CC BY
19
К.И. Костенко, Б.Е. Левицкий,
Кубанский государственный университет
УПРАВЛЕНИЕ ЗНАНИЯМИ В ЗАДАЧЕ АДАПТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ НА БАЗЕ ИН-
Рассматриваются структурные и технологические аспекты создания интеллектуальных интегрированных информационных сред отдельных областей знаний, а также возможности применения содержимого таких областей для решения задачи предоставления и передачи знаний пользователями, в соответствии с уровнем их квалификации и профессиональных потребностей.
Современная концепция электронных информационных сред областей знаний предполагает создание развиваемых во времени систем электронных ресурсов, в которых представлены разнообразные предметные и профессиональные знания, отражающие соответственно существенные свойства и зависимости объектов предметной области, применяемые для осуществления профессиональной деятельности, а также структура систем профессиональных задач и используемых технологий их решения. Основной формой представления массивов предметных и профессиональных знаний в таких средах являются системы связанных структурированных документов и их частей, обеспечивающих широкие возможности семантического представления на базе вербализованных знаний [1]. Такое представление оправдано использовать, прежде всего, для предметных областей, в которых значительны объемы слабо формализованных и эмпирических знаний, существуют различные представления и подходы к их классификации и оценке значимости. В состав сред областей знаний включаются базы формализованных знаний, позволяющих автоматизировать решать задач пользователей с помощью механизмов обработки знаний.
Конкретные приложения для содержащихся в среде области знаний ресурсов реализуются с помощью наборов, как стандартных, так и специфических для соответствующих видов деятельности операций.
Основными задачами информационных сред областей знаний являются поддержка процессов извлечения, обработки и анализа разнообразных предметных и профессиональных знаний и метазнаний, а также предоставление знаний различным категориям пользователей, обеспечивающее их обучение, поддержку процесса решения профессиональных задач. К типичным задачам пользователей относятся контроль уровня профессиональных знаний, консультирование, обучение, а также управление профессиональной деятельностью на основе обработки разных видов знаний, представленных в составе среды.
ФОРМАЦИОННЫХ СРЕД ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЕЙ
Экономика, Статистика и Информатика
№2, 2005
Всякая профессиональная работа с информационной средой области знаний, в том числе разовая и направленная на достижение конкретных практических результатов включает в себя элементы обучения, поскольку она связана с ростом профессионального мастерства, требующего понимания процессов выбора и использования ресурсов, предоставляемых отдельным пользователям [2]. Включение в состав функциональных механизмов информационной среды специальных компонент, моделирующих процесс адаптивного обучения, повышают результативность использования среды, способствуют росту уровня пользователей в процессе осуществления профессиональной деятельности на основе знаний в составе среды и методов их обработки.
Структурно-функциональное моделирование компонент среды области знаний, настраиваемых на различные способы использования, позволяет рассматривать всякую среду области знаний как практическую реализацию абстрактной модели информационного пространства, образованного следующими тремя элементами: носителем, функциональными преобразованиями (функциями) и предикатами среды.
Носитель (пространство конфигураций), имеющий вид иерархии информационных объектов разных уровней, основанной на отношении включения, в котором дополнительно определена система семантических зависимостей информационных объектов и их фрагментов, отражающая имеющиеся представления о существенных смысловых связях и их комбинациях. Используются разные подходы к структуризации носителя информационной среды, в которых обычно выделяются несколько качественных слоев три основных слоя в составе иерархии, приводимых в составе иерархии. Например, возможна следующая иерархия классов ресурсов информационной среды, приведенная в порядке возрастания метауровня: прикладных материалов и ресурсов, онтологии области знаний, метаданных для онтологии [3]. Семантическое связывание элементов иерархии и их фрагментов осуществляется с использованием структурированных классов общеупотребительных (проблемно-назависимых) и специализированных смысловых зависимостей. Канонической формой представления носителя является бинарное дерево, листьям которого соответствуют элементарным информационным объектам разных типов, а внутренние вершины размечены семантическими зависимостями фрагментов структуры и их частей, каждая из которых имеет вид иерархии, составленной из атомарных и составных отношений.
