Проектирование адаптивной обучающей среды для изучения операций логики высказываний

Создание обучающих сред с элементами искусственного интеллекта является актуальной проблемой в связи с большим количеством обучаемых пользователей с различным уровнем знаний, цель которых изучить определенный набор материалов и адаптивно сформировать навыки работы с новыми знаниями.

Решение проблемы способно повысить качество усвоения учебного материала и качество подготовки обучаемых в целом.

Операции логики высказываний, выбранные в качестве предметной области в данной работе, являются базовыми и представляют собой основу научной дисциплины

- математическая логика. Эти знания широко применяются студентами технических направлений при решении логических задач.

Описание возможностей интеллектуальной обучающей системы, разработанной в среде МОНАП

Интеллектуальная обучающая система (ИОС), разработанная с помощью инструментальных средств серии МОНАП, предназначена для поэтапного формирования знаний и навыков решения задач в некоторой предметной области.

[1-2]

Проектирование ИОС в среде МОНАП состоит из следующих этапов [3-4]:

• 1.    Выбор предметной области для обучения.

• 2.    Выбор теоретического материала в качестве базы знаний для обучающей среды.

• 3.    Создание и настройка среды обучения в выбранной предметной области инструментальными средствами МОНАП.

В качестве изучаемой предметной области выбрана математическая логика, в частности, логические операции логики высказываний.

Теоретической основой является учебное пособие «Математическая логика и теории алгоритмов» д.т.н. (проф. КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева - Галиев Ш.И.), предназначенное для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника». [5]

Математическая логика обширно используется в информационных технологиях. Начиная от простых условных операторов в языках программирования и заканчивая операциями с базами данных, поскольку язык запросов SQL предполагает операции с множествами. Знание логических операций является базовым для предметной области. Для студентов технических направлений навыки использования операций логики высказывания имеют фундаментальное значение.

Использование ИОС, позволит сформировать знания и навыки без однотипного заучивания учебного материала, а также обеспечить максимальный уровень адаптации управления процессом обучения для каждого обучаемого. [6]

Процесс создания среды обучения в МОНАП начинается с определения значений параметров, описывающих свойства среды обучения (рис.1). [7]

Рис. 1. Окно для разработки учебной среды

Следующим шагом, является процесс составления правил для решения учебных задач предметной области. Пример правила, соответствующий одной из операции логики высказываний, представлен на рис. 2, а окно создания правила на рис. 3.

Рис. 2. Пример правила логики высказываний

Рис. 3. Окно разработки учебного правила

На следующем шаге необходимо составить файл свойств задач. Для каждой задачи в разделе «Свойства учебных задач» задается [4]:

• 1.    Класс задачи, сложность которого определяется набором используемых

• 2.    Подкласс для каждого класса, определяющий уровень сложности задачи в рамках одного класса.

• 3.    Вектор правил (операций), который определяет количество применений правил, необходимых обучаемому для решения конкретной задачи.

правил.

Для рассматриваемой нами предметной области были выделены 3 класса задач, имеющих по 7 подклассов. Стоит отметить, что вектор правил для каждой задачи заполнен неравномерно, т.е. каждое правило используется неодинаковое количество раз, а в рамках каждого класса выделены задачи с минимальной и максимальной уровнями сложности. [8] Организация свойств задач таким образом и позволяет достигнуть необходимой адаптивности в процессе управления обучением. На рисунке 4 представлен раздел «Свойства учебных задач».

Рис. 4. Раздел «Свойства учебных задач» ИОС

Раздел «Учебные задачи» системы проектирования МОНАП содержит так называемый «Банк задач» в котором расположены сформированные учебные задачи.

На рисунке 5 представлен пример учебной задачи, содержащий формулы логики высказываний. Задача обучаемого правильно заполнить пропуски в формулах.

Рис. 5. Пример учебной задачи в общем «Банке задач»

Заключительным шагом в создании ИОС является регистрация обучаемых (Рис. 6), который позволит приступить к обучению.

Рис. 6. Регистрация обучаемого

Для оценки процесса обучения в системе проектирования МОНАП предусмотрен инструмент моделирования процесса обучения (Рис. 7).

Заключение

Инструментальное средство МОНАП применяется для проектирования интеллектуальных обучающих систем (ИОС), обеспечивающих адаптивное управление процессом формирования навыков обучаемого в выбранной предметной области. [9] В качестве предметной области ИОС были выбраны операции логики высказываний, как основа математической логики. Навыки, получаемые в процессе обучения, находят широкое применение в смежных предметных областях.

Работа выполнена под научным руководством доцента кафедры АСОИУ КНИТУ-КАИ Галеева И. Х.