ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМАХ РЕПЕТИТОРСКОГО ТИПА Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

А. Д. Тазетдинов

директор Центра информационных технологий АНО ВПО «Международный банковский институт» (г Санкт-Петербург), кандидат технических наук

I

Н

азначение любой адаптивной обучающей системы состоит в поддержке гибкого индивидуализированного обучения. В настоящее время ее необходимость не вызывает ни малейших сомнений. Автоматизированные обучающие системы (АОС) становятся все более интеллектуальными [1]. Они используются для решения стратегических задач программированного и модульного обучения, гибко

приспосабливаются к уровню знаний учащегося.

Технология адаптации в компьютерных обучающих системах репетиторского типа

УДК 004.588

Традиционным фактором адаптации в интеллектуальных системах является так называемая модель пользователя (профиль пользователя), которая представляет собой совокупность характеризующих его параметров, оказывающих наибольшее влияние на процесс взаимодействия человека с системой. С ее помощью осуществляется адаптация основных характеристик взаимодействий, таких как приспособление последовательности курса, поддержка в решении задач, адаптивная поддержка в навигации [2].

Однако уровень знаний индивида не всегда соответствует уровню понимания им учебного материала. Поэтому существует потребность в создании и развитии как репетиторских систем, так и технологии адаптации, основанной на приспособлении системы к уровню понимания обучаемым понятийно-смысловой составляющей изучаемого материала. Она связана с тем, что в настоящее время вместе с интенсификацией образования прослеживается тенденция к снижению уровня восприятия информации обучаемыми. Для этого, на наш взгляд, существует несколько причин. Первая из них — понятийно-языковой барьер между обучаемыми и обучающим. Вторая причина связана с развитием понятийно-термино логического арсенала личности и заключается в проблеме правильного понимания смысла учебных текстов. В соответствии с данными исследований у многих студентов отсутствуют когнитивные стратегии, элементарный опыт работы со смысловой информацией, а иллюзия понимания смысла текста (неспособность осознать собственное непонимание) приводит к тому, что самооценка их деятельности в некоторых случаях значительно (до 12 раз!) превышает реальный показатель [3].

Компьютерные обучающие системы репетиторского типа (РАОС) не являются альтернативой традиционным АОС. Они призваны решать частные, тактические задачи по устранению упоминавшихся выше недостатков и могут использоваться как самостоятельно, так и входить в состав традиционных АОС. Основная задача репетиторских систем состоит в формировании у обучаемого прочной понятийно-смысловой базы знаний в той или иной предметной области. Поэтому в основу технологии адаптации репетиторских систем положен тезаурусный подход. Отличие репетиторских систем от других АОС определяется, прежде всего, наличием диалоговой формы взаимодействий обучающегося с системой в реальном масштабе времени, когда обратная связь осуществляется не только при контроле, но и в процессе усвоения знаний. При этом диалог происходит на естественном языке, не накладывая никаких явных ограничений на терминологию и фразеологию ответа обучаемого [4]. Это значит, что репетиторские системы должны гибко адаптироваться в режиме обучающего диалога к постоянно изменяющемуся уровню смыслового понимания учебного материала (УМ).

Понятийные множества

Смысловое содержание УМ представляет собой целостное единство теоретической и фактической информации, а понимание отдельных слов непосредственно связано с правильным пониманием его смысла. Результаты многочисленных исследований говорят о том, что понимание УМ является важнейшим фактором, влияющим как на скорость запоминания, так и на длительность хранения информации в памяти [5]. В свою очередь, понимание зависит от языка (понятийного множества, используемого при изложении УМ) и структуры (топологии связей — графа понятий) этого материала.

I н

X <

Н- CL

к с

< е 11

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ . N 3 (35) 2008

215

I

I I—

X <

I— CL

о; С

< О

i i

< CL

m

>

I

Любая предметная область характеризуется ограниченным количеством описывающих ее понятий и собственной семантикой, позволяющей составлять из них осмысленные «предложения». Рассмотрим формально понятийное множество (язык). Для этого возьмем некоторую предметную область X, представленную множеством из n понятий, Х = {a1, a2, ..., an}, где n е N. Множество понятий, используемое преподавателем при изложении УМ, можно определить как подмножество X' на множестве понятий Х о данной предметной области в целом, т. е. X' œ X. Количество понятий, знаемых обучаемым в изучаемой предметной области, определяется как подмножество X" на множестве понятий Х, т. е. X" ç X . Для преподавателя и обучаемого возможны следующие отношения на множестве Х:

• X" = X' — когда преподаватель и обучаемый обладают одинаковым набором понятий о предметной области,

• X" с X' — обучаемый знает о предметной области меньше преподавателя, но оперирует общими с преподавателем понятиями (обратная ситуация не рассматривается),

• X' n X" * 0 — существует некоторое общее совпадающее множество понятий обучаемого и преподавателя о данной предметной области,

• X' n X" = 0, X' * 0, X" * 0 — обучаемый и преподаватель имеют непересекающиеся знания о данной предметной области,

• X =0 — обучаемый ничего не знает о данной предметной области.

