Дипломная работа по теме: Интеллектуальная обучающая система ФЛИНТ: поддержка работы автора курса (стр. 3 )

Интеллектуальный модуль (ИМ) – компонента системы, обеспечивающая формирование рабочего листа для броузера, отслеживание решения задач, ведение по учебным задачам.

Схема работы интеллектуального модуля

Итак, из всего обилия материала в системе нам требуется получить “сжатый” материал, максимально подходящий к учащемуся, основываясь на его параметрах, т. е. сформировать зону ближайшего развития и занести ее в рабочий лист. Кроме того, необходимо отслеживать перемещение пользователя в границах учебной задачи, и автоматически формировать ЗБР при смене учебной задачи. Приведем пример – на основе ДМО, учебной задачи и текущего понятия (группы понятий) требуется сформировать ЗБР для прагматической деятельности учащегося. Во-первых – мы должны удалить понятия, не связанные с учебной задачей, либо отметить их. Также мы должны рассмотреть глобальную окрестность(ГО) и все понятия из локальной окрестности(ЛО) для каждого понятия в ГО, выделяя для просмотра только те, которые могут быть поняты учащимся (он владеет навыками или частичными моделями этих понятий).

2002г. – рабочее место для ИКМУ

Ниже приводятся ключевые представления о ИОС-2002г. К этому времени, наконец, наряду с РО в реализуемый метод обучения естественно вошли идеи герменевтики – как теории познания на основе понимания. Тем самым, в цикле обучения появился инвариант ПОНИМАНИЯ. Тогда окончательно был оформлен метод ГРОМ. Для его действия необходимо было создать плацдарм работы с документами. Надо было опробовать навигацию и управляемую навигацию учащегося на специально подготовленных документах, нагруженных связями для обучения. Далее используется материал диплома Юрлова Д. А. “Среда разработчика документно-ориентированной предметной области в ОС Flint”, Москва-2002.

К постановке задачи – МОС Flint

Внешне метообучающая система Flint является Автоматизированной системой управления (АСУ) документами. Ее задачей является обеспечение пользователя в выборе и организации документов ПО для их анализа. Результатом работы системы является динамическая модель пользователя (ДМО) – диагноз его состояния на каноническом экземпляре документов.

ДМО используется для организации преемственности в его сеансной работе с системой.

Организация документов в системе и ее функционирование на этой основе преследует цель – обеспечить метауровень развития учащегося на предмете. Это значит, довести знание понятий по предмету до со-знания (понимания), т. е. до умения формировать понятие в более сложной структуре (аналогия, взаимодействие родителя-наследника в ООП).

Адаптация учащимся рабочего места

Навигация, обеспеченная документом DFrontPage, позволяет учащемуся (так же как и автору) исследовать понятия на основе их вхождения в разные страницы разных документов. В том числе учащийся получает доступ к задачам и практикуму через область своих понятийных забот. Это позволяет ему подобрать задачу по своему вкусу. Управляемая навигация обеспечивает адаптивность учащимся рабочего места. Его действия в этом направлении можем описать следующим образом, используя следующие обозначения:

Управляемая навигация возникает при наличии в ОС Flint средств (мастеров справки, автоматизации), которые позволят изменить .

Происходит формирование суженого дерева за счет отсечения поддеревьев, ненагруженных выбранным подмножеством индекса.

Происходит формирование нового дерева на основании другого представления учащегося или автора об иерархии поддеревьев.

Ограниченность реализации.

Реализация была представлена в виде статических HTML-файлов, без использования базы данных, как таковой, что конечно же, не решало задач интеллектуальной обучающей системы. Состояние учащегося на ПО, генерация маршрутов вверх и вниз - все это невозможно реализовать без использования динамической генерации HTML-файлов на основе базы данных.

ИОС ФЛИНТ. Синтез метода ГРОМ

3.1.1  Цели системы

Во-первых целью системы является обеспечение среды деятельности автора. Данная среда должна обеспечить автора всеми необходимыми инструментами для отладки и согласования учебного и авторских курсов.

Во-вторых целью системы является обеспечение учащегося необходимой средой для развития. Следует заметить, что для учащегося ИОС является именно средой развития, а не системой обучения в классическом понимании, где учащийся взаимодействует с программой по принципу «изучил»-«сдал».

3.1.2  2006г. – Функциональная схема ИОС

Если взглянуть на систему с точки зрения информационных потоков, то система взаимодействует в двух основных направлениях: с учащимся и автором курса.

Схема 4. Информационные потоки в системе

Система предназначена для создания среды по овладению фундаментальными синтезирующими средствами формирующее (нетрадиционное обучение, понимание) материал для учащегося.

В системе для обучения используется метод ГРОМ. Основой предметной области является УК. Учебный курс представляет из себя совокупность: «авторских курсов» по данной предметной области, хранящихся в обработанных XML документах (с наложенными схемами документов, внутренними перекрёстными ссылками) в реляционной базе данных; совокупности синтезирующих межпредметных связей, обеспечивающих связь с иерархически построенными пример проблемами.

Предполагается, что в схеме, авторского курса, будут найдены понятия, которые в дальнейшем использоваться для СИНТЕЗА – меж предметных связей.

УК строится на основе отображения СЕТов, содержащих эти понятия на три уровня, лежащих в основе развивающего градиента: НАМ, АМ, САМ.

Каждый уровень характеризуется содержанием понятий, относящихся к соответствующей глубине понимания предмета.

Схема 5. Функциональная схема ИОС

Они представляют из себя древовидную структуру, в корне которой лежат задания-проблемы. В рассмотренной нами предметной области математики и программирования, задания проблемы являются следующими: - для НАМ - "Что такое прямая?", для АМ - "Что такое линейная алгебра?", для САМ - "Что такое инициальная алгебра?". Каждая из них опирается на соответствующие пример-проблемы, обеспечивающие путь к заданию-проблеме и способствующие организации межпредметных связей. Пример-проблемы опираются на понятия, каждое из которых привязано к СЕТу.

Межпредметные связи - синтез, обеспечивающий переход по градиенту развития НАМ -> АМ -> САМ.Адаптивность ИОС

При входе учащегося в систему ему в первую очередь выдаются основополагающие задания-проблемы и список поддерживающих их пример-проблем, которые он может рассматривать в качестве целей своей деятельности.

Для начальной ориентации в материале выдается список понятий и граф УК, где ему предлагается указать некоторое понятие (-я), ему знакомое ("ткнуть пальцем"), в качестве отправной точки.

Схема 6. Графовое построение

В случае, если он не может указать свое положение в предмете - например, в силу слишком сильного его непонимания, ему предлагается приступить к предмету с одного из авторских курсов с его жесткой структурой.

Схема 7. Авторский курс

После того, как учащийся заявит о себе, система должна будет предоставить ему для обзора имеющиеся в рамках УК связи с текущим понятием.

Тот, в свою очередь, имеет возможность "вычеркнуть" из графа (при этом исходный граф остается неизменным, все это происходит только в рамках его динамической модели) те связи, которые, на его взгляд, являются "чуждыми".

В ответ же система должна корректировать соответствующие пути поиска, предоставляемые учащемуся.

Схема 8. Поиск альтернативных путей

Статическая модель учащегося строится на необходимости обеспечения его понимания - создания целостного видения действительного в незнаемом. Динамическая модель создается в процессе его развития на основе его продвижения по материалу и изменения первоначального строения УК через усечение первоначальных связей.

Статическая модель обуславливает саму необходимость не классического узкопрофессионального обучения - "натаскивания", а создания условий для интеллектуального развития. Как таковое, обучение в качестве цели даже не ставится - основной задачей является не дать учащемуся необходимые знания, а создать в нем интеллектуальное состояние для понимания. Таким образом, статическая модель влияет на выбор начальных и конечных отрезков пути на графе, динамическая - в большей степени на выбор промежуточных вершин.

 

4  Поддержка авторского курса

Учебный Курс

Синтез, обеспеченный межпредметными связями, является логической структурой УК, и строится путём построения графа, в вершинах которого - понятия.

Схема 9. фрагмент УК с расставленными межпредметными связями

Авторский Курс

4.1.1  Применение XML инструментов в подготовке авторского курса

Первое, что необходимо уяснить для себя, рассматривая вопрос о применении XML и базы данных, – почему последняя должна стать основным инструментом. Есть ли необходимость получать доступ к унаследованным данным? Используется ли XML как средство передачи данных?

Если использовать приложение, в котором XML играет роль транспорта данных, то можно с уверенностью утверждать, что данные отличаются большой структурированностью и что такие аспекты, как сущности и кодировки, применяемые в документах XML, не имеют решающего значения, важны сами данные, а не то, как они физически хранятся в документе. Если используется относительно простое приложение, реляционная база данных и промежуточное ПО в качестве транспорта данных могут удовлетворить все требования. Если же это крупное и сложное приложение, потребуется полная среда разработки приложений, поддерживающая XML.

С другой стороны, возникают и такие задачи, как поддержка Web-сайтов с большим количеством XML-документов, содержащих, в основном, текстовую информацию. Таким сайтом нужно не только управлять, нужно обеспечивать доступ для многочисленных пользователей. Скорее всего, структура документов здесь весьма неоднородна, а использование сущностей имеет принципиальное значение, поскольку они составляют основу структурирования документов. В этом случае, возможно, возникнет потребность в базах данных с «естественной поддержкой» XML, которые обеспечивают поддержку версий, отслеживание использования сущностей и язык запросов наподобие XQL.

XSLT (Extensible Stylesheet Language Transformations) — часть XSL спецификации, язык преобразований XML документов. XSLT спецификация является Рекомендацией W3C.

При применении XSLT таблицы стилей к XML документу (исходное дерево) образуется конечное дерево, которое может быть как XML структурой, так и обычным текстом. Запросы извлечения данных из исходного дерева пишутся на языке XPath.

XSLT таблица стилей содержит набор правил шаблонов. Возможно применения в различных областях программного обеспечения, но в основном это Web-программирование.

4.1.2  Пример XML документа с Интерфейс-индексом авторского курса

<AUTHOR_COURSE course_name=”искусство рационального”><PART part_name=”абстракт”>Абстракт<SET>Статья является продолжением <TERM term_name=”исследование”>исследования</TERM> <TERM term_name=”обучение”> обучения</TERM>, соответствующего <TERM term_name=”синергетический принцип”>синер­гетическому принципу</TERM> ‑ обеспечить <TERM term_name=”саморазвитие”>саморазвитие</TERM> <TERM term_name=”учащийся”> учащегося</TERM> в <TERM term_name=”развитие”>развивающейся</TERM> культуре века систем. Поэтому непосредственно занята состоянием и перспективой <TERM term_name=”информатика”>информатики</TERM> в образовании.</SET>

<SET>Название статьи отражает глубину <TERM term_name=”восприятие”> восприятия</TERM> (рассмотрения) происходящих <TERM term_name=”процесс”> процессов</TERM>. <TERM term_name=”рациональное”>Рациональное</TERM> обретает <TERM term_name=”язык второй грамотности”>язык второй грамотности</TERM>, который неизбежно встраивается в культуру <TERM term_name=”ноосфера”>ноосферы</TERM>, погружаясь на уровень инстинкта в <TERM term_name=”подсознание”>подсознание</TERM>. Поэтому приходиться касаться перспектив человеческого рода и в этой связи общего состояния образования.</SET>

<SET>Конкретно в статье фиксируются определяющие особенности <TERM term_name=”среда обучения”>среды обучения</TERM>, которая должна формировать (проявлять сознанию) мыслительные акты, соответствующие требованию <TERM term_name=”инфосфера”>инфосферы</TERM> века систем в отношении деятельности человека в межпредметных наукоемких областях. Поэтому рассматривается <TERM term_name=”базовое обучение”>базовое обучение</TERM>, задействованное на непрерывном пути – в школе, в высшей школе и далее. Саморазвитие этого требует.</SET>

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант а).

</PART>

<AC_INDEX>

<TERM>исследование</TERM>

<TERM>обучение </TERM>

<TERM>синергетический принцип</TERM>

<TERM>саморазвитие</TERM>

<TERM>учащийся</TERM>

<TERM>развитие</TERM>

<TERM>информатика</TERM>

<TERM>восприятие</TERM>

<TERM>процесс</TERM>

<TERM>рациональное</TERM>

<TERM>язык второй грамотности</TERM>

<TERM>ноосфера</TERM>

<TERM>подсознание</TERM>

<TERM>среда обучения</TERM>

<TERM>инфосфера</TERM>

<TERM>базовое обучение</TERM>

</AC_INDEX>

</AUTHOR_COURSE>

4.1.3  Базы данных и XML

Пожалуй, наиболее важным фактором выбора базы данных является то, для чего планируется ее использовать – для хранения данных или документов. Если необходимо хранить данные, нужно выбирать базу данных, настроенную на хранение данных, т. е. реляционную или объектно-ориентированную, а также промежуточное программное обеспечение, предназначенное для передачи данных от базы данных в документы XML. С другой стороны, потребность в хранении документов, заставляет выбирать систему управления информационным обеспечением, которая ориентирована специально на хранение документов. Хотя можно и самостоятельно обеспечить хранение документов в реляционной или объектно-ориентированной базе данных, это просто будет повторением работы, которую уже проделали другие, те кто создавал средства управления информационным обеспечением. Аналогично, хотя такие системы, как правило, разворачиваются поверх объектно-ориентированной или иерархической базы данных, использовать их в качестве лишь базы данных – задача не их легких.

Определить, что нужно хранить – данные или документы – можно, просто просмотрев XML-документы. Дело в том, что XML-документы подразделяются на две категории: ориентированные на данные и на документы.

Документы, ориентированные на данные, характеризуются четкой упорядоченной структурой, их глубокой проработкой (наименьший независимый элемент данных может располагаться на уровне атрибута), кроме того, смешанного информационного наполнения нет, либо оно присутствует в минимальном объеме. Порядок, в котором появляются однородные элементы, часто не имеет значения. Хорошим примером в данном случае служат XML-документы, содержащие заказы на продажи, графики полетов, меню ресторанов и так далее. Документы, ориентированные на данные, обычно создаются для машинной обработки; возможности XML используются здесь в минимальной степени – он играет роль транспорта.

Документы, ориентированные на документы, не имеют жесткой структуры, не отличаются глубиной проработки данных (минимальный независимый элемент располагается на уровне элемента смешанного информационного наполнения или целого документа), кроме того, они характеризуются большим объемом смешанного информационного наполнения. Порядок, в котором возникают однородные элементы, почти всегда важен. Хорошим примером служат книги, электронная почта, рекламные объявления и практически все документы XHTML. Подобные документы, как правило, предназначены для людей.

На практике далеко не всегда возможно провести четкую границу между разными типами документов. Например, документы, по сути являющиеся ориентированными на данные, такие как инвойсы, могут содержать неструктурированные данные с небольшой глубиной проработки, например, описания запчастей. Напротив, документы, которые в принципе являются ориентированными на документы, например руководства пользователя, могут содержать проработанные данные с четкой структурой (часто метаданные), типа, имени и регалий автора и выходных данных. И все же, охарактеризовав документы как ориентированные на данные или на документы, легче понять, с чем придется работать – с данными или документами, а, следовательно, существенно упростить для себя решение вопроса о том, какую систему выбрать. Когда результат модели устраивает ее автора, или когда учащийся заканчивает редактирование своей предметной области, программа сохраняет граф в в XML файл такого формата:

<?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1" ?>

<?meta name="GENERATOR" content="XML::Smart 1.3.1" ?>

<?meta name="GENERATOR" content="XML::Smart 1.3.1" ?>

<graph edgedefault="directed" >

<node id="1" name="V1" color="red"/>

<node id="2" name="V2" color="blue"/>

<node id="3" name="V3" color="green"/>

<edge source="1" target="2" day="Monday"/>

<edge source="1" target="3" day="Tuesday"/>

<edge source="2" target="3" day="Friday"/>

</graph\>

Схема 10. Пример работы пакета графа реализованный на основе библиотеки Jung

5  Результаты и перспективы исследования

Результатом проведённой работы по исследованию ИОС является дальнейшее развитие (уточнение) теоретической базы, подготовленной за предыдущие годы работы семинара. Моделирование системы позволило поставить эксперименты, результаты которых подтверждают достижение поставленных целей:

-выявлена целесообразность построения фильтров на базе объектной структуры Microsoft Word при переходе к XML предъявлению;

-обозначена необходимость создания необходимых инструментов учащемуся, которыми будет возможно исследовать динамическое управление (формирование) схемы документа

Перспектива дальнейшей работы заключается в дополнении существующей системы учебным материалом (авторскими курсами), разработке обозначенных инструментов. Также, дополнительно насытить учебный курс межпредметными связями, с целью качественного повышения свойств развивающего обучения в рамках системы.

6  Благодарности

Автор глубоко признателен научному руководителю Громыко В. И., в непосредственном контакте с ним выполнена эта работа.

Коллеги по семинару “Обучающие системы” С. Аносов, П. Гомельчук, Ф. Козлов, И. Поддубский, А. Фролов непосредственно участвовали в совместной деятельности, спасибо им за оказанную помощь.

7  Словарь обозначений

ДОП	- документно-ориентированное программирование
ИОС	- интеллектуальная обучающая система
ОС	- обучающая система
НИТ	- новые информационные технологии
ПО	- предметная область
Help	- инструментальные средства помощи
СЕТ	- структурная единица текста
РК	- развивающаяся культура
ЯП	- язык программирования
ПОНИМАНИЕ	- инвариант ПОНИМАНИЯ
Проблема	- сложная задача
Пример проблемы	- задача-пример для проблемы
РФФИ	- Российский Фонд Фундаментальных Исследований
ГРОМ	- метод обучения: герменевтики и развивающего обучения мастер
ООП	- объектно-ориентированное программирование
АТД	- абстрактный тип данных
РО	- развивающее обучение
ТО	- традиционное обучение
Flint, ФЛИНТ
ОС-Flint, ФЛИНТ	- обучающие системы для метода обучения ГРОМ
ИКМУ	- интеллектуальное компьютерное место учащегося
НАМ	- наивный аксиоматический метод
АМ	- аксиоматический метод
САМ	- современный аксиоматический метод; аксиоматический метод + язык спецификации (формальная теория)
САМ	- синтетический априорный мастер; интеллектуальное состояние учащегося, соответствующее в информатике состоянию системного аналитика.
HTML	- Hypertext Markup Language – язык разметки гипертекста
XML	- Extensible Markup Language – расширяемый язык разметки
XSLT	- Extensible Stylesheet Language Transformations - расширяемый шаблонный язык преобразований
ИС	- Информационная среда
ИТ	- Информационные технологии
НТР	- Научно-техническая революция
УнОб	- Универсальное образование
ПрОб	- Профессиональное образование
Гром	- Герменевтики и развивающего обучения мастер
БД	- база данных

8  Список рабочих материалов

1) , «Искусство рационального». Электронный вариант. 2006

2) , «Эволюция разума к ноосфере и эволюционная эпистемология» Аспирантский реферат по философии в форме статьи, Москва-2004.

1)  “Базовое обучение информатике в высшей школе. Требования XXI века, решения XX века.” Тезисы доклада конференции “Сотрудничество высшей школы России и Германии на пороге XXI века”, Москва-Jena-Berlin, 1999 г.

2)  “Базовое обучение информатике в высшей школе. Компьютерный комплекс на основании метода развивающего обучения”. Монография. Электронный вариант. 1999 г.

3)  http://www. grom-its. org

4)  http://jung.

Дипломные работы:

Д1. Демченко В. В. “Эффективность в информатике для компьютерного рабочего места учащегося”, Москва-99.

Д2. Климкин П. С., “Инфраструктура интеллектуального компьютерного места учащегося (адаптивность, экспертность, расширяемость)”, Москва-99

Д3. Новиков А. В., “Интеллектуальное компьютерное место учащегося (обучающая система FLINT)”, Москва-99.

Д4. Черников А. А. “Вычислимость в информатике для компьютерного рабочего места учащегося”, Москва-99.

Д5. Денисова О. В. “Интеллектуальное компьютерное место учащегося (реализация)”, Москва-2000.

Д6. Линь Го Вей “Адаптивная справочная служба в ИКМУ”, Москва-2000.

Д7. Юрлов Д. А. “Среда разработчика документно-ориентированной предметной области в ОС Flint”, Москва-2002.

Д8. Босик А. В. “Рабочее место учащегося в ОС Flint”, Москва-2002.

Д9. Лапшин О. Ю. “Среда обучения в ОС Flint”, Москва-2002.

Д10. Аносов С. С. “Документно-ориентированное программирование при обучении информатике в ОС Flint”, Москва-2003.

Д11. “Адаптация предметной области для целей обучения”, Москва 2004.

Д12. “Визуализация предметной области для целей обучения”, Москва 2004.

9  Cписок литературы

1)  Громыко  разума к ноосфере(роль информатизации). Синергетика. Труды семинара, том 7, Москва МГУ, 2004.

2)  Громыко рациональной культуры (информатика как педагогическая задача), Синергетика, Труды семинара, том 4, Москва, МГУ, 2001.

3)  Громыко для базового обучения информатике в высшей школе. “Математика. Компьютер. Образование”, Выпуск 5, Москва, Прогресс-Традиция, 1998.

4)  Громыко  информатике как задача синергетики. Синергетика. Труды семинара РНАН МЗ МГУ, 1998.

5)  Громыко  обучение информатике. Вестник МГУ. Серия 15. Вычислительная математика и кибернетика №2, 1995.

6)  Громыко В. И., Кучевский Ю. В., Панчук О. А. развивающее обучение в комплексе обучения основам информатики. Метод и практика подготовки учебного материала. Педагогическая информатика №2, 1995.

7)  Трифонов Н. П., Громыко В. И., Колядко  система в комплексе обучения основам информатики. Педагогическая информатика №2, 1995.

8)  Трифонов Н. П., Громыко  задачник-учебник по прог­рам­мированию на базе развивающего обучения (информатике). Педагогическая информатика №2, 1993.

9)  Р. Грэхем, Д. Kнут, О. Паташник. Конкретная математика. М.: Мир, 1998.

10)  Босс В. Лекции по математике. Т.1 Анализ. Т.2 Дифференциальные уравнения. Т.3 Линейная алгебра. Т.4 Вероятность, информация, статистика. Т.5 Функциональный анализ. М.: УРСС, 2004-05.

11)  Непейвода Н. Н. Прикладная логика. Новосибирск: НГУ, 2000.

12)  Непейвода Н. Н. Какая математика нужна информатикам? //Открытые системы. №9. 2005.

13)  Вольфенгаген В. Э. Конструкции языков программирования. М.: Центр ЮрИнфоР, 2001.

14)  Вольфенгаген В. Э. Комбинаторная логика в программирования. М.: Центр ЮрИнфоР, 2003.

15)  Р. Курант, Г. Роббинс. Что такое математика? М.: МЦНМО, 2001.

16)  Арнольд В. И. Что такое математика? М.: МЦНМО, 2002.

17)  Начала Евклида. Классики естествознания. М.-Л.: ОГИЗ Гостехиздат, 1950.

18)  Д. Гильберт. Основания геометрии. Классики естествознания. М.-Л.: ОГИЗ Гостехиздат, 1948.

19)  Д. Гильберт, П. Бернайс. Основания математики. Т1 Логические исчисления и формализация арифметики. М.: Наука, 1979. Т2 Теория доказательств. М.: Наука, 1982.

20)  . «Фигурная скобка в определении модуля». //Математика в школе. №6, стр. 47-48.

21)  A. Филд, П. Харрисон. Функциональное программирование. Мир-93.

22)  Шафаревич И. Р. Основные понятия алгебры. Библиотека «Математика». Т.4. Ижевск: R&C Dynamics, 1999.

23)  Д. Грис. Наука программирования. Мир-84.