Электронные обучающие системы с использованием интеллектуальных технологий Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Трембач Василий Михайлович

Передача знаний в ходе обучения являлась важной составляющей деятельности людей в ходе развития цивилизации. Изначально это были различные вспомогательные средства: от простейших приспособлений в древности до механических и электрических систем в последние столетия. Создание и

Учебные объекты делают возможным создание независимых компонентов образовательного контента, которые обеспечивают реализацию образовательных целей. Существуют многие подходы к их классификации, структуре, описаниям составных элементов. IMS и SCORM обеспечивают детальные стандарты и рекомендации для учебных объектов. Стандарт SCORM [18, 19] определяет структуру учебных материалов и интерфейс среды выполнения. Благодаря этому, учебные объекты могут быть использованы в различных системах электронного дистанционного образования. SCORM описывает эту структуру с помощью нескольких основных принципов, спецификаций и стандартов, основываясь при этом на других уже созданных спецификациях и стандартах электронного и дистанционного образования.

Логический уровень поддерживает информацию об определениях классов, включая правила и ограничения, и поддерживает примитивные операции базы знаний [24]. Его службы реализованы поверх физического уровня (набора модулей), которые предусматривают функции управления исходными данными: трассировка пути доступа, планирование эффективной обработки запроса и параллельное выполнение протоколов, блоки рассуждений специального назначения для временных, пространственных или других типов обоснования (логик), а также компонент управления правилами, который поддерживает дедуктивный вывод и проверку ограничений.

бернетики в практику обучения [8]. В первые годы одним из основных признаков программированного обучения была автоматизация процесса обучения [1, 3, 9], которая началась с использования обучающих и контролирующих устройств различного типа. Эти устройства широко применялись в 1960-1970-е гг. [10], но из-за ограниченных возможностей не обеспечивали достаточной эффективности и адекватности результатов контроля реальному уровню знаний обучаемого. Применение таких устройств [5] способствовало обучению разным навыкам, а также реализации простейших методов контроля, в основном выборочного типа. Одновременно начали развиваться идеи искусственного интеллекта.

развитие вычислительных средств ознаменовало появление электронных систем обучения. Первые шаги по применению вычислительной техники в образовании были сделаны в конце 1950-х гг. Исследования в области применения и совершенствования ЭОС начались во всех развитых странах. В своем развитии ЭОС прошли ряд этапов.

Рассматриваются основные этапы развития электронных систем обучения. Описаны предпосылки появления интеллектуальных обучающих систем, содержание современных интеллектуальных технологий . Показаны перспективы развития интеллектуальных обучающих систем с применением многократно используемых компонентов (типовых технических решений). Представлена архитектура интеллектуальной обучающей системы с многократно используемыми компонентами. Показаны демо-примеры.

INTELLIGENT TRAINING SYSTEMS

Современные и перспективные информационные технологии обучения предъявляют высокие требования к качеству компьютерных обучающих программ. Каждая такая программа представляет собой сложную систему обеспечения интерактивного процесса изучения конкретной дисциплины либо некоторой ее темы в соответствии с предварительно спроектированным дидактическим материалом — сценарием обучения.

является простая и функциональная схема адресных ссылок внутри приложения. Для реализации схемы адресных ссылок в фреймворке для быстрой разработки веб-приложений — Django используется модуль URLconf, который позволяет создать таблицу содержимого приложения с простым соответствием между адресной строкой (URL) и функцией Python, которая реализует генерацию страницы пользовательского интерфейса в веб-приложении. Пример схемы адресных ссылок для прототипа агента формирования индивидуальной траектории обучения показан на рис. 3.

Для поддержки «разумного» процесса обучения человек-педагог использует специальные знания трех основных типов: знания о предмете обучения, знания о стратегии и методах обучения, знания об обучаемом. К этим специальным знаниям можно добавить обычные «человеческие » умения общаться — сказать, показать что-нибудь обучаемому, понять его ответ (слова, рисунок). В традиционных АОС фрагменты этих знаний, необходимые для реализации конкретной части курса обучения, были жестко встроены в текст его отдельных кадров. В ИОС необходимые знания явно выделены и представлены, как правило, с помощью различных методов и технологий. Используя эти знания, ИОС способна выполнять различные функции педагога почти также разумно, как это делает человек.

Современные ИОС, разработанные на основе учебных объектов, используют мета-данные, которые хранятся в базах знаний. К настоящему времени нет общепризнанных определений понятиям «база данных» и «база знаний». Автор принимает точку зрения, изложенную в работе [20], где отмечается, что технических различий между терминами «база знаний» и «база данных» нет. Это объясняется тем, что многофункциональные (расширенные) системы управления базами данных, такие как управление объектно-ориентированными, активными и дедуктивными базами данных, поддерживают некоторый дедуктивный и не дедуктивный механизмы выводов и средства структурирования, аналогичные базам знаний. Разница в значении этих двух терминов, если она имеется, в основном в том, в какой степени системы поддерживают представление, структурирование и возможность вывода.

В статье рассматриваются виды компьютерных обучающих систем и основные тенденции в разработке интеллектуальных учебных курсов. Автор, затрагивая исторический процесс заявленной темы, акцентирует внимания на практико-ориентированном аспекте ИОС. Описываются три принципа проектирования диалоговых обучающих программ.

Первый этап связан с исследованиями возможностей создания обучающих систем. Эти исследования пришлись на 1950-1960 гг. Уже в 1954 г. профессор Б.Ф. Скиннер выдвинул идею, получившую название программированного обучения [7]. Суть идеи заключалась в необходимости повысить эффективность управления учебным процессом путем построения его в полном соответствии с психологическими знаниями о нем, что фактически означает внедрение ки-

условий должно стать создание эффективной технологии проектирования ИОС. В работе [30] для решения этой задачи предлагается методика компонентного проектирования, которая является фактором зрелости любых технологий и которая основывается на постоянно расширяемых библиотеках многократно используемых компонентов (типовых технических решений). Для этого требуется решение многих вопросов, некоторые из них представлены ниже:

При создании ИОС, использующих метаданные учебных объектов (знания об учебных объектах), одной из сложных проблем является выбор адекватного метода их представления. Для применения индивидуальных траекторий обучения предлагается интегрированный метод, в основе которого заложены возможности представления структуры предметной области и взаимодействия сущностей предметной области друг с другом. Интегрированный метод представления знаний позволяет задавать предметную область множеством описаний концептов. Описания концептов представляются как множества вершин и взвешенных связей между ними. Каждая вершина описывается следующими атрибутами представления сущности [5, 14, 28, 29]: