CC BY
44
Баннов В.Я., Затылкин А.В., Трусов В.А., Колосков Д.Н., Юркова Т.М. К ПРОБЛЕМЕ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИМ НАВЫКАМ
В настоящее время человечество столкнулось с острым противоречием между постоянно растущими требованиями к квалификации специалиста и быстрым старением тех знаний и умений, которые он получил в учебном заведении. Это противоречие является следствием бурного и непрерывного роста объема общенаучных и специальных знаний. Очевидно, что разрешение его возможно только при внедрении новых, интенсивных технологий обучения, активно использующих новейшие достижения в области информационных технологий. В связи с этим создание интеллектуальных компьютерных обучающих систем (ИКОС) для формирования практических умений и навыков у обучающегося является на данный момент времени актуальной задачей [1].
Анализ существующих обучающих систем показывает, что подавляющее большинство их является электронными учебниками, дополненными, в лучшем случае, системами тестового контроля знаний, ориентированных, в основном, на одностороннюю передачу информации от обучающей системы к обучаемому. Для большинства специальностей, ориентированных на приобретение обучаемым в основном декларативных знаний, (комплекс устоявшихся сведений в конкретной предметной области), применение таких обучающих систем оправдано и эффективно. В то же время для некоторых технических курсов (специальностей), где важны не только знания предметной области, но и практические умения и навыки, например для конструкторов-технологов и схемотехников, применение данного типа ИКОС не эффективно.
В связи с этим структура ИКОС должна содержать элемент позволяющий формировать и контролировать практические умения и навыки. Архитектура ИКОС с элементом формирования практических навыков представлена на рисунке 1.
Рис.1 Структура ИКОС с элементом формирования практических навыков.
В основе этой структуры лежит процесс обучения с использованием практического блока. Процесс обучения состоит в следующем: обучаемый воздействует на объект изучения, например, собирает схему . В свою очередь, ИКОС контролирует выходной параметр и на основе полученной информации корректирует действия обучаемого.
На базе данной структуры сформирована архитектура ИКОС (рисунок 2).
Рис.2 Архитектура ИКОС с внешним объектом изучения.
Главное отличие ИКОС от других программных средств - это наличие базы знаний и, как следствие, способность к обучению и самообучению, в которой хранятся знания в виде совокупности записей на некотором языке представления знаний (ЯПЗ), который позволяет легко изменять и дополнять базу знаний в форме, понятной специалистам - разработчикам экспертной системы [2].
Для универсальности системы, база знаний реализована внешним подключаемым модулем в виде БЗ предметной области. Таким образом, заменяя в системе БЗ, мы можем легко перепрофилировать ИКОС на любую предметную область без изменения оболочки системы.
Интеллектуальный интерфейс пользователя отвечает за организацию такого диалога с пользователем, который оптимальным образом приводит к достижению цели общения человека с ИКОС.
Одним из основных блоков ИКОС является система управления процессом обучения. Как правило, в систему управления процессом обучения входят: машина вывода, решатель, подсистема объяснений.
Основной функцией этого блока является организация процесса обучения на основе учета особенностей объекта изучения.
Рассмотрим процесс обучения с лабораторным блоком в качестве объекта изучения.
Взаимодействие лабораторного блока с ИКОС осуществляется через объектный интерфейс технических систем. Через интеллектуальный интерфейс пользователя обучающему выводится учебный материал в виде текста, мультимедиа, дополняемый выполнением лабораторных работ, в ходе выполнения которых обучаемый получит навыки макетирования, наладки и регулировки.
Введение лабораторного блока позволяет не только проверять декларативные знания, но и процедурные. Полученная информация о степени усвоения и закрепления обучаемым изучаемых материалов, а также о приобретенных умений и навыков используется ИКОС для более детальной проработки сложных для понимания обучаемым вопросов, и выработки эффективных стратегий представления учебного материала.
Достоинством такого процесса обучения является то, что лабораторный блок используется не только на стадии контроля полученных знаний, умений и навыков, но и на стадии объяснения изучаемого материала. Таким образом, достигается повышение качества обучения (понимание и закрепление учебного материала).
На рисунке 3 представлена архитектура ИКОС с лабораторным блоком в качестве элемента формирования практических навыков для подготовки инженеров техническим дисциплинам.
Обучаемый
7\
ИКОС
Объектный интерфейс
Интеллектуальный
интерфейс
пользователя
Блок формирования входного воздействия
Система управления „ : ^ процессомобучения Блок управления
А
Выходной блок
Лабораторный
блок
Система датчиков Исследуемый модуль
Рис.3 Архитектура ИКОС с лабораторным блоком.
Связь лабораторного блока с ИКОС осуществляется через объектный интерфейс, основным элементом которого является блок управления, посредством которого осуществляется управление работой лабораторного блока и его связь с обучающей средой. блок управления управляемый обучающей средой через блок формирования входного воздействия подает на исследуемый модуль необходимое входное воздействие. Выходной сигнал с исследуемого модуля подается на выходной блок, в котором оцифровывается и подается в блок управления, в котором будет осуществляться предварительная обработка результата перед выдачей его обучающей среде. Также через систему датчиков на блок управления поступает информация о ходе выполнения работы обучаемым. В случае отсутствия блока формирования входного воздействия обучаемый, по заданию ИКОС, устанавливает входное воздействие. На основании полученного результата обучающая среда делает вывод о необходимости более глубокого и детального объяснения учебного материала или о необходимости подсказки. Для закрепления учебного материала обучающая среда предлагает изменить какой-либо параметр, для того, чтобы обучаемый понимал какой параметр на что влияет.
Все выше изложенное позволяет сделать вывод, что введение в архитектуру ИКОС аппаратного лабораторного комплекса в качестве элемента формирования практических навыков дает выигрыш в усвоении и более глубоком понимании обучаемым изучаемого материала и закреплении умений и навыков на практике. За время обучения данной ИКОС обучаемый овладеет не только теоретическими знаниями о предмете, но и получит опыт работы с реальными элементами, что также немаловажно для понимания предметной области.
Литература
1. Смолин Д. В. Введение в искусственный интеллект: конспект лекций. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 208
с.
2. Печников А.Н. Теоретические основы психолого-педагогического проектирования автоматизированных обучающих систем. - Петродворец: ВВМУРЭ им. А.С.Попова, 1995. - 322 с.
