автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методы и средства, обеспечивающие эффективное применение экспертных систем в обучении

РГ6 од

2 8 СЕН Академия наук Украины

Институт кибернетики имени В. М. Глушкоса

На правах рукописи ЕСЛЯ'МОВ Серик Газизовкч

УДК 681.3.06

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ В ОБУЧЕНИИ

05.25.03 — информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киеи 1993

Работа выполнена в Институте кибернетики имени В. М. Глушкова АН Украины. -

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

ДОВГЯЛЛО А. М„

кандидат технических наук, доцент БАПМУХАМЕДОВ М. Ф.

Официальные оппоненты: дсчтср технических наук, профессор

ЗАИЧЕНКО Ю. П.,

кандидат физико-математических наук БАРДАДЫД1 В. А.

Ведущая организация; Львовский государственный университет.

Защита состоится ьЛэЯЗг.

часов на заседании специализированного совета К 016.45.05 при Институте кибернетики имени В. М. Глушкова АН Украины по адресу:

252207 Киев 207, проспект Академика Глушкова, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-техническом архиве института.

Автореферат разослан « ^» -19^г

Ученый секретарь специализированного совета

//

ш

РЕВЕНКО В. Л

ОЩАЯ УАРЛКТЕРКСТШГА РАБОТЫ

Актуальность. Научно-технический прогресс и связанный с ним бистрыЛ рост количества персональных ЭВМ (ПЭВМ) выдвинули в качестве одной на неотложных задач достижение необходимого уровня компьютерной подготовки рвботниког всех сфер народного хозяйства страны. Е большей степей« зто относится к учыцейся молодежи - ученикам средних общеобразовательных ¡xi'.oz, учащимся профессионально-технических учялщ, студодтам вуоз и техникумов. Перед органами народного образования сста.тя сложная аадача обучения подрастающего поколения ¡компьютерной грамотности и необходимость интенсивного' внедрения достижений информатики к вычислительной техники в учебные заведения. В связи с этим особую актуальность присо-рггав? • гопросы яфойктазиого кспольяоваимя ПЗЕМ в учебном процессе и исследования по разработке эффект-nanus могг.'ов и средств компьютерного обучения.

Во всем мире усиленно ведутся соответствующие работы в данной области. Однако до сих пор еще не сформировалось единого взгляда на применение средств вычислительной техники в сфере образования.

Первоначальное использование ЭВМ в учебном процессе характеризуется как период интенсивного развития идей программированного обучения и раарабоиси автоматизированная обу^аю-систем (ДОС), основыващихся на этих идеях,

Разработчики ДОС исходили из предположения, что процесс обучения мо/КС? быть осуществлен путем хорошо организованней последовательности кадров обучапцей и контролирующей инфор-,-.<ации. Перше эксперименты по использованию ЭВМ з учебном процессе нашли свое вопло«екие в виде прогрзгдл учебного назначения (ПУН) с детерминированным сценарием обучения. Это такие системы, как ADAPT, PLATO, TICC1T, СПОК ЕС, ДОС-ВУЗ, TenCÛRE и др. Данному классу ПУН присущи такие недостатки: низкий уросень адаптивности индивидуальным особенностям обучаемого; сведение задачи диагностики знаний обучаемого к задаче определения принадлежности его ответов к одному из классов эталонных ответов; больше трудозатраты на подготовку учебного материала дале при использовании авторских языков ÍAH) {CourseVn ter, ЯC'ñ, ABC) и авторских систем (АС) (C.A.S., VAULT, EASE, ЛИТРА).

Альтернативным подходом к процессу автоматизации обучения является создание так называемых учебных сред (УС). В »(айном классе ПУН реализуется концепция обучения через открытие. В словаре-справочнике "Компьютерная технология обучения™ УС определяется как программные системы, "предназначенные для предоставления обучаемому по крайней мере одной из следующих услуг; информационно-справочное обслуживание; инструментальное обслуживание; конструирование имитационных моделей} решение задач". Принципиальное отличие данного подхода от рассмотренного ранее заключается в том, что в данном случае к обучаемому относятся как к некоторой автономной системе, способной иметь свои цели. Данный подход поддерживает парадигму "учение". Для данного класса ПУН характерны следующие особенности: УС предоставляет обучаемому учебные материалы и другие ресурсы, необходимые для достижения учебной цели, поставленной ему преподавателем либо им самим; отсутствие контроля дейстй обучаемого. Основное назначение УС - создать благоприятную, "дружественную" среду шш "мир", "путешествуя" по которому обучаемый приобретает знания.

Исследования в облзсти психологии мышления, достижения в области искусственного интеллекта (ИИ) и технологий программирования, появление относительно недорогих, но достаточно мощных персональных компьютеров расширили область применения компьютеров в учебном процессе, позволили проверить на практике новые концепции интеллектуализации компьютерного обучеш... ' .

В настоящее время в атом направлении быстро развиваются и прогрессируют ПУН, поддеряивавдие теории обучения, базирующиеся ка модели обучаемого. Для них характерно свободное и многоаспектное использование учебного материала, ведение диалога на основании вычисляемой модели обучаемого, истории взаимодействия обучаемого с системой и выводов теории обучения. Результаты экспериментов, проводимых в нашей стране и за рубежом, подтверждают плодотворность данного подхода при обучении сложной когнитивной- деятельности. В настоящее время широкое распространение получили системы ИИ, именуемое как системы, основанные на Сазах знаний (knowledge-based system , sum экспертные системы (expert systems).

. Экспертные системы (ЭС) относятся к категории машинных программ, которые способны выполнять различные 'функции, а именно,получать, накапливать, корректировать знания из некоторой предметной области (ПО), предоставляемые в основном людьш-зкспертами, выводить новые знания, решать на основе этих знаний практические задачи, например, в медицине, математике, химии, геологии, образовании и объяснять ход своего ревения. Набор фактов (знания) и.эвристические приемы (стратегии логического вывода) вводятся в компьютер; ЭС использует эти стратегии вывода для работы с хранимыми знаниями в соответствии с запросом пользователя, она может объяснить, как она "пришла" к тому или иному выводу.

. ; При разработке ЭС используются такие инструментальные средства: универсальные языки программирования (СЯ, Паскаль), языки искусственного интеллекта (Лися, Пролог), инструментальные среды и инструментальные зкспертше системы (оболочки) (RuleMaster, Guru, BESS, BEST).

Целью диссертационной работы является: , - разработка методов и средств эффективного использования экспертных систем в учебном процессе, а именно, создание и обобщение опита применения инструментальных ЭС в процессе обучения различным предметам на основе следующей идеи: обучаемому (пользователю оболочки ЭС) предоставляется возможность работать с оболочкой ЭС в режиме эксперта, наполнпЗДе-го её своими знаниями и создающего своп собственную экспертную систему по изучаемому материалу;

- разработка методики и технологии проектирования пользовательского интерфейса оболочек ЭС учебного назначения.

Для достижения этих целей в диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:

1) анализ' современных методов и средств разработки программ учебного назначения..Акцентирование внимания на тех из них, которые соответствуют Целям работы;

2) разработка структуры и принципов построения программных средств, в среде оболочки экспертной системы BESS для обучения в некоторой предметной области;

3) разработка методики применения инструментальной ЭС для обучения в некоторой предметной области;

4) разработка учебной оболочки ЭС с максимально дружественным пользовательским интерфейсом, реализованным в

соответствии со стандартом CUA (Common Users Access) фирмы IBM на пользовательский интерфейс для программных систем;

5) разработка автоматизированного учебного курса "Экспертные системы а обучении", состоящего из лекционных, практических и лабораторных занятий;

■ 6) проведение экспериментального исследования эффективности предлагаемых методов и средств применения ЭС в учебном процессе.

Научная новизна диссертации заключается в следующемs

1. Предложен новый подход к применению экспортных систем в обучеиш), состоящий в том, что обучаемо»,<у предлагается построить свою экспертную систему в среде оболочки ЭС п заранее выбранной предметной области. Как показывает опыт, данное решение максимально способствует активизации ¡делительной деятельности учащегося. Если созданная им экспертная система правильно работает, то есть* все основания полагать, что учебный материал освоен учеником "хорошо.

