Интеллектуальные обучающие системы для пользователей лазерных технологических комплексов
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.
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.01.2018 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
О.И. Ларичев, М.Ю.Стернин,
С.С. Маломуж, В.Я.Панченко,
В.С. Голубев, В.А. Карасев,
В статье обсуждаются принципы разработки интеллектуальной обучающей системы (ИОС), основанной на декларативных и экспертных знаниях и направленной на обучение, повышение квалификации и проверку знаний пользователей сложных технологических систем - лазерных технологических комплексов. Предлагается строить двухуровневые интеллектуальные обучающие системы для пользователей лазерных технологических комплексов, первый уровень которой предназначен для обучения декларативным знаниям, а второй - для обучения процедурным знаниям. учебный интеллектуальный обучающий знание
ВВЕДЕНИЕ
Обзор современных средств поддержки учебного процесса можно найти в многочисленных монографиях, трудах международных конференций и на страницах интернета, посвященных этой тематике. [1-5].
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. В этой сфере занято 12-15 тысяч человек с высшим и средним образованием 7.
Лазерный технологический комплекс (ЛТК) для осуществления процесса обработки материалов представляет собой сложный комплекс взаимодействующих систем. Комплекс включает различные компоненты: лазерный источник, подсистему для формирования лазерного излучения и для его подвода к обрабатываемому объекту, подсистему для управления условиями лазерного воздействия и их контроля, рецептуру для выбора режимов лазерной технологии.
Способы обработки материалов лазерным лучом относятся к категории высоких технологий, для овладения которыми необходимы разносторонние и глубокие знания.
Как все высокие технологии, лазерная технология отличается большой наукоемкостью и требует обучения, повышения квалификации и проверки знаний лазерных технологов, операторов установок, наладчиков оборудования и других пользователей сложных технологических систем.
Задача подготовки и обучения персонала, связанного с эксплуатацией ЛТК является важной и актуальной проблемой, а создание интеллектуальной системы обучения призвано способствовать более качественному решению этой проблемы.
1. ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ РАБОТЕ НА СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
1.1 Цель и назначение ИОС_ЛТК
Целью интеллектуальной обучающей системы для пользователей лазерных технологических комплексов (ИОС-ЛТК) является использование знаний о сфере обучения, обучаемом пользователе и о стратегиях обучения для обеспечения гибкой индивидуализированной поддержки процессов обучения.
При составлении обучающего руководства для пользователей лазерной техники, предназначенной для обработки материалов, необходимо решить различные проблемы, связанные с обучением основам производства.
Научно точно и современно изложить основные принципы функционирования и устройства технологических лазеров и показать возможности лазерной обработки материалов. Язык изложения должен быть понятен и доступен пользователям с разной степенью подготовки в области машиностроения или электротехники.
Ознакомить с основными сведениями о методах поиска и устранения возникающих неисправностей.
Подготовить пользователя к проведению самостоятельного предварительного анализа технико-экономической целесообразности применения лазерной технологии для конкретных видов операций обработки материалов и изделий.
Дать информацию, достаточную для осознанного выбора диапазона режимов лазерной обработки материала на оборудовании, рекомендованном фирмой.
Познакомить с методами оценки качества изделий.
Ознакомить с правилами безопасности при работе на ЛТК.
В процесс эксплуатации ЛТК включены работники разной профессиональной направленности, квалификации и уровня подготовки, например, отладчики оборудования, инженеры и техники - технологи, операторы, работники отделов безопасности и технического контроля.
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. Дальнейшее совершенствование мастерства достигается непосредственно в ходе работ на рабочем месте.
Процесс обучения является сложным, трудоемким, дорогим, и, в случае потери предприятием, эксплуатирующим ЛТК, обученного специалиста, проблема поиска достойной замены персонала в приемлемые сроки оказывается трудноразрешимой.
Частичный выход из этой непростой ситуации может быть найден с помощью организации обучения персонала на ИОС-ЛТК. При этом предварительно обученный персонал, направляемый в ФОЦ, в состоянии более плодотворно там обучаться, сокращая сроки постижения мастерства. Обучение на ИОС-ЛТК намного дешевле и позволяет подготовить персонал второго эшелона на рабочем месте.
Пользователи, прошедшие подготовку на ИОС-ЛТК, получают возможность общения на едином, понятном для них, техническом языке, что способствует повышению качества производственных отношений и обмену опытом внутри корпорации. Возникает реальная возможность передачи опыта, накопленного мастерами, следующему поколению работников. Наконец, интеллектуальные обучающие системы могут использоваться и в процессе обучения в фирменных обучающих центрах, помогая готовить учащихся на первых этапах обучения.
1.2 Две стадии обучения
Для сложных технологических комплексов предлагается строить двухуровневые ИОС. 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].
Система MALS (MultiAattribute Learner System) представляет собой обучающую и консультирующую систему по выбору параметров лазерной резки. Система написана на Microsoft Visual C++ на основе технологии COM и имеет открытую архитектуру, что позволяет легко вносить изменения в логику ее работы. Вид интерфейса системы показан на рис.1. При работе с системой пользователь указывает тип ЛТК и задает требования к технологическому процессу с указанием материала, его толщины, и т.д. (входные параметры). Система осуществляет проверку совместимости входных параметров между собой и начинает поиск рекомендаций, задавая при необходимости вопросы об отсутствующих значениях входных параметров. Результат работы система предъявляет в окне “Рекомендации эксперта” (выходные параметры). База данных по лазерной резке интегрирована с оболочкой системы и используется при получении решений. Эта база может пополняться новыми экспериментальными данными непосредственно в процессе работы системы, позволяя улучшить качество работы системы в целом.
Рис. 1. Пользовательский интерфейс системы MALS
В качестве примера интеллектуальной экспертной обучающей системы, удовлетворяющей новым принципам использования экспертных знаний для обучения процедурным знаниям, в статье [11] рассмотрена одна из возможных реализаций решения задачи медицинской диагностики.
Рассмотрим особенности построения обучающей системы для пользователей ЛТК, основанной на декларативных знаниях, которую для краткости назовем декларативной обучающей системой (ДОС).
Ниже рассмотрены решения, принятые разработчиками при проектировании ДОС. Некоторые решения рассмотрены более подробно, т.к. они демонстрируют определенные особенности разработки ДОС, предназначенных для пользователей сложных технологических комплексов.
1.3 Построение декларативной обучающей системы (ДОС)
При разработке ДОС требуется решать множество проблем, основными из которых являются:
Структурирование профессиональной области обучения. Выделение базового объема знаний, который необходим для первоначального ознакомления с процессами эксплуатации ЛТК. Формирование специализированных разделов курса - дополнительных блоков профессионального знания, достаточного для последующего овладения процедурными знаниями.
Разделение всего объема знаний, предназначенных для усвоения, на части, каждая из которых требует отдельного изучения и проверки усвоения.
Разработка моделей (агентов) выполняющих различные функции системы и модели пользователя, отражающей его текущее состояние, в смысле усвоения знаний.
Разработка обучающей последовательности, способной адаптироваться к текущему состоянию пользователя.
Разработка системы задач и тестов для проверки знаний на каждом этапе обучения.
Обеспечение обратной связи в виде оценок качества выполненных тестов и рекомендаций по повторному прохождению некоторых разделов курса при необходимости.
В состав системы включены Учебник, Задачник, Блок контроля знаний. Кроме того, система снабжена глоссарием, навигационным справочником и блоком помощи. В состав системы входят также модули и управляющие конструкции, связанные с помощью экспертам при формировании состава и структуры учебного курса, обучающей последовательности, моделей системы и пользователя и выполняющие другие вспомогательные функции.
Формирование состава и структуры ДОС выполняется экспертами с помощью инструментария, использующего онтологический подход [12].
Вначале, на основе анализа литературных и экспертных знаний, формируется тезаурус (полный систематизированный набор данных), основных понятий используемых для описания процессов, связанных с теоретическими представлениями и практикой эксплуатации ЛТК.
На основе тезауруса экспертами выделяются наборы понятий и устанавливаются отношения между ними, отражающие информацию, необходимую для формирования блоков основных и дополнительных знаний. Именно эти наборы являются основой разбиения учебного материала на блоки и позволяют автоматизировать анализ связей между ними. При составлении тезауруса, выявлении и формировании состава блоков учебного курса, используются процедуры, аналогичные предложенным в [13,14].
1.4 Сценарий обучения
Учебный курс содержит блок базовых знаний (базовый блок) и набор дополнительных блоков, отражающих различную профессиональную направленность при подготовке пользователей.
Сценарий обучения предусматривает овладение базовыми знаниями студентами всех профессиональных направлений. После изучения материала базового блока и успешной сдачи промежуточного экзамена, студенты приступают к изучению дополнительных модулей, отражающих выбранные профессиональные интересы.
Состав дополнительных модулей определяется минимально необходимыми для выбранного направления знаниями, однако в распоряжении учащегося находится весь учебник, что позволяет ему получить углубленные и расширенные знания о процессах, связанных с эксплуатацией ЛТК.
Основные этапы сценария обучения нового пользователя включают:
· Регистрацию пользователя в системе
· Проверку исходного уровня знаний пользователя
· Выбор направления профессионального обучения
· Изучение курса базовых знаний
· Сдача экзамена за весь курс базовых знаний
· Переход к изучению профессиональных блоков, либо, в случае неудовлетворительного ответа, возврат к главам, указанным системой
· Изучение дополнительных блоков профессиональных знаний
· Квалификационный экзамен первого уровня
· Переход к изучению процедурных знаний (второй уровень системы).
Обобщенная схема сценария изучения курса приведена на рисунке 2.
Начало обучения
Переход ко 2 уровню обучения
Рис.2 Сценарий изучения курса декларативных знаний.
1.5 Обучающая последовательность
Целью построения обучающей последовательности курса является обеспечение пользователя наиболее подходящей, индивидуально спланированной последовательностью изучения материала и учебных заданий для продуктивных занятий.
Основная задача ДОС - подготовка обучаемого для работы на ЛТК, фактически аналогична задаче подготовки для получения сертификата доступа к профессиональной работе по эксплуатации ЛТК. На этапе работы с декларативными знаниями каждый обучаемый обязан овладеть необходимым минимумом знаний с заданным качеством обучения. Этот минимум жестко регламентирован и определяется экспертами, он включает блок базовых знаний, обязательный для всех групп обучения, и дополнительные блоки, состав которых формируется в зависимости от выбранного направления обучения.
В системе реализованы две модели построения обучающей последовательности - для базовых и дополнительных блоков.
Структура блоков базовых знаний является иерархической, при этом обучающая последовательность задается в виде единого нормированного пути для всех обучающихся.
Разработка нормированного маршрута изучения базовых знаний возложена на экспертов - разработчиков содержательной, информационной части учебного пособия. Фактически нормированным маршрутом для всех обучаемых является иерархическая последовательность глав и параграфов содержания учебника.
Для обучения базовым знаниям выбрана линейная модель с активной последовательностью обучения. Схема обучения - жесткая последовательность изучения базовых знаний с непрерывным контролем успеваемости и возвратом к плохо усвоенным главам. Только при полном усвоении текущей главы возможен переход к изучению следующей. Завершается изучение базового блока экзаменом, по результатам которого принимается решение о возможности начать изучение дополнительных разделов учебника. Более того, к дальнейшему обучению допускаются только пользователи, сдавшие, после изучения базовых знаний, промежуточный экзамен с заданным качеством.
В процессе обучения базовым знаниям обучаемые пользователи получают достаточно глубокие навыки работы с ДОС, поэтому при изучении дополнительных блоков пользователям предоставлена относительная свобода выбора последовательности обучения, соответствующая их предпочтениям.
Изучение отдельных дополнительных блоков, каждый из которых содержит многочисленные ссылки на соседние блоки, может проводиться практически в произвольном порядке и этот порядок определяется пристрастиями и уровнем знания конкретного пользователя. При этом структуру дополнительных блоков удобно представить в виде сети (или ориентированного симметричного графа), а обучающая последовательность для конкретного пользователя вырабатывается априори в виде рекомендуемых, но не обязательных маршрутов. В маршрут включаются блоки, обеспечивающие минимально необходимые знания для выбранного направления деятельности или все блоки учебника, необходимые для углубленного изучения материала.
Пользователь может выбрать любой из рекомендуемых маршрутов, или изучать материал в последовательности, сформированной им самим. После изучения законченного блока и сдачи промежуточного экзамена, рекомендуемые маршруты динамически трансформируются, учитывая текущие связи между блоками.
Алгоритмы формирования обучающих последовательностей в ДОС являются модификациями известных алгоритмов решения задачи коммивояжера [15-17] - метода ветвей и границ, поиска кратчайшего пути в орграфе, проходящего через заданное множество вершин, алгоритмов о максимальном потоке и кратчайшем пути в сети. Модификации алгоритмов связаны с необходимостью учета свойства симметричности исходного взвешенного орграфа (сети) и динамического изменения структуры сети в зависимости от степени усвоения учебного материала пользователем.
1.6 Контроль знаний
Известны различные подходы к построению систем контроля знаний (СКЗ), выполненных в виде отдельных программных продуктов или встроенных в обучающие системы. В ДОС автоматический контроль знаний осуществляется с помощью встроенной программы, при этом разработан оригинальный алгоритм оценки качества обучения конкретного пользователя.
Контроль знаний учащихся осуществляется на двух уровнях. Во время прохождения курса учащимся для проверки усвоения пройденного материала предлагается выполнить последовательность задач. Порядок и количество этих задач определяются выбранным маршрутом обучения и степенью усвоения материала.
Принцип использования задачника при изучении базовых знаний основан на понятии жесткой линейной последовательности заданий, определяющей набор задач, которые должен решить обучаемый, при изучении текущего учебного материала. Лишь при успешном решении всех предложенных задач студент допускается к изучению следующего материала. При неверном или неполном ответе на вопросы студенту система рекомендует возвратиться к разделам, которые должны быть усвоены для успешного решения задач.
Как указывалось выше, студенты, изучающие дополнительные разделы учебника обладают большей свободой действий. Все разделы задачника доступны им в любой момент и они могут проверять свои возможности и возвращаться к тем или иным главам учебника и задачника по мере необходимости и по своему желанию.
Система предлагает пользователям задачи разного типа. Задачи и вопросы выбираются случайным образом из общего набора заданий, относящихся к изучаемой теме. Основной тип задания - предлагается проблема (вопрос) и набор ответов, среди которых необходимо отыскать группу, обеспечивающую полный и верный ответ на заданный вопрос. Разновидностями этого рода задач являются задачи, где требуется сформировать или закончить фразу, выбрав слово или сочетание слов из предъявляемого набора. Следующий тип задач предусматривает указание области на предъявляемом рисунке или диаграмме, соответствующей верному ответу. Наконец, возможны задачи, требующие воспроизвести верную последовательность необходимых действий в динамически меняющихся наборах возможных действий.
После работы с учебником и задачником встаёт вопрос оценки знаний, полученных пользователем, степени усвоения им информации и готовности к переходу к следующему разделу обучения или к уровню изучения процедурных знаний. Оценка знаний осуществляется в разделе «Блок контроля знаний». Тест можно пройти в любой момент, если пользователь считает, что он готов к нему, либо просто для проверки текущего состояния своих знаний.
Для оценки знаний учащихся разработан и применяется алгоритм, основанный на анализе степени соответствия ответа пользователя правильному и полному ответу на поставленный вопрос. Алгоритм учитывает также время, затраченное на поиск ответа и вероятность случайного получения верного ответа.
В модифицированный алгоритм оценки знаний вводится функция профессионального овладения материалом, как отношение времени затраченного на решение набора задач пользователем ко времени, затраченному экспертом.
Модифицированный алгоритм содержит также функцию отношения количества неудачных и удачных попыток, предпринятых пользователем при решении набора задач модуля. Если это отношение больше заданного, то пользователю рекомендуется повторить материал еще раз.
1.7 Адаптация системы
ЛТК - развивающаяся система, каждый новый технологический комплекс имеет свои характерные особенности. Возникает необходимость дополнения и коррекции информации, разработки новых задач и контрольных вопросов, не затрагивающих, как правило, базовых знаний, но отражающих изменения, связанные с конкретными блоками. Все изменения состава и структуры и информационной наполненности обучающей системы осуществляются в соответствии с выработанной процедурой, требующей утверждения изменений.
Для реализации способности системы адаптироваться к вновь возникшим обстоятельствам разработана программа, обеспечивающая функции изменения, добавления и удаления информации, задач и вопросов.
Редактирование учебника осуществляется по специально разработанным шаблонам. Например, для редактирования задачника, пользователь выбирает номер вопроса, количество ответов, ссылочную страницу для вопросов задачника. Затем производится ввод текста самого вопроса и вариантов ответов. Вариантам ответов назначаются веса, которые система будет использовать в дальнейшем для проверки ответов пользователя. Таким образом, вопросы задачника всегда можно дополнить, заменить новыми или удалить.
1.8 Среда разработки системы
Реализация интерактивного учебника по лазерной обработке материалов выполняется в среде Toolbook II Instructor 8.1.
На выбор среды проектирования повлияли следующие основные аргументы - у разработчиков имелся положительный опыт разработки обучающих программ с предыдущей версией ToolBook II, платформа обеспечивает быстрое проектирование стандартного интерактивного учебника, предоставляет широкие возможности использования мультимедиа, позволяет получить отторгаемый продукт, позволяет развивать версии обучающей системы, функционирующей в рамках Интранет и Интернет.
Toolbook II Instructor 8.1 - программный продукт для профессиональных разработчиков, предназначенный для создания интерактивных обучающих курсов и других мультимедийных приложений для Интернет, корпоративной Интранет, локальных сетей или на CD-ROM. В ToolBook II Instructor представлены усовершенствованные средства развертывания приложений в Internet, с использованием HTML и Java, новая технология сжатия для более быстрой работы приложения в Internet, новые мультимедийные обучающие объекты и легкие в использовании шаблоны. Введена возможность создания новых объектов с использованием JavaScript.
2. ОБУЧЕНИЕ ДЕКЛАРАТИВНЫМ ЗНАНИЯМ
Состав и структура декларативной обучающей системы во многом определяются категориями пользователей и разрешенными им функциональными правами. Основным пользователем ДОС является обучаемый пользователь, который овладевает знаниями. Другая категория пользователей системы - эксперты, разработчики системы, основная задача которых - создание и редактирование учебных курсов. 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.
2.1 Многоагентная модель системы
Понятие агента возникло в связи с широким применением принципов объектно-ориентированного проектирования и включает описание и набор действий (методов), выполняемых агентом [18]. Модель ДОС включает, кроме модулей учебного курса и редактора системы, набор следующих основных, взаимодействующие между собой, агентов:
· Формирователь. 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.
· Анализатор. Агент проверяет текущую степень усвоения материала обучения пользователем, анализируя качество и скорость решения задач. Вырабатывает рекомендации дальнейших действий в случае неполных или неверных ответов.
· Диспетчер. Агент разрабатывает и рекомендует маршруты обучения разного типа, в зависимости от текущего состояния знаний пользователя.
· Контролер. Агент контролирует успеваемость пользователя, проверяя результаты прохождения тестов и оценивая знания пользователя по известному алгоритму.
· Помощник. Позволяет пользователю обратиться к системе подсказок и консультаций в любой момент времени.
· Статистик. Следит за историей обучения, редактирует и хранит информацию в базе данных, необходимую для решений многих агентов.
· Решатель. Агент решает вопрос о допуске к изучению материалов следующего блока курса.
На системном уровне действуют подсистемы, модели и агенты, отвечающие за настройку и сопровождение системы, адаптацию состава и структуры системы к изменяющимся условиям, за организацию мультимедийного сопровождения и другие внутрисистемные действия.
2.2 Модель обучаемого пользователя
В самом широком смысле под моделью обучаемого пользователя понимают знания об обучаемом, используемые для организации процесса обучения. Это множество точно представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные стороны его состояния: знания, личностные характеристики, профессиональные качества и др. [19].
Текущая модель обучаемого пользователя в ДОС организована в виде многокритериального описания, динамически изменяющего набор параметров и их значения в зависимости от выбора курса обучения и текущей степени усвоения знаний пользователем.
В качестве параметров описания используются профессиональная направленность, т.е. перечень соответствующих дополнительных блоков, маршрут обучения и набор контрольных вопросов, на которые отвечал пользователь. Значениями параметров являются наименования последовательных точек прохождения маршрута, времена, затрачиваемые на участки маршрута и степень усвоения материала, вычисленная по известному алгоритму.
3. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДЕКЛАРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ
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].
3.1 Пользовательский интерфейс
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).
Интерфейс пользователя реализован стандартными средствами и соответствует принятым нормам. Обеспечивает интерактивное взаимодействие пользователя с системой. Спокойная цветовая гамма и крупный шрифт позволяют не утомлять глаза при чтении, что могло бы ограничивать работу с программой. На рисунках 3 и 4 приведены фрагменты интерфейса пользователя.
Рис. 3. Начальная страница блока профессионального обучения технологии лазерной резки материалов.
Рис.4. Фрагмент интерфейса задачника
Весь материал представлен в удобной и эргономичной форме. Разветвлённая система ссылок позволяет быстро и эффективно найти необходимую информацию. Для этого можно использовать оглавление и кнопки перехода на самих страницах. В меню есть пункт «Поиск», с помощью которого можно найти страницу по любому интересующему пользователя слову. При этом пользователю предоставляется набор строк (абзацев), включающих требуемое слово, что позволяет целенаправленно перейти к странице с интересующей его информацией. Удобство электронному учебнику добавляют всплывающие подсказки, расшифровывающие значение терминов и объясняющие назначение кнопок, так что даже человеку, работающему с программой в первый раз, не будет сложно разобраться в ней.
Чтобы просмотреть фотографии, схемы, рисунки, упоминающиеся в тексте, не придётся пролистывать всю книгу в их поиске - они появляются в отдельном окне, достаточно указать на соответствующую ссылку. При желании окно можно закрыть сразу после ознакомления, а можно оставить на втором плане экрана и обращаться к требуемому окну по мере необходимости.
3.3 Концептуальная модель декларативной обучающей системы
Разработчики ДОС решали следующие основные проблемы, связанные с формированием концептуальной модели обучающей системы, основанной на использовании декларативных знаний.
· Разработка состава и структуры системы для пользователей с разной начальной подготовкой, обучающихся различным профессиональным направлениям
· Выявление и выделение модулей системы различного уровня - модулей базовых знаний и модулей профессиональной подготовки
· Разработка сценария обучения
· Формирование обучающих последовательностей в рамках структуры Учебник - Задачник - Контроль - Оценка для модулей различного уровня
· Разработка сценария реакций системы на предъявляемое пользователем решение задачи и контрольного тестирования
· Оценка знаний пользователей по результатам тестирования
· Формирование индивидуальной и групповой истории обучения
· Выбор среды разработки системы
· Разработка пользовательского интерфейса
· Порядок принятия решений о текущем и финальном состоянии знаний пользователя.
Концептуальная модель ДОС включает многоагентную модель системы, модель обучаемого пользователя, взаимодействие пользователя и системы.
Взаимодействие системных агентов и модели пользователя позволяет организовать индивидуальное обучение, формируя текущий состав модулей, материал которых подлежит обучению, разрабатывая и рекомендуя индивидуальные маршруты обучения, основанные на текущем состоянии модели пользователя.
Эксперты - разработчики осуществляют адаптацию ДОС ко внешним изменениям, добавляя, редактируя и удаляя структурные блоки системы. Администраторы системы настраивают параметры системы и оценивают качество работы ДОС на основе текущей статистики.
Основные блоки концептуальной модели декларативной обучающей системы приведены на рис. 5.
Рис. 5. Концептуальная модель декларативной обучающей системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
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.
Литература
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
10. Ларичев О.И., Нарыжный Е.В. Компьютерное обучение процедуральным знаниям.// Психологический журнал, №6, 1999
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
14. A.B.Petrovsky. Structuring techniques in multiset spaces.// G.Fandel, T.Gal with T.Hanne (Eds.). Multiple Criteria Decision Making. - Springer-Verlag, Berlin, 1997, 174-184.
15. Х.Пападимитриу, К.Стайниц. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность. М.: Мир, 1985
16. В.А.Евстигнеев. Применение теории графов в программировании. - М.: Наука, 1985
17. Адельсон-Вельский Г.М., Диниц Е.А., Карзанов А.В. Потоковые алгоритмы. -М.: Наука, 1975
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, Kьnstliche 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.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Теоретический обзор современных авторских педагогических технологий обучения учащихся. Нетрадиционные системы организации учебного процесса. Классификация методов обучения. Анализ взаимосвязи форм и методов обучения. Технология воспитательного дела.
курсовая работа [45,8 K], добавлен 21.06.2014Дистанционное обучение как форма организации учебного процесса. Разработка тематического планирования и инструкционно–технологических карт для учащихся по теме "Системы счисления". Описание методики использование технологии дистанционного обучения.
дипломная работа [483,9 K], добавлен 13.04.2014Методика формирования знаний о неживой природе. Учебные программы по естествознанию для начальных классов. Реализация компьютерной поддержки образовательного процесса. Анализ программных средств учебного назначения, разработанных для урока естествознания.
дипломная работа [136,3 K], добавлен 18.02.2011Активное обучение - способ организации учебного процесса. Суть современных технологий, предусматривающих использование компьютерных обучающих систем. Перспективные методы активизации учебно-познавательной деятельности (игра). Активизация контроля знаний.
контрольная работа [15,1 K], добавлен 25.12.2011Понятие "контроль знаний". Требования к контролю знаний, функции и этапы проведения. Методы обучения, используемые в условиях активного обучения. Сравнительная характеристика проблемной и модульной технологий обучения. Интерпретация учебного материала.
контрольная работа [20,0 K], добавлен 30.07.2009Аспекты проверки знаний, умений и навыков младших школьников. Классификация методов обучения на уроках по предмету "Человек и мир". Формы контроля знаний. Анализ учебного программы и учебного пособия. Выявление уровня развития навыков третьеклассников.
дипломная работа [368,2 K], добавлен 31.10.2015Изучение информационно-коммуникационных технологий в сопровождении образовательного процесса в начальной школе. Обзор системы деятельности педагогов и психолога, направленной на создание оптимальных условий для развития и успешного обучения ребенка.
курсовая работа [44,8 K], добавлен 06.05.2012Раскрытие комплексного подхода к системе контроля в обучении и выделение основ средств его реализации. Оценка знаний и умений учащихся является важным звеном учебного процесса, от правильной постановки которого во многом зависит успех обучения.
курсовая работа [26,8 K], добавлен 16.07.2008Психолого-педагогические основы комплексного использования современных средств обучения в интегративном курсе "Окружающий мир". Классификация средств наглядности. Методические приемы реализации современных средств обучения на уроках окружающего мира.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 18.09.2017Проверка и оценка знаний учащихся как важный структурный компонент процесса обучения. Рассмотрение истории и системы оценивания. Анализ целей оценки знаний и умений учащихся: учет результативности процесса обучения, определение итоговых результатов.
курсовая работа [52,4 K], добавлен 09.02.2015Функция, классификация педагогики и ценность обучения. Трудовое воспитание и профессиональная ориентация школьников. Обучение как способ организации педагогического процесса. Документационное обеспечение учебного процесса. План-конспект урока по анатомии.
курсовая работа [52,8 K], добавлен 19.10.2012Характеристика средств обучения и их виды. Роль школьного учебника истории как источника знаний. Оценке качества учебной литературы. Дидактические особенности реализации принципов педагогического процесса и типичные ошибки применения технических средств.
реферат [26,8 K], добавлен 19.01.2010Система проверки знаний и умений учащихся как органическая часть учебного процесса. Принципы контроля процесса обучения, его разновидности, формы и методы. Возможности использования опорного и игрового контроля знаний в обучении младших школьников.
курсовая работа [41,2 K], добавлен 05.02.2014Повышение эффективности учебного процесса в профессиональном училище как педагогическая проблема. Понятие и сущность рейтингового контроля. Зависимость оценки знаний учащихся от коэффициента усвоения (В.П. Беспалько). Открытый рейтинг (по В. Шаталову).
дипломная работа [3,0 M], добавлен 11.10.2011Психолого-педагогические основы усвоения естественнонаучных понятий младшими школьниками при помощи современных средств учебы. Обоснование необходимости комплексного использования наглядных средств обучения при усвоении учащимися качественных знаний.
дипломная работа [86,3 K], добавлен 08.09.2017Суть профессиональной квалификации. Повышение квалификации педагога - самообучение и организованное обучение специалиста с целью его индивидуального совершенствования на основе интеграции новой информации и имеющегося, и пополняемого практического опыта.
реферат [22,4 K], добавлен 04.03.2012Основные термины в области научения. Применение экспериментов над животными в процессе обучения человека. Память и забывчивость. Важность переноса знаний. Первичное и рефлексивное обучение. Природа обучающей организации. Теория двойственной памяти.
курсовая работа [22,8 K], добавлен 20.03.2009Анализ причин и способов разрешения современных проблем системы переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров РК. Сущность, значение и особенности финансирования индивидуальной программы профессионального роста педагогического работника.
статья [1,7 M], добавлен 16.11.2010Эволюция формирования и изучения дидактических принципов и правил. Самостоятельность системы и отдельных принципов обучения. Деятельностный подход в дидактике. Принципы использования средств наглядности. Коллективизм и индивидуальный подход в обучении.
контрольная работа [32,3 K], добавлен 29.08.2012Дидактические принципы системы Л.В. Занкова: обучение на высоком уровне трудности, ведущая роль теоретических знаний, осознание процесса учения и быстрый темп прохождения материала. Разработка учебно-методического комплекта "Развивающее обучение".
презентация [5,4 M], добавлен 13.11.2014
