Интеллектуальные системы обучения оперируют не данными, а знаниями. Наиболее популярными при этом являются приемы организации деятельности учащегося, характерные для экспертных систем, когда по требованию учащегося в любой момент обучения система сообщает, почему принимается то или иное решение. Идеи искусственного интеллекта все шире проникают в организацию АСО. Чаще всего такие системы строятся на основе представления знаний в виде правил продукций (вывода), множество которых заранее закладывается в систему. Каждое действие основано на анализе заданных условий и реализуется как следствие соответствующего правила вывода из этих условий. Иногда соответствующие условия задаются с некоторой степенью вероятности их выполнения.
Процесс обучения при работе с экспертной системой напоминает диалог учащегося с преподавателем-консультантом, который гибко реагирует на все действия учащегося, дает уместные в данной учебной ситуации советы и рекомендации по изучению материала, устанавливает причины ошибок учащегося при ответах на вопросы и вырабатывает рекомендации, позволяющие исправлять ошибки. По требованию учащегося экспертная система может давать объяснение, почему рекомендуется принимать такие решения.
Примером отечественной интеллектуальной системы может служить обучающая система "Интелтьютор", разработанная под руководством В. А. Гудковского [Компьютерные... - 1993]. Известно много зарубежных экспертных систем обучения, идет интенсивная работа по их совершенствованию. Много материалов по этим системам публикуется в Интернете.
В силу того что подобные системы сложны, стоимость их пока достаточно высока. Основная трудность после создания системы состоит в заполнении программной оболочки АСО экспертными (предметными и дидактическими) знаниями. Обычно для этой цели привлекается специалист, хорошо знающий систему и умеющий преобразовать знания, которыми нужно заполнить систему, в форму, адекватную требованиям и возможностям экспертной системы. Этот специалист именуется инженером по знаниям.
Отдельные элементы, свойственные системам искусственного интеллекта, можно наблюдать и в организации учебной деятельности, задаваемой более простыми системами, где обучение сопряжено лишь с некоторыми ограничениями в свободе выбора самим учащимся способа действий при обучении и происходит по адаптивной программе, которая автоматически подстраивается к учебным возможностям учащегося. Организация обучения здесь может быть гибкой, учитывающей некоторые психологические особенности учащегося. Это проявляется: а) в зависимости характера выдаваемых заданий от текущей успешности обучения; б) в выработке "тонких" критериев для оценки работы учащегося, адекватно отражающих особенности его познавательной деятельности; в) в разнообразии деталей диалога (выдача звуковых реплик, музыкальная реакция на ответы, сопровождение ответов рисунками, использование мультипликации и т.п.); г) в предоставлении учащемуся права выбора из меню наиболее подходящих для него способов действий. Машина может также предлагать учащемуся продолжать выполнение упражнений для лучшего закрепления материала или продвинуться дальше и даже выдать совет по этому поводу, основанный на анализе предшествующих действий учащегося. Потенциальные элементы адаптации АСО заложены в широком применении гиперссылок, таких же, какие используются в Интернет-сети Wide World Web. Это создает возможность пользователям гибко и удобно оперировать учебным материалом.
Адаптивные АСО, действие которых основано на использовании системы гиперссылок (гиперсреды или, более широко, гипермедиа), за последние годы привлекают большое внимание исследователей и разработчиков; много таких систем реализовано на практике [Brusilovsky P. - 1996]. В них используется модель студента и взаимодействующая с ней система гиперссылок. Организуется адаптивная программа работы студента, когда маршрут движения (навигация) по гиперссылкам и/или предлагаемый студенту учебный материал автоматически приспосабливаются к особенностям текущих учебных действий студента, которые постоянно регистрируются в ходе обучения. Имеется термин для наименования таких систем: адаптивные гипермедиа системы.
