Исследование подходов, методов, моделей и алгоритмов для автоматизированных обучающих систем на основе типа восприятия в сфере обучения

ВВЕДЕНИЕ



В наше время легко заметить, как быстро заменяют друг друга технологии во всех областях профессиональной деятельности, что приводит к проблеме повышения качества образования. Поднятая тема актуальна не только для России, но и для всего мирового сообщества. Чтобы решить данную проблему, осуществляется модернизация содержания образования, вырабатывается выбор оптимальных технологий управления образовательного процесса, а также переосмысление цели и результата обучения в каждой сфере образовательного процесса.

Учет индивидуальных особенностей учащихся является важной составляющей в успешной организации учебного процесса. Стоит отметить, что на нынешний момент образовательная система подвергается изменениям. Предлагаются множество моделей обучения, направленные именно на индивидуальность человека, что несомненно делает такую систему более результативной. 

Технология индивидуального подхода, в наше время, приобретает особую актуальность в связи с вступлением в силу Федерального государственного образовательного стандарта образования, в котором одним из требований выдвигается «…использование в образовательном процессе форм и методов работы с обучаемыми, соответствующих их возрастным и индивидуальным особенностям».

Все люди воспринимают информацию по-своему, следовательно, преподносить ее надо с учетом особенностей восприятия и переработки информации на основе различия анализаторов, участвующих в восприятии.

Для осуществления наиболее эффективного способа выполнения различных упражнений в учебной деятельности, обучающемуся необходимо знать особенности своего восприятия. Так формируется особый, характерный для данного человека стиль в обучении и его дальнейшей профессиональной деятельности, который позволяет повысить результативность усвоения учебного материала. Процесс восприятия тесно связан с такими психологическими процессами, как мышление, речь, проявление чувств, волеизъявление, поэтому можно смело сказать, что от того как полноценно человек усвоит информацию и как выстроит свою деятельность по отношению к изучаемому объекту, будет зависеть уровень его профессионализма. Именно воспитание такой разносторонне активной личности способствует усовершенствованию принципов построения обучающих систем.

Важной частью данной работы является многосенсорное представление информации. Данный подход может воздействовать на большую часть обучающихся, и позволит им получать информацию, выбрав свой входной канал. Помимо этого, многосенсорное обучение улучшает запоминание, чем больше информационных каналов, тем эффективнее живая память. Естественно, такое обучение усиливает дополнительные сенсорные каналы учащихся.

Уже сейчас развитие систем обучения ориентировано на путь создания таких универсальных обучающих систем, которые обладают способностью перепрограммироваться на решение задач любой конкретной предметной области. Этого можно добиться путем синтеза интеллектуальных и компьютерных технологий, обучающих систем с внедренными в них механизмами генерации программ обучения на основе построения адаптивной структуры гиперпространства области знаний, описания моделей обучаемого и адаптивного управления процессом обучения для поддержки гибкого индивидуализированного процесса формирования знаний [2].

Целью работы является исследование подходов, методов, моделей и алгоритмов для автоматизированных обучающих систем на основе типа восприятия в сфере обучения. Необходимо правильно определить канал восприятия информации учащегося, разработать модель данного типа, предложить методы управления обучением. Для решения поставленных целей была выполнена программная реализация подсистемы поддержки обучения на основе индивидуального подхода, основанного на восприимчивости информации, которая способствует быстрому обучению пользователей данной системы.






АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ



Актуальность индивидуализации процесса обучения

Проблема индивидуализации процесса обучения на протяжении многих лет волнует, как отечественных, так и зарубежных педагогов и ученых, так как настоящий педагог заинтересован прежде всего в развитии личностных качеств своих учеников, будучи наставником и помощником, и только потом в улучшении качества усвоения преподаваемой им дисциплины или предмета.

Традиционное российское образование, к сожалению, не всегда учитываеттребования личности и общества в целом к качеству образовательной деятельности, имея ввиду при этом индивидуальное развитие каждого учащегося/студента. В российских школах и вузах зачастую не делают упор на развитии личностного потенциала каждого учащегося/студентов, не берутся в расчет мотивы, потребности и интересы каждой отдельной личности, не акцентируется внимание на индивидуальные особенности отдельного учащегося/студента, что делает невозможным выстраивание перспектив личностного роста, обучающегося и что, как следствие, является главной причиной неуспеваемости.

Современное образование можно считать массовым, или же усредненным. Это значит, что педагог вынужден строить траекторию обучения для людей со средним уровнем успеваемости и подготовленности, хотя, как говорилось ранее, каждый студент/ученик имеет свое развитие и уровень подготовленности. Таким образом, строит обучение, ориентируясь на некоего «мифического среднего ученика». Результатом такого подхода является то, что в школах/вузах ученик/студент, неуспевающий за средним темпом класса/группы, или не интересующийся тем или иным предметом/дисциплиной, считается «слабым», полностью теряет тягу к обучению и оказывается отстающим. «Сильные» ученики/студенты в свою очередь так же теряют интерес к обучению, так как их развитие сдерживается, а сам процесс обучения не требует особых усилий.Для выхода из сложившейся ситуации, педагог разрабатывает задания, направленные на разный уровень подготовки или, предлагает индивидуальные задания и карточки, чтобы способствовать развитию учащегося/студента в рамках своего предмета/дисциплины. В данном случае педагог действует, используя в своей деятельности принцип «индивидуального подхода к обучению». В то время как в зарубежной педагогической практике данная проблема решена уже давно: это индивидуализация процесса обучения и образования[1].

Индивидуализация процесса обучения в школах и вузах за границей имеет давнюю традицию. К примеру, в немецких и английских вузах в качестве составляющей индивидуализации процесса обучения обширно представлена тьюторская работа, которая реализовывает ряд функций: ориентировочную, образовательную, социальную, корректирующую и воспитательную.

Еще одним компонентом индивидуализации образования в зарубежных странах является независимый подбор предметов для изучения, т.е. учащийся/студент, основываясь на своих предпочтениях, решает (или с помощью тьютора), какой предмет/дисциплина по выбору ему необходим, и, следовательно, изучать его он будет с интересом и энтузиазмом В России же такая возможность не предоставляется, образование массовое и обобщенное.

Проблемы российского образования, перечисленные выше, заставляют современных педагогов-практиков и ученых пересмотреть взгляды на традиционную систему образования в России, и в дальнейшем заменить на болею новую, которая бы удовлетворяла потребности современного общества. Существует необходимость в вариативных формах обучения, что и подразумевает индивидуализация. Другими словами, обучающий процесс должен уйти от уже устаревшего индивидуального подхода в сторону вариативной системы, в сторону индивидуализации. Такой подход позволит обучающимся наиболее ярко и полно реализовать свой личностный потенциал и возможности.

Замечено, когда в науке возникает что-то новое и незнакомое, приходится сталкиваться с некими трудностями.  Стоит отметить проблемы, стоящие на пути индивидуализации процесса обучения, первая из которых заключается в том, что на данный момент не существует четкой границы между понятиями «индивидуализация процесса обучения» и «индивидуальный подход в обучении», так же, как и не существует однозначной трактовки этих понятий. Так, в отечественной науке эти понятия почти тождественны (Тубельский А.Н., Щедровицкий П.Г., Эльконин Д.Б.), и только в последнее время такие современные исследователи как Ковалева Т.М., Прозументова Г.Н., Суханова Е.А., Фрумин И.Д. и другие ученые дифференцируют их.

