения этого средства обучения, а, следовательно, необходимость выявления преимуществ компьютерных обучающих технологий перед традиционными средствами обучения, которые успели зарекомендовать себя с лучшей стороны за долгие годы использования.

  Традиционные  способы обучения, такие как чтение научной литературы, прослушивание  лекций, посещение семинаров, просмотр учебных видеофильмов, издавна зарекомендовали  себя как эффективные средства получения  знаний, на которых выросло не одно поколение школьников и студентов. Каждое из перечисленных средств имеет ряд недостатков:

  - информация представляется, как  правило, только в одной форме,  а отсюда – недостаточная иллюстративность  классических учебников или, в  случае видео- и аудиокассет,  необходимость использования дополнительных носителей информации в виде пояснительных брошюр;

  - поиск информации в любом из  перечисленных видов обучения  – длительный и трудоемкий  процесс;

  - отсутствие эффективных способов  проверки знаний обучающегося  приводит к тому, что контроль над процессом усвоения материала может осуществляться только преподавателем.

  Объединить  все лучшее, что существует в традиционных способах обучения и устранить отмеченные недостатки можно, используя возможности  электронной формы представления информации.

  Таким образом, обучающие программы обладают следующими основными преимуществами:

  - интерактивность, бесценная для  образовательного процесса, позволяющая  без усилий выполнять рутинные  операции (поиск, вычисления) и индивидуализировать  получение и усвоение информации;

  - долговременная актуальность. Электронные  издания практически вечны: основные  затраты приходятся на разработку  первой версии, а текущие изменения,  дополнения требуют сравнительно малых затрат.

  Использование средств информационных технологий в системе подготовки учащихся приводит к обогащению педагогической и организационной деятельности образовательных учреждений следующими значимыми возможностями:

   - совершенствования методов и технологий отбора и формирования содержания образования;

   - введения и развития новых специализированных учебных дисциплин и направлений обучения, связанных с информатикой и информационными технологиями;

   - внесения изменений в обучение большинству традиционных дисциплин, напрямую не связанных с информатикой;

   - повышения эффективности обучения за счет повышения уровня его индивидуализации и дифференциации, использования дополнительных мотивационных рычагов;

   - организации новых форм взаимодействия в процессе обучения и изменения содержания и характера деятельности обучающего и обучаемого;

   - совершенствования механизмов управления системой образования.

  Изучив  различные средства обучения, можно  сказать, что электронные средства обучения значительно превосходят  традиционные средства по возможностям поиска и навигации, а также по наглядности, в то время как контроль знаний и обратная связь с преподавателем оставляют желать лучшего, представляя обширную область для дальнейших исследований и разработок. 

  1.2 Существующие электронные средства учебного назначения 

      Основными видами компьютерных  средств учебного назначения, которые  могут рассматриваться как компоненты  ЭСО или ОЭИ, являются:

   - сервисные программные средства общего назначения,

   - программные средства для контроля и измерения уровня знаний, умений и навыков обучающихся,

   - электронные тренажеры,

   - программные средства для математического и имитационного моделирования,

   - программные средства лабораторий удаленного доступа и виртуальных лабораторий,

   - информационно-поисковые справочные системы,

   - автоматизированные обучающие системы (АОС),

   - электронные учебники (ЭУ),

   - экспертные обучающие системы (ЭОС),

   - интеллектуальные обучающие системы (ИОС),

   - средства автоматизации профессиональной деятельности (промышленные системы или их учебные аналоги).  

  Сервисные программные средства общего назначения применяются для автоматизации рутинных вычислений, оформления учебной документации, обработки данных экспериментальных исследований. Они могут быть использованы при проведении лабораторных, практических занятий, при организации самостоятельной и проектной работы школьников.

       Программные средства  для контроля и  измерения уровня  знаний обучающихся нашли наиболее широкое применение ввиду относительной легкости их создания. Существует целый ряд инструментальных систем-оболочек, с помощью которых преподаватель, даже не знакомый с основами программирования, в состоянии скомпоновать перечни вопросов и возможных ответов по той или иной учебной теме. Как правило, задачей обучаемого является выбор одного правильного ответа из ряда предлагаемых ответов. Такие программы позволяют разгрузить учителя от рутинной работы по выдаче индивидуальных контрольных заданий и проверке правильности их выполнения, что особенно актуально в условиях массового образования. Появляется возможность многократного и более частого контроля знаний, в том числе и самоконтроля, что стимулирует повторение и, соответственно, закрепление учебного материала.

       Электронные тренажеры предназначены для отработки практических умений и навыков. Такие средства особенно эффективны для обучения действиям в условиях сложных и даже чрезвычайных ситуаций при отработке противоаварийных действий. Использование реальных установок для тренировок нежелательно по целому ряду причин (перерывы в электроснабжении, возможность создания аварийных ситуаций, повышенная опасность и т.п.). Кроме этого, электронные тренажеры используются для отработки умений и навыков решения задач. В этом случае они обеспечивают получение краткой информации по теории, тренировку на различных уровнях самостоятельности, контроль и самоконтроль.

       Программные средства  для математического  и имитационного  моделирования позволяют расширить границы экспериментальных и теоретических исследований, дополнить физический эксперимент вычислительным экспериментом. В одних случаях моделируются объекты исследования, в других - измерительные установки. Такие средства позволяют сократить затраты на приобретение дорогостоящего лабораторного оборудования, снижается уровень безопасности работ в учебных лабораториях. К моделирующим программным средствам можно также отнести предметно-ориентированные программные среды, обеспечивающие возможность оперирования моделями-объектами определенного класса.

       Информационно-поисковые справочные программные системы предназначены для ввода, хранения и предъявления педагогам и обучаемым разнообразной информации. К числу подобных систем могут быть отнесены различные гипертекстовые и гипермедиа программы, обеспечивающие иерархическую организацию материала и быстрый поиск информации по тем или иным признакам. Большое распространение получили также всевозможные базы данных. Системы управления базами данных обеспечивают возможность поиска и сортировки информации. Базы данных могут использоваться в учебном процессе для организации предъявления содержания учебного материала и его анализа. Учебные базы данных рекомендуются для самостоятельной работы учащихся с целью поиска и анализа необходимой информации.

       Автоматизированные обучающие системы (АОС), как правило, представляют собой обучающие программы сравнительно небольшого объема, обеспечивающие знакомство учащихся с теоретическим материалом, тренировку и контроль уровня знаний.

       Электронные учебники (ЭУ) являются основными электронными средствами обучения. Такие учебники создаются на высоком научном и методическом уровне и должны полностью соответствовать составляющей дисциплины образовательного стандарта специальностей и направлений, определяемой дидактическими единицами стандарта и программой. Кроме этого, ЭУ должны обеспечивать непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения при условии осуществления интерактивной обратной связи. Одним из основных свойств ЭУ, является то, что его редукция к "бумажному" варианту (распечатка содержания ЭУ) всегда приводит к потере специфических дидактических свойств, присущих ЭУ.

       Экспертные обучающие системы (ЭОС) реализуются на базе идей и технологий искусственного интеллекта. Такие системы моделируют деятельность экспертов при решении достаточно сложных задач. ЭОС способны приобретать новые знания, обеспечивать ответ на запрос обучаемого и решение задач из определенной предметной области. При этом ЭОС обеспечивает пояснение стратегии и тактики решения задач в ходе диалоговой поддержки процесса решения. К сожалению, при работе с ЭОС не реализуются такие звенья дидактического цикла процесса обучения, как организация применения учащимися полученных первичных знаний и получение обратной связи (контроль действий учащихся). При работе с ЭОС обучаемым не приходится самим искать решение, соответственно, не реализуется и такое звено дидактического цикла, как получение обратной связи.

       Интеллектуальные обучающие системы (ИОС) относятся к системам наиболее высокого уровня и также реализуются на базе идей искусственного интеллекта. ИОС могут осуществлять управление на всех этапах решения учебной задачи, начиная от ее постановки и поиска принципа решения и кончая оценкой оптимальности решения, с учетом особенностей деятельности обучаемых. Такие системы обеспечивают диалоговое взаимодействие, как правило, на языке, близком к естественному. При этом в ходе диалога могут обсуждаться не только правильность тех или иных действий, но и стратегия поиска решения, планирования действий, приемы контроля и т.д. В ИОС на основе модели обучаемого (уточняемой в ходе учебного процесса) осуществляется рефлексивное управление обучением. Многие ИОС могут совершенствовать стратегию обучения по мере накопления данных. Отличительным признаком ИОС является то, что они не содержат основных и вспомогательных обучающих воздействий в готовом виде, а генерируют их.

       Включение в состав ЭСО сервисных средств, а также необходимость изучения в рамках настоящего Интернет-издания различных инструментальных сред, редакторов, конструкторов и других аналогичных средств образовательного назначения наравне с ЭСО делает целесообразным одновременное рассмотрение электронных средств обучения, образовательных электронных изданий и образовательных электронных ресурсов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Глава II 

1. Случайные события, случайные  величины

Случайные события, их вероятность

Теория  вероятности - это раздел математики изучающий закономерности массовых случайных событий.

     Случайным называется событие, наступление которого нельзя гарантировать. Случайность того или иного события определяется множеством причин, которые существуют объективно, но учесть их все, а также степень их влияния на изучаемое событие, невозможно. К таким случайным событиям относятся: выпадение того или иного числа при бросании игральной кости, выигрыш в лотереи, количество больных записавшихся на приём к врачу и т.п.

     И хотя в каждом конкретном  случае трудно предсказать исход  испытания, при достаточно большом  числе наблюдений можно установить  наличие некоторой закономерности. Подбрасывая монетку можно установить, что число выпадения орла и решки примерно одинаково, а при бросании игральной кости, различные грани, также появляются, примерно одинаково. Это говорит о том, что случайным явлениям присущи свои закономерности, но они проявляются лишь при большом количестве испытаний. Правильность этого подтверждает закон больших чисел, который лежит в основе теории вероятностей.

     Испытанием называется совокупность условий, при котором может произойти данное случайное событие.

     Событие-это факт, который при осуществлении определённых условий может произойти или нет. События обозначают  большими буквами латинского алфавита А, В, С...

Например, событие А - рождение мальчика, событие В-выигрыш в лотерее, событие С - выпадение цифра 4 при бросании игральной кости.

     События бывают достоверные, невозможные и случайные.

     Достоверные события - это события, которые в результате испытания непременно должны произойти.

Например, если на игральной кости на всех 6 гранях нанести цифру 1, при бросании кости, есть событие достоверное.

     Невозможные события - это события, которые в результате испытаний не могут произойти.

Например, в ранее рассмотренном примере - это выпадение любой цифры, кроме 1, кубик станет на ребро.

     Случайные события - события, которые при испытаниях могут произойти или не могут произойти. Те или иные события реализуются с различной возможностью.

Например, завтра днём ожидается дождь. В этом примере наступление дня является испытанием, а выпадение дождя — случайное событие.

     Сложным событием называется произвольное подмножество пространства элементарных событий.

     Сложное событие в результате  испытания наступает тогда и  только тогда, когда в результате  испытаний произошло элементарное  событие, принадлежащее сложному.

Таким образом, если в результате испытания  может произойти только одно элементарное событие, то в результате испытания  происходят все сложные события, в состав которых входят эти элементарные.

Например: испытание - подбрасывание кубика. Элементарное событие - выпадение грани с номером “1”. Сложное событие - выпадение нечетной грани.

Применяют следующие обозначения:

А - событие;

W - пространство  элементарных событий;

w - элементы  пространства W;

U - пространство  элементарных событий как достоверное событие;

V - невозможное  событие. 

Взаимосвязи случайных событий.

     Рассмотрим вначале простые события (может произойти или не произойти). Вероятность события X будем обозначать P(X) и иметь ввиду, что вероятность того, что событие не произойдет, составляет    P( X ) = 1 - P(X)

     Самое важное при рассмотрении нескольких случайных событий (тем более в сложных системах с развитыми связями между элементами и подсистемами) — это понимание способа определения вероятности одновременного наступления нескольких событий или, короче, — совмещения событий.

     Рассмотрим простейший пример двух событий X и Y, вероятности которых составляют P(X) и P(Y). Здесь важен лишь один вопрос — это события независимые или, наоборот взаимозависимые и тогда какова мера связи между ними? Попробуем разобраться в этом вопросе на основании здравого смысла.

     Оценим вначале вероятность одновременного наступления двух независимых событий. Элементарные рассуждения приведут нас к выводу: если события независимы, то при 80%-й вероятности X и 20%-й вероятности Y одновременное их наступление имеет вероятность всего лишь 0.8 • 0.2 = 0.16 или 16% .

     Итак — вероятность наступления двух независимых событий определяется произведением их вероятностей:  P(XY) = P(X)*P(Y)

     Перейдем теперь к событиям зависимым. Будем называть вероятность события X при условии, что событие Y уже произошло условной вероятностью P(X/Y) , считая при этом P(X) безусловной или полной вероятностью. Столь же простые рассуждения приводят к так называемой формуле Байеса:

P(X/Y)* P(Y) = P(Y/X)*P(X), где слева и справа  записано одно и то же —  вероятности одновременного наступления  двух "зависимых" или коррелированных  событий. 

     Дополним эту формулу общим выражением безусловной вероятности события X :

P(X) = P(X/Y)*P(Y) + P(X/ Y )*P( Y ) , означающей, что данное событие X может произойти либо после того как событие Y произошло, либо после того, как оно не произошло ( Y ) — третьего не дано!

     Формула Байеса играет решающую роль в теории принятия решений в условиях неопределенности последствий этих решений или в условиях противодействия со стороны природы, или других больших систем (конкуренции). В этих условиях ключевой является стратегия управления, основанная на прогнозе апостериорной (послеопытной) вероятности события.