Автоматизированная обучающая система

В статье рассматривается математическое обеспечение автоматизированной обучающей системы (АОС), которая состоит из математических моделей объектов и субъектов обучения, а также методов и алгоритмов выполнения используемых в АОС процедур. В работе рассматриваются преимущественно указанные математические модели процесса обучения, совокупность которых называется модельным обеспечением АОС.

В современных интеллектуальных АОС указанные типы знаний явно выделены и представлены с помощью различных моделей, методов, алгоритмов и технологий искусственного интеллекта. На основе этих знаний АОС способна выполнять все основные функции учителя - предоставлять ученику учебный материал, контролировать степень усвоения учеником этого материала, помогать в решении задач, определять причины ошибок ученика и формировать на этой основе соответствующие учебные воздействия.

На верхнем уровне иерархии структуру современной интеллектуально АОС можно представить в виде совокупности следующих модулей [3]:

модуль «Эксперт предметной области»; модуль «Ученик»; модуль Учитель»; модель «Интерфейс».

Основой модуля «Эксперт предметной области» является модель предметной области, включающая в себя фактографические, процедурные и другие знания о предметной области. Следует подчеркнуть, что структура знаний, которую использует модель предметной области АОС, в значительной мере определяет структуру всего программного обеспечения АОС.

Модуль «Ученик» реализует динамическую модель ученика, которая формализует текущее состояние его знаний, умений и навыков, а также его личностные характеристики. На основании этой модели АОС осуществляет свою адаптацию к каждому из учеников.

Модуль «Учитель» концентрирует в себе знания учителя-эксперта, относящиеся к оптимальной организации и поддержке всех стадий учебного процесса. На основе этих знаний АОС организует управление процессом обучения, реализуя ту или иную стратегию обучения и контроля учебных достижений учеников. Указанные функции модуль реализует с помощью модели процесса обучения, а также модели процесса контроля. Пока цель обучения (выраженная в терминах требуемых характеристик ученика) не достигнута с заданной точностью модуль «Учитель» повторяет следующие действия:

  • на основании текущего состояния ученика предоставляет ему очередной фрагмент обучающей информации;
  • генерирует тестовые задания для контроля степени усвоения учеником этого фрагмента;
  • осуществляет тестовый контроль уровня усвоения учеником данного фрагмента;
  • - на основе результатов контроля корректирует модель ученика.

Модуль «Интерфейс» строят на основе знаний, необходимых для организации в АОС диалога с учеником. На основе этих знаний модуль предоставляет ученику изучаемый материал в удобной и понятной форме, преобразует запросы и ответы ученика в форму, понятную другими модулями АОС. Поскольку многие современные интеллектуальные АОС

В еще более общем виде формальную модель процесса обучения можно представить следующим образом [1,2].

Пусть X - множество входных сигналов обучаемой системы (ученика), Y -соответствующее множество выходных сигналов этой системы. Обучаемая система осуществляет отображение ri : (X —Y) первого из указанных множеств во второе, а учителю (АОС) известно правильное отображение F- (X — Y). Здесь принято, что Fl E (X х Y), Fl E Fl где Fl - некоторый класс отображений. Задан критерий качества обучения J =J(F-.. Fl ), который формализует близость отображений FľFl. В этих терминах задачу обучения можно поставить следующим образом: добиться такой ситуации, когда отображение Fi максимально близко к отображению Fτ, т.е.

ÎПŁП

Ĵ(гľ■■ r0, rl-

Разные модели процесса обучения отличают, прежде всего, методы управления процессом обучения, на которые они ориентированы. С этой точки зрения выделяют реактивные модели, агендные модели, а также модели на основе фиксированных и не фиксированных планов. Заметим,

 

Способность к обучению представляет собой одно из определяющих свойств любой интеллектуальной системы. Когнитивные (познавательные) процессы человеческого сознания являются предметом раздела психологии, который называется «когнитивная психология».

Таким образом, обучение представляет собой управляемый динамический процесс, имеющий целью достижение учеником цели обучения (или максимальное приближение к ней), исходя из текущего состояния его знаний, умений и навыков. Управление этим процессом включает в себя планирование и реализацию на каждом шаге обучения соответствующих учебных воздействий, а также контроль их эффективности.

Классификацию методов управления процессом обучения приведем в соответствии с работой [2]. Отметим, что в этой работе приведено значительное число примеров АОС, использующих рассматриваемые методы управления обучением. Методы управления процессом обучения подразделяют на два следующих больших класса:

  • методы, основанные на планах;
  • методы, не использующие планы.

Среди методов, основанных на планах, выделяют методы управления, использующие фиксированные и не фиксированные планы. Современные АОС преимущественно используют последние из этих планов. Выделяют два уровня планирования: высокоуровневое планирование, определяющее следующую изучаемую тему данной учебной дисциплины; низкоуровневое планирование, имеющее целью определение следующего подлежащего изучению фрагмента данной темы [3].

К числу методов, не использующих планы, относят, так называемые, реактивные методы и методы, основанные на агенда-механизме.

Реактивный метод управления обучением предполагает анализ ответов ученика на контрольные задания. На этой основе, а также на основе текущей модели ученика ему предъявляют очередной фрагмент учебного материала. Преимуществом реактивного метода является простота его реализации. Из-за того, что данный метод не оперирует с целью обучения, его применение ограничено, в основном, сопровождающими обучающими системами.

Агендный метод управления обучением представляет собой метод управления действиями (в терминах этого метода - задачами) на основе их упорядоченного списка (агенде). Порядок задач в списке определяют на основе эвристических правил. Агенду отличает от плана то, что она представляет собой упорядоченную по приоритету последовательность действий, направленных на достижение некоторой локальной (а не глобальной) цели обучения.

Важнейшим понятием в методах управления обучением является понятие траектории обучения, под которой понимают последовательность изучения учеником модулей курса, определяемая оценками, полученными учеником по результатам контроля знаний на предыдущих этапах. Здесь под модулем понимают совокупность следующих учебных единиц теоретическийматериал, справочный материал, задания для самостоятельной работы, набор контрольных материалов для самопроверки и получения оценки.

Выводы:

  1. В связи с этим актуальной задачей является разработка модельного (а также методического и алгоритмического обеспечения) ОАС, ориентированного на поддержку такого обучения.
  2. Модельное обеспечение таких АОС должно поддерживать синергетические технологии обучения, обеспечивая погружение учеников в ситуацию формирования эффекта умножения знаний, инсайтного озарения.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Батырканов Ж.И., Боскебеев К.Дж. Формальная модель онтологии представления знаний. Известия КГТУ. – Бишкек. – 2010.- № 21. – С.143145.
  2. Батырканов Ж.И., Боскебеев К.Дж. Обучающие экспертные системы. Известия НАН КР.- Бишкек. – 2012.- № 4. – С.30-31.
  3. Доррер А.Г. Моделирование интерактивного адаптивного обучающего курса/Г. Доррер, Т.Н. Иванилова // Современные проблемы науки и образования, 2007. - № 5. - С. 52-59. (www.science-education.ru/18-547).
Год: 2015
Город: Костанай