Сторінка
2

Розробка автоматизованих навчальних систем на основі методики програмованого навчання

Розглянемо одну з можливих структур автоматизованої навчальної системи з використанням елементів штучного інтелекту. Вона складається з таких блоків (рис. 2):

1. Об'єкт навчання – учень, студент.

2. Інтерфейс об'єкту навчання – дружній інтерфейс взаємодії об'єкту навчання з навчаючою системою на основі діалогу «учень-комп'ютер». Через інтерфейс користувача здійснюється обмін інформацією між об'єктом навчання і АНС.

3. Підсистема теоретичних відомостей здійснює подачу навчальної інформації по каналу прямого зв'язку об'єкта навчання через інтерфейс користувача.

4. Інформаційно-довідкова підсистема (підсистема «Допомога») видає довідки по користуванню навчальною системою.

5. Підсистема введення – через неї об'єкт навчання вводить числові величини та вибирає певні значення відповіді з допомогою системи меню.

6. Підсистема контролю організовує та проводить процес навчання, перевіряє правильність розв'язку поставлених підпроблем, генерує внутрішні помилки системи.

7. Підсистема обробки помилок визначає характер помилки, допущеної об'єктом навчання при тестуванні, і фіксує її черговість.

8. Машина висновків повідомляє про помилку допущену учнем і у відповідності до її характеру та черговості видає корегуючу інформацію, використовуючи базу знань.

9. Внутрішній інформаційний інтерфейс використовується для передачі інформації між окремими підсистемами АНС.

10. Підсистема обчислень здійснює еталонні обчислення для перевірки правильності відповідей при тестуванні.

11. Підсистема результату призначена для обробки результатів навчання, оцінювання знань учня та видачі результатів на екран дисплею і запису їх в файл результатів.

12. БЗ – база знань, яка містить дидактичний матеріал для підсистеми теоретичних відомостей, а також корегуючу інформацію для машини висновків.

13. СУБЗ – система управління базою знань.

14. БД (база даних) – різнорідна інформація, яку використовує підсистема «Допомога» та машина висновків.

15. СУБД – система управління базою даних, яка забезпечує доступ підсистеми «Допомога» до необхідної інформації з бази даних.

Автоматизований навчальний курс (АНК) подається в виді набору навчальних модулів {M(1),…, M(n)}, кожен з яких розглядає певну тему чи поняття. Сукупність понять, які вивчаються в j-му модулі та система понять, на яких ґрунтується тема цього модуля, утворюють складну ієрархічну структуру, яка зображена на Рис. 4. Вершиною графа, який описує цю структуру, є модуль M(j); на першому рівні ієрархії розміщується система понять C (1, j),…, C (k, j), яка визначає зміст M(j). Кожний з елементів C (і, j), в свою чергу, базується на певній сукупності понять D (1, j),…, D (m, j), які утворюють другий понятійний рівень. В ролі цих елементів виступають деякі елементи С (1, s) (s<j) попередніх навчальних модулів курсу (тобто певні елементи другого рівня j-го модуля одночасно являються елементами першого рівня s-го модуля), а також компоненти системи фундаментальних понять, на яких базується вивчення курсу і які є зовнішніми по відношенню до даного курсу. В залежності від змісту модуля можуть існувати ще декілька понятійних рівнів структури.

Логічна структура програмованого тексту (що може являти собою не лише текстову інформацію, але й графічні, музичні та інші образи), з допомогою якого висвітлюється те чи інше поняття, може бути, в свою чергу, досить складною. Вона містить в собі кілька рівнів деталізації, починаючи з найвищого – інформаційно-довідкового, який розрахований на підготовленого користувача, що в основному освоїв дане поняття. Hа самому нижньому рівні знаходиться найбільш детальна методична розробка навчального матеріалу з великою кількістю прикладів, орієнтована на слабо підготовленого учня.

Виходячи з основних засад зберігання та використання великих інформаційних масивів, схема розміщення багаторівневого програмованого тексту в пам'яті комп'ютера повинна організуватися так, щоб максимально уникнути дублювання при запису інформації. Цю задачу можна розв'язати створивши гіпертекстовий масив, тобто узагальнений текстовий масив, що є деяким логічним об'єднанням підтекстів різних навчальних рівнів.

Дидактична та довідкова інформація, необхідна для навчання на кожному з рівнів, одержується шляхом декомпозиції узагальненого тексту на певні складові. Це означає, що для кожного понятійного вузла навчальної мережі АНК, необхідно побудувати відповідну декомпозиційну функцію, аргументом якої є номер рівня навчання. Позначимо її через D (p, k), де p – номер понятійного вузла, k – рівень навчання в даному вузлі. Ці функції можна розглядати як елементи керування інтерфейсом навчального процесу.

Виходячи з основних принципів програмованого навчання, можемо запропонувати таку послідовність дій розробника АНС. 1. Постановка задачі:

- професійний аналіз навчального матеріалу;

- психологічний аналіз;

- дидактичний аналіз.

2. Розробка структури всіх модулів АНС.

3. Моделювання діалогу «учень-комп'ютер»:

- визначення кроків навчання;

- розробка сценарію діалогу «учень-комп'ютер»;

- формалізація сценарію;

- організація бази знань.

4. Розробка програмного забезпечення АНС.

- створення програмних модулів на одній або декількох вибраних мовах програмування;

- відлагодження програмних модулів на комп'ютері;

- компоновка та відлагодження всієї програмної системи.

5. Апробація АНС.

- перевірка навчального матеріалу та програмного забезпечення на вибраній групі учнів (студентів);

- корекція методичного та програмного забезпечення.

6. Впровадження АНС в навчальний процес та його дослідна експлуатація.

Рис. 1. Блок-схема програмного методу навчання

Рис. 2. Схема інтелектуальної навчальної системи

Рис 3. Блок-схема машини висновків