Особое место в обучении занимают специализированные тренажеры, предназначенные для приобретения профессиональных навыков управления различными устройствами и сложными машинами. Как правило, базой их является компьютерная программа, подчас очень сложная и дорогая. Значимость тренажеров постоянно возрастает в связи с усложнением машин и устройств, а также ростом опасности ошибок, совершаемых человеком в управлении этими машинами. (Кроме того, тренажеры позволяют отрабатывать действия по управлению в аварийных или нештатных ситуациях. Подготовка таких специалистов, как летчики, штурманы, операторы крупных энергоустановок (в том числе больших электростанций), космонавтов и др., никогда не обходится без тренажеров, где используются моделирующие компьютерные программы. Рассмотрение специализированных тренажеров выходит за пределы данной книги.
При широком использования компьютеров для обучения нельзя забывать о некоторых негативных влияниях. К ним, в частности, относятся: большая утомляемость пользователей при считывании текстов с экранов дисплеев, что вынуждает часть материалов оформлять в привычном виде - на бумажных носителях; отсутствие в процессе обучения с компьютером вербального общения, что отрицательно сказывается на общем развитии учащегося, затрудняет формирование умения излагать свои мысли, а последнее особенно важно при изучении дисциплин гуманитарного цикла; резкое ограничение времени непосредственного общения учащегося с преподавателем и коллегами, что ведет к обеднению личностных контактов, разобщенности и частичной потере соревновательного эффекта группового обучения, неминуемым потерям в умении вести дискуссии.
Исходя из сказанного, следует предостеречь от излишнего увлечения компьютерным обучением и призвать к тщательному продумыванию и отбору того учебного материала, который целесообразно преподавать с помощью компьютерных средств. В то же время нельзя отрицать, что компьютеризация обучения уже занимает видное место в вузовском обучении и имеет большое будущее.
Контрольные вопросы и задания
1. Что входит в понятие "компьютерная технология обучения"? Какого аппаратного обеспечения требуют АСО?
2. Перечислите функции компьютера при организации управления учебной деятельностью студента в случае самостоятельной учебной работы.
3. Необходимо ли знать языки программирования автору компьютерного учебного курса (КУК)?
4. В чем различие между готовыми дидактическими программами и программными оболочками типа АСО?
5. Опишите особенности АСО с конструируемым преподавателем алгоритмом обучения и заданным программой. Какую из них вы бы выбрали для создания КУК?
6. Укажите основные отличительные особенности интеллектуальных экспертных систем обучения.
7. Укажите на возможные негативные последствия применения компьютерных систем обучения в учебном процессе.
5.5.5. Вспомогательные компьютерные учебные средства
Имеется группа учебных средств, которые выходят за рамки рассмотренных структур. Они, хотя и называются вспомогательными, могут играть важную роль в учебной работе. Из большого разнообразия таких средств выделим те, которые предполагают использование компьютеров. Первое место среди них по количеству и тому вниманию, которое им уделяется в педагогической литературе, принадлежит компьютеризованным, учебным пособиям или компьютерным учебникам, предназначенным для изучения различных дисциплин. Как правило, они включают книгу и компьютерную часть, которая предназначена для выполнения различных расчетов, упражнений, заданий и т.д. Иногда такое пособие выполняется полностью в электронном виде. В нем широко применяется графика, используются гипертекстовые ссылки, иногда вводится звуковое сопровождение.
В компьютеризованных пособиях используются также приемы, позволяющие реализовать тренировочные действия. Например, для приобретения навыка решения математических задач определенных видов разработаны программы, позволяющие получать графическое представление решений. Выполняя разработанную преподавателем систему задач, вычислительную часть решения которых осуществляет компьютер, студент приобретает навык интерпретации решений и нарабатывает опыт формулировки и поиска подходящего "решателя". Количество задач, когда студент избавляется от выполнения формальных выкладок, может быть большим, что позволяет не только сформировать правильные подходы к выбору способов решений, но и закрепить навык в приемах их решения. Примером такого подхода к использованию компьютеров для совершенствования обучения высшей математике в технических вузах служит созданный в Московском энергетическом институте эффектный пакет программ, реализованный в виде компакт-диска, на котором записаны 17 компьютерных программ [Сливина Н., Фомин С. - 1997]. Программа ФОРМУЛА этого пакета ориентирована на помощь в усвоении математического анализа и приближенных вычислений, МАТРИЦА - линейной алгебры и др. Накоплен положительный опыт учебного применения указанного пакета.