2. Определен и исследован новый класс ПУ1Г- экспертные системы, используемые в учебном процессе во предлагаемой нами технологии.

3. Разработана ыетодика применения обол ¡ек экспертных систеы как для подготовки пользователей инструментальных экспертных систем - экспертов, .так и для целей обучения в некоторой л?едмвтной области.

4. Выбраны и обоснованы методы представления и алгоритмы обработки знаний в экспертной системе, как новом классе ПУП, ориентированном на обучение пользователей инструментальных экспертных систем.

Б. Предложен новый стандартизированный подход к проектировании пользовательского интерфейса оболочек ЭС учебного назначения '

6. Разработан демонстрационный -прототип учебной оболочки ЭС BELS, сочетаядей в себе возможности текстовых редакторов,' электронных таблиц, информационно-поисковых систем и элементы систем гипермедиа. • Холоч^ разработана в рамсах предложенного технологического подхода к проектированию пользовательского интерфейса учебных програьш, основанного на стандарте фирмы IBM - SAA (System Application Architecture). ' Для нее характерны следующие свойства:

- 5 -' ■■ ;

- представление информации в удобном для восприятия виде; . ..

- большая защищенность от несанкционированных или -неправильных действий, что позволяет непрофессиональным пользователям избегать "рискованных" ситуаций;

- простота и удобство работы.

7. Разработан автоматизированный учебный курс "Экспертные системы в обучении", прошедший апробации во многих странах мира и государствах СНГ, Учебный курс основывался полностью на предложенной нами методике применения ЭС в обучении. При обучении данному курсу была подтверждена дидактическая эффективности предложенной 'методики использования инструментальных экспертных систем для целей обучения. Для проведения ванятяй использовалась оболочка ЭС BESS, разработанная в Научно-учебном центре Института кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины. .

Практическая ценность. Работа выполнена в соответствия с координационными планами научно-исследовательских работ по темам В.Г.Е. 405.07 "Разработка и создание программных систем для центров с интенсивной технологией обучения" и 0.2.3.05 " Интеллектуализация ". Разработан и апробирован автоматизированный учебный курс "Экспертные системы в обучении". Предложена методика проектирования пользовательского интерфейса оболочек ЭС учебного назначения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном семинаре "Информатика 00-х" Белорусского Центра информатики ШЕСКО/АСПРО (Минек, 1991); семинарах стран СНГ: Института программных систем АН Украины (Кибернетический центр) "Инструментальные средства программирования" (Одесса, 1992) и "Новые информационные технологии и инструментально-технологические средства поддержки принятия решений" (пос.Кацивели, Крым); I Украинской научно-методической конференции "Новые информационные технологии обучения в учебных заведениях Украины" (Одесса, 1992), республиканской научно-методической конференции "Научно-практические аспекты повышения качествз подготовки учителей математики и информатики в условиях перестройки народного образования Казахской ССР" (Алма-Ата, 1991), областной

- 6 - '

научно-практическойконференции "Проблемы компьютеризации" (Кустанай, 1988), семинарах Института кибернетики им.В.Ы.Глушкова АН Украины. Полученные результаты изложены в четырех главах диссертации, приложениях и опубликованы в статьях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация саЬтаит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 151 названия и 2 приложений; изложена на 147 страницах машинописного текста (в том числе 22 рисунка и 5 таблиц).

СОДЕРЕАШЖ РАБОТЫ

Во введении на основе анализа проблемы обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первой главе рассмотрены основные направления применения ПЭВМ в учебном процессе, проанализированы теоретические основы, методы и средства компьютеризации процесса обучения. Проведена классификация программ учебного назначения. Сформулированы задачи диссертационной работы. Отмечается, что с учетом возрастахщей роли вычислительной техники во всех отраслях народного хозяйства особую актуальность приобретают исследования в области применения компьютерной техники для целей обучения пользователей. Отмечается необходимость применения для целей обучения интеллектуальны* учебных систем. Такими системами и являются экспертные системы. Предлагаемая нами методика использования инструментальных экспертных систем в обучении позволяет выделить ЭС в новый класс программ учебного назначения.

В связи с этим возникает проблема проектирования, разработки (или адаптации) и использования существующих программных систем ИИ, предназначенных для обучения и подготовки пользователей инструментальных экспертных систем.

Решению указанной проблемы и посвящены исследования, проводимые в рамках диссертационной работы.

• Во второй главе проанализированы особенности экспертных обучающих систем (ЭОС), предложены методы представления и алгоритмы обработки знаний учебного назначения в ЭС и ЭОС.

Предложена методика проектирования ЭОС для использования в учебном процессе. Рассмотрены этапы конструирования экспертных систем учебного назначения. Отмечено, что ЭОС на данный момент является наиболее развитой моделью ЭС для применения п обучении.

Формальную основу ЭС могут составлять продукционные системы, теории фреймов и семантических сетей, логические системы, байесовские теории и т.д. Другими словами, ЭС можно рассматривать как некоторое расширение базовой формальной теории, в которой в диалоговом режиме доказываются различные теоремы. В такой случае процесс создания ЭС можно интерпретировать >сак процесс расширения базовой Формальной теории новыми аксиомами и правилами вывода (декларативные и процо-дурппе знания), позволяют,ими повысить эффективность (время вывода, точность решения) процесса выдала.

Таким образом, процесс создания ЭС включает ь себя деа этапа:

1) отладка ЭС как некоторой прикладной формальной теории (устранение противоречивых данных и правил, обнаружение возможных зацикливаний, некорректно записанных или неиспользуемых данных и т.д.);

2) тестирование ЭС для отладки "поведения" ЭС как "специалиста" б некоторой предметной области.

При разработке ЭС могут быть использованы различные инструментальные средства:

- универсальные языки программирования (Си, Паскаль, Но пула-2, Ада);

- языки искусственного интеллекта (Лисп, Пролог, SrallUlM;

- инструментальные среды (0PS-5, КЕП и др.);

- оболочки экспертных систем (EMYCIM, AGE, VP-Expert. BESS);

В дальнейшем рассматривается только последний тип инструментальных средств, который характеризуете« тем, что в отличие от остальных инструментальных средств разработчики ЭС полностью освобождаются от работ по программированию за счет-использования пустой оболочки ЭС с встроенным механизмом вывода, стратегией поиска реяения и заданным игшшц представления знаний.

- в -

В основе архитектуры ЭОС лежит следующая основная модель процесса обучения.

Имеется некоторая цель обучения, выраженная в терминах текущих характеристик обучаемого. Пока цель не достигнута, повторяется следующая последовательность действий:

• -.на основании текущего состояния обучаемого и методики (Лучения генерируется очередная задача vздесь задача понимается широко, как любая информации, требующая ответных действий обучаемого);

- ответ обучаемого сравнивается о эталонным решением и на основании различий производится диагностика ошибок обучаемого;

- по результатам диагностики корректируются текущие характеристики обучаемого.

В соответствии с данной моделью процесса обучения ЭОС модно рассматривать как совокупность" трех взаимодействующих экспертных систем:

- ЭС по решению задач в изучаемой предметной области (ЭС РЗ);

- Э по диагностике ошибок обучаемого (ЭС ДО);

- ЭС по управлению процессом учения ( 3 УУ).

■Взаимодействие ЭОС с обучаемым происходит следующим образом. ЭС УУ формирует в соответствии с текущей целью очередное задание для обучаемого, которое передается одновременно и ЭС РЗ. Далее ЭС ДО сравнивает petaeime обучаемого с решением, полученным ЭС РЗ, и на основании различий пытается установить, какие неправильные представления обучаемого о ПО могли привести к расхождениям. 8 результате диагностики меняется представление ЭОС об обучаемом, отраженное в модели обучаемого (Ш), и управление снова получает ЭС УУ, которая уточняет текущую цэдь и формирует новое гадание. Взаимодействие с обучаемым происходит через интерфейс, который может содержать средства текстового, графического или речевого вво^а-вывода, лингвистический процессор и т.п.

В -настоящее время "оздг чие ЭОС носит исследовательский характер, поэтому методологические и технологические асп-кты конструирования ЭОС еще слабо проработаны. Сложность архитектуры ЭОС предполагает участие в процессе ее создания спе-' циалнетов различного профи.п, поэтому развитая методология должна включзть vтолики и рекомендации для каждого специа-

листа и устанавливать способы взаимодействия между ними; технология должна снабжать их специализированными инструментальными средствами. Поэтому в диссертационной работе мы ограничились лишь проектными предложениями по созданию ЭОС, а основное внимание было сосредоточено на применении существу-щих оболочек ЭС в учебном процессе.

Предлагаемый в диссертации способ применения инструментальной экспертной системы, когда обучаемый работает с оболочкой ЭС, наполняя ее своими знаниями в заранее определенной предметной Области, обладает следующими преимуществами по сравнению с ЭОС:

1) выбор и использование подходящей -инструментальной ЭС не требует больших накладных расходов - в настоящее время существует довольно много коммерческих реализаций оболочек ЭС; основная задача заключается в том, чтобы выбрать из них ту оболочку ЭС, которая, на взгляд преподавателя, более адекватна поставленной цели обучения;

2) преподавателю становится легче объективно оценивать акания обучаемого, ведь для этого необходимо я достаточно запустить на выполнение созданную студентом ЭС - резонно ведущая себя ЭС будет свидетельством того, что обучаемый хорошо усвоил материал из данной предметной области;

3) данный подход не требует создания дорогостоящего специализированного программного продукта, какоиш является коммерческая экспертная обучакцля система, а для выбора необходимой оболочки ЭС совсем не обязательно привлекать специалисте' из области педагогики, психологии, учебной инЛор матики, программного обеспечения и др.

В третьей главе приведены результаты исследования оболочек экспертных систем, днн их сравните мшй ашаиз. Далее приводится описание оболочки ЭС BfL'ixS (и^т^лы и средства ливации). Обосновано применение ЭС с бейееоЕскйм механизмом вывода - системы BESS - в учебных целях г. качестве стартовой ЭС для различных категория начинающих нсл)зоьатолий (обучаемых). Приведены результаты исследования проблемы проектирования пользовательского интерфейса программ учебного назначения на примере макетной реалн?:щии авторои учебно® оболочки ЭС BCLTî (Baye-, Expfi t l.ivmuru? System), основанной на бейесовском статистическом метод«.' принятия оптимальных решений.

Состав и. функциональные возможности оболочек ЭС варьируются £ широких пределах:- от очень гибких и "открытых" средств, предоставляющих пользователям большую степень свободы и позшляицих ему строить свои приложения в любой предметной области, до специализированных систем с разветвленным набором функций, "почти готовых" для использования экспертами, но'менее гибких и не предоставляюсь полной свободы инженеру по знаниям при структурировании знаний." Однако на основе анализа существующих оболочек ЗС можно составить обобщенный .образ, отражающий те функциональные возможности, которые в той иди иной степени ими обеспечиваются (рисунок).

Сделаем попытку классифицировать инструментальные средства построения ЭС в зависимости от степени их открытости и проблемной ориентированности (таблица).

В таблице представлены гибкие оболочки универсального назначения, проблемно-ориентированные- оболочки - специальный инструментарий для представления экспертных знаний какой-либо предметной области или некоторого рода родственных областей и неполные экспертные системы (НЗС), в которых отсутствуй?'только некоторые виды специальных знаний, вногк-шз непосредственно специалистами данной предкетной области.

Оболочки ЭС облегчают и даже в некоторой степени авто-матазирухга процесс извлечения знаний из эксперта и ввода в базу знаний системы.

В машине вывода системы BESS применяется стратегия вывода, редложенная К.Нейлором. Сущность этой стратегии заключается в приписывании каждому симптому цены, отрзжапцей его .роль в процессе вывода, и задании а первую очередь того вопроса, дая которого цена оказывается наибольшей.

