CC BY
31
Проектирование адаптивной обучающей среды для изучения операций логики высказываний
Александров Александр Анатольевич, студент группы 4195 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (987)2101614 [email protected]
Гильфанов Артур Фаридович, студент группы 4195 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (963)1209331 aartur. [email protected]
Беттигер Денис Леонидович, студент группы 4195 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (953)4084242 better-den@mail. ru
Аннотация
В работе рассматриваются возможности интеллектуальной обучающей системы, спроектированной в МОНАП и предназначенной для поэтапного формирования навыков и умений обучаемого в решении задач определенной предметной области. В качестве предметной области выбрана математическая логика, в частности, логические операции логики высказываний. The work considers the possibilities of an intellectual learning system, projected by MONAP and designed for the step-by-step formation of skills and abilities of the learner in solving problems of a certain subject area. The mathematical logic, in particular, the logical operations of propositional logic, was chosen as the subject domain.
Ключевые слова
МОНАП, интеллектуальная обучающая система, ИОС, оценка навыков/умений, математическая логика, логические операции MONAP, intelligent tutoring, ITS, assessment of skills/abilities, mathematical logic, logical operations
Введение
Создание обучающих сред с элементами искусственного интеллекта является актуальной проблемой в связи с большим количеством обучаемых пользователей с различным уровнем знаний, цель которых изучить определенный набор материалов и адаптивно сформировать навыки работы с новыми знаниями.
Решение проблемы способно повысить качество усвоения учебного материала и качество подготовки обучаемых в целом.
Операции логики высказываний, выбранные в качестве предметной области в данной работе, являются базовыми и представляют собой основу научной дисциплины
- математическая логика. Эти знания широко применяются студентами технических направлений при решении логических задач.
Описание возможностей интеллектуальной обучающей системы, разработанной в среде МОНАП
Интеллектуальная обучающая система (ИОС), разработанная с помощью инструментальных средств серии МОНАП, предназначена для поэтапного формирования знаний и навыков решения задач в некоторой предметной области.
[1-2]
Проектирование ИОС в среде МОНАП состоит из следующих этапов [3-4]:
1. Выбор предметной области для обучения.
2. Выбор теоретического материала в качестве базы знаний для обучающей
среды.
3. Создание и настройка среды обучения в выбранной предметной области инструментальными средствами МОНАП.
В качестве изучаемой предметной области выбрана математическая логика, в частности, логические операции логики высказываний.
Теоретической основой является учебное пособие «Математическая логика и теории алгоритмов» д.т.н. (проф. КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева - Галиев Ш.И.), предназначенное для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника». [5]
Математическая логика обширно используется в информационных технологиях. Начиная от простых условных операторов в языках программирования и заканчивая операциями с базами данных, поскольку язык запросов SQL предполагает операции с множествами. Знание логических операций является базовым для предметной области. Для студентов технических направлений навыки использования операций логики высказывания имеют фундаментальное значение.
Использование ИОС, позволит сформировать знания и навыки без однотипного заучивания учебного материала, а также обеспечить максимальный уровень адаптации управления процессом обучения для каждого обучаемого. [6]
Процесс создания среды обучения в МОНАП начинается с определения значений параметров, описывающих свойства среды обучения (рис.1). [7]
Описание среды обучения
Операции логики высказываний
о.ю
о.ю
|о.ю
32
32 32
32
-
Ю среды
Число гипотез о степени обученное™
Число типов операций
Предаварийное число шагов
Оптимальное значение трудности
Интервал изменения трудности
Минимальная скорость обучения
Порог стресса
Файл правил (Р)
Файл свойств (Р)
Файл задач (Т)
Файл обучаемых (Э)
С Доступ к учебнику СП Показывать правильные ответы (~) Показывать правила Путь к учебнику |Е|\МОНАП_НДШ\Ра<аУГалиев р^
Обзор...
Обновить Отмена
Рис. 1. Окно для разработки учебной среды
Следующим шагом, является процесс составления правил для решения учебных задач предметной области. Пример правила, соответствующий одной из операции логики высказываний, представлен на рис. 2, а окно создания правила на рис. 3.
Рис. 2. Пример правила логики высказываний
Рис. 3. Окно разработки учебного правила
На следующем шаге необходимо составить файл свойств задач. Для каждой задачи в разделе «Свойства учебных задач» задается [4]:
1. Класс задачи, сложность которого определяется набором используемых
правил.
2. Подкласс для каждого класса, определяющий уровень сложности задачи в рамках одного класса.
3. Вектор правил (операций), который определяет количество применений правил, необходимых обучаемому для решения конкретной задачи.
Для рассматриваемой нами предметной области были выделены 3 класса задач, имеющих по 7 подклассов. Стоит отметить, что вектор правил для каждой задачи заполнен неравномерно, т.е. каждое правило используется неодинаковое количество раз, а в рамках каждого класса выделены задачи с минимальной и максимальной уровнями сложности. [8] Организация свойств задач таким образом и позволяет достигнуть необходимой адаптивности в процессе управления обучением. На рисунке 4 представлен раздел «Свойства учебных задач».
