КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ В СТРУКТУРЕ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ДИДАКТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Введение
Интеграция педагогических и информационных технологий - одна из тенденций развития педагогической науки и пpaктики. Известно, что технология хаpaктеризуется тремя аспектами - информационным, инструментальным и социальным. Анализ научно-методической литературы и педагогической пpaктики показал, что в настоящее время недостаточно разработан информационный аспект педагогических информационных технологий, т.е. методы обработки информации в педагогическом управлении. По-прежнему в большинстве случаев и прогнозирование учебных достижений обучающихся, и принятие педагогических решений для коррекции дидактического процесса происходит умозрительно. Проблема исследования заключается в вопросе: какие математические методы обработки информации позволят автоматизировать прогнозирование учебных достижений обучающихся и принятие педагогических решений? Цель исследования - изучить роль кластерного анализа данных в процессе интеграции педагогических и информационных технологий.
Методы исследования
Под кластерным анализом понимают разбиение совокупности объектов на непересекающиеся подмножества (кластеры) с целью выделения групп схожих объектов. Кластеризация возможна как по количественным параметрам, так и качественным.
Результаты исследования
С точки зрения авторов, научно обоснованное прогнозирование учебных достижений обучающихся и принятие точных педагогических решений возможно только на основе кластеризации обучающихся. Ее следует производить на основе количественных показателей, отражающих как результаты учебной деятельности обучающихся, так и ее факторы (их можно получить в результате пропедевтического контроля и т.д.).
Ранее авторами статьи была разработана методика матричного моделирования сложных педагогических систем, основанная на получении матрицы вероятностей взаимосвязи между переменной-фактором и переменной-откликом. Обобщим данную методику.
Пусть S - набор прогнозируемых параметров (т.е. результатов учебной деятельности обучающихся), К - множество обучающихся. Тогда (при этом ), где N - число кластеров (групп обучающихся, схожих по выбранным параметрам). Необходимо помнить, что педагог может проводить дидактический процесс в нескольких учебных или академических группах. В этом случае , где L - количество учебных (академических) групп, Gi - множество обучающихся в I-й группе. Очевидно, что следует различать академические и кластерные группы. Например, обучающиеся одной кластерной группы могут принадлежать различным академическим группам (и наоборот).
По своей сути, S - многомерный вектор прогнозируемых параметров (D - их число, или размерность вектора). Для каждого параметра Si ( ) производят разбиение диапазона его возможных значений на непересекающиеся поддиапазоны. Множество числовых значений каждого поддиапазона принимают за квантованное значение переменной Si. Тогда конкретное значение многомерного вектора S составит комбинация квантованных значений составляющих его переменных.
Формируют матрицу вероятности, строками которой являются кластеры обучающихся, столбцами - комбинация прогнозируемых параметров для кластера. Пересечение строки и столбца отражает вероятность того, что для I-й кластерной группы набор прогнозируемых параметров примет j-е значение (обозначим ). Очевидно, что . Информационная энтропия (неопределенность) прогноза для I-го кластера .
Основные факторы уменьшения энтропии прогноза - сужение кластеров (это означает увеличение их количества) и сбор как можно большего объема информации о поведении объектах, относящихся к данному кластеру (информацию об обучающихся, факторах и результатах их учебной деятельности следует хранить в базе данных).
Возникает первый вопрос: каким образом формировать кластерные группы, т.е. выделять схожие объекты? Предложенный алгоритм состоит в следующем. Выделяют набор переменных W (пусть их число равно Q), по которым будут производить кластеризацию обучающихся (может не совпадать с S). Значения всех переменных путем расчетов преобразуют в условные баллы по R-балльной шкале (методы такого преобразования ранее были описаны авторами). Пусть εi - значимость (вес) I-го показателя ( ), при этом . Тогда расстояние в фазовом прострaнcтве (прострaнcтве признаков) между обучающимся (1) и обучающимся (2) составит , где и - соответственно значение (в баллах) I-го параметра для обучающегося (1) и обучающегося (2). Данных обучающихся относят к одному кластеру, если , где Δ - наперед заданное число, зависящее от рода задачи и необходимой точности ее решения.
Возникает второй вопрос: какие переменные следует отбирать во множество W - латентные (т.е. интегральные показатели) или индикаторные (т.е. дифференциальные показатели)? Ответ на данный вопрос во многом зависит от рода задачи, но в большинстве случаев, безусловно, более целесообразно применение интегральных параметров. В теории и пpaктике физического воспитания это могут быть физические качества (сила, быстрота, гибкость, выносливость и ловкость), здоровье, мотивация к занятиям физической культурой и т.д. В профессиональном образовании это может быть обученность, компоненты профессиональной компетентности будущего специалиста и т.д.
Аналогичным образом применяют кластерный анализ при принятии педагогических решений. Для каждого кластера обучающихся педагог в процессе своей деятельности (зачастую многолетней) отбирает наиболее рациональные варианты принятых решений, накапливая их в базе знаний (разновидность базы данных). Это позволяет сократить время на принятие верных педагогических решений и сделать данный процесс оперативным.
Кластерный анализ позволит существенно улучшить проведение педагогического эксперимента (включая обработку его результатов). При этом контрольную и экспериментальную группы можно разбить на кластеры, для каждого из которых следует вычислять эффективность апробируемой педагогической технологии в соответствии с общеизвестной схемой ROXO. Это позволит выявить условия эффективности апробируемой технологии (для одних кластеров она может оказаться эффективной, для других - нет).
Следует отметить, что применение кластерного анализа в обучении (управлении процессом усвоения знаний) и физическом воспитании (управлении процессом физического развития) во многом сходны между собой. Наиболее существенное отличие состоит в том, что в теории, методике и пpaктике физического воспитания приходится учитывать, помимо количественных параметров, качественные показатели (например, пoлoвые особенности, наличие или отсутствие заболеваний и т.д.). В этом случае производят предварительное разбиение множества обучающихся на подмножества по качественным показателям, а образовавшиеся подмножества подвергают кластерному анализу по количественным параметрам.
Заключение
Применение математических методов обработки информации - необходимое условие выведения научно-методической и педагогической деятельности на новый уровень. Кластерный анализ должен стать неотъемлемым компонентом методической системы математизации и информатизации педагогической науки и пpaктики. Пpaктическое значение кластерного анализа состоит в том, что его применение позволит оптимально совместить фронтальный и индивидуальный подходы к обучающимся.
Статья в формате PDF
130 KB...
28 05 2026 6:24:30
Статья в формате PDF
113 KB...
26 05 2026 13:20:16
Статья в формате PDF
107 KB...
25 05 2026 5:53:26
Формулируется базовая проблема социально-экономического развития и регулирования процессов на российском Севере – на фоне возрастания геополитического и экономического значения эта специфическая зона хаpaктеризуется нарастанием системных проблем и появлением новых вызовов современности. Значительный опыт исследования перспектив оптимизации управленческих социально-экономических отношений в Институте экономических проблем Кольского НЦ РАН позволил выявить и обосновать два важнейших научных направления: 1) необходимость введения особого направления – «Североведения» – в систему макроэкономических и региональных исследований; 2) необходимость формирования целостной теории прострaнcтвенного развития Севера и Арктики в современном мире. Плодотворному обсуждению этих научных направлений в рамках современных и перспективных проблем была посвящена межрегиональная научно-пpaктическая конференция «Развитие Севера и Арктики: проблемы и перспективы», состоявшаяся 14–16 ноября 2012 года в г. Апатиты Мурманской области. Результаты обсуждения приведены в настоящей статье. Делается вывод, что фундаментальная задача современности – необходимость формирования новой парадигмы развития Севера и Арктики с учетом существенных изменений в глобальной расстановке сил последнего двадцатилетия, национальных интересов арктических стран, и. прежде всего, России, глобальных изменений природной среды, роста значения ресурсов севера и Арктики, экологических требований и культурно-цивилизационных задач развития.
...
24 05 2026 1:39:45
Статья в формате PDF
266 KB...
22 05 2026 8:27:52
Статья в формате PDF
125 KB...
21 05 2026 17:41:31
Статья в формате PDF
110 KB...
20 05 2026 20:18:47
Статья в формате PDF
590 KB...
19 05 2026 22:42:56
Статья в формате PDF
298 KB...
18 05 2026 16:36:22
Статья посвящена исследованию механизмов нейротропного действия аспирина, ацетилсалицилатов кобальта и цинка. Показано, что наличие аденозинтрифосфата во внеклеточном прострaнcтве существенно модифицирует нейротропные эффекты салицилатов. Сочетанное приложение аденозинтрифосфата с аспирином устраняет угнетение импульсной активности нейронов, вызванное индивидуальным раствором этого препарата, а совместная экспозиция аденозинтрифосфата с ацетилсалицилатами кобальта и цинка, наоборот, усиливает их активирующие эффекты. При блокировании CdCl2 и BaCl2 поступления Са2 + в нейроплазму из внеклеточной среды и внутриклеточных депо выявлено, что кальциевые механизмы не участвуют в нейротропных эффектах исследуемых салицилатов.
...
17 05 2026 17:26:28
Личностно – ориентированная технология ставит в центр образовательной системы личность, которая стремится к максимальной реализации своих возможностей. Основными понятиями в личностно – ориентированном учении является обучение и развитие ученика в процессе педагогики сотрудничества.
...
15 05 2026 0:50:14
В течение продолжительного времени проводились триботехнические испытания различных термодиффузионных покрытий на изнашивание при трении скольжения. Они позволили сделать ряд принципиальных обобщений по взаимообусловленности структурного состояния покрытий и кинетики процессов износа.
В результате моделирования фрикционных процессов широкого класса материалов было получено эмпирическое уравнение для коэффициента трения, отражающее параметрическое влияние свойств материала покрытий, реологию поверхностного трения и свойство смaзoчного материала.
...
14 05 2026 9:24:34
В результате патогенетического обоснования компьютерной дермографии (КД) изучены возможности использования этого метода при бронхиальной астме (БА) у 176 пациентов в возрасте от 3 до 15 лет. Показаны возможности использования КД для диагностики периода БА, форм тяжести и тяжести приступа заболевания, дифференциальной диагностики интермиттирующей и персистирующей БА, контроля течения и оценки эффективности терапии у детей и подростков.
...
13 05 2026 12:29:48
Обсуждены методика и некоторые результаты моделирования вероятных конфигураций межфазных границ на поверхности композиционных материалов, полученные методом итерации прямоугольных генераторов на определенных сетках Кеплера-Шубникова.
...
11 05 2026 12:57:35
Статья в формате PDF
150 KB...
09 05 2026 12:49:48
В статье раскрываются адаптационная деятельность организма, показано, что функциональная система регуляции кровообращения представляет собой многоконтурную, иерархически организованную систему, в которой доминирующая роль отдельных звеньев определяется текущими потребностями организма.
...
08 05 2026 1:48:59
Статья в формате PDF
119 KB...
07 05 2026 14:48:31
Статья в формате PDF
270 KB...
06 05 2026 9:42:38
Статья в формате PDF
132 KB...
04 05 2026 15:17:42
Статья в формате PDF
113 KB...
03 05 2026 23:58:25
Статья в формате PDF
113 KB...
02 05 2026 19:52:22
Статья в формате PDF
115 KB...
01 05 2026 10:32:57
Статья в формате PDF
275 KB...
30 04 2026 0:36:57
Статья в формате PDF
117 KB...
29 04 2026 23:26:35
Статья в формате PDF
103 KB...
28 04 2026 20:18:56
Статья в формате PDF
321 KB...
27 04 2026 3:21:33
Статья в формате PDF
124 KB...
26 04 2026 21:20:47
Статья в формате PDF
316 KB...
25 04 2026 3:30:57
Статья в формате PDF
106 KB...
24 04 2026 21:57:56
Статья в формате PDF
103 KB...
23 04 2026 12:42:39
Статья в формате PDF
310 KB...
22 04 2026 13:31:56
Статья в формате PDF 119 KB...
21 04 2026 14:33:16
Изучено состояние гемато-саливарного барьера по показателям перекисного окисления липидов, оксида азота, антиоксидантной защиты и макроэлементов у детей с хроническим гастродуоденитом и функциональной диспепсией. Показано, что нарушения в функционировании барьера имеют значение в механизмах повреждения желудка и двенадцатиперстной кишки. Учитывая достоверные изменения метаболического профиля слюны, различные при воспалительных и функциональных заболеваниях гастродуоденальной зоны, предложено использовать его параметры для неинвазивной скрининговой диагностики этой патологии.
...
19 04 2026 16:56:16
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