Ковалева Т.М. в своих работах описала различия между процессом индивидуализации и индивидуальным подходом в образовании. Индивидуальный подход в обучении ориентирован на сам процесс обучения, попытка сделать его более эффективным, в данном случае педагог -это главное звено в обучающей системе: учитывая индивидуальные особенности каждого своего ученика/студента, и затем, проведя анализ средней успеваемости, подготовки и успешности, педагог подбирает определенные формы, средства и методы обучения не для отдельной личности, а для общей массы учащихся. В итоге, при индивидуальном подходе каждого конкретного ученика/студента сравнивают не с самим собой, а сравнивают его достижения и успехи с достижениями и успехами других ребят в классе: «отстающий» ученик сравнивается со средне успевающим, которого в то же время сравнивают с отлично успевающим. Другими словам, отмечается прогресс не конкретной личности, а всего класса.

Шаталову В.Ф. говорит о том, что индивидуальный подход одновременно рассчитан на всех учеников. По его мнению, преподаватель должен объяснять учебный материал максимально четко, логично, используя наглядные блок-схемы, отражающие логические связи учебного материала, такой подход позволит обучающимся максимально усвоить материал.

Здесь наблюдается традиционные для российской системы обучения и образования Субъект-Объектные отношения (С?О) между педагогом и учащимся, а в результате - между педагогом и классом в целом.

Выходит, субъектом процесса образования при индивидуальном подходе является учитель, именно он, создает определенную траекторию обучения, основываясь на особенностях своих учеников. В итоге, программа рассчитана не одного конкретного ученика, а всего класса, что делает современное образование направленным на среднего ученика. И здесь ученики являются объектом обучения.

В индивидуальном процессе обучения, по мнению Ковалевой Т.М., позиция ученика/студента более значимая чем в подходе, описанном выше, то есть обучающийся выступает в качестве субъекта обучения. Главной задачей становится научить учащегося самостоятельно управлять процессом обучения. В таком случае педагог выступает уже как наставник, помощник, репетитор. При таком подходе педагог позволяет ученику выявлять и нарабатывать свои собственные техники, приемы работы, необходимые в построении своей индивидуальной образовательной программы.

Психологическими особенностями индивидуализации процесса обучения являются:

уровень обученности и обучаемости;

уровень общих умственных способностей;

скорость усвоения;

индивидуальный стиль умственной деятельности - мышления;

психофизические особенности обучающихся.

Исходя из вышесказанного Ковалева Т.М. говорит о том, что, если современное образование ставит перед собой задачу индивидуализации образования, то должны быть найдены и предоставлены специальные педагогические средства и формы организации образовательного процесса, которые выведут сегодняшнюю систему образования на новый уровень.

	1.2Организации учебного процесса с учетом ведущего канала восприятия информации студентов

Для формирования полноценной учебной деятельности учащемуся важно знать особенности своего восприятия, чтобы найти наиболее эффективный для него способ выполнения различных упражнений. Тем самым формируется особенный, характерный для данного учащегося стиль учебной деятельности, который позволяет повысить результативность усвоения учебного материала. Впоследствии это поможет выработать индивидуальный стиль профессиональной деятельности, который складывается у каждого человека. Процесс восприятия тесно связан с такими психологическими процессами, как мышление, речь, проявление чувств, волеизъявление, поэтому от того, насколько полноценно учащийся воспримет информацию и как выстроит свою деятельность по отношению к изучаемому объекту, будет зависеть уровень его профессионализма.

Педагог должен учитывать ведущий тип восприятия учащихся. При дифференциации обучения в зависимости от особенностей восприятия преподавателю нужно научиться преподносить материал во всех трех модальностях.

Обучая, педагог претендует на многосенсорное представление инфор­мации. Такой подход будет воздействовать на большую часть учащихся, и позволит им получать информацию, выбрав свой входной канал. Кроме того, многосенсорное обучение подкрепляет запоминание, поскольку, чем больше информационных каналов, тем лучше живая память. Естественно, многосенсорное обучение усиливает дополнительные сенсорные каналы учащихся.