(Л МОНАП: система проектирования - □ X
+/Х70' - 1 я*-
Свойства учебных задач
Среда обучения
Класс |0дкл0с У1 42 УЗ У4 У5 У6 41 чь
Правила 1 2 1 2 1 0 0 0 0 0 0
1 3 2 2 1 0 0 0 0 0 0
1 4 1 2 2 0 0 0 0 0 0
1 5 3 2 2 0 0 0 0 0 0
Свойства задач 1 6 3 3 2 0 0 0 0 0 0
1 7 3 3 3 0 0 0 0 0 0
2 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0
Учебные задачи 2 2 0 0 0 1 2 1 0 0 0
2 3 0 0 0 1 2 2 0 0 0
2 4 0 0 0 2 1 2 0 0 0
Обучаемые 2 5 0 0 0 3 2 2 0 0 0
2 6 0 0 0 3 3 2 0 0 0
2 7 0 0 0 3 3 3 0 0 0
Моделирование 3 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1
3 2 0 0 0 0 0 0 1 2 1
3 3 0 0 0 0 0 0 1 2 2
3 4 0 0 0 0 0 0 2 2 1
3 5 0 0 0 0 0 0 3 2 2
3 6 0 0 0 0 0 0 3 3 2
3 7 0 0 0 0 0 0 3 3 3
Текущая среда обученнил: Формулы алгебры логики
Рис. 4. Раздел «Свойства учебных задач» ИОС
Раздел «Учебные задачи» системы проектирования МОНАП содержит так называемый «Банк задач» в котором расположены сформированные учебные задачи.
На рисунке 5 представлен пример учебной задачи, содержащий формулы логики высказываний. Задача обучаемого правильно заполнить пропуски в формулах.
Д1 МОНАП; система проеетироыния - □ X
Среда обучения + 'УХ 'В-Ш 1 ш Банк задач Предварительный просмотр задачи
Класс Подкласс Номер 5 Дано: А, В, С - высказывания. А = 1, В = 1, с = о,
Правила 1 1 1 3
1 2 2 4
1 3 3
Свойства задач 1 4 4
1 5 7
Учебиые задачи 1 7 7 А 1 \ В ШШ А
2 8
2 9 4
2 4 „
2 12 7
— 2 7 14
3 16 4 Диаграмма 1
3 17 1. Необходимо определить значения следующих высказываний: А;В=Ц; (А4В)|А=Ц; ((А;В)|А) «С =[];
3 4 18
3 19 7
3 7 21 9 А|В=Ц; (А|В)-А=Ц; ((А|В}~А)1С=Ц; Ответ записать в виде 1 или 0. 2. Определить операции по диаграмме 1, где выражению, содержащемуся в скобках соответствует зеленый цвет, а всему выражению - голубой: (А □ В) □ В Здесь операции означают: «-» - эквивалентность 1 - стрелка Пирса | - штрих Шеффера
Проверить Изменить Удал™
Рис. 5. Пример учебной задачи в общем «Банке задач»
Заключительным шагом в создании ИОС является регистрация обучаемых (Рис. 6), который позволит приступить к обучению.
ГыППТР:-;К П ГТРПРНМ Г^'.'Ч^ННПП™ П. I
Рис. 6. Регистрация обучаемого
Для оценки процесса обучения в системе проектирования МОНАП предусмотрен инструмент моделирования процесса обучения (Рис. 7).
Рис. 7. Моделирование процесса обучение
Заключение
Инструментальное средство МОНАП применяется для проектирования интеллектуальных обучающих систем (ИОС), обеспечивающих адаптивное управление процессом формирования навыков обучаемого в выбранной предметной области. [9] В качестве предметной области ИОС были выбраны операции логики высказываний, как основа математической логики. Навыки, получаемые в процессе обучения, находят широкое применение в смежных предметных областях.
Работа выполнена под научным руководством доцента кафедры АСОИУ КНИТУ-КАИ Галеева И. Х.
Литература
1. Галеев И.Х. Модель обучения в МОНАП-ПЛЮС // Искусственный интеллект - 96. КИИ-96. Сборник научных трудов пятой национальной конференции с международным участием. T.I. - Казань, 1996. - С.17-25.
2. Galeev I. Automation of the ETS Design // Educational Technology - September-October 1999. - V. XXXIX, No. 5. - P. 11-15.
3. Галеев И.Х. Организация адаптивного обучения навыкам алгоритмической природы // Программные продукты и системы. - 1989. -N 3. - С.50-57.
4. Галеев И.Х. Свойства учебных задач при алгоритмизации в обучении // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2011. - V.14. - №2. - C.289-299. - ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/iournal.html
5. Галиев Ш.И. Математическая логика и теории алгоритмов. - Казань: Издательсво КГТУ им. А.Н. Туполева. 2002. - С.11-18.
6. Ильина Т.В., Кузьмин А.И., Мамонова В.С.. Проектирование адаптивной обучающей среды для изучения языка XAML // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2017. - V.20. - №2. - C.346-354. -ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
7. Аляутдинова Г.Р., Игнарина Е.С., Пайгина Л.Р. Организация процесса обучения с помощью интеллектуальной обучающей системы МОНАП // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2017. - V.20. -№2. - C.234-242. - ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/iournal.html
8. Галеев И.Х. Модели и методы построения автоматизированных обучающих систем (обзор) // Информатика. Научно-технический сборник. Серия Кадровое обеспечение. Выпуск 1. - М.: ВМНУЦ ВТИ, 1990. - С.64-72.
9. И.Х. Галеев, В.И. Чепегин, С.А. Сосновский МОНАП-II - авторские средства проектирования интеллектуальных обучающих систем // Управляющие системы и машины, № 3-4. 2002 г. - С. 80-86. - ISSN 0130-5395.
