Научно - методический материал по теме:
"Виртуальные образовательные среды".
Выполнила Зуева Мария, ГИП - 100.
Виртуальные образовательные среды первого поколения.
ВОС первого поколения стали появляться сразу после появления WWW в 1992 г. Они позволили спроектировать, разработать и использовать первые достаточно простые сетевые или он-лайн курсы. Эти системы, как правило, представляли собой некоторый набор разрозненных компонентов, каждый из которых выполнял ту или иную отдельно взятую функцию. Типовыми компонентами и средствами ВОС первого поколения являются:
Существенным недостатком ВОС первого поколения является отсутствие какой-либо интеграции и взаимодействия между их отдельными компонентами. В связи с этим он-лайн курсы, которые были созданы с использованием этих систем, по сути дела представляли собой несколько модернизированную форму традиционного обучения по переписке, но не принципиально новую технологию обучения на основе сети Интернет.
Виртуальные образовательные среды второго поколения.
Примерно с конца 1996 г. на рынке программных продуктов стали появляться ВОС второго поколения, которые в настоящее время представляют собой мощные средства по созданию он-лайн курсов и их изучению. Они предоставляют разработчикам он-лайн курсов и их пользователям (обучаемым) многочисленные функции, которые, в общем случае, можно разделить на несколько категорий:
Принцип построения ВОС второго поколения базируется на автоматической генерации сервером активных Web-страниц в соответствии с информацией, заложенной в базе данных (БД) о пользователях. Такой подход позволяет настраивать подобные системы в предельном варианте на каждого конкретного пользователя.
Виртуальные образовательные среды третьего поколения.
При всех достоинствах ВОС второго поколения они обладают и рядом недостатков, связанных с недостаточным использованием коммуникационных и стримминг мультимедийных технологий, технологий совместной разработки проектов на базе сети Интернет и средств интеллектуализации и визуализации процесса обучения и преподавания.
Отличительной особенностью ВОС третьего поколения является самое активное применение ими новых технологий на базе сети Интернет, а именно:
Виртуальные образовательные среды четвёртого поколения.
ВОС четвёртого поколения находятся в самой начальной фазе своего планирования и разработки прототипов. Основным лейтмотивом систем этого поколения является их:
В настоящее время уже существует ряд технологий, на базе которых предполагается строить ВОС четвёртого поколения, причём технология мультиагентов является одним из самых перспективных средств для их построения.
Интеллектуальный и программный агенты.
Программный агент
Доминирующим при построении новых ВОС является использование теории искусственного интеллекта и, в частности, тех её разделов, которые ориентированы на решение задач совместного обучения в распределённой компьютерной среде. Наиболее признанное определение термина программный агент - это программная система, обладающая по крайней мере четырьмя базовыми свойствами:
С точки зрения распределённых вычислений, агент - это самостоятельный процесс, выполняемый параллельно, имеющий определённое состояние и способный взаимодействовать с другими агентами при помощи сообщений. Каждый агент имеет возможность создания копий самого себя с полной или ограниченной функциональностью, обеспечивая возможность настройки на среду путём исключения неэффективных методов или свойств и замены их новыми более эффективными методами и свойствами. Агент имеет возможность постоянного изменения сценария поведения без изменения этого сценария в родительском классе.
Интеллектуальный агент
Это компьютерная система, которая в дополнение к базовым свойствам либо сформулирована, либо реализована с использованием концепций, свойственных человеку. Например, в теории искусственного интеллекта (ИИ) понятие агента часто связывают с такими понятиями, как знания, убеждения, намерения, обязательства.
Агент рассматривается как вычислительный процесс со знаниями относительно ограниченной части предметной области, способный достигать своих целей, взаимодействуя с другими агентами и пользователями.
Мультиагентная система.
Под мультиагентной системой (МАС) будем понимать многокомпонентную систему, состоящую из разнообразных агентов со специфицированным интерфейсом. Вместо больших программ с простыми средствами коммуникации между компонентами в настоящее время всё большее развитие получают системы, состоящие из простых стандартных интеллектуальных компонентов (агентов).
Обобщённая архитектура многоагентной обучающей среды.
В настоящее время прототипы программных и интеллектуальных агентов уже достаточно широко используются в ВОС, в которых они могут играть роль:
Персональные ассистенты (ПА)
ПА представляют собой особый класс интеллектуальных агентов, которые функционируют полуавтономно от пользователя и от его имени, представляя его интересы или представляя услуги от имени пользователя другим ассистентам. Агенты - ассистенты помогают обучаемым в процессе изучения учебного материала, обеспечивая персонализацию настройки среды в соответствии с профилем обучаемого.
ПА выполняют следующие функции:
ПА с анимационным и речевым интерфейсом
Некоторые агенты персональной помощи обеспечивают интерфейс между пользователем-студентом и компьютером посредством анимированного символа, который может непосредственно управляться пользователем. Этот тип агента обычно известен как агент интерфейса. Агент интерфейса - это любая программа, которая может рассматриваться пользователем как инструмент реализации обычного интерфейса прямой манипуляции.
В современных прототипах ВОС третьего поколения используется два типа анимированных агентов: "говорящая голова" и мультипликационный образ. Особенностью программирования агентов в современных ВОС является возможность их настройки на конкретного пользователя и контекст обучения, т.е., другими словами, организации персонализированного обучения.
Система поиска и фильтрации информации.
Одной из ключевых проблем при построении современных ВОС является обеспечение возможности поиска в системе Интернет и предоставления обучаемому дополнительной информации, не содержащейся в дидактическом материале курса. Существующие системы поиска и фильтрации информации, расположенные в сети Интернет, как правило, являются низкоэффективными, поскольку генерируют высокий процент лишней иррелевантной информации. Предлагаемый подход к решению этой проблемы состоит в построении многоагентной системы поиска и фильтрации информации. Основная идея данного подхода заключается в разработке агента (агентов), помогающего пользователю отобрать наиболее полезные Web-страницы, полученные традиционными поисковыми средствами. Для каждой Web-страницы пользователь будет иметь восприятие, которое указывает определённый уровень принятия данной страницы относительно нечёткого свидетельства, сформированного на основе заголовка или резюме страницы. В настоящее время разработаны подобные классификаторы, построенные на основе теоремы Байеса.
Агенты виртуальной среды.
Агенты этого типа являются резидентными для "виртуального класса" и поддерживают действия, связанные с преподавательской деятельностью и процессом обучения. В отличие от агентов персональной помощи, эти агенты запускаются на сервере и не персонализированы под конкретного пользователя.
Агент "виртуальный компаньон".
Этот агент является разновидностью так называемых диалоговых агентов, известных также как "chatterbots". Идея использования chatterbots заключается в попытке создания интерфейса на естественном языке между обучаемым и ВОС, что в целом является открытой проблемой в искусственном интеллекте. Существуют различные подходы:
Для использования подобных моделей необходимо обеспечить агента знанием контекста диалога, что достигается путём использования сети диалоговых переходов в рамках решения специфической проблемы.
Модели агентов виртуального компаньона строятся на основе BDI-архитектуры. Агенты "виртуальные компаньоны" могут отличаться как по уровню экспертизы (знаний), так и по той роли, которые они играют в группе. Например, "сильные" компаньоны могут принимать на себя роль лидеров в виртуальной группе обучаемых, развивая и объясняя решение проблемы; в противоположном случае, "слабый" компаньон может быть использован для того, чтобы стимулировать и поощрять обучаемых в ВОС.
Агент "мониторинга группы".
Каждая виртуальная группа имеет связанного с ней агента мониторинга группы. Он поддерживает разделяемую модель знаний группы и сравнивает её состояние с текущим состоянием решения проблемы, которое содержит цели, концепции, действия и т.д. Это состояние характеризует группу. Группа имеет различные сценарии работы, каждый из которых характеризуется своей целью, общей для всех членов группы. Эта цель соответствует концепции разделяемых намерений.
Агент-планировщик (АП).
Этот агент предлагает студенту индивидуальный план согласно его академическому плану, интересам, текущей успеваемости, способностям и, в случае необходимости, имеет возможность изменения программы обучения. На следующем этапе ВОС генерирует персонифицированные книги, называемые мультикнигами, связывая отобранные модули дидактического материала с траекторией обучения студента для каждой области знаний. По такому же принципу могут быть организованы группы виртуальных студентов со схожими интересами (траекториями) для организации электронных дискуссий. Процесс обучения планируется в соответствии с желаемым временным графиком обучения.
Существующие ограничения.
Ограничения могут быть разделены на две категории: локальные и глобальные. Глобальные ограничения - это обычно временные ограничения, например, время, имеющееся в распоряжении студента, чтобы изучить материал по тому или иному курсу. Локальные ограничения могут включать: число студентов, одновременно изучающих один и тот же материал; допустимое число студентов в виртуальной группе; доступные технические ресурсы и т.д. Общий домен (область) имеет специальный тип ограничений - каждый фрагмент плана должен выполнить начальные условия студента. Отдельный агент-планировщик не может выбирать любой фрагмент плана, который удовлетворяет набору локальных ограничений; выбранный фрагмент должен быть совместим с фрагментами плана, выбранными другими агентами.
Перспективные технологии.
Одной из ключевых проблем построения ВОС является проблема разработки модулей электронного дидактического материала (МДМ). Изначально одной из принципиальных черт МДМ было широкое использование мультимедийных средств для обогащения форм представления знаний о предметной области, что получило своё развитие в массовом производстве учебных компакт-дисков (CD ROM). Однако с появлением сети Интернет и программных средств WWW первые Web-ориентированные образовательные среды практически отказались от использования всех наработок индустрии производства мультимедийных МДМ. Вдохновлённые доступностью учебных материалов, размещённых на Web, их разработчики стали помещать на свои Web-страницы и насыщать оболочки ВОС текстовыми (часто отсканированными) МДМ с весьма ограниченным использованием графиков или анимационных. Частично это было обусловлено также и высокой стоимостью разработки мультимедийных МДМ.
Со временем выявился целый ряд проблем использования таких материалов, а именно:
Всё это привело к тому, что в настоящее время основные усилия по разработке технологий для МДМ сосредоточены на разработке высококачественных МДМ многоразового использования, технология создания которых органически объединена с содержанием и методами его изучения, позволяющих динамически и гибко встраивать их в ВОС нового поколения.
Технология порталов.
Как уже отмечалось выше, концепция построения ВОС 1-го, 2-го и отчасти 3-го поколений базировалась на использовании статических Web-страниц. Однако, в общем случае, статические Web-страницы являются крайне неэффективными в смысле скорости поиска и фильтрации затребованной в сети Интернет информации.
К числу технологий, позволяющих устранить указанные выше ограничения и способствующих интегрированному и высокоэффективному использованию пользователями виртуальных информационных источников сети Интернет, относится технология порталов. Суть этой технологии заключается в: