Проблемы створення информационно-обучающей середовища

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Психология


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Проблемы створення информационно-обучающей среды

С.М. Каратун, Н.А. Мосягина

Тюменский державний нафтогазовий університет, Тюмень, Россия

Введение

Образование загалом є областю, де об'єднуються різні способи розуміння світу. У цьому інтелектуальна діяльність здійснюється виключно як викладачем, і учнем. Формалізувавши ці процеси, можна автоматизувати частина функцій викладача і полегшити сам і зробити ефективнішою навчання студентов.

Систему, вирішальну ці завдання, можна реалізувати в розумінні системи штучного інтелекту. Рівень автоматизації мусить вибиратися у разі індивідуально экспертом/преподавателем: «що потрібно «(автоматизувати) і інженером за знаннями: «які можна «(автоматизувати). Під час розробки подібних систем необхідно конструювати наново утримання і організацію навчального матеріалу, викладацьку діяльність й форму навчальної роботи студента в навчальною середовищі.

Проблемы автоматизації освітньої деятельности

Одним із напрямів створення інформаційно — навчальною середовища (ИОС), вирішальної проблеми формування та організації процесу є інформаційних і телекомунікаційних технологій у освітній процес і управління освітою [Зайцева Є. М, 2003]. Управляти навчальним процесом можна шляхом автоматизації функцій викладача (наприклад, автоматизувати контроль правильності вирішення завдань). Система, вишукуючи проблеми під час навчання студента, може вказати теми, що їх їм тим більше докладно вивчені, і запропонувати варіанти навчання. У межах створення ИОС може бути розв’язана і локальна завдання автоматизації, наприклад, моделювання будь-якого процесу, із формулюванням висновків за отриманими результатам. Рутинна частину роботи викладача по навчання та аналізу знань студентів то, можливо передано програмі. Система, реалізує індивідуального підходу до навчання студента повинна містити елементи штучного інтелекту.

В ході створення ИОС першому плані виходить завдання принципово нового конструювання забезпечення і організації навчального матеріалу, змінюється вид діяльності викладача і форма навчальної роботи студентів у комп’ютерної середовищі. Передбачаючи непросто отримання знань і перевірку усвоенного, але перехід від описового чи аналітичного уявлення досліджуваного об'єкта до моделювання його істотних чорт, дійшли проблемно- активному типу навчання [Зайцева Є. М, 2003], до автоматизації процесів інтелектуальної діяльності.

В програмну модель досліджуваної області знань вбудовується певна методика навчання. У ИОС система визначає характері і напрям навчання, можливості і форми участі обучаемого, реалізує наближення до поставленої мети навчання. Під час розробки як і системи, має бути вирішено, які процеси виконуються студентами при користуванні ИОС, які процеси виконує система, що залишається викладачеві прийняття рішень. У [Григор'єв У. До., 2003], наприклад, така проблема вирішується запровадженням моделі обучаемого, студента чи користувача ІВ; моделі досліджуваної області, досліджуваного об'єкту і моделі викладача.

Программно-аппаратное забезпечення ИОС передбачає можливість додавання нових функцій, і навіть включення до єдину мережу устаткування й програмних засобів. Розвиваючи систему, треба перейматися збереженням її концептуальної цілісності, забезпечуючи типізацію відновлення всього комплексу використовуваних інформаційних технологій. У цей час такі середовища формуються у межах загальнодоступних технологій у середовищі WEB — технологій чи професійно розроблених оболонках — розподілених навчальних середовищах, які включають використання інформаційних і експертних систем навчання дітей і аналізу знань. Отже локальні завдання у освітньої діяльності можна вирішити з урахуванням створення експертних систем (ЕС) по різноманітних галузей знань.

С технічної погляду основні проблеми при реалізації ИОС з урахуванням ЕС є проблеми пошуку, організації та управління знаннями. Хоча знання на галузі освіти добре структуровані, проте визначення концептуальних елементів знань, їх організація та уявлення є складною завданням.

Существуют механізми, дозволяють створити базу знань інтелектуальних систем [Chandrasekaran B. та інших, 1998], такі як мови фреймів, системи правил, семантичні сіті й т. буд. Але хоч би яким хорошим ні механізм, він малий, що може дати без адекватного описи предметної області, де його повинен працювати. Аналіз предмета повинен з’ясувати структуру знань, оскільки він утворює основу будь-який системи уявлення знань.