Во всех случаях, кроме первого, обучаемому необходимо усвоить новые понятия. Обычно преподаватель, объясняя новое понятие, старается использовать уже известные обучаемым категории. Если преподаватель выясняет, что его объяснение не понято, он может, в отличие от АОС, переключиться на более простой язык. И так до тех пор, пока результат не будет достигнут. Ключ к пониманию обучаемым УМ лежит в умении преподавателя найти то понятийное множество Х, на котором X" = X. В этом случае преподаватель гарантированно может объяснить значение нового понятия.

Проблемы АОС заключаются в том, что отнесение обучаемого к слабому уровню обусловлено не только его уровнем незнаний или плохими способностями, но и несовпадением языков взаимодействия АОС или преподавателя с учащимся. Понятийно-языковое несовпадение является одним из ключевых моментов, стимулирующих развитие социальной педагогики и активное внедрение в учебный процесс таких элементов, как форумы, чаты, wiki, социальные сайты и другие элементы, используемые для совместного обсуждения учебного материала [6]. Поэтому в настоящее время бум переживают не адаптивные и интеллектуальные АОС, а более простые системы управления учебным контентом (LMS — learning management system), в которые эти элементы входят составной частью, обеспечивая понятийно-языковую адаптацию к обучаемому. Кроме того, LMS предоставляют существенно большую свободу в выборе последовательности изучения частей учебной дисциплины. Наиболее распространенной системой данного класса является Moodle [7].

Архитектура подсистемы адаптации РАОС

Если уровень знаний в значительной степени зависит от индивидуальных усилий и способностей, а также от психофизиологических особенностей личности обучаемых, то структура знаний отражает особенности

1\ 1Ч1Ч

Рис. 1. Пример последовательности изучения понятийно-смысловой структуры УМ для отдельного уровня сложности

организации учебного процесса. Дело в том, что основное влияние на формирование структуры знаний обучаемых оказывает умение преподавателя правильно построить программу подготовки и эффективно изложить материал [8]. Чем лучше структурирована информация, предъявляемая на учебном занятии, тем проще она запоминается и дольше сохраняется в памяти. Так, скорость забывания осмысленного текста примерно на порядок меньше скорости забывания слов, лишенных ассоциативной связи (10-6с-1 и 10-5с-1 соответственно) [9]. Поэтому одним из ключевых моментов в создании механизма понятийно-смысловой адаптации является анализ содержания учебной дисциплины и ее структурирование.

Информация, содержащаяся в учебном материале, неоднородна, в ней присутствует как структурная, так и фактическая составляющие, причем первая запоминается с большей скоростью, а забывается с существенно меньшей, чем вторая. Скорость забывания фактической информации меньше, если хорошо усвоена структурная часть. Это значит, что в УМ практически всегда можно выделить некую концептуальную часть, являющуюся его понятийно-смысловой основой. Именно эта часть учебного материала рекомендуется для изучения в рамках РАОС. Кроме основного деления УМ по уровням сложности (модель УМ), принятого в традиционных адаптивных АОС, понятийно-смысловая часть учебного материала должна быть дополнительно разделена на более мелкие части так, чтобы в обучающий диалог включалось не более одной формулировки или одного-двух понятий. Может быть создано больше одного диалога на каждое понятие. Все диалоги категоризируются по относительному содержанию в них фактической и смысловой информации. Так как смысловая информация является превалирующей, она должна изучаться раньше фактической. В этом случае структуру связей обучающих диалогов для каждого уровня сложности УМ можно представить в виде орграфа (рис. 1), отражающего логическую последовательность изучения понятийно-смысловой структуры учебного материала. Вершины «1» содержат обучающие диалоги с преобладанием смысловой информации, а «3» — фактической. Диалоги вершин «2» одновременно содержат как смысловую, так и фактическую информацию.

Для реализации идеологии понятийно-смысловой адаптации в рамках многошагового обучающего диалога каждый дополнительный вопрос должен быть проще основного и «наталкивать» на неусвоенную часть основного вопроса.

Комментарии и объяснения системы должны упрощаться по мере удаления дополнительных вопросов от основного (количества пройденных шагов). То есть на каждом шаге диалога в качестве активной адаптации должна происходить смена понятийно-языкового множества на более простое. В этом случае для адаптации на основе понятийных множеств можно сформулировать следующие принципы:

• объяснение неизвестных понятий известными;

216

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ■ N 3 (35) 2008

I н

X <

н- съ

к с

< е 11

Рис. 2. Модель адаптивного обучения в РАОС

<

а

с

>

Рис. 3. Программная архитектура репетиторской обучающей системы

• использование известных повседневных понятии

(бытовых примеров);

• использование образных представлений и аллегорий.