Процесс создания ЭС в среде BESS остоит в создании и отладке ВЗ о выбранной ПО. При создании Ю обучаемому приходился решать две задачи: формирование/уточнение гипотез и формирование/уточнение симптомов. Первая из этих задач распадается на две подзадачи:

• 1).формирование7уто','иешг гипотезы, устранение избыточности и противоречий между гипотезами;

2) выбор полного и неизбыточного наборе симптомов.

Одним из требований к ЭС является наличие удобных • средств взаимодействия с пользователем. Для программ учебного назначения, в силу специфики сфлры применения, эта проб-

Способ представления знаний: продукции,семантические сети,фреймы Встроенные средства работы с базой данных или интерфейс со стандартными СУБД Интерфейс с пакетами деловой графики или встроенные средства

Встроенные функции для работы ' с данными

Стратеги! поиска 3 БАЗА I | ЗИЛШЕЙ 1 | эс |

ГЬдсистема объяснения

• Ес^ственноязы -новый интерфейс

Обеспечение работы с нечеткими знаниями Средства защиты даннцх

Обеспечение базовых типов данных Возможность ра: боты с массивами

Электронные таблицу 1Ьханиэмы вывода: прямой, обратный и др. Система подска-гш: .НЕЬР

Рисунок

Таблица

ОБОЛОЧКИ ОВДЕГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРОБЛЕМНЫЕ НЭС

Crystal Leonardo УР-Expert IntelUForm HelpDesk-

XI PLUS GURU EASE TcstBench (■endino:

BESS ART Procedural Picon Auto

BEST Корифей Consu1tant G2 Under-

ИСКАД ЭКСПЕРТ KEE In-Ate writing

ЭСПЛАН Интер- ФИАКР Piexys Advisor

ПРЭКСИС Эксиерт KNOWLL ЭКРАН ИМ-С

ДШЕЛЛ .СОКРАТ САПРЭксперт BELS СПРИНТ--л

лема становится тем .более важной. Единственным слабым местом оболочки ЭС BESS является качество ее пользовательского интерфейса. Под пользовательским интерфейсом мы будем понимать видимые и невидимые (прозрачные) компоненты учебной программы, с помощью которой обучаеь'Ый взаимодействует с программой: вводит запрашиваемые данные, загружает и сохраняет рабочие файлы, управляет последовательностью действий и т.д.

Учебная оболочка ЭС BELS ' разрабатывалась автором диссертационной работы в полном соответствии с идеями системного подхода фирмы IBM для разработки архитектуры прикладных программ, иавестного под названием SAA. Более точно, использовались рекомендации составной части проекта SAA по органи-ваиии пользовательского интерфейса, . именуемые как СОА (Common User Access). Реализация экспериментальной версии' оболочки BELS была осуществлена на основе объектно-ориентированного программирования (ООП) в среде программирования Borland Сн- (v.3.1) фирмы Borland International (США) с использованием объектно-ориентированной библиотеки, классов TURBO VISION. Целью использования рекомендаций CUA являлась стандартизация механизма взаимодействия обучаемого (пользователя) с учебными программами на примере учебной оболочки ЭС. Такая стандартизация методов и средств организации интерфейса с обучаемым (пользователем) не только упрощает и удешевляет технологию разработки программ учебного назначения, но и унифицирует учебные программы, обеспечивая, им успех на рынке программных продуктов учебного назначения.

' ООъектно-ориентированный подход, используемый т?г« разработке учебной оболочки ЭС BELS. позволил легко реализовать программный продукт, сочетающей в себе возможности текстовых редакторов, электронных таблиц, информационно-поисковых систем и систем гипермедиа. В системе BELS визуализация диалога с обучаемым реализуется путем предоставления последнему некоторых объектов и возможностей выполнения действий над ними (манипулирование гипотезами и симптомзми базы знаний, их модификация, активизация новых данных). Благодаря этому обучаемый «одет сосредоточить своё внимание на выполняемом объектом задании, а не на том, как его реализовать в программе.

В четвертой главе описаны результаты исследования учебного курса "Экспертные системы в обучении".

- 13 -

Необходимость исследований в этой области била вызвана стремлением преодолеть ограничения традиционной технологии программированного обучения. Сегодня все более ощутимой становится необходимость создания более "разумных" учебных систем. Путь к созданию таких систем, на наш взгляд, лежит через область искусственного интеллекта, традиционно залииа-вцугеи проблемам» представления и чепольговяшм знаний. Именно поэтому ЭС вс паем споем многообразии доллии л могут быть использованы для целей обучения. Причем только я качестве экспертных обучаюоих или кнтеллсктуальнцх сбучзхгцих систем (ЧОС), но и путем использования инструментальных ЗС, когдп обучпеми* (стул.-.::т) работает е • сточкой кг.к алсясул. этом ОСНОРПН предлагаемый и ,.шсе^р?:и!исн;к.й г« боте оригинальный метод использования экспертных систем для

С5у*1Г°П!Я. Су?Ъ М^^ОЦИКЧ чяклпкммОД» <1 том, мому предоставляется возможность работать с и«ст1>>ы1.;»:а:иг:;£ X в режиме эксперта в заранее выбранной узкой предметной области изучаемой теми. При этой ученик может пользоваться л>эбой справочной литературой: энциклопедиями, справочниками, учебниками и т.д. Для примера приведем небольшую часть учебного задания, предоставляемого ученику в ходе проведения учебного курса по химии, экологии и заадте окрукаюцей среди, плуия^илму прсясстаздгетег возможность выступать в роли эксперта ХИМИИ, яна-снииг-уч^'-м-о ¡пгряг^интс-ли ьодн

г.-~-рсгу кг-.г^р-:: ^ рн'^^хо/гн ¡к ' .'¡а

.¡¡ч','¡И) г-;.* Иае.^'дуяк ,1 е.г^^¡.л^-.гьи^тгкп 1 ^■

- г. нИ < >■:."'лот »а/> , .> Нлин-иО;

- цист годи (нср].-члы!кЛ, к, н<. ннЛ лтт«м«ок, чернкй

тЖ)

- консистснцдя годы (иерм-мьн;«»!, глслкнастая);

- наличие посторсшки примесс-й (углерод, с:;и, мет^.п

ЛЫ);

- удельный вес воды (нормальный. пониженный, поьиаен-ний).

В результате обучаемый прсдсташш-'т экспертный отчет о возможных загрязнителях воды. Кроме того,его знания в данной предметной области оцениваются с помощью запуска на компь-«тере созданной им ЭС. Правильно работающая экспертная система дает асе основания полагать, что обучаемый у с «сил материал хорошо.

- 14 -

Для проведения, таких занятий использовалась оболочка экспертной системы BESS. Работа системы BESS основана на бе-йесовском статистическом методе принятия решений. Эта оболочка удовлетворяет всем требованиям учебных применений, что выгодно отличает её от других сболочек ЭС. Приведем некоторые экспертные оценки системы BESS на основе критериев, по которым оценивается любая оболочка ЭС:

- легкость изучения - отлично; • .

- потенциальные возможности системы т хороню;

- легкость разработки баз знаний - отлично;

- эффективность и удобство работы конечного пользователя с построенными экспертными системами - отлично.

Разработан учебный курс для подготовки преподавателей в двух вариантах. Первый вариант имеет целью первоначальное ознакомление с ЭС (6-10 часов), а второй - углубленное освоение материала и применение его в своей профессиональной деятельности (36 часов). Этот курс прошел апробацию в различных странах: * на Кубе (1990 г.), в Индии (1991 г.). в Сирии (1S91 г.) и в Казахстане (1992 г.). В Украине занятия проводились в г.Киеве: в Научно-учебном центре при Институте кибернетики им.В.Ы.Глушкова АЛ Украины, региональном учебном центре по проекту "Пилотные школы", средней школе N 132. и других учебных заведениях.

Далее в главе приведены постановка .исследовательских задач по оценке дидактической эффективности применения оболочки ЭС BESS в учебном процессе рааличных учебных заведений и научно-учебных центров, методы проведения и ре=7-ьтаты исследований, полученные в ходе проведения учебного курса ."Экспертные системы в обучении".

