Интеллектуальная навигационная тренажерно-обучающая система

• Автор: Петров, Кирилл Константинович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Анализ обучающих систем

1.1. Анализ принципов построения систем обучения и контроля знаний и их классификация

1.2. Классификация технологий, используемых в обучающих системах

1.3. Инструментальные оболочки и конечные курсы.

1.4. Анализ известных обучающих систем

1.5. Основные проблемы подготовки операторанавигатора

1.5.1. Классификация навигационных задач

1.5.2. Особенности деятельности операторанавигатора в процессе функционирования навигационного эргатического комплекса.

1.5.3. Анализ основных аспектов обучения операторанавигатора.

1.5.3.1. Заданный подход
1.5.3.2. Деятельностный подход
1.6. Построение модели интеллектуальной навигационной тренажернообучающей системы на основе рассмотренных подходов
Результаты по первой главе
Глава 2. Алгоритмы преобразований символьной информации и оценивания на основе аналогии
2.1. Алгоритм преобразования символьной информации из строкового представления в бинарные деревья
2.2. Алгоритм приведения бинарных деревьев к стандартному виду
2.3. Неформальное описание алгоритма преобразований символьной информации
2.4. Требования к алгоритму преобразований символьных данных
2.5. Алгоритмы преобразований символьной информации поиска подвыражения, соответствующего маске, сравнения подвыражений
2.6. Алгоритм оценивания на основе метода аналогии
Результаты по второй главе
Глава 3. Построение базы знаний.
3.1. Продукционная база знаний
3.1.1. Диагностика знаний и умений обучаемого в экспертной системе
3.1.2. Разработка интеллектуальной навигационной тренажернообучающей системы
3.1.3. Структура экспертной системы электронного учебника штурмана
3.1.4. Хранилище объектов предметной области.
3.1.5. Генерация заданий на основе продукционной базы знаний
3.2. Грамматика для генерации тестовых заданий.
3.3. Генератор тестовых заданий
3.4. Шаблоны тестовых заданий
Результаты по третьей главе
Глава 4. Интеллектуальная навигационная тренажернообучающая система
Результаты по четвертой главе
Заключение.
Приложение А. Примеры обучающих систем.
Приложение Б. Классификация систем обучения и контроля знаний
Библиографический список.
Введение
Проблема создания систем обучения и контроля знаний СОиКЗ для обучения персонала в самых разных отраслях техники, технологии и т. д. привлекает внимание специалистов . С одной стороны, обнаруживается острая необходимость в совершенствовании профессиональных навыков персонала, работающего с тем или иным оборудованием и решающего специализированные задачи, требующие особых знаний и навыков в конкретной предметной области. С другой стороны, современный уровень информационных технологий обеспечивает возможность
высококачественной реализации всех компонентов системы и процессов обучения модели процессов и устройств, пользовательские интерфейсы, средства автоматизированного контроля действий обучаемого и т. п В то же время многие работы по созданию подобных систем тормозятся изза отсутствия общей методологии их построения и использования . Основная сложность в разработке интеллектуальных обучающих систем обусловлена широким многообразием целей, методов и средств, используемых в процессе обучения. На рис. В.1. 3 представлена общая структура проблемы создания СОиКЗ, инвариантная относительно конкретных предметных областей. Здесь показана номенклатура основных задач, которые составляют содержание проблемы, определены функциональные связи между задачами и последовательность их решения.
Общая постановка задачи обучения I например, в области воздушной навигации
Описание объекта обучения и среды
Компьютерные средства описания алгоритмы, я тыки, модели, средства их преобразования и интерпретации
Разработка комплекса моделей конктретиых объектов обучения
Задача инженерной психологии и педагогики
Алгоритмизация процессов обучения I в том числе разработка шкал оценок действий обучаемого
искусственною
интеллекта
Основной продукт система обучения и контроля знаний и средства коммуникации с ней
Оценка качества и оффсктипшччи злсмситов и системы в целом
Рис. В.1. Общая структура проблемы создания СОиКЗ Из рис. В.1. видно, что основная сложность в разработке СОиКЗ, независимо от предметной области, заключается в крайней
разнохарактерности и синтетичности технологий компьютерного обучения и используемых при этом средств. Для успеха такого обучения каждый компонент должен быть реализован на одинаково высоком уровне.
Актуальность


Рассмотрим архитектуру интеллектуальной СОиКЗ, предложенной Петрушиным В. А. в , рис. Рис. В основе данной архитектуры лежит следующая модель процесса обучения. Имеется цель обучения, выраженная в терминах текущих характеристик обучаемого. Пока цель не достигнута, повторяется следующая последовательность действий. На основании текущего состояния обучаемого и методики обучения генерируется очередная задача здесь задача понимается широко как любая информация, требующая ответных действий обучаемого. Ответ обучаемого сравнивается с эталонным решением и на основании различий производится диагностика ошибок обучаемого. По результатам диагностики корректируется модель обучаемого. ЭС ДО предназначена для выявления неправильных представлений обучаемого об изучаемой предметной области на основе сравнения его ответа с эталонным формализует знания экспертапсихолога и экспертная система по управлению обучением ЭС ОУ ЭС по планированию в ограничениях, накладываемых имеющимся УМ, формализует знания экспертаметодиста о методиках обучения. Парадигмой второй системы ЭС ДО является диагностика симптомы выводятся на основании различия в ответах обучаемого и ЭС РТЗ, а результатами являются изменения текущих характеристик обучаемого МО. Взаимодействие интеллектуальной СОиКЗ с обучаемым происходит следующим образом. ЭС ОУ формирует в соответствии с текущей целью очередное тестовое задание для обучаемого, которое передается одновременно и ЭС РТЗ. Далее ЭС ДО сравнивает решение обучаемого с решением, полученным ЭС РТЗ, и на основании различий пытается установить, какие неправильные представления обучаемого о ПрО могли привести к расхождениям. В результате диагностики меняется представление интеллектуальной СОиКЗ об обучаемом, отраженное в МО, и управление снова получает ЭС ОУ, которая уточняет текущую цель и формирует новое тестовое задание. Взаимодействие с обучаемым происходит через интерфейс, который может содержать средства текстового, графического или речевого вводавывода, лингвистический процессор и т. В структуре интеллектуальной СОиКЗ можно выделить следующие базы знаний БЗ учебная база знаний УБЗ для данной ПрО МО БЗ о возможных ошибках обучаемого БЗ о процессе обучения. Учебная база знаний описывает не только основные понятия и методы решения задач в ПрО, но и содержит определения понятий, описания методов, примеры, ТЗ. В отличие от БЗ экспертных систем по решению тестовых заданий УБЗ должна явно отражать структуру ПрО и стратегические знания о методах решения задач. С другой стороны, УБЗ можно рассматривать как представление ограничений, в рамках которых ЭС УУ планирует обучение. Модель обучаемого содержит информацию о состоянии знаний обучаемого как общие, интегрированные характеристики, так и те, которые отражают усвоение им текущего УМ. Первоначально МО формируется во время предварительного тестирования обучаемого. В терминах МО выражается цель обучения. База знаний об ошибках обучаемого содержит каталог возможных ошибок обучаемого и правила выдвижения и проверки гипотез о неправильных представлениях обучаемого, приведших к данной ошибке, на основе различий между решениями, предложенными обучаемым и ЭС РТЗ, а также текущего состояния МО. База знаний о процессе обучения содержит знания о планировании и организации процесса обучения, общих и частных методиках обучения. Для представления знаний в рамках разрабатываемой системы в работе были рассмотрены несколько существующих подходов. Одним из них является логический метод, в основе которого лежит логика предикатов 5. Свойственный этому методу механизм вывода допускает высокую степень формализации, обладает привычными математическими свойствами и может быть непосредственно запрограммирован. Логика предикатов является обобщением и расширением логики высказываний, и высказывание является центральной категорией логики предикатов. Высказыванием называют предложение, которое может принимать одно из двух значений истина, ложь. Например, высказываниями являются предложения скорость ветра увеличивается, угол сноса увеличивается, угол сноса остается неизменным и т.