Главная / Информатика / Реализация технологии обучения на базе экспертных систем

Реализация технологии обучения на базе экспертных систем

Реализация технологии обучения на базе экспертных систем


Современное состояние компьютерных технологий и моделирование процессов в сфере обучения характеризуется интенсивным переходом от информационных технологий обучения к технологиям, которые используют методы искусственного интеллекта, обеспечивающие воспроизводство, распространение и использование знаний на базе гибридного интеллекта – естественного и искусственного. В традиционных компьютерных технологиях обучения используются различные программно-технические средства, основной состав которых представлен на рис.1

Инструментальные модули

hello_html_6f079778.gif

Учебно-методические пособия

Информационно-справочные системы

Автоматизированные учебные курсы

и системы

Тренажеры,

диалоговые системы

Экспертные обучающие системы

hello_html_m587242b7.gif

Тестовые, графические редакторы и электронные таблицы

БД, СУБД, Электронные словари

БД, СУБД+ Пакеты

прикладных программ

Интегриро-ванная АОС реального времени

Средства
представления и обработки
знаний

hello_html_347ee206.gifhello_html_347ee206.gifhello_html_347ee206.gifhello_html_347ee206.gifhello_html_347ee206.gif

Рис.1. Программно-технические средства обучения

Обучение под руководством

hello_html_75c45759.gif

Тренировка,

обучающий

диалог

hello_html_m752f3a15.gifhello_html_m686e315.gif

hello_html_m747eaa89.gifhello_html_m747eaa89.gifhello_html_75c45759.gifhello_html_m686e315.gif

Самостоятельное обучение

hello_html_75c45759.gifhello_html_75c45759.gifhello_html_m686e315.gifhello_html_m752f3a15.gifhello_html_m752f3a15.gif

hello_html_m752f3a15.gif

hello_html_1426f3a8.gif

модули

hello_html_m752f3a15.gif

hello_html_m220d96d2.gif

обучения


hello_html_m686e315.gif


Прикладные



hello_html_m2ec229ee.gif








Применяются они автономно и в комбинации с информационно-справочными, автоматизированными учебными курсами и другими прикладными обучающими системами на этапе самостоятельной работы обучаемого и в процессе учебного процесса под руководством преподавателя.

Во всех сферах реализации обучения при подготовке кадров 1,2,3 ведутся поиски способов повышения эффективности учебного процесса в условиях совместного применения аккумулирующей и циклической стратегии обучения. Эффект достигается и в основном за счет внедрения в учебный процесс средств автоматизации поддержки принятия решений (СППР) [2,3,4,5].

Компьютерная технология обучения с помощью прикладных и инструментальных средств обеспечивает реализацию дидактических функций, формирование рациональных стратегий и алгоритмов усвоения учебного материала, а также приобретение практических навыков за счет тренировок, деловых игр, других видов практических занятий с учетом индивидуальных особенностей обучаемого.

Развитие технологии в системе образования может идти по пути создания и внедрения экспертных систем (ЭС) поддержки принятия решений нового поколения. Основу таких систем могут составлять адаптивные алгоритмы и программы. Исследования свидетельствуют [2,3,4], что для эффективного использования рассматриваемых ЭС следует обеспечить непосредственное включение в базы знаний (БЗ) дополнительной справочной информации для формирования ответов на вопросы обучаемого, добавление блока управления обучением, создание средств анализа ошибок пользователя и сохранения “протокола обучения”.

Обучающие системы подобного класса могут быть реализованы в рамках концепции открытых ЭС, (рис.2), что обусловлено следующим положениями.

Для глубокого обоснования принимаемых решений в конкретной области образования (экономике, бизнесе, медицине и т.п) необходим детальный анализ ситуации, своевременное вскрытие тенденций развития событий и выработка эффективных мер (контрмер - для случая жесткой конкуренции) на основе информации, поступающей в реальном масштабе времени с учетом всей априорной логико-аналитической деятельности органов перспективного и текущего
планирования. Фактически речь идет об эффективном использовании знаний, полученных на этапе планирования в процессе непосредственного оперативного изменения ситуации (непосредственно обстановки и условий реализации задач, например, конъюнктуры рынка, законодательных актов и подзаконных постановлений).

Решение такой задачи возможно на основе ЭС, однако теория построения традиционных ЭС не позволяет решать указанные задачи, по крайней мере по следующим причинам: невозможность непосредственного участия пользователя (педагога, обучаемого) в пополнении базы знаний, что является необходимым элементом процесса накопления опыта и учета результатов деятельности органов управления. Действительно, если следовать традиционной структуре ЭС, то функции пополнения знаний определяет, так называемый, когнитолог, который должен в нашем случае знать правила структуризации знаний лица, принимающего решения, органов планирования, директив вышестоящих органов, условия реализации и тенденции изменения процессов в изучаемой области (экономике, медицине, законодательстве и т.п.) При этом каждый из респондентов системы вносит неопределенность и даже противоречивые знания, которые не позволяют непосредственно реализовать процедуры логического вывода для получения приемлемых рекомендаций действий; невозможность автоматизированного учета большого объема данных, характеризующих сложившуюся ситуацию, и поступающих в реальном масштабе времени; отсутствие возможности обучения системы, т. е. пополнения БЗ и получения результатов ее работы в понятиях различного уровня общности; отсутствие конструктивных подходов к решению задач интерпретации знаний ЭС в условиях априорной неопределенности.

Кроме того следует учитывать, что классическая теория принятия решений рассматривает процесс принятия решений как выбор одной из множества альтернатив. При этом, за рамками теории остается процесс формализованного представления задачи принятия решений, отвечающий соответствующим требованиям.

Основу теоретических положений концепции открытых ЭС составляет разработка методологического аппарата формализации задач принятия решений в системах реального времени, рассматриваемого по двум аспектам: разработка логико-математических методов и средств формализации задач принятия решений в условиях неполноты и противоречивости знаний и данных; разработка формально-логического аппарата структуризации баз знаний открытых ЭС.

Основой аппарата формализации являются элементы алетической логики возможностей, деонтической логики необходимости и фрактальной логики как составные части аппарата формализации, а также элементы теории топологии и сложных систем. Следует отметить, что если учесть, что ошибки функционирования систем поддержки принятия решений рассматриваемого класса могут привести к


hello_html_m260cb195.gif



















































нежелательным последствиям, при выборе средств формализации задач предопределяется использования строго корректных формальных методов.

Реализация рассматриваемых подходов к построению систем поддержки принятия решений обеспечивает построение соответствующих систем опыт эксплуатации которых (например, в медицинской диагностике) свидетельствует не только о принципиальной реализуемости подобных ЭС, но фактически предопределяет необходимость их широкого использования в области образования.

В общем виде предлагаемую экспертную обучающую систему можно представить как совокупность четырех основных подсистем:

  • планирования процесса обучения;

  • решения прикладных задач в некоторой предметной области;

  • диагностики и объяснения ошибок обучаемого;

  • генерации учебно-практических задач.

Каждая из указанных подсистем может быть реализована в рамках рассматриваемой концепции ЭС.

Ожидаемый эффект от реализации подобных открытых экспертных обучающих систем может состоять в следующем:

  1. повышение качества создаваемых автоматизированных учебных курсов за счет привлечения коллектива экспертов по предметной области, методике обучения, диагностике обучаемых, объяснению допускаемых ошибок;

  2. конкретизация содержания учебных курсов в процессе создания указанных БЗ;

  3. исключение дублирования разработок автоматизированных учебных курсов за счет использования готовых стандартных учебных процедур;

  4. интенсификация разработки автоматизированных учебных курсов за счет использования подготовленных экспертами программных модулей;

  5. фиксация методик обучения с учетом опыта их использования в форме программного продукта;

  6. возможность использования при самостоятельной (индивидуальной) подготовке, обучении под руководством преподавателя в процессе получения знаний, практических навыков и умений;

  7. сокращение времени обучения специалистов в различных областях знаний при достижении требуемого уровня их профессиональной подготовки с использованием Internet-технологий в режиме дистанционного обучения.

В конечном итоге, реализация открытых ЭС в сфере обучения может существенно повысить качество подготовки специалистов различного назначения.


Список литературы:

1. Информатика в целях развития. Направления деятельности международной программы по информатике. SC-85/WS/60.- Париж: ЮНЕСКО, 1985.-27с.

2. Береза А. С., Козлов С. А. Реализация технологии обучения на базе открытых экспертных систем. Доклад на 7-й Межд. научно-техн. конференции MicroCAD, Харьков, 1999 г.

3. Береза А. С. Методические рекомендации авторского инновационного курса «Школьная бизнес – компания в экономике знаний». На сайте Metod-kopilka.ru. № 09018 от 21.12.2014.

4. Береза А. С., Мацедонский С. Л. Программная система поддержки принятия бизнес решений «Business Navigator 2.0». Свид. на авторское право № 257 от 24.11.1998 г. ГААП Украины.

5. Береза А. С. и др. Компьютерная программа и база данных « Комплекс программ «Адаптивная интеллектуальная система контроля и управления установками катодной защиты подземных стальных трубопроводов и сооружений»» (АИСКУ УКЗ ПСТС). Свид. на авторское право № 11427 от 28.10. 2004 г. ГДИС Украины.



Реализация технологии обучения на базе экспертных систем
  • Информатика
Описание:

Реализация технологии обучения на базе экспертных систем

 

Современное состояние компьютерных технологий и моделирование процессов в сфере обучения характеризуется интенсивным переходом от информационных технологий обучения к технологиям, которые используют методы искусственного интеллекта, обеспечивающие воспроизводство, распространение и использование знаний на базе гибридного интеллекта – естественного и искусственного. В традиционных компьютерных технологиях обучения используются различные программно-технические средства, основной состав которых представлен на рис.1

               

Рис.1. Программно-технические средства обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применяются они автономно и в комбинации с информационно-справочными, автоматизированными учебными курсами и другими прикладными обучающими системами на этапе самостоятельной работы обучаемого и в процессе учебного процесса под руководством преподавателя.

Во всех сферах реализации обучения при подготовке кадров [1,2,3] ведутся поиски способов повышения эффективности учебного процесса в условиях совместного применения аккумулирующей и циклической стратегии обучения. Эффект достигается и в основном за счет внедрения в учебный процесс средств автоматизации поддержки принятия решений (СППР) [2,3,4,5].

Компьютерная технология обучения с помощью прикладных и инструментальных средств обеспечивает реализацию дидактических функций, формирование рациональных стратегий и алгоритмов усвоения учебного материала, а также приобретение практических навыков за счет тренировок, деловых игр, других видов практических занятий с учетом индивидуальных особенностей обучаемого.

Развитие технологии в системе образования может идти по пути создания и внедрения экспертных систем (ЭС) поддержки принятия решений нового поколения. Основу таких систем могут составлять адаптивные алгоритмы и программы. Исследования свидетельствуют [2,3,4], что для эффективного использования рассматриваемых ЭС  следует обеспечить непосредственное включение в базы знаний (БЗ) дополнительной справочной информации для формирования ответов на вопросы обучаемого, добавление блока управления обучением, создание средств анализа ошибок пользователя и сохранения “протокола обучения”.

Обучающие системы подобного класса могут быть реализованы в рамках концепции открытых ЭС, (рис.2), что обусловлено следующим положениями.

Для глубокого обоснования принимаемых решений в конкретной области образования (экономике, бизнесе, медицине и т.п) необходим детальный анализ ситуации, своевременное вскрытие тенденций развития событий и выработка эффективных мер (контрмер - для случая жесткой конкуренции) на основе информации, поступающей в реальном масштабе времени с учетом всей априорной логико-аналитической деятельности органов перспективного и текущего
планирования. Фактически речь идет об эффективном использовании знаний, полученных на этапе планирования в процессе непосредственного оперативного изменения ситуации (непосредственно обстановки и условий реализации задач, например, конъюнктуры рынка, законодательных актов и подзаконных постановлений).

Решение такой задачи возможно на основе ЭС, однако теория построения традиционных ЭС не позволяет решать указанные задачи, по крайней мере по следующим причинам:  невозможность непосредственного участия пользователя (педагога, обучаемого) в пополнении базы знаний, что является необходимым элементом процесса накопления опыта и учета результатов деятельности органов управления. Действительно, если следовать традиционной структуре ЭС, то функции пополнения знаний определяет, так называемый, когнитолог, который должен в нашем случае знать правила структуризации знаний лица, принимающего решения, органов планирования, директив вышестоящих органов, условия реализации и тенденции изменения процессов в изучаемой области (экономике, медицине, законодательстве и т.п.) При этом каждый из респондентов системы вносит неопределенность и даже противоречивые знания, которые не позволяют непосредственно реализовать процедуры логического вывода для получения приемлемых рекомендаций действий; невозможность автоматизированного учета большого объема данных, характеризующих сложившуюся ситуацию, и поступающих в реальном масштабе времени; отсутствие возможности обучения системы, т. е. пополнения БЗ и получения результатов ее работы в понятиях различного уровня общности; отсутствие конструктивных подходов к решению задач интерпретации знаний ЭС в условиях априорной неопределенности.

Кроме того следует учитывать, что классическая теория принятия решений рассматривает процесс принятия решений как выбор одной из множества альтернатив. При этом, за рамками теории остается процесс формализованного представления задачи принятия решений, отвечающий соответствующим требованиям.

Основу теоретических положений концепции открытых ЭС составляет разработка методологического аппарата формализации задач принятия решений в системах реального времени, рассматриваемого по двум аспектам: разработка логико-математических методов и средств формализации задач принятия решений в условиях неполноты и противоречивости знаний и данных; разработка формально-логического аппарата структуризации баз знаний открытых ЭС.

Основой аппарата формализации являются элементы алетической логики возможностей, деонтической логики необходимости и фрактальной логики как составные части аппарата формализации, а также элементы теории топологии и сложных систем. Следует отметить, что если учесть, что ошибки функционирования систем поддержки принятия решений рассматриваемого класса могут привести к






















































 нежелательным последствиям, при выборе средств формализации задач предопределяется использования строго корректных формальных методов.

Реализация рассматриваемых подходов к построению систем поддержки принятия решений обеспечивает построение соответствующих систем опыт эксплуатации которых (например, в медицинской диагностике) свидетельствует не только о принципиальной реализуемости подобных ЭС, но фактически предопределяет необходимость их широкого использования в области образования.

В общем виде предлагаемую экспертную обучающую систему можно представить как совокупность четырех основных подсистем:

·        планирования процесса обучения;

·        решения прикладных задач в некоторой предметной области;

·        диагностики и объяснения ошибок обучаемого;

·        генерации учебно-практических задач.

Каждая из указанных подсистем может быть реализована в рамках рассматриваемой концепции ЭС.

Ожидаемый эффект от реализации подобных открытых экспертных обучающих систем может состоять в следующем:

*                    повышение качества создаваемых автоматизированных учебных курсов за счет привлечения коллектива экспертов по предметной области, методике обучения, диагностике обучаемых, объяснению допускаемых ошибок;

*                    конкретизация содержания учебных курсов в процессе создания указанных БЗ;

*                    исключение дублирования разработок автоматизированных учебных курсов за счет использования готовых стандартных учебных процедур;

*                    интенсификация разработки автоматизированных учебных курсов за счет использования подготовленных экспертами программных модулей;

*                    фиксация методик обучения с учетом опыта их использования в форме программного продукта;

*                    возможность использования при самостоятельной (индивидуальной) подготовке, обучении под руководством преподавателя в процессе получения знаний, практических навыков и умений;

*                    сокращение времени обучения специалистов в различных областях знаний при достижении требуемого уровня их профессиональной подготовки  с использованием Internet-технологий в режиме дистанционного обучения.

В конечном итоге, реализация открытых ЭС в сфере обучения может существенно повысить качество подготовки специалистов различного назначения.

 

Список литературы:

1. Информатика в целях развития. Направления деятельности международной программы по информатике. SC-85/WS/60.- Париж: ЮНЕСКО, 1985.-27с.

2. Береза А. С., Козлов С. А. Реализация технологии обучения на базе открытых экспертных систем. Доклад на 7-й Межд. научно-техн. конференции MicroCAD, Харьков, 1999 г.

3. Береза А. С. Методические рекомендации авторского   инновационного  курса  «Школьная  бизнес – компания в экономике знаний». На сайте Metod-kopilka.ru. № 09018 от 21.12.2014.

4. Береза А. С., Мацедонский С. Л. Программная система поддержки принятия  бизнес решений «BusinessNavigator 2.0». Свид. на авторское право № 257 от 24.11.1998 г. ГААП Украины.

5. Береза А. С. и др.  Компьютерная программа и база данных « Комплекс программ «Адаптивная интеллектуальная система контроля и управления установками катодной защиты  подземных стальных трубопроводов  и сооружений»» (АИСКУ УКЗ ПСТС). Свид. на авторское право № 11427 от 28.10. 2004 г. ГДИС Украины.

 

 

Автор Береза Александр Станиславович
Дата добавления 04.01.2015
Раздел Информатика
Подраздел
Просмотров 422
Номер материала 28925
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