В приложении диссертации приведен пример базы знаний, построенной в среде BESS.

В приложении 2 приведен примерный план проведения занятий по учебному курсу "Экспертные системы в обучении".

В заключении сформулированы,основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований предложен новый подход к применению оболочек экспертных систем для целей

■ ; ; - - 15 -

обучения; доказано, что оболочки экспертных систем, используемые в учебном процессе по предложенной нами методике, фактически являются новым классом обучающих программ; исследованы и опробованы на практике методы проектирования пользовательского интерфейса программ учебного назначения на примере реализации оболочки экспертной-системы учебного назначения .

Получены следующие основные результаты:

1. Разработана концепция использования оболочек экспертных систем на занятиях по определенному предмету в вузах, средних специальных учебных заведениях и средних общеобразовательных кколах.

2. - Предложена структура, выбраны и обоснованы методы

представления и алгоритмы обработки знаний учебного назначения в экспертных сбучакЕЛХ системах.

3. Предложены методы проектировании и принципы разра ботки пользовательского интерфейса программ учебного назначения, основанные на международных стандартах..

4. Разработана специализированная оболочка ЭС учебного назначения BELS для применения в учебном процессе, реализованная в рамках рассмотренной технологии.

5. Предложено построение формализованных моделей знаний учится и обучаемого.

8. Разработана методика адаптации судс-етну^чих оболочек экспертных систем для использования непрофессиональными пользователями (обучаемыми) в своей деятельности (в учебном процессе) на примере системы BES3, разработанной в отделе диалоговых и оеучг-ицих систем Института кибернетики им.П.Ы.Глушнова Ali Украины .

7. Разработан учебный курс "Экспертные системы в обучении" для интенсивного обучения слуаателей созданию экспертных систем на основе бейесоЕского метода принятия решений. При обучении данной'/ курсу была подтверждена дидактическая эффективность предложенной методики использования инструментальных экспертных систем в процессе обучения.

- 16 -•

Основные результаты диссертации опубликованы в. следующих работах:

1. Баймухамедов М- Ф., Ее ля ¡.ю а С. Г. Некоторые аспекты применения систем искусственного интеллекта в обучении // Тез. докл. Бс(.сош. науч. -практ. семинара "Информатика 90-х". - Минск, 1991.- С. 7-Й.

2. Баймухамедов М. Ф. , Еслямов С. Г. К вопросу о применении экспертных обучающих систем при Подготовке учителей математики и информатики // Тез. докл. респ. науч.-практ. конф. "Научно-практические аспекты повышения качества подготовки учителей математики и информатики в условиях перестройки народного образования Казахской ССР" . - Алма-Ата: Каз. пед. ун-т им. Абая, 1991.- С. 70-71.

3. Экспертные системы как новое средство компьютерной технологии обучения /Я Ф. Баймухамедов, Довгялло А.Ы., С. Г. Еслямов, В. А. Петрушки // Проблемы внедрения компьютерных технологий в обучение. - Киев: Ин-т кибернетики им. Е М. Глушкова АН Украины, 1992. -С. 59-65.

4. Баймухамедов & , Довгялло А. М., Еслямов С. Г. Экспертная система как средство обучения пользователей

. // Тез. докл. семинара стран СНГ "Новые информационные технологии и инструментально-технологические средства поддержки принятия решений", Кацивели (Крым). - Киев: Ин-т программных систем АН Украины, 1992.- С. 25-26. ;

5. Еслямов С. Г. Применение оболочек экспертных систем в учебном . процессе общеобразовательных школ и вузов //Тез. докл. семинара стран СНГ "Инструментальные средства программирования". - Одесса, 1992. С. 62-63.

6. Разработка и создание программных систем для центров с интенсивной технологией обучения: ( Отчет по НИР Е Г. Е. 405. 07) /Ин-т кибернетики им. В. М. Глушкега А!! Украины; Руководители темы А. М. Довгялло, Е Я Валах. - Разд. 13. Экспертные системы в обучении (опыт практического использования): Сост. С. Г. Еслямов. -N ГР 01.92. 0013632,- Киев, 1993,- 120.с.