Обособленность носителя от приложений, в которых используются представленные в нем ресурсы, позволяет накапливать в составе единой среды полную систему разнообразных знаний предметной области
№2, 2005
16
Пространство морфизмов информационной среды знаний, задающих систему операций обработки отдельных знаний и систем знаний, основным свойством которых является монотонность относительно создаваемого информационной средой семантического представления, включая структурную прослеживаемость фрагмента-результата в информационной среде. Монотонность связей компонент структуры информационных ресурсов и элементарных информационных объектов основана на сравнении в отношении предшествования, позволяющего сопоставлять их содержание с точки зрения специальной, в общем случае неограниченной, системы качественных шкал значений свойств информационных объектов, подобных отношениям "общее-частное", "абстрактное-конкретное" и их комбинациям. Требование монотонности естественно выполняется для операций над элементарными информационными объектами и является существенным при выделении фрагментов из состава среды, сохраняющих ее свойства, необходимые для организации конкретного вида работы пользователя со средой. Возможны два основных вида монотонности для фрагментов информационной среды связанные с переходом к ресурсам, расположенным выше или ниже в отдельных шакалах или их комбинациях. Морфиз-мы информационной среды, связанные с первым видом монотонности является адаптирующими. Морфизмы второго типа позволяют осуществлять переход к большим в отношении предшествования информационным объектам и называются аналитическими. Приведенные виды морфизмов направлены на достижение основных целей сред областей знаний: адаптивности и способности к аналитической обработке содержимого. Другие морфизмы являются комбинациями перечисленных видов морфизмов.
Пространство предикатов информационной среды области знаний, образуется в виде системы операторов логического анализа, сравнения содержимого среды, включая проверку полноты, непротиворечивости, избыточности, обобщения. Операторы сравнения предназначены для проверки соответствия содержимого информационных объектов их предполагаемому содержанию, позволяя контролировать необходимые свойства знаний на этапе их создания. Другие логические компоненты позволяют устанавливать наличие семантических связей информационных объектов, а также используются для организации управления процессами обработки со знаниями, включая принятие решений.
Формальное уточнение компонент описанной модели позволяет проводить аналитическое исследование свойств отдельных моделей. Практическое применение предлагаемых абстрактных структурно-функциональных компонент среды требует изучения возможности их эффективной алгоритмической реализации.
Организация адаптивного обучения
Способность к реализации обучения пользователей дополняет возможности информационной среды по информационному обслуживанию пользователей. Элементарными обучающи-
Экономика, Статистика и Информатика
№2, 2005
ми процессами являются: консультирование по основам профессиональной деятельности, классификация профессиональных знаний, моделирование процессов решения профессиональных задач, включая принятие решений с помощью механизмов обработки баз формализованных знаний.
Целью задачи обучения пользователей в процессе профессиональной работы с конкретной информационной средой является формирование у пользователей внутреннего поля предметных знаний, согласованного со структурой и содержанием внешнего поля знаний, позволяющего эффективно решать профессиональные задачи.
Адаптивность информационной среды области знаний является важнейшим ее свойством. Существующие подходы к реализации адаптивных систем обучения приведены в [5]. Для реализации адаптивной информационной среды определяется система уровней, задаваемых либо независимо, либо с помощью морфизмов, осуществляющих выделение фрагментов информационной среды и их трансформацию в ресурсы требуемого уровня, включая преобразования адаптации элементарных информационных объектов, а также связанных систем таких объектов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ грант № 03-07-96800.
1. К.И. Костенко, Б.Е. Левицкий Интеллектуальные интегрированные электронные среды областей знаний (базовые компоненты)// Известия вузов Юга России, Естественные науки, №1, 2004.
2. Javier Bejar. Improving Knowledge Discovery Using Domain Knowledge in Unsupervised Learning.// LNAI 1810, 2000, pp. 47-54.
3. M. Oussalah, K. Messaadia. The ontologies of semantic and transfer links.// LNAI, 1999, pp. 225-242.
4. Ashraf Saad, A.R.M. Zaghloul A constructivist base architecture for adaptive intelligent tutoring systems.// LNCS 2363, 2002, p. 1008.
5. Brusilovsky P. Course Delivery Systems for the Virtual University // In: F. T. Tschang and T. Della Senta (eds.): Access to Knowledge: New Information Technologies and the Emergence of the Virtual University . Amsterdam: Elsevier Science and International Association of Universities, 2001,
Литература
167-206.
№2, 2005
