Обзор современных средств поддержки учебного процесса. Анализ принципов разработки интеллектуальной обучающей системы, основанной на декларативных и экспертных знаниях и направленной на обучение, повышение квалификации и проверку знаний пользователей.
Аннотация к работе
Обзор современных средств поддержки учебного процесса можно найти в многочисленных монографиях, трудах международных конференций и на страницах интернета, посвященных этой тематике. Новые сложные машины и технологии, как правило, комплектуются компьютерными обучающими системами, облегчающими и ускоряющими процесс их освоения и внедрения [6]. В России создан большой научно-производственный потенциал и накоплен опыт разработок лазерной техники и технологии, созданы и продолжают работать уникальные научные и производственные коллективы мирового класса в области физики лазеров и лазерных технологий.При составлении обучающего руководства для пользователей лазерной техники, предназначенной для обработки материалов, необходимо решить различные проблемы, связанные с обучением основам производства. Как правило, обучение проводится в специально создаваемых фирменных обучающих центрах (ФОЦ), где учащиеся получают теоретическую подготовку по выбранному направлению деятельности и первоначальные практические навыки работы на ЛТК, приобретенных на данной фирме. Первый уровень предназначен для обучения декларативным знаниям, то есть знаниям о фактах, явлениях и закономерностях, происходящих в изучаемых процессах. Второй уровень ИОС предназначен для обучения процедурным знаниям, представляющим собой умение решать практические проблемы, возникающие при эксплуатации сложных систем. Системы, основанные на процедурных знаниях, представляющие второй уровень ИОС-ЛТК рассмотрены в статьях, посвященных экспертным обучающим и консультирующим системам по выбору режимов обработки материалов [8,9] и новым принципам обучения процедурным (процедуральным) знаниям [10,11].Наконец преподаватели - администраторы системы оценивают функционирование системы и качество обучения, предоставляемое системой. С точки зрения пользователя при взаимодействии с ДОС он «общается» с различными подсистемами, моделями, агентами, помогающими ему выполнить возложенные на него функции, подготовить новую версию системы, приобрести и освоить необходимые знания, контролировать качество работы системы. Понятие агента возникло в связи с широким применением принципов объектно-ориентированного проектирования и включает описание и набор действий (методов), выполняемых агентом [18]. Пользователь указывает выбранное им профессиональное направление обучения (оператор, технолог, наладчик…) и агент формирует состав необходимых модулей обучения, вырабатывает и предлагает (рекомендует) исходный маршрут изучения базовых знаний. Агент проверяет текущую степень усвоения материала обучения пользователем, анализируя качество и скорость решения задач.Концептуальная модель обучающей системы формируется в результате концептуального проектирования, включающего разработку технико-экономического обоснования, изучение известных подходов и аналогов, анализ требований к знаниям и умениям, выбор педагогической стратегии и дидактических приемов, разработку состава и структуры обучающей системы и ее информационно-логической модели, определение типов задач и стратегии контроля знаний, разработку пользовательского интерфейса и форм представления информации, определение и реализацию наборов служебных функций [20]. Выше рассмотрены основные этапы концептуального проектирования, связанные с разработкой состава и структуры обучающей системы и ее информационно-логической модели, определением типов задач и стратегией контроля знаний. Пользовательский интерфейс обеспечивает выбор представления знаний - лекции-кинофильмы, видеоряды, ролики, интерактивный учебный курс (учебник, задачник и контроль знаний мультимедиа, мультфильмы). На рисунках 3 и 4 приведены фрагменты интерфейса пользователя. При этом пользователю предоставляется набор строк (абзацев), включающих требуемое слово, что позволяет целенаправленно перейти к странице с интересующей его информацией.Особенности проектирования обучающей системы для пользователей сложных технологических комплексов заставляют разработчиков уделять повышенное внимание составу и структуре учебника, которые динамично и перманентно изменяются. Выделение базовой составляющей декларативных знаний позволяет сохранить стабильной часть учебника, связанную с основными теоретическими предпосылками, обязательными для усвоения всеми обучаемыми. При изучении базовых знаний студенты накапливают опыт работы с обучающей системой, необходимый для более свободной навигации по разделам изучаемого материала. Обзор существующих интеллектуальных обучающих систем [21-26] позволяет выявить три главные функциональные составляющие технологии ИОС: · построение последовательности курса обучения Разработана концептуальная модель обучающей системы, включающая взаимодействие пользователя системы и агентов учебника, задачника и контроля знаний пользователя.
Вывод
Особенности проектирования обучающей системы для пользователей сложных технологических комплексов заставляют разработчиков уделять повышенное внимание составу и структуре учебника, которые динамично и перманентно изменяются. Выделение базовой составляющей декларативных знаний позволяет сохранить стабильной часть учебника, связанную с основными теоретическими предпосылками, обязательными для усвоения всеми обучаемыми. При изучении базовых знаний студенты накапливают опыт работы с обучающей системой, необходимый для более свободной навигации по разделам изучаемого материала.
Обзор существующих интеллектуальных обучающих систем [21-26] позволяет выявить три главные функциональные составляющие технологии ИОС: · построение последовательности курса обучения
· интеллектуальный анализ ответов обучаемого
· интерактивная поддержка в решении задач.
В процессе разработки ДОС использованы принятые в приложениях ИИ методы выявления экспертных знаний для поддержки формирования состава и структуры системы.
Разработана концептуальная модель обучающей системы, включающая взаимодействие пользователя системы и агентов учебника, задачника и контроля знаний пользователя.
Модель пользователя представлена в виде многокритериального описания, причем состав критериев и их параметры динамически меняются, отслеживая состояние знаний пользователя.
Алгоритмы формирования обучающей последовательности позволяют адаптировать маршруты изучения материала в зависимости от состояния модели пользователя и выбранных целей обучения.
Интеллектуальный анализ решений обучаемого имеет дело с конечными ответами обучаемого на образовательные задачи. В процессе эксплуатации ДОС Анализатор осуществляет интерактивную поддержку пользователя при решении им задач, с выдачей рекомендаций выбора маршрутов для дальнейшего изучения или повторения материала.
С помощью алгоритма контроля знаний осуществляется анализ степени и качества приобретенных к текущему моменту знаний и принимается решений о возможных путях дальнейшего обучения или окончания курса.
В процессе эксплуатации экспертам предоставлена возможность вносить изменения в состав и структуру обучающей системы, причем адаптация поведения моделей (агентов) и их взаимодействия (модели пользователя, обучающей последовательности порядка проведения контрольных тестов) осуществляется автоматически.
Таким образом, ДОС обладает существенными чертами, позволяющими назвать ее полноправным членом интеллектуальной системы обучения пользователей сложных технологических комплексов.
Освоение декларативных знаний является необходимой, но первой ступенью на пути овладения умениями, которые требуются для профессиональной работы на сложных технологических комплексах. Совершенствование мастерства должно быть продолжено изучением процедурных экспертных знаний, на основе которых построена обучающая система второго уровня.
Именно качественное обучение декларативным знаниям обеспечивает студентам необходимую подготовку для работы с обучающими системами, основанными на экспертных знаниях.
Список литературы
1. Соловов А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1995. 138с.
2. Обучающие машины и комплексы: Справочник / Под общей ред. А.Я. Савельева. Киев: Вища шк., Головное изд-во. 1986. 303с.
3. Ссылки на российские образовательные сайты, посвященные возможностям дистанционного образования в Интернете. Доступно на http://dl.nw.ru/links/
4. Цевенков Ю.М., Семенова Е.Ю. Информатизация образования в США. М., 1990. 80с. (Новые информационные технологии в образовании: Обзор. инф./НИИВО; вып. 8).
5. Artificial Intelligence in Education. S.P.Lajoie and M.Vivet (Eds.) IOS Press, 1999
6. Человеческий фактор. В 6 т. Т.3. Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов: Пер. с англ./Холдинг Д., Голдстейн Н., Эбертс Р. и др. (Часть 2. Профессиональное обучение и отбор операторов). М.: Мир, 1991.302с.
7. Vladislav Ya. Panchenko and Vladimir S. Golubev. Industrial Lasers in Russia: Internet magazine “Industrial Lasers Solutions”. Доступно на http://www.ILS.pennet.com , 31.10.2002.
8. Нарыжный Е.В., Низкоус Ю.В., Майоров В.С., Боговик Е.А. «Экспертная система для лазерной обработки материалов». // Искусственный интеллект, 2, 2000, стр. 411-417
9. В.С.Майоров, М.Ю.Стернин. «Экспертные системы технологических лазерных процессов» // VII международная конференция «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения», 22-26 июня 2001 г., Владимир-Суздаль-Шатура, стр. 42
11. А.А.Асанов, О.И. Ларичев и др. «Экспертная система для диагностики лекарственных отравлений» // Искусственный интеллект, 2, 2002, стр. 394-396
12. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. - СПБ: Питер, 2000
13. Путинцев А.Н., Остроумова Л.М., Петровский А.Б., Стернин М.Ю., Моргоев В.К. Применение человеко-машинных процедур при формировании научно-технической программы. // Проблемы и методы принятия решений в организационных системах управления. - М.: Пущино, ВНИИСИ, 1984, стр.106-107
18. В.Б.Тарасов. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. - М.: Эдиториал УРСС, 2002
19. Атанов Г.А. Деятельностный подход в обучении. - Донецк: ЕАИ-пресс, 2001.
20. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. - М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 2003. - 616 с.
21. Brusilovsky, P. (1999) Adaptive and Intelligent Technologies for Web-based Education. In C. Rollinger and C. Peylo (eds.), Special Issue on Intelligent Systems and Teleteaching, Kunstliche Intelligenz, 4, 19-25.
22. "Образовательные технологии и общество" (ISSN 1436-4522) - официальный журнал Международного Форума "Образовательные Технологии и Общество" См. http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
23. Wenger Е. Artificial intelligence and tutoring systems. Computational approaches to the communication of knowledge. - Los Altos: Morgan Kaufmann, 1987.
24. Self, J. Dynamics of Learner Models // Artificial Intelligence and Education. -Amsterdam: IOS, 1994.
25. Anderson, J. R. (1993). Rules of the Mind. Hillsdale, N.J.: Lawrence Erlbaum.
26. Петрушин В.А. Экспертно-обучающие системы. - Киев: Наукова Думка, 1992.