Таким образом, обучающие диалоги, выявляя и устраняя пробелы в понятийно-смысловых знаниях обучаемых, стимулируют мыслительную деятельность, побуждая переосмысливать прочитанный материал и формулировать собственные суждения при его изложении в режиме диалога. Отметим, что репетиторская система может обеспечивать достаточно высокий уровень индивидуализации обучения. Один из способов его повышения — система рекомендаций по прохождению обучения, предоставляющая учащимся существенно большую свободу в выборе последовательности изучения частей учебного курса. Тогда модель адаптивного обучения принимает вид, представленный на рис. 2.

Первое занятие с УМ начинается с уровня, определенного в модели пользователя внешней системой адаптации, или, если таковой отсутствует, с самого высокого уровня сложности. На основании результатов, полученных по окончании занятия, система предлагает последовательность изучения УМ, формируя рекомендации, снабженные гипертекстовыми

ссылками. Обучаемый может не согласиться с системой и выбрать более сложный материал. В любом случае после каждого занятия РАОС пересчитывает текущий уровень понимания обучаемого, выявляет недостаточно освоенные темы и выводит список рекомендаций, снабженный гипертекстовыми ссылками с возможностями перехода для повторного изучения неусвоенного материала. Программная архитектура, реализующая эту модель адаптивного обучения, приведена на рис. 3.

Технология создания сценариев многошаговых обучающих диалогов, их исполнения, а также механизм анализа ответов обучаемых подробно рассмотрены в [4]. Из блоков, входящих в архитектуру РАОС, к системе адаптации относятся два — блок вычисления текущего статуса обучаемого и блок формирования рекомендаций по порядку изучения УМ. Алгоритмы их функционирования представлены соответственно на рис. 4 и 5. Блок внешней помощи не относится в явном виде к подсистеме адаптации, но является важной ее частью. Необходимость данного блока обусловлена тем, что далеко не всегда удается создать обучающий диалог, который был бы одинаково понятен всем обучаемым. В этом случае можно сформулировать вопрос и обратиться за по-

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ . N 3 (35) 2008

217

I

< <

I н

X <

н- сг

о; С < О

С

Начало

)

<

а

с

>

— уровень понимания, Л — совокупная вычисляемая оценка

Есть

выполненные задания

Проверка результатов выполненных заданий для каждого уровня сложности г

= 1 = 0

г — поступивший из внешней системы параметр уровня знаний обучаемого

Конец ^

Рис. 4. Алгоритм работы блока вычисления текущего статуса обучаемого

0, , f(Б})/Б (тах) < 0,5;

мощью к коллегам по группе или преподавателю за недостающей информацией.

Таким образом, этот блок решает еще одну дидактическую задачу — развивает у обучаемого способность к самостоятельной деятельности по сбору, обработке и анализу информации. Блок вычисления текущего статуса обучаемого (рис. 4) просматривает результаты выполненных заданий (пройденных диалогов), начиная с самого сложного уровня, и определяет уровень понимания материала обучаемым.

Вычисления могут выполняться несколькими способами, которые задаются преподавателем из нескольких вариантов для каждого уровня сложности УМ. Такой подход к вычислению статуса обучаемого гарантирует высокую степень настраиваемости системы и гибкость в адаптации модели учебного материала к модели пользователя. В первом способе вычисления используется формула:

I f (Б)

Я = 1—

I п

I Б 1 (тах)

1=1

(1)

I

где — совокупная оценка уровня понимания на ¿-м уровне сложности УМ; f(D¡) — результирующая оценка, полученная за 1-й диалог. Если обучаемый несколько раз проходил данный диалог, то в качестве результирующей оценки могут использоваться лучшая оценка, средняя оценка, вычисляемая из всех попыток, оценка первой попытки и оценка последней попытки. Алгоритм вычисления оценки задается опционно; Б;(тах) — максимальная оценка, которую можно получить за 1-й диалог; п — количество диалогов.

Во втором способе вычисления каждый из пройденных диалогов должен иметь результирующую оценку, превышающую 0,5, иначе совокупная оценка равна 0.

Я =

I^(Б1) IБ (тах).

1=1 / 1=1

(2)

Если ни один диалог не пройден, присваивается уровень, взятый из внешней системы адаптации, или, в его отсутствие, максимальный уровень.

