Проблемно-ориентированные знания в системе обучения функциональному программированию

• Автор: Груздева, Надежда Валерьевна
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с.

Оглавление
Введение
Глава 1. Компьютерные системы обучения программированию
Глава 2. Представление знаний о классах задач и вариантах программ
2.1 Классификация типичных задач
2.2 Спецификации задач и шаблоны программ
2.3 Процедуры анализа и синтеза программ
Глава 3. Процедуры проверки правильности рефал-программ
3.1 Проверка правильности решений задач первого класса
3.2 Проверка правильности решений задач второго класса
3.3 Вспомогательные процедуры
3.3.1 Установление соответствия
нетерминал -Э тип рефал-переменной
3.3.2 Эквивалентные трансформации БНФ
3.3.3 Построение левой части рефал-правила
по альтернативе БНФ
3.3.4 Построение правой части рефал-правила
по альтернативе БНФ
3.3.5 Разбиение образцов на группы
Глава 4. Экспериментальная система обучения языку Рефал
4.1 Основные функции и структура системы
4.2 Учебник языка Рефал
4.3 Библиотека спецификаций задач и шаблонов программ
4.4 Модуль проверки правильности рефал-программ
4.5 Модуль трассировки рефал-программ
Заключение
Литература
Приложение 1. Синтаксис языка Рефал
Приложение 2. Шаблоны рефал-программ
Введение
Первые компьютерные или автоматизированные обучающие системы (КОС или АОС) появились еще в 60-х годах [7]. Они широко применялись в обучении разным предметам - например, географии, электротехнике, медицине. В то же время возник термин “автоматизированное обучение”, обозначающий новую область информатики, связанную с применением ЭВМ в качестве посредника между преподавателем и учеником при обучении какому-либо предмету.
В обучение программированию КОС внедрялись очень медленно, поскольку программирование долгое время считалось профессией избранных. Но бурный рост парка ЭВМ, а тем самым и потребностей в программном обеспечении изменил взгляды на создание программ. Характерной чертой программного обеспечения является быстрый темп старения, поэтому всем, кто связан с созданием и использованием программного обеспечения, постоянно приходиться обновлять свои знания. Для этого создается большое количество учебников по программированию, организуются курсы, лекции, практикумы, создаются видеосредства для обучения. КОС в этом ряду предлагают эффективный способ обучения, обеспечивая индивидуализацию курса обучения по отношению к конкретному обучаемому.
Основной характеристикой, определяющей КОС, является способ представления материала обучения. В зависимости от этого все системы разделяют на два класса: традиционные КОС и интеллектуальные КОС.
Традиционные КОС основываются на так называемой парадигме программированного обучения [7]: вначале обучаемому предоставляется текст, содержащий учебную информацию, и затем задается вопрос, проверяющий усвоение им этой информации и требующий краткого ответа. После анализа ответа обучаемому сообщается, правильно или ошибочно он ответил. Правильные и ошибочные варианты ответа

обучаемого предусмотрены заранее, при подготовке учебного курса. Иногда от ответа обучаемого зависит выбираемый системой путь дальнейшего изложения учебного материала: обычно в результате ошибочного ответа обучаемого происходит возврат и повторное изучение соответствующей темы.
Таким образом, в традиционных КОС вопросы стратегии и тактики обучения реализуются лишь путем переходов от одной информационной единицы учебного материала к другой. Такой процесс обучения наиболее близок к лекционному стилю обучения и успешно применяется при освоении обучаемым новой теоретической дисциплины. Для обучения решению задач традиционные КОС использовались мало, потому что они не обладали необходимыми для этого возможностями решения и анализа сколь-нибудь сложных задач.
Распространение персональных ЭВМ и успехи в области искусственного интеллекта (ИИ) оказали революционное влияние на исследования в области применения ЭВМ в обучении. На смену традиционным компьютерным обучающим системам приходят учебные системы нового поколения - интеллектуальные обучающие системы (ИОС) [3, 12]. Создание ИОС стало результатом применения методов и средств ИИ в области автоматизированного обучения.
Первые попытки создания ИОС относятся к началу 70-х годов и вызваны разочарованием ряда разработчиков обучающих систем в традиционной технологии программированного обучения, а именно, в слабой адаптивности традиционных КОС к конкретному обучаемому. С помощью этой технологии невозможно создать КОС, которые выполняли бы функции контроля и помощи в процессе практической работы обучаемого с учетом его индивидуальных характеристик. В течение 70-х и 80-х годов был разработан ряд экспериментальных ИОС [1, 2, 5, 25-28, 30-32], которые продемонстрировали плодотворность нового подхода и стимулировали дальнейшие исследования [4, 6, 8-11, 29, 33-37].

фактически, при использовании таких нетерминалов БНФ получаются недоопределенными, так как в них отсутствуют формулы, определяющие стандартные нетерминалы. Добавим также, что как уже отмечалось в предыдущем разделе, некоторые нетерминалы БНФ отмечены как обязательные, соответствующие им формулы не могут быть исключены при эквивалентных трансформациях.
Набор спецификаций задач представляет непроцедурные знания обучающей системы о классах и типах задач, предлагаемых ею для решения. Кроме спецификаций к непроцедурным знаниям относятся уже упомянутые шаблоны программ. Перечень используемых в экспериментальной системе обучения языку Рефал шаблонов программ приведен в приложении 2.
Каждый шаблон программы соответствует одному из способов (алгоритмов) решения задачи некоторого типа или подтипа, при этом он описывает множество программ. Для конкретной задачи заданного типа в это множество входят эквивалентные программы, отличающиеся друг от друга лишь именами входящих в программу функций и переменных и, возможно, порядком следования рефал-предложений (строк рефал-программы).
Приведем в качестве примера еще один шаблон рефал-программы для задач первого класса - задач первого подтипа третьего типа:
FUN El =
FI [R] (El) E2 $obj$ E3 =
(El) E2
В шаблонах используются метасимволы $, [ и ] для выделения:
• параметров шаблона ($obj$ и $sum$), вместо которых подставляются выражения Рефала;
• символа R правого отождествления, который может как стоять, так и отсутствовать в данном месте программы.