Искусственный интеллект в образовании

Наиболее представительной группой нового поколения учебных систем являются интеллектуальные обучающие системы (ИОС). Создание ИОС стало результатом применения методов и средств искусственного интеллекта (ИИ) в области автоматизированного обучения.

Первые исследования в этом направлении и первые попытки создания интеллектуальных обучающих систем относятся к началу 70-х годов. Они были вызваны разочарованием ряда разработчиков обучающих систем в традиционной технологии программированного обучения.

В течение первых десяти лет (1970-1980 гг.) был разработан целый ряд экспериментальных и практических ИОС, которые продемонстрировали плодотворность нового направления и стимулировали дальнейшие исследования. В настоящее время можно говорить о новом научном направлении, выделившемся на стыке двух областей информатики: искусственного интеллекта и автоматизированного обучения.

Для поддержки процесса обучения человек-педагог использует специальные знания трех основных типов: знания о предмете обучения, знания о стратегии и методах обучения, знания об обучаемом. К этим специальным знаниям можно добавить обычные умения общаться — сказать, показать что-нибудь обучаемому, понять его ответ (слова, рисунок). В традиционных АОС фрагменты этих знаний, необходимые для реализации конкретной части курса обучения, были жестко встроены в текст его отдельных кадров. В ИОС необходимые знания явно выделены и представлены, как правило, с помощью различных методов и технологий.

Используя эти знания, ИОС способна выполнять различные функции педагога почти также разумно, как это делает человек.

Существует две основные тенденции в разработке компьютерных учебных курсов: использование языков программирования высокого уровня и применение универсальных инструментальных средств. Последнее делает процесс разработки более технологичным и позволяет легко вносить изменения.

Современные и перспективные информационные технологии обучения предъявляют высокие требования к качеству компьютерных обучающих программ. Каждая такая программа представляет собой сложную систему обеспечения интерактивного процесса изучения конкретной дисциплины либо некоторой ее темы в соответствии с предварительно спроектированным дидактическим материалом — сценарием обучения.

Принципиальными отличиями обучающих программ от компьютерных программ иного назначения является:

• 1)    поддержка развитого диалога, максимально приближенного к естественной форме общения, обеспечивающего рекуррентный характер взаимодействия обучаемого с компьютером с выходом на более высокие уровни обученности через обратные связи в виде самоконтроля, контроля и оценки достигнутых уровней обученности;

• 2)    наличие совершенных баз знаний и данных, позволяющих принимать, хранить, преобразовывать и генерировать в определенной последовательности разнообразную дидактическую информацию как при формировании, и при использовании обучающих программ;

• 3)    наличие высокоэффективных программных модулей формирования не только знаний, но и умений, и навыков решения прикладных задач компьютерного курса.

Сложность обеспечения такого уровня качеств программ обучения процесс их создания является чрезвычайно трудоемким. Для достижения необходимых результатов в приемлемые сроки и с допустимыми затратами целесообразно руководствоваться тремя принципами проектирования диалоговых обучающих программ (ДОП):

• 1)    декомпозиция программ обучения, ориентирующая на расчленение сложной программы на относительно простые взаимосвязанные программные модули;

• 2)    унификация композиционных модулей, обеспечивающий типовые процедуры их описания, проектирования и применения;

• 3)    параметрическая настраиваемость унифицированных модулей, обеспечивающая простоту технической реализации и применения многообразия таких модулей.

Согласно принципу декомпозиции обучающих программ следует разработать оптимальную структуру таких программ. Оптимальной целесообразно считать обучающую программу минимальной сложности и длительности программирования при эргономически допустимой длительности исполнения запросов обучаемого.

Принципы унификации и параметризации композиционных модулей предписывают представление каждого из них в виде двух взаимосвязанных частей - инвариантной и предметно-ориентированной. Инвариантная часть исполняет целевое назначение модуля, а предметно-ориентированная часть отражает особенности исполнения модуля для каждой конкретной дисциплины.