Грамотное построение компьютерных обучающих систем.

Автоматизированная обучающая система по курсу дискретной математики.

В системе образования существует две альтернативы обучения. Первая - это обучение коллективное - аудиторное (один учитель - группа учеников). Вторая альтернатива - обучение индивидуальное (один учитель - один ученик). Второй путь обучения предпочтительнее первого, но очень дорог. Здесь более уместным является использование компьютерных обучающих систем.

В настоящее время в процесс обучения активно внедряются программные технологии на базе персональных ЭВМ, применяемые для передачи ученику учебного материала и контроля степени его усвоения. При этом на рынке программного продукта за последнее десятилетие появилось достаточно большое количество обучающих систем, в том числе и автоматизированных (АОС), которые охватывают различные предметные области, и призваны решать задачи обучения на различных этапах жизни человека. Вместе с тем, большая часть программ носит субъективных характер, отражающий интеллектуальный уровень знаний авторов в области программирования, и написаны в соответствии с взглядами разработчиков на компьютерную технологию обучения. Это приводит к тому, что ряд программ имеют крайне ограниченные функциональные возможности и не позволяют в полной мере усвоить обучаемым преподносимый материал, а в некоторых случаях вообще дискредитируют саму идею АОС на базе персональных ЭВМ.

В компьютерных обучающих системах, направленных на обучение какой-то конкретной дисциплине заложен принцип обучения, моделирующий действия опытного преподавателя-человека. Наибольших успехов компьютерные обучающие системы достигли в хорошо формализованных дисциплинах.

Для того чтобы компьютерная обучающая система достигла своей главной цели - обучить студента, она должна содержать в себе экспертную систему, которая:

1. Определяет поэтапное формирование знаний у студента, и какие неточности и ошибки допустил студент.
2. Экспертная система рассматривает вопрос в какой момент следует прерывать решение задачи и что сообщить студенту в текущий момент.
3. Обеспечивает подборку задач для решения, согласно достигнутым успехам в процессе обучения.
4. Принимает решение к переходу на новый этап обучения, т.е. к изучению нового материала в зависимости от индивидуальных успехов студента.

Компьютерную обучающую систему, включающую экспертную систему можно называть интеллектуальной обучающей системой. Она состоит из нескольких модулей:

• Модуль, моделирующий специалиста по предмету, т.е. человека, способного решать поставленные задачи.
• Модуль ошибок, определяющий все возможные отклонения от правильного результата на конкретном этапе решения задачи
• Главный модуль - модуль обучения (экспертная система по преподаванию)
• Модуль, обеспечивающий дружеский интерфейс. Этот модуль включает выдачу информации студенту в понятной ему форме. Отвечает за предоставление вопросов в определенной форме в зависимости от психофизического состояния студента в текущий момент. Предоставляет возможность ввода студентом ответа на вопросы (в различных формах). Обеспечивает выдачу текущей помощи.

Во время процесса обучения интеллектуальная программа наблюдает за действиями студента. Если действия студента безошибочны, то по умолчанию система не вмешивается в его творческий процесс. Если же действия студента ошибочные, то программа прерывает процесс подсказкой. Если же программа у3становит, что процесс подсказки не приводит к желаемому результату, то система переводит студента в режим натаскивания, где студент по определенному образцу выполняет близкую к его решаемой задаче эталонную задачу. После окончания "тренировки" система возвращает его в прежний режим, в то место откуда и забрала (в точку возврата).

В этом случае реализуется принцип мгновенной обратной связи (ошибка-реакция). Принцип обратной связи облегчает процесс обучения. Если обучаемый на поставленный им вопрос получает сразу же ответ, то процесс обучения значительно улучшается.

В обучающей экспертной системе главной характеристикой является её надежность (работоспособность). Система должна работать безотказно, иначе процесс обучения будет переходить в процесс "мучения".

Система должна давать пояснения и обоснования, приобретать новые знания, адаптироваться, определять степень своей компетентности, "нарушать правила игры" и "достойно выходить из игры". Поэтому представление знаний в системе может быть в различных формах: в виде продукций, графов, деревьев, сетей и фреймов, объектов и компонентов или их комбинации, а также в сочетаниями с базами данных, содержащих базы знаний.

Обучение включает в себя больше, чем просто представление информации; необходима проверка действий обучаемого с динамичной обратной связью в процессе обучения для избежания ошибочных выводов, а также отлаженная обратная связь для периодической оценки знаний обучаемого.

Обучаемый не должен с трудом добираться до решения и не должен пытаться решать сверхтяжелые задачи. Система должна поддерживать простой интерфейс, обладающий возможностью более четкой детализации при изучении деталей, например компоненты формул.

Наиболее "прогрессивной" технологией является интерактивная поддержка в решении задач. Вместо ожидания конечного решения эта технология предоставляет обучаемому интеллектуальную помощь на каждом шаге решения задачи. Уровень помощи может быть разным: от оповещения о неправильно сделанном шаге до выдачи совета и выполнения следующего шага студента. Системы, в которых реализуется эта технология, могут наблюдать за действиями студента, понимать их и использовать их понимание для предоставления помощи и обновления модели обучаемого. Создание и своевременная корректировка модели учащегося позволяют динамично адаптировать учебный материал индивидуально для каждого студента, осуществлять интерактивную помощь на уровне подсказок, примеров или объяснений.

Необходимо обеспечить гибкость системы, т.е. возможность настройки параметров системы на режимы, оптимальные с точки зрения индивидуальных особенностей студентов.

В Самарском Государственном Архитектурно-Строительном Университете, на факультете информационных систем и технологий планируется разработать, а затем внедрить в учебный процесс обучающую систему по курсу дискретной математики, которая бы отвечала всем изложенным выше требованиям.