Блок рекомендаций формирует страницу выбора обучающего диалога и рекомендации по порядку изучения УМ (рис. 5). Может быть назначена жесткая схема обучения, когда изначально все диалоги, кроме первого, скрыты и становятся доступными в соответствии с логикой изучения УМ только по мере успешного прохождения открытых. К изучению предлагаются диалоги того уровня сложности, который соответствует уровню знаний обучаемого. В «мягкой» схеме система не ограничивает обучаемого в выборе УМ. Все диалоги всех уровней сложности доступны, но РАОС выводит рекомендации по порядку изучения УМ, с которыми обучаемый может согласиться или не согласиться. Набор диалогов подбирается с учетом ограничений по количеству новых понятий (не более 8 в одном наборе) [5]. В первую очередь рекомендуются к изучению диалоги в соответствии с показанным уровнем понимания и логикой изучения УМ. РАОС находит последний пройденный диалог и в зависимости от результатов его прохождения предлагает повторить его или продолжить со следующего. К повторению рекомендуются недостаточно освоенные диалоги в последовательности, определяемой логикой изучения УМ.

Заключение

Ключевым моментом в создании механизма понятийно-смысловой адаптации для РАОС является анализ содержания учебной дисциплины и ее дополни-

218

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ■ N 3 (35) 2008

с

Начало

3

Скрывать диалоги, связанные с непройденным материалом

Сформировать страницу заданий с учетом пройденной иерархии диалогов

Есть последнее пройденное задание

С момента окончания повторения последнего задания прошло >10 мин.

Задание успешно пройдено

Установить курсор на следующее задание

Вывести список заданий и рекомендаций для текущего уровня понимания

Нет

Сформировать задания

Вывести задания

Устав кур овить сор

Сформировать рекомендации

Установить курсор на последнее задание

Сформировать рекомендации к текущему уровню понимания

< <

I н

X <

Н- CL

о; С

< О

I i

Сформировать

страницу

заданий

для всех уровней сложности

Установить курсор на первое задание

< CL

т

>

^ Конец ^

Рис. 5. Алгоритм работы блока формирования рекомендаций по порядку изучения УМ

тельное структурирование на категории по относительному содержанию в них фактической и смысловой информации. Понятийно-смысловая часть УМ должна быть разделена так, чтобы в обучающий диалог включалось не более одной формулировки или одного-двух понятий.

Реализация идеологии понятийно-смысловой адаптации в рамках многошагового обучающего диалога осуществляется за счет смены на каждом шаге диалога понятийно-языкового множества на более простое. Дополнительным способом повышения уровня индивидуализации является система рекомендаций по прохождению обучения, которая предоставляет существенно больше свободы в выборе последовательности изучения частей учебного материала по сравнению с традиционной технологией адаптации АОС. Другой важной частью механизма адаптации становится «блок внешней помощи», который позволяет обратиться за недостающей информацией к коллегам по группе или преподавателю в случае непонимания отдельных частей обучающего диалога. Таким образом, этот блок решает еще одну дидактическую задачу — развивает у обучаемого способность к активной самостоятельной деятельности по сбору, обработке и анализу информации.

Репетиторские системы призваны не заменить преподавателя, а, наоборот, предоставить ему инструментарий для автоматизации таких рутинных процессов,

как ответы на однообразные вопросы во время занятий, и высвободить его время для более эффективного

и творческого труда.

Литература

1. Дулин С. К., Репьев А. В. Программная реализация обучающей системы на основе адаптивной модели обучения // Программные продукты и системы. № 1. Тверь, 2007. С. 52-55.

2. Gavrilova T., Vasilyeva E. One Approach to Individualised Interface Design // Proceedings of X-th Conference «Knowledge-Dialogue-Solution» (Varna, Bulgaria, 2003). P. 221-226.

3. Неволин И. Ф., Позина М. Б. Процессы понимания и когнитивной самооценки в тестовых технологиях // www. nesterova.ru/nauch/testing.pdf.

4. Тазетдинов А. Д. Интерактивные процессы в обучающих системах: методы управления. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2007.

5. Солсо Р. Когнитивная психология. 6-е изд. СПб.: Питер, 2006.

6. Интернет-порталы: содержание и технологии. Сб. науч. ст. Вып. 4 / [Редкол.: А. Н. Тихонов (пред.) и др.]; ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». М.: Просвещение, 2007.

7. Официальный сайт системы управления учебным контентом Moodle / www.moodle.org.

8. Снигирева Т. А. Основы квалитативной технологии диагностики структуры знаний обучаемых / Под ред. В. С. Черепанова. М.; Ижевск: Исслед. центр проблем качества подготовки специалистов. Экспертиза, 2006.

9. Ланге В. Н. О скорости забывания. Вопросы психологии. М.: НИИТ МГАФК. № 4. 1983. С. 137-147.

ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ . N 3 (35) 2008

219

I