А.С. Омарбекова, *Б. Исмагамбетов, *А.Сундетова

А.С. Омарбекова, *Б. Исмагамбетов, *А.Сундетова
Интеллектуальные обучающие системы
(Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева, г.Астана)
(*Казахский Агротехнический университет им.С.Сейфуллина, г.Астана)
В статье описываются принципы построения интеллектуальных средств обучения,
выделены типы знаний необходимых для построения интеллектуальных систем
образовательного назначения, а также выявлены причины ограниченного применения
интеллектуальных обучающих систем.
В 50-е годы на первом этапе разработки средств компьютерного обучения
использовалась линейная методика, предложенная американским педагогом
Б.Скинером, которая заключалась в последовательном показе обучаемому
«кадров» (небольших по объему фрагментов учебного материала),
сопровождавшихся
контрольными
вопросами.
Следующий
кадр
предъявлялся только после освоения предыдущего, причем обучаемый
должен был самостоятельно сравнить полученный им ответ на контрольный
вопрос с правильным ответом, выдаваемым компьютером. Позже другой
американский педагог предложил усовершенствовать методику Б.Скинера,
включив в нее элемент индивидуализации процесса обучения путем
ветвления программ. Следующий кадр учебного материала, предъявляемый
обучаемому, зависел от его ответов на контрольные вопросы. На этом этапе
разработки средств компьютерного обучения начали разрабатываться методы
анализа ответов обучаемых.
Впервые общее представление об интеллектуальных обучающих
системах (ИОС) было сформулировано в 1970 году Дж. Карбонеллом [1], но
реальные исследовательские и коммерческие ИОС появились уже в 80-е годы
XX-го века. Если в обычной автоматизированной обучающей системе
программа просто указывает студенту, правилен или неправилен его ответ,
то ИОС нацелена на диагностику, отладку и коррекцию поведения
обучаемого. Такая система не только диагностирует и указывает студенту его
ошибки, но и анализирует их причины, строит гипотезы, правила и планы
исправления ошибок, дает советы, исходя из предварительно определенных
стратегий обучения и имеющейся модели обучаемого.
В блоке «модель обучаемого» должна иметься информация об
индивидуальных особенностях студента, предпочитаемых им стратегиях
обучения, типичных ошибках. В нем необходимо организовать
представление текущего уровня обученности, диагностику текущих знаний
студента. При этом следует указать информацию о том, чего он не понимает,
а также сведения о предпочтительной стратегии обучения (обучение на
примерах, обучение по аналогии и т.п.).
Блок «модель процесса обучения» обеспечивает формирование
информационной модели, предъявление информации и оценку качества
деятельности студента. Здесь присутствуют знания о планировании и
организации процесса обучения, об общих и частных методиках обучения.
Этот блок обеспечивает реализацию различных интерактивных режимов
обучения:
а) тренировка обучаемого, например, в процессе развивающей игры,
когда за счет изменения условий игры у студента формируются требуемые
навыки и умения;
б) постановка тестовых задач, по результатам решения которых можно
судить об уровне подготовки и ошибках обучаемого;
в) вопросно-ответные процедуры, в ходе которых обучаемого побуждают
к формированию цепочек рассуждений, причем могут использоваться такие
модели, которые позволяют обучаемому самому открывать некоторые
правила или оценивать факты.
В интересах построения интеллектуальных систем образовательного
назначения по принципам ИОС можно выделить пять наиболее
существенных типов знаний [2,3]:
• предметные знания, относящиеся к конкретному курсу (области
обучения), например, проблемам искусственного интеллекта или
информационному обеспечению предприятий
• стратегические и методические знания, относящиеся к организации,
планированию и управлению процессом подготовки студентов, например,
общие цели, стратегии и сценарии обучения, правила комбинирования
различных дисциплин и форм занятий, способы составления учебных планов,
и пр.
• педагогические знания, относящиеся к управлению деятельностью
студентов, например, знания о студенческой группе и особенностях
отдельных студентов, знания о способах профессионально-педагогических
воздействий на студентов, знания о типичных ошибках обучаемых и
гипотезы об их причинах, и т.п.
• эргономические знания об эффективной организации интерфейса
преподавателей и студентов с компьютерными системами
• метазнания о способах компьютерной интеграции знаний
Приведем ряд общих принципов построения интеллектуальных средств
обучения [4].
1. Принцип прагматической диагностики.
Назначение диагностического компонента ИОС состоит в поддержке
выполнения учебного плана. Иными словами, согласно этому принципу
устанавливается иерархия подчиненности ЭС диагностики ошибок
обучаемого по отношению к ЭС планирования и управления обучением.
2. Принцип сопоставления текущей модели обучаемого с моделью
идеального обучаемого
Задача диагностического компонента ИОС состоит в проверке, насколько
задания, определяемые предварительным учебным планом (моделью
идеального обучаемого) соответствуют текущей модели обучаемого.
3. Принцип «порождающих интерфейсов» (индивидуальной оперативной
адаптации формы предъявления учебного материала к отдельному студенту).
Согласно этому принципу, преподаватель должен быть в состоянии
сформировать различные представления компонентов учебного материала в
зависимости от текущего состояния знаний и потребностей студента в
данный момент времени.
4. Принцип неэквифинальности обучения
Конечный уровень подготовки (результирующее состояние опыта)
обучаемого никогда не соответствует точке в абстрактном пространстве
состояний (т.е. всегда оказывается подмножеством некоторого множества
целевых состояний). Соответствующие этому подмножеству состояний
знания обучаемого могут быть представлены различными способами.
5. Принцип необходимого разнообразия обучающих воздействий
Для обеспечения адаптивности обучения преподаватель должен уметь
выбирать наиболее эффективные варианты воздействий из всего набора
обучающих воздействий (например, сочетать манипулятивные и
развивающие стратегии воздействия на студентов).
Надо отметить, что применение ИОС носит пока ограниченный характер.
Это объясняется рядом причин: трудности формализации учебного
материала, необходимость участия в эксплуатации систем профессиональных
программистов, сложность интерфейса взаимодействия пользователей с
системой. Тем не менее очевидно, что создание ИОС, свободных от
перечисленных недостатков, - дело ближайшего будущего.
ЛИТЕРАТУРА
1. Carbonell J.R. AI in CAI: an Artificial Intelligence Approach to ComputerAided Instruction// IEEE Transactions on Man-Machine Systems. – 1970. – Vol.
MMS-11. – №4.
2. Yazdani M. Intelligent Tutoring Systems: an Overview// Artificial
Intelligence and Education. Vol.1. Learning Environments and Tutoring Systems/
Ed. by R.W. Lawler and M. Yazdani. – Norwood: Ablex Publ. Corp., 1987. – P.
183-201.
3. Петрушин В.А. Экспертно-обучающие системы. – Киев: Наукова
думка, 1992.
4. Ohlson S. Some Principles of Intelligent Tutoring // Artificial Intelligence and
Education. Vol.1. Learning Environments and Tutoring Systems/ Ed. by R.W.
Lawler, M. Yazdani. – Norwood: Ablex Publ. Corp., 1987. – P. 203-237.
Омарбекова А.С., Исмагамбетов Б., Сундетова А.
Интеллектуалды оқыту жүйелер
Мақалада интеллектуалды оқыту құралдарды құру принциптері, білім беретін
интеллектуалды жүйелерді құру үшін қажет ететін білім типтері айқындалған, сонымен
қатар интеллектуалды оқыту жүйелерді шектеулі қолданудың себептері анықталған.
Omarbekova A. S., Sundetova A., Ismagambetov B.
The intellectual training systems.
Paper describes principles of construction of intellectual tutorials, types of knowledge that
necessary for construction the systems of educational appointment, and also the reasons of the
limited application of intellectual training systems are established.