Юрков Н.К. Интеллектуальные компьютерные обучающие системы

Подождите немного. Документ загружается.

251

Часто обучаемый затрудняется в определении типа своей ре-

презентативной системы, поэтому интеллектуальность интерфейса

пользователя реализована в виде автоматизированного определе-

ния репрезентативной системы обучаемого. Определение типа ре-

презентативной системы проводится на основе стандартной мето-

дики тестирования, отличающейся простотой и надежностью по-

лученных результатов [46].

В зависимости от типа репрезентативной системы обучаемо-

го ИИП принимает соответствующий вид.

Дискретному типу соответствует передача УИ в виде текста,

формул, графических изображений и табличных данных (рис. 59).

Рис. 59. Вид ИИП, соответствующий дискретному типу

репрезентативной системы обучаемого

Аудиальному типу соответствует передача той же самой УИ,

но уже в виде аудиозаписи (рис. 60). Визуальному типу соответ-

ствует передача той же самой УИ, но уже в виде видеозапи-

си (рис. 61).

252

Рис. 60. Вид ИИП, соответствующий аудиальному типу

репрезентативной системы обучаемого

Рис. 61. Вид ИИП, соответствующий визуальному типу

253

6.2. Методика взаимодействия обучаемого с ИКОС

ИКОС представляет собой программу, из главного меню ко-

торой можно провести авторизацию пользователя и осуществить

навигацию по разделам УИ.

Авторизация проводится с целью хранения индивидуальных

настроек каждого пользователя. К их числу относятся:

 логин и пароль обучаемого как идентифицирующие его

элементы;

 вариант оформления ИИП. Предлагается просмотреть не-

сколько вариантов оформления ИИП, разработанные с учетом эрго-

номических стандартов качества и выбрать наиболее подходящий;

 вид репрезентативной системы (аудиал, визуал, дискрет).

В случае затруднения обучаемого ему предлагается пройти тест,

результатом которого будет наиболее соответствующий тип репре-

зентативной системы;

 данные о степени усвоения УИ. Если авторизация прохо-

дит впервые, то предлагается пройти предварительный контроль.

Навигация по разделам реализована в виде окна выбора тем

в левой части экрана. Количество тем определяется интеллекту-

альной системой управления обучением на основе информации

о знаниях обучаемого, имеющихся в МО, а последовательность –

на основе результата количественного анализа декларативной и

процедурной составляющей, в соответствии с последовательно-

стью этапов обучения.

УИ отображается в основной части экрана. В зависимости от

применяемого ИО раскрывается одна из следующих вкладок.

Мультимедиа. На этой вкладке УИ представлена с помощью

мультимедиа средств, ее вывод происходит в соответствии с особен-

ностями репрезентативной системы обучаемого (см. рис. 5961).

Так, если обучаемый – визуал, то основное место на экране занимает

графическая (рисунки, графики и видеофрагменты) УИ, если диги-

тал, то текстовая (в виде текстов, таблиц, формул), если аудиал, то

предлагается прослушивание аудиозаписи той же самой УИ. Эта

вкладка предназначена для прохождения обучаемым начального и

ключевого этапов обучения, получения им мотивации, общей ориен-

тировки в предмете, а также передача теоретической УИ.

АЛК. УИ представлена с помощью физического объекта,

управление которым сосредоточено на этой вкладке (рис. 62). Здесь

254

происходит определение либо уточнение структуры и параметров

математической модели по экспериментальным данным, что обеспе-

чивает прохождение обучаемым материального этапа обучения,

формирования у него навыков практических действий (рис. 63).

Рис. 62. Вкладка АЛК

Рис. 63. Вкладка АЛК (во время работы)

255

САПР. УИ представлена с помощью моделей САПР, так как

именно они формируют умения использовать полученные ранее

теоретические и практические знания в реальных условиях или в

максимально приближенных к реальным (рис. 64).

Рис. 64. Вкладка САПР

Интернет-браузер. Модуль подключения к Интернету пред-

назначен для получения дополнительной информации, не содер-

жащейся в БЗ (рис. 65). У обучаемого должно сформироваться

умение находить, подготовить, передавать и принимать требуемую

информацию с использованием современных информационных

технологий.

Алгоритм, описывающий разработанную методику обучения

с помощью ИКОС, показан на рис. 66 и состоит из следующих

пунктов:

1. В начале обучения необходимо прийти авторизацию, после

чего в левой части экрана появится список разделов УИ. Автори-

зация включает логин и пароль обучаемого, вариант оформления

интерфейса, вид репрезентативной системы (аудиал, визуал, диги-

тал) (возможен тест) и данные о степени усвоения УИ (возможен

тест).

256

Рис. 65. Вкладка интернет-браузер

2. Далее необходимо выбрать раздел, после чего будет от-

крыта вкладка ИО, соответствующая УИ этого раздела. Для полу-

чения наибольшей эффективности в качестве вспомогательного

материала в программу включен дополнительный список разделов,

содержащий все разделы предмета, вне зависимости от текущего

уровня знаний обучаемого.

Таким образом, разработанная методика взаимодействия

обучаемого с ИКОС позволяет обучаемому эффективно приобре-

тать знания, формировать навыки и умения.

257

Выбор раздела

УИ

Текущий

контроль

Сохранение

результатов

Авторизация

пользователя

Выбор варианта

оформления

интерфейса

Определение вида

репрезентативной

системы

Внесение

данных о степени

усвоения УИ

Ввод

логина и пароля

параметров

Начало

Да Нет

Конец

Пользователь

авторизован?

Вывод запроса

авторизации

Закончить

обучение?

Рис. 66. Разработанный алгоритм методики взаимодействия обучаемого

с ИКОС

258

6.3. Аппаратно-программная реализация ИКОС

В настоящее время все стремительнее растут требования к

уровню подготовки специалистов. Поэтому создание интеллекту-

альных компьютерных обучающих систем (ИКОС) для получения

дополнительных знаний является актуальной задачей.

Основу образовательного процесса при использовании обу-

чающих систем составляет целенаправленная и контролируемая

интенсивная самостоятельная работа обучаемого, который может

учиться в удобное для себя время, по индивидуальному расписа-

нию, имея при себе комплект специальных средств обучения и

возможность контакта с преподавателем с помощью современных

технических средств, или очно.

Программные средства учебного назначения по принципам

использования можно условно разделить на обучающие системы,

содержащие знания по конкретной предметной области, и инстру-

ментальные системы, предназначенные для наполнения их зна-

ниями по произвольной предметной области с целью создания

обучающей системы. Наиболее перспективными с точки зрения

соотношения конечного результата и трудозатрат на создание и

поддержку являются инструментальные системы, которые принято

называть интеллектуальными компьютерными обучающими сис-

темами (ИКОС).

К основным достоинствам ИКОС относятся:

– возможность использования преимуществ индивидуально-

го обучения;

– интенсификация обучения;

– возможность индивидуальной адаптации курса обучения к

потребностям обучаемых или условиям обучения;

– повышение доступности образования;

– обучение навыкам самостоятельной работы;

– разгрузка преподавателя от ряда рутинных, повторяющих-

ся действий (чтения лекций, проверки контрольных работ и т.д.);

– возможность проведения в рамках дистанционного обуче-

ния переобучения и повышения квалификации.

Для оценки качества обучающей системы рассматривается

соответствие обучающей системы схеме процесса обучения. Про-

цесс обучения можно трактовать как процесс управления усвоени-

259

ем знаний. Как и любой процесс управления, реализуемый в замк-

нутой системе, этот процесс характеризуется целью управления,

имеет объект управления (обучаемых), устройство управления и

канал обратной связи. На рис. 67 представлена обобщенная схема

управления процессом обучения. Критерием качества управления

могут служить результаты контроля знаний.

Рис. 67. Обобщенная схема управления процессом обучения

Схема, приведенная на рис. 67, является упрощенной и фор-

мальной. Она не учитывает те особенности, которые накладывает

на реальный процесс обучения участие в нем человека. В соответ-

ствии с целью обучения устройство управления вырабатывает на-

бор управляющих воздействий на обучаемого (например, предъяв-

ление учебного материала или контрольного задания). Ответная

реакция обучаемого (уточняющий вопрос, ответ и т.п.) по каналу

обратной связи передается устройству управления и позволяет ему

корректировать управляющие воздействия для достижения желае-

мого результата.

Сложность задачи по организации обучающей системы за-

ключается в том, что процесс обучения не формализован. Не суще-

ствует готового набора формальных параметров, с помощью кото-

рых можно было бы сформулировать цель обучения и критерии

достижения этой цели. Следовательно, в отсутствие формальных

моделей управления обучением нужно использовать другие подхо-

ды, например, методы инженерии знаний или нечеткую логику, ко-

торые предназначены для решения слабо формализованных задач.

Для организации работы обучающая система должна вклю-

чать знания:

• о предметной области (о предмете изучения).

260

Если обучающая система является инструментальным сред-

ством, то она должна настраиваться на произвольную предметную

область;

• о методике обучения (правила формирования управляю-

щих воздействий). Набор этих правил должен базироваться на тео-

рии обучения. К сожалению, единой общепризнанной теории обу-

чения не существует. Разные специалисты в области обучения

имеют различные представления об эффективных методах препо-

давания и целесообразности их использования. Отсюда можно

сделать вывод: в отсутствие единой теории обучения знания о

стратегии обучения должны быть такими же вариативными, как и

знания о предметной области, чтобы преподаватель мог вложить в

систему свои представления об эффективной методике обучения;

• об обучаемом (об объекте управления).

Информация о цели обучения и о текущем состоянии про-

цесса обучения нужна системе для обеспечения возможности

адаптации к обучаемому и определения степени достижения цели.

Однако анализ существующих обучающих систем показыва-

ет, что подавляющее большинство их является электронными

учебниками, дополненными, в лучшем случае, системами тестово-

го контроля знаний.

Все практические задания в таких системах основаны на ре-

шении типовых задач. Для некоторых специальностей этого доста-

точно, но для тех областей, которые направлены на получение

большей доли декларативных знаний, нежели процедурных.

Для подготовки инженеров-схемотехников эффективность таких

систем мала: важна не только теория, но и практика, которую ни

одна из обучающих систем пока не дает.

Исправить данную ситуацию можно введением в обучаю-

щую систему дополнительной ветви обратной связи – практиче-

ского (лабораторного) блока для закрепления и контроля получен-

ных знаний на практике. На рис. 68 представлена структурная схе-

ма ИКОС с лабораторным (практическим) блоком.

Обучающая среда воздействует на обучаемого посредством

объяснения теоретического материала и проверкой усвоенных

знаний на практике. Для проверки теоретических знаний служит

аналитический блок, а для практических знаний и навыков – прак-

тический (лабораторный) блок.

На рис. 69 представлена структурная схема ИКОС с распи-

санным лабораторным (практическим) блоком.