Представление знань для добре структурованих предметних областей можна як набір концептів, спеціалізованих для цій галузі. Такі концепти можуть бути описані з допомогою термінів словника уявлень. Фактично необхідно розглядати деяку систему категорій, незалежну від конкретного мови описи.

Если немає концептів, то немає і словника до подання знань. Тому перше крок у поданні знань полягає у виконанні ефективного аналізу деякою області знань. Знання визначаються основними поняттями, включеними у яких, і стосунками між поняттями. Маючи набір термінів для описи концептів і синтаксис для кодування концептів та відносин між ними, можна результати аналізу знань.

В технічних науках можна казати про поданні, наприклад, теми «Програмування «. Такі знання може мати такі концептуальні елементи, як дані, процедури, класи та інших. і між цими елементами, такі як «певні дані можна використовувати деякими процедурами ».

Идентификация таких термінів та що у основі концептів вимагає докладного аналізу типів об'єктів і стосунків, що потенційно можуть існувати з тем предметної області. І на цій платній основі у подальшому можна описати знання, що охоплює багато галузі освіти. Аналіз знань, необхідний створення таких концептуальних уявлень, є головним дослідницької проблемою.

В експертних системах, заснованих на виключно знаннях, правила (чи евристики), якими вирішуються проблеми навчання дітей і аналізу знань, зберігаються у базі знань [Гаврилова Т. А., Хорошевский У. Ф., 2002]. Проблеми ставляться перед системи у вигляді сукупності фактів, що описують процес навчання, і системи з допомогою бази знань і машини виведення формулює висновок про знаннях студента. У цьому евристики про знаннях викладача є правила виведення, дозволяють знаходити рішення з відомих фактів.

Одна з функцій управління навчальної діяльністю полягає у забезпеченні можливості проведення індивідуальних процедур контролю та коригування знань по конкретним тем, що чоловік-українець може підвищити об'єктивність контролю за навчанням студентів, рівень стандартизації вимог обсягу і якістю знань і умінь, забезпечити можливість проведення попереднього самоконтролю обучаемыми.

При формалізації знань їх, зазвичай, структурують за окремими розділами і підрозділам. Далі формулюють факти, що їх засвоєно студентами, і методик перевірки вмотивованості використання тих фактів. При управлінні навчальним процесом з навчання й оцінки знань студентів кожному за предмета рівень автоматизації мусить вибиратися індивідуально експертом у певній області знань і інженером за знаннями. Як експерта може бути викладач. Формальне алгоритмічне опис процесу праці з фактами може бути наступним:

выделяют завдання, вирішення яких є функціональної обов’язком обучаемого;

формулируют ці завдання у термінах предметної області;

строят ланцюжок дій, вирішальних ці завдання;

выполняют зворотний завдання з інтерпретації отриманих результатів.

Необходимо відзначити, знання часто вже не мають математично сформульованих і алгоритмічно певних висловів. Тоді перевірка правильності використання факту значно ускладнюється. Експерту у певній області знань необхідно сформулювати хід своїх міркувань.

Создание информационно-обучающей середовища для моделювання регулярних языков

Под керівництвом авторів студентами напрями ІЗТ ТюмНГНГУ Скочиным Проте й Савченковым Л. реалізований варіант системи на навчання та знань по дисципліни «Теорія формальних языкоа ».

В час теорія формальних мов і культур кінцевих автоматів є найважливішої частиною ядра інформатики. Центральним поняттям цієї наукової дисципліни є поняття мови, що у найбільш загальному сенсі можна з’ясувати, як безліч слів у певному кінцевому алфавіті. Вочевидь, що зовсім не кожен мову можна описати простим перерахуванням всіх назв слів, тим паче що мов взагалі є нескінченними. Але потрібно, щоб опис мови мало кінцевий «обсяг «. Відомо дві основні методу визначення мов, які відповідають цієї вимоги. Одне з них полягає у використанні породжує системи, званої граматикою. І тут ланцюжка мови будуються точно певними способами згідно з правилами граматики. Другий метод описи мови грунтується на застосуванні механізму розпізнавання і який використовує частковий алгоритм, який довільній вхідний ланцюжка зупиниться і відповість «так «після кінцевого числа кроків, якщо ця ланцюжок належить мови. Часто такий алгоритм подають як деякого схематизированного устрою, званого распознавателем.

Целью написання програми «Regular Language », реалізує ИОС, є побудова комп’ютерної моделі з вивчення важливого класу формальних мов — регулярних множин, їхнім виокремленням підвалини новочасної теорії автоматів. Реалізовано три методу описи таких мов: праволинейные граматики, детермінований і недетерминированные кінцеві автомати, регулярні висловлювання. Праволинейные граматики визначають який породжує механізм описи регулярних множин, кінцеві автомати є найпростіші распознаватели. Регулярні висловлювання не можна повною мірою віднести ні з що породжує, ні з распознающим моделям завдання мови. Вони уявляють собою структурні записи для описи деяких шаблонів побудови допустимих ланцюжків, що дозволяє використовувати їх як методу описи вхідного мови у багатьох системах, обробних різні послідовності символів.

Данная середовище варта автоматизації процесів розробки, аналізу та перетворення різних моделей уявлення регулярних мов.

Среда можна використовувати у навчальних мету і служити ефективним наочним посібником щодо основ теорії формальних мов за погляду глибшого розуміння основних принципів побудови що породжують і які розпізнають моделей мови. Користувач має можливість візуально спостерігати дію алгоритму розпізнавання кінцевих автоматів і механізму породження в праволинейной граматиці.

Преподаватель може використати цю середу для автоматичної перевірки вмотивованості рішення завдання побудови кінцевого автомата (КА), його перетворення лише з моделей до інших: регулярне вираження у кінцевий автомат, будь-який кінцевий автомат в будь-який інший кінцевий автомат і мінімізацію кінцевого автомата (зокрема по кроків).

Конечные автомати є моделлю багатьом компонентів апаратного та програмного забезпечення [Хопкрофт Дж. та інших., 2002]. У зв’язку з цим розроблювана програма може застосовуватися під час проектування та її реалізації різноманітних обчислювальних систем, як-от:

программное забезпечення, що використовується і розробити та цифрових схем;

лексический аналізатор стандартного компілятора;

программное забезпечення на сканування таких великих текстових масивів, як набори Web-страниц, в пошуках заданих слів, фраз та інших послідовностей символів;

программное забезпечення для перевірки різноманітних систем, які можуть перебувати в кінцевому числі різних станів;

тестеры програм, які можуть опинитися застосовуватися в олімпіадах з програмування для автоматичної перевірки вмотивованості роботи програми.

Логическая структура програми включає три основних модуля:

модуль описи интерфейсных класів, відповідальних за взаємодія програми з користувачем;

модуль описи методів уявлення регулярного мови, що становить з себе базу знань;

модуль визначень і конструкцій, який реалізує машину виведення.

ИОС дозволяє перевірити факти, що їх засвоєно студентами як наступних алгоритмів [Ахо Проте й ін., 1978]:

алгоритм перетворення недетерминированного кінцевого автомата (НКА) і недетерминированного кінцевого автомата з e- переходами eНКА в детермінований кінцевий автомат (ДКА);

алгоритм перетворення кінцевого автомата в регулярне вираз;

алгоритм побудови eНКА по регулярному вираженню;

алгоритм мінімізації ДКА;

алгоритм побудови по праволинейной граматиці автоматною граматики;

алгоритм побудови eНКА по автоматною граматиці;

алгоритм побудови автоматною граматики по КА;

алгоритм імітації розпізнавання НКА (eНКА).

Никаких спеціальних вимог для завантаження програма не пред’являє. Досить, щоб виконуваний файл програми перебував одному з пристроїв зовнішнього зберігання даних.

Обучаемому пропонується для вибору таке меню:

Рис 1. Головне Меню.

Для кожної версії регулярного мови (РЯ) програма може у одному з цих двох режимів.

Режим конструктора. У цьому режимі можна редагувати поточну версію РЯ, тобто. змінювати її алфавіти, правил і ін. У цьому режимі неможливо здійснення будь-яких операцій із РЯ (збереження в файл, переведення у інший тип РЯ тощо.), оскільки як такою що немає.

Переход в режим роботи здійснюється операцією «Створити ».

Режим роботи. Для К А цей режим називається «Режим розпізнавання », для Граматики — «Режим породження «. У цьому режимі редагування поточної версії РЯ заборонено. Усі операції з РЯ здійснюються у цьому режимі, такі як: перевірка ланцюжка на приналежність (породження ланцюжка), переведення у інший тип РЯ, збереження в файл тощо.

Программа видає повідомлення помилки:

ошибки під час створення КА;

ошибки під час створення граматики;

ошибки під час перекладу з регулярного висловлювання (РМ);

ошибки за збереження (відкритті) в (з) файл (а);

ошибки під час перекладу з РМ в ЕНКА;

ошибки при розпізнаванні (порождении).

Анализ і - оцінка розробки ИОС «Regular Language «

При розробці інформаційно- освітньої середовища за головний мети була обрано можливість автоматичного контролю процесу моделювання студентами регулярних мов.

Информационно- освітня середовище забезпечує контроль правильності рішення наступних завдань:

дает будувати різновиди моделей регулярних мов: ДКА, НКА, ЕНКА, регулярних висловів (РМ), праволинейной граматики (ПГ), автоматною граматики (АГ);

позволяет проводити імітацію роботи кінцевого автомата всіх видів (ДКА, НКА, ЕНКА);

позволяет здійснювати перетворення одних моделей до інших: регулярне вираження у кінцевий автомат, будь-який кінцевий автомат будь-якій іншій кінцевий автомат, кінцевий автомат в регулярне вираз, кінцевий автомат і регулярне вираження у праволинейную граматику;

позволяет здійснювати мінімізацію кінцевого автомата (зокрема по кроків).

С погляду викладача використання ИОС дозволяє:

осуществлять автоматичну перевірку правильності виконання завдання побудови будь-який моделі, визначальною поставлене регулярний мову. Завдання вважається вирішеним правильно, якщо імітації модель допускает/порождает цей поставлене мову;

многократно збільшити ефективність вирішення завдань, оскільки студенти можуть здійснювати перевірку правильності побудови моделі самі й не чекати перевірки її викладачем;

работать більшою мірою з тими студентами, які мають проблеми з побудовою моделей, їх перетворенням і мінімізацією кінцевого автомата, а чи не перевіряти кожне рішення вручну.

С погляду студентів використання ИОС дозволяє:

проверить правильність свого рішення, без очікування викладача перейти до рішенню інших, складніших завдань;

в довідці системи є тести для перевірки моделей і алгоритми рішення, із якими студенти можуть оперативно познайомитися;

с допомогою середовища можна відпрацювати механізм рішення, багаторазово вирішуючи завдання одного типа.

Заключение

Подобная середовище може застосовуватися як під час навчання дисципліни «Теорія формальних мов «. ИОС можна використовуватиме завдання будь-якого регулярного мови з допомогою зручною моделі: граматики чи регулярного висловлювання. Потім середовище сама перетворює цю модель в кінцевий автомат, після чого можна легко перейти до програмування завдання.

Кроме того, вивчення програмної структури інформаційно- освітньої середовища може бути корисно під час навчання объектно-ориентированному підходу програмування, в частковості, інтерес представляє побудова ієрархії класів, моделюючих предметну область для ИОС.

Список литературы

[Зайцева Є. М, 2003] Зайцева Є. М., Інформаційно — навчальна середовище: проблеми формування та організації навчального процесу — Education Technology& Society 6(2). 2003.

[Григорьев У. До., 2003] Григор'єв У. До. Підсистема навчання — обов’язкова компонента інформаційно-управляючої системи (принципи розробки, методи проектування й реалізації) — Education Technology& Society 6(2). 2003, pp. 139−153.

[Гаврилова Т. А., Хорошевский У. Ф., 2002] Гаврилова Т. А., Хорошевский У. Ф., Бази знань інтелектуальних систем — Санкт-Петербург, Пітер, 2002.

[Chandrasekaran B. та інших., 1998] Chandrasekaran B., Josephson J. R., Richard Benjamins V. Ontology of task and methods — Banff knowledge acquisition workshop, 1998.

[Хопкрофт Дж. та інших., 2002] Дж. Хопкрофт, Р. Мотвани, Дж. Ульман. Введення у теорію автоматів, мов і культур вычислений., Вильямс, 2002.

[Ахо Проте й ін., 1978] А. Ахо, Дж. Ульман. Теорія синтаксичного аналізу, перекладу і компіляції. Т. 1, Синтаксичний аналіз., Світ, 1978.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой