ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ОБУЧАЕМЫХ

, (мл), ,

Красноярский государственный педагогический университет

им.

Проблема системно-функционального анализа систем обучения сложна потому, что основные подсистемы (части или элементы) по сути своей являются активными, то есть имеющими собственные центры управления (мозг). Основной целью функционирования мозга является самосохранение человека, то есть его адаптация к условиям среды. Процесс обучения имеет прямое отношение к усовершенствованию приспособительной деятельности человека. Самой совершенной (высшей) формой приспособительной деятельности человека является познавательная деятельность. Поэтому для понимания проблемы управления познавательной деятельностью обучаемого (человека) необходимо провести системный анализ систем обучения. В качестве теоретической основы анализа используем теорию функциональных систем [1] и теорию управления активными системами [2].

Системы обучения относятся к системам, обладающим способностью экстренной самоорганизации, динамически и адекватно приспосабливающимся к изменению внешней обстановки. Такие системы являются активными системами. Составляющими элементами таких систем являются натуральные функциональные системы обучаемых и обучающих. Для анализа систем управления познавательной деятельностью обучаемых необходимо выделить системообразующий фактор и описать его операциональное значение для формирование системы.

Как уже было сказано, системы обучения являются активными системами. В активных системах обучающиеся осуществляют деятельность, результатом которой является научение решению проблем в той или иной предметной области. Решение проблем или задач предполагает, что обучающиеся не просто усваивают учебную информацию, а затем применяют полученные знания. Процесс познавательной деятельности обучающихся в основном состоит в генерировании информации, которая добывается ими самостоятельно, опытным путем. Поскольку самообучающаяся (саморазвивающаяся) система является, по сути, биологической системой, то формирование цели обучения происходит с опережением реализации ее обучающимся, на основе потребностей, внешних факторов и памяти. Реализация цели обучения является полезным результатом системы обучения. Потребность в получении полезного результата и цель получения этого результата возникают внутри системы и реализуются в поведении обучаемого, т. е. в действиях, направленных на решение проблем.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Взаимодействие управляющего центра и обучаемого как компонентов системы не является организующим началом для возникновения активной системы. Доказательство этого можно найти в работах [1], где показано, что «…система возникает при условии наличия факторов, освобождающих компоненты системы от избыточных степеней свободы». Таким императивным фактором, использующим все возможности системы обучения, является полезный результат системы. Именно результат является решающим звеном, определяющим как деятельность системы, так и ее всевозможные изменения в процессе обучения. Следуя этому [1], можно сделать вывод, что этапы формирования активной системы обучения «…включают в себя ответы на вопросы:

1) какой результат должен быть получен?

2) когда должен быть получен результат?

3) какими механизмами должен быть получен результат?

4) как система убеждается в достаточности полученного результата?»

Решающим обстоятельством для формирования системы обучения является выделение полезного результата, обладающего императивными возможностями активизации адаптационных процессов обучающегося в соответствующем направлении. Недостаточный результат должен служить импульсом для реорганизации системы обучения и сформировать новую, с более совершенным взаимодействием компонентов, дающим достаточный результат. В этом заключается приспособительный эффект или адаптация обучающегося к изменяющейся проблемной среде.

Компоненты системы обучения должны «…взаимосодействовать друг другу в получении достаточного результата» [1]. При этом познавательная деятельность обучающегося может быть описана как переход [3] «от неорганизованного к организованному». Результат познавательной деятельности обучающегося через адаптационные механизмы обратной связи реорганизует деятельность обучающегося, создавая такую форму взаимосодействия между компонентами системы обучения, которая является наиболее благоприятной для получения запрограммированного полезного результата.

Что произойдет с обучающимся, если результат его познавательной деятельности окажется не совпадающим с запрограммированным результатом, то есть результат окажется неполноценным? Результат должен сигнализировать о своей недостаточности. Далеко не всегда в процессе решения проблемы обучаемый способен самостоятельно понять недостаточность результата своих действий. Поэтому система управления познавательной деятельностью обучающегося должна содействовать ему в понимании достаточности или недостаточности результатов и стимулировать адаптационные механизмы обучающегося к принятию правильных решений. Приспособительный результат функциональной системы обучаемого является органической частью системы управления деятельностью обучающегося.

Таким образом, познавательную деятельность можно представить, как процесс активной адаптации обучающегося к изменяющимся проблемным средам. Обучающийся имеет возможность производить действия в этих средах и получать информацию об изменениях в этой среде. Показано [4], как проблемная среда должна проектироваться с учетом того, что собой представляет обучающийся, какие необходимы исполнительные механизмы и датчики, позволяющие обучающемуся получать сигналы из проблемной среды о результате его взаимодействии с объектами среды.

Если датчики проблемной среды предоставляют ему доступ к полной информации о состоянии среды в каждый момент времени, то проблемная среда полностью наблюдаема. В полностью наблюдаемой проблемной среде датчики выявляют все данные, которые являются релевантными для выбора обучающимся действия. Полностью наблюдаемые проблемные среды являются удобными для обучающегося, поскольку ему не требуется поддерживать какое-либо внутреннее состояние для того, чтобы быть в курсе всего происходящего. Познавательная деятельность обучающегося активизируется в случае, когда проблемная среда становится частично наблюдаемой из-за того, что отдельные характеристики ее состояния отсутствуют в информации, получаемой от датчиков.

В полностью наблюдаемой среде обучающийся действует в условиях минимальной неопределенности. Если среда частично наблюдаемая, то у него создается впечатление, что она стохастическая. Среда сложная, и обучающийся должен активизировать внутренние познавательные ресурсы для слежения за состоянием среды из-за недостатка информации.

Если следующее состояние среды полностью определяется текущим состоянием и действием, выполненным обучающимся, то среда детерминированная; в противном случае она является стохастической. Классифицировать среду на детерминированную или стохастическую более удобно с точки зрения обучающегося. Например, в полностью наблюдаемой среде обучающийся действует в условиях минимальной неопределенности, и среда для него детерминированная. Если среда частично наблюдаемая, то среда сложная, обучающемуся нелегко следить за ее состоянием из-за недостатка информации, и может создаться впечатление, что она стохастическая. В обучающих проблемных средах стохастические среды обладают большим обучающим эффектом, чем детерминированные. Обучающийся должен действовать в условиях неопределенности, которая снимается вследствие его адаптации к изменяющимся параметрам среды.

В эпизодической проблемной среде опыт, приобретаемый обучающимся, состоит из непрерывных эпизодов. Каждый эпизод включает в себя восприятие среды обучающимся, а затем выполнение одного действия. При этом важно, то, что следующий эпизод не зависит от действий, предпринятых в предыдущих эпизодах. Чаще всего эпизодическими являются задачи классификации. В последовательных вариантах среды текущее решение может влиять на все будущие решения. В качестве последовательной среды можно привести пример с конструированием объектов или моделей. Эпизодические варианты проще последовательных, поскольку обучающемуся не нужно думать наперед.

Как правило, обучающие проблемные среды являются дискретными и функционируют как конечные статические автоматы. При этом обучающийся в процессе выработки решения о выполнении очередного действия может не наблюдать за средой и ему не надо думать о времени затраченном на принятие решения. Если в статическую среду ввести ограничение на временной ресурс типа «время жизни», то среда становится полудинамической.

Обучающийся, функционируя в первоначально неизвестных вариантах среды, становится более компетентным по сравнению с тем, что могли бы позволить его начальные знания. На рис. 1. представлена блок-схема компьютерной обучающей функциональной системы с тремя подсистемами: обучающийся, проблемная среда, управляющий центр («внедренный» агент).

 

Обучающийся воспринимает и действует в определенной среде. Действие, предпринимаемое обучающимся, в ответ на любую последовательность актов восприятия, определяет его функцию. Показатели производительности оценивают поведение обучаемого в среде. Спецификация проблемной среды включает определение показателей производительности, внешней среды, исполнительных механизмов и датчиков. Обучающиеся, осуществляя деятельность по решению задач (проблем), пытаются максимизировать свою собственную ожидаемую «удовлетворенность».

Управляющий центр или «внедренный» агент вырабатывает управляющие воздействия с учетом того, что обучаемый является субъектом. Они должны содействовать обучающемуся в решении задач по управлению объектами проблемной среды. Управления передаются через датчики, которые входят в спецификацию проблемной среды. Их цель – содействовать такому поведению обучающегося, которое необходимо для его активной адаптации в изменяющихся проблемных средах.

Проблемная среда должна быть организована таким образом, чтобы обучающийся получал, с одной стороны, достаточно много разнообразных сигналов на производимые действия, а с другой стороны – среда должна иметь такой характер, который бы позволял обучающемуся самостоятельно генерировать информацию, необходимую для реализации всех этапов управления сложным объектом.

Прежде всего, в проблемной среде должна быть информация о задачах, деятельностью по решению которых должен овладеть обучаемый. Это отражено в формулировке заданий. Проблемная среда должна содержать необходимые возможности для совершения действия по преобразованию субъектом того или иного объекта. В виртуальной проблемной среде это представлено кнопками возможных действий.

Управление деятельностью обучающегося включает в себя три вида управлений: институциональное, мотивационное и информационное. Поэтому в проблемную среду должны быть включены датчики, посредством которых осуществляются все три вида управлений. Это: 1) датчик или индикатор «расстояния» до цели, индикатор выбора обучающимся функции ценности состояний; и тот, и другой индикатор осуществляют информационное управление; 2) датчик функции ценности состояния обучающегося, представленный как система дискретных уровней, определяемых относительной частотой правильных действий – мотивационное управление; 3) датчик институционального управления, включающий ограничитель множества допустимых действий обучаемого по управлению объектом. Это может быть целенаправленное изменение множества допустимых действий, связанное с декомпозицией задачи, или целенаправленное управление множеством неправильных действий обучаемого.

Управляющий центр («внедренный» агент) принимает решения об управляющих воздействиях на обучаемого на основании следующих критериев:

1) Если обучаемый закончил решение очередной задачи, то управляющий центр генерирует следующую задачу.

2) Если доля правильных действий совершенных обучаемым, при решении задачи удовлетворяет неравенству

, (1)

то функция ценности обучаемого соответствует -му уровню [5]. Появление индикатора «расстояния до цели» на экране компьютера определяется случайным числом

(2)

При, индикатор на экране присутствует, в противном случае отсутствует.

3а) Если обучающийся не может осуществить параметрическую адаптацию, то управляющий центр осуществляет декомпозицию задачи и ограничивает множество допустимых действий множеством действий, изменяющих только эти параметры.

3б) Если обучающийся совершает неправильные действия, то управляющий центр отменяет их.

4) Если управляющий центр предложил обучаемому определить значение функции ценности своего состояния (уровень), то система переводит его в условия функционирования среды, отвечающие данному уровню. После выполнения задания управляющий центр возвращает его на уровень, которому отвечает его деятельность. Это рефлексивное управление – один из видов информационного управления.

Условия, необходимые для функционирования управляющего центра:

1.  Управляющий центр должен обладать полной информацией о действиях, необходимых для решения генерируемой задачи.

2.  Управляющий центр должен осуществлять непрерывное, скрытое слежение за действиями обучающегося. Записывать в режиме on line в синтаксической и семантической форме все действия обучающегося и соответствующие действия управляющего центра.

Контент-анализ продуктов деятельности обучающегося и управляющего центра позволяет проводить диагностику процесса поиска субъектом (обучаемым) тех действий, с помощью которых преобразуются условия задачи для достижения требуемой цели.

Библиографический список.

1. Анохин функциональной системы / // Успехи физиологических наук. – 1970. – Т. 1, № 1. – С. 19-54.

2. Бурков активных систем: состояние и перспективы / , . – М.: Синтег, 19с.

3. Эшби мозга / . – М.: Изд. Иностр. лит., 1962. – 397 с.

4. Искусственный интеллект: современный подход / С. Рассел, П. Норвиг. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. – 1408 с.

5. Дьячук компьютерные системы управления и диагностики процесса обучения: монография / ; Краснояр. гос. пед. ун-т. – Красноярск, 2005. – 344 с.