Применение технологии фреймового обучения в контексте искусственного интеллекта

В XXI веке применение традиционных методов дидактики, являющихся компонентом лекционно-семинарской системы обучения в высшей школе, не позволяет в полной мере реализовать перечень педагогических задач, в частности, в рамках дистанционного режима. В связи с чем необходим поиск педагогических технологий, которые возможно адаптировать к условиям цифровой образовательной среды вуза.

В конце 70-х годов прошлого столетия американский учёный в области искусственного интеллекта Марвин Минский разработал систему представления знаний о мире в виде структурированных стереотипных ситуаций, так называемую «теорию фреймов» [3, c. 69]. «Фрейм» (frame в пер. с анг. «скелет», «остов», «рамка») -способ представления знаний в искусственном интеллекте посредством обобщения учебного материала (его структурно-содержательный аспект). Система фреймов представляет собой структуру из равнозначных соединённых смысловыми связями информационных блоков, содержащих характерные атрибуты («слоты»), определённого понятия.

Формулировка фрейма - результат смысловой компрессии учебной информации. В данном аспекте фреймовая технология схожа с технологией укрупнения дидактических единиц (УДЕ) П.М. Эрдни-ева, суть которой заключается в «крупноблочном» обобщении учебной информации, состоящей из единиц усвоения, содержащих взаимосвязанные и взаимоисключающие компоненты [1, с. 224]. Содержательный аспект фреймовой модели обучения, в отличие от технологии УДЕ, состоит в предложении обучающимся алгоритма стереотипной ситуации. Необходимо уточнить, что под термином «ситуация» в данной технологии подразумевается «обобщённый фрагмент действительности, типичное положение дел, в котором типичным образом связаны участники и необходимые предметы» [4, с. 83]. Структурирование учебного материала с помощью фреймов способствует не только систематизации информации, но и развивает способности у обучающихся к самостоятельному поиску и овладению знаниями.

Технология фреймового обучения полностью соответствует современным тенденциям развития дидактики в цифровом поле: обеспечивает возможность обучения по индивидуальной программе; реализует принципы целостности, воспроизводимости, нелинейности педагогических структур.

Структурирование учебного материала с помощью фреймов способствует систе- матизации знаний за счёт увеличения количества связей «вертикальных» и «горизонтальных» внутри учебного материала.

Применение данной технологии в электронной информационно-образовательной среде (ЭИОС) заключается в оптимизации содержания дисциплины в контексте искусственного интеллекта. Алгоритм проектирования логического конструкта включает следующие процедуры:

• 1.    Выделение общего «ядра», т.е. фрейма, повторяющегося во всех темах учебного раздела: это могут быть как процессы, так и характеристики функции, свойства изучаемых категорий. Таким образом, фрейм является тем каркасом, набором ключевых характеристик учебного материала, который позволяет обучающемуся освоить несколько смежных тем. В любой момент фрейм может быть модифицирован и дополнен информацией о способах и условиях его применения [5, с. 9]. Таким образом, фрейм содержит несколько информационных потоков, объединяющихся в нарратив определённого учебного понятия.

• 2.    Подбор символической и графической информации, иллюстрирующей фрейм. Когнитивная визуализация педагогических объектов позволяет активизировать ассоциативные мыслеобразы в познавательной деятельности.

• 3.    Проектирование «матрицы взаимосвязей», т.е. содержащей большой объём информации иерархической структуры фреймов, в которой фрейм «верхнего» уровня совместно используется всеми фреймами «нижних» уровней, связанных с ними.

• 4.    Выделение с помощью гиперссылок «слотов» для каждого фрейма. Слоты, каждый из которых имеет уникальное имя, устанавливают связи между информацией, содержащейся в фреймах внутри определённого учебного раздела. Фрейм содержит характеристики, в рамках которых ограничено значение слотов. Каждый слот, в свою очередь, должен иметь имя, уникальное в своем фрейме. Разнообразие и вариативность слотов позволяют искусственному интеллекту реализовать про-

• цесс сопоставления, т.е. структурирование учебной информации с помощью фреймов.

Таким образом, при соблюдении вышеописанной последовательности процедур возможно проектирование имитационной обучающей системы на основе фреймовой технологии и технологий искусственного интеллекта.

Фреймовая модель, представленная во многих языках программирования и специальных языках представления знаний, в отличие от нейронной сети, является более простой в построении и обслуживании, а также обладает возможностью более строго регулирования процесса её развития [2, с. 63].

Поскольку в рамках онлайн-формата преподаватель вуза является координатором, который отслеживает и сопровождает процесс обучения, а ответственность за освоение учебного материала перекладывается на обучающегося [7, с. 169], то реализация фреймовой технологии на базе ЭИОС возможна с помощью следующих специальных педагогических методов:

• -    Метод нелинейной структуризации учебного процесса позволит подготовить обучающихся к фреймовому представлению знаний. Суть адаптированного варианта данного метода заключается в самостоятельной подготовке студентами интерактивной таблицы-матрицы, в которой столбы содержат указание (гиперссылку) на подраздел учебной темы, а строки - вопросы, которые педагог подготовил по данной теме. На пересечении строки и столбца ставится отметка о соответствии учебного материала в подразделе (столбце) содержанию проблемного вопроса [6, с. 21], т.е. изучение подраздела темы позволит аргументировать ответ на вопрос. Структурирование информации подобным способом представляет собой облегчённый вариант формулировки фрейма, может быть использовано при подготовке к экзаменам.

• -    Метод свёрнутых информационных структур – способ формулировки (в учебном задании, для решения которого студенту необходимо выполнить обобщение схожих объектов/процессов в целостный конструкт. Данный метод предполагает

работу студента с готовой фреймовой моделью определённой дисциплины.

Подводя итоги, необходимо отметить, что применение фреймовой технологии в ЭИОС предполагает наличие у педагога, во-первых, информационных компетен- ций, т.е. совокупности умений к творческому моделированию дистанционных занятий с помощью средств искусственного интеллекта, а во-вторых, системного видения учебного материала.