1.2.1 Кинестетики

Нельзя заставлять кинестетиков неподвижно сидеть на занятии, так как во время движения они прочнее запоминают материал, можно использовать жесты, прикосновения. Важно помнить, что для этих людей характерна невысокая скорость мыслительных процессов. Нужно чаще использовать слова, обозначающие действия. При изложении нового материала стараться находиться как можно ближе к этой группе, чтобы в случае необходимости помочь в выполнении задания. А так как для кинестетиков главное – ощущения, то и помощь преподаватель может оказать действиями (поправить руку, правильно расположить корпус и т.д.). Если он смотрит чаще вниз, легко краснеет и глубоко дышит, общаясь, постоянно что-то крутит в руках, прикасается к собеседнику - это кинестетик. Среди населения кинестетики составляют 40%.

Кинестетикам требуется больше времени, чтобы «прочувствовать» решение, чем визуалам нарисовать картинку, аудиалам – оценить звук. Поэтому они как бы думают медленнее. Они делают более продолжительные паузы между фразами, часто раздражающие собеседника. Кинестетику трудно концентрировать свое внимание, его легко отвлечь, чем угодно.

1.2.2 Визуалы

Визуалам можно предлагать зарисовывать свои впечатления, поэтому под рукой у них должен быть лист бумаги, больше внимания обращать на описание предметов: их цвет, форму, местоположение. Давая задание, стараться выделять цветом абзацы, особо важные слова и предложения. Использовать образные выражения, большое внимание уделять наглядности (ярким картинам, плакатам, схемам, географическим картам). Визуалы говорят быстро и резко, часто смотрят вверх, когда вспоминают. При разговоре им нужна большая дистанция, поле зрения. В их тексте будут слова «смотри», «показывать», «демонстрировать», «иллюстрировать», «отражать» и др. Около 35% людей – визуалы. Когда визуалы думают, они рисуют в своем сознании картинки. Они понимают, как им действовать, потому что видят свои действия. Если вы выражаете свои мысли визуальными терминами, они понимают Вас и чувствуют себя комфортно. У них великолепная зрительная память. Они могут описать вещи, которые когда-то видели, с точностью до детали, четко запоминают цвета и формы.

В процессе мышления визуалы обычно смотрят в трех направлениях: вверх - вправо, когда думают о будущем и создают образы. Вверх - влево, когда думают о прошлом. Прямо перед собой расфокусированным взглядом (верный признак того, что перед вами размышляющий визуал). Можно попробовать определить, говорит ли визуал правду, наблюдая за его поведением. Если взгляд визуала направлен вверх и вправо, значит он неискренен. Он рисует в воображении события, которые еще не произошли. Если он вспоминает о том, что уже было, его взгляд будет направлен вверх и влево.

Общаясь с этим человеком, нужно не рассказывать, а показывать. Если надо что-то объяснить, лучше нарисовать график. В разговоре и объяснениях следует стоять не перед ним, а рядом, обрисовывая общую для вас обоих перспективу.

1.2.3 Аудиалы

Аудиалам необходимо позволить в процессе выполнения заданий проговаривать слова, шевелить губами, издавать звуки. Работая с группой аудиалов, стараться использовать возможности интонации и модуляции голоса (громко – тихо, высоко – низко, паузы). По возможности включать в работу аудио- и диктофонные записи. Описание картин или каких-либо предметов целесообразно дополнять музыкой. Выделение главных частей текста, предложения, «опасных мест» в словах сопровождать хлопком или ритмичными движениями.

Для аудиалов важны все повышения и понижения голосов, сами они говорят ритмично и размеренно – либо, напротив, мелодично и любят слышать свой голос. Они кивают в ритм своей речи – и, слушая, поворачивают ухо к говорящему. Рассказывать они будут очень обстоятельно, со всеми деталями. Одновременно слушать и разговаривать аудиалу сложно. Люди, воспринимающие мир преимущественно посредством звуков, составляют примерно 25% населения.

Аудиалы обращают внимание на высоту голоса, тембр, темп, интонацию. Для речи аудиалов характерны такие слова, как «тон», «звучать», «сказать» и т.д. Они часто склонны разговаривать сами с собой или бормотать что-то себе под нос. Это способ решить проблему посредством ее проговаривания вслух. Речь аудиалов отличается размеренностью, ритмичностью, неторопливостью – осознанием каждого слова, в отличие от визуалов, которые говорят высоким голосом и дышат учащенно.

Характерное направление взгляда: в сторону - вправо, когда размышляют о будущем. В сторону - влево, когда вспоминают прошлое. Подобно визуалу, оценивающему информацию расфокусированным взглядом прямо перед собой, аудиал осмысливает сказанное взглядом вниз - влево. Когда учащийся - аудиал смотрит в этом направлении, следует остановиться и дать ему подумать. Если Вы будете продолжать говорить, он Вас не услышит. Аудиалы, так же как и визуалы, любят иллюстративный материал, только воспринимают его по-другому.

1.2.4 Дискреты

Дискретов еще называют логическим типом, поскольку информацию они воспринимают, запоминают, хранят и воспроизводят в виде схем, логических цепочек, формул, зависимостей и так далее. Итак, речь у дискретов исключительно логическая: в ней по минимуму встречаются слова, соответствующие классическому восприятию людей – через органы чувств. Дискрет будет говорить логически и о логических процессах, а не о красоте или звучании, цветах, или звуках, эмоциях или других характеристиках обсуждаемых вещей. Речь у него будет похожей на автоматическую: без особых оттенков, интонаций и эмоций. Дискрет обычно использует такие слова как «во-первых», «вследствие», «из этого следует», «это значит», «таким образом» и т.п. Кроме того, бытует мнение, что дискреты вообще трудно идут на общение и редко открываются другим людям. Часто дискретов описывают как закомплексованных и закрытых людей. Но, скорее всего, будучи людьми чувствительными, они просто стараются скрывать это в себе, не демонстрируя окружающим свою эмоциональность.

Визуальный контакт во время разговора отвлекает дискретов, поэтому они отводят глаза в сторону. Дискреты не смотрят глаза-в-глаза, чтобы не терять нить беседы и подбирать правильные слова (то есть если человек не смотрит вам в глаза – это вовсе не значит, что он лжет). Кроме того, дискреты с помощью касания и других физических ощущений возвращаются от своих мыслей к окружающей действительности. Дискретам очень сложно общаться с другими людьми, так как другие их просто не в состоянии понять их логические связи, аналитические схемы и прочие "заумности". Зато сами они хорошо всех воспринимают.

Считается, что дискретами не рождаются, но становятся. Речи человек обучается гораздо позже, чем восприятию и самовыражению с помощью ведущих органов чувств. Поэтому при определении ведущего типа восприятия у детей, тип “дискрет” часто даже не рассматривают. Отдельные специалисты считают, что дискреты скорее всего сами не подозревают, что они дискреты. А даже если в этом уверены, то никогда не признаются.

Немаловажным фактором, оказывающим значительное влияние на эффективность усвоения материала и формирование позитивного образа педагога как профессионала, является предпочитаемый им стиль преподавания.

1.3 Модельное обеспечение автоматизированных обучающих систем



Автоматизированная обучающая система – это человеко-машинная система, состоящая из компьютера индивидуального или коллективного пользования, комплекса технических, математических, программных, учебно-методических и педагогических средств, предназначенная для автоматизации многих видов и форм обучения в образовательном учреждении.

Модельное обеспечение обучающей системы состоит из объектов и субъектов обучения, а также методов и алгоритмов выполнения используемых процедур. Рассмотрим модели, совокупность которых называется модельным обеспечением обучающих систем.

Организация обучающей системы является сложной задачей, поскольку процесс обучения не формализован, а может и, в принципе, не может быть формализован [13]. К сожалению, нельзя выделить готовый набор формальных характеристик, которые давали бы возможность сформулировать цели обучения и стратегии достижения этих целей. Поэтому необходимо применять другие подходы решения поставленных задач, например, на практике используется нечеткая логика в случаях решения слабо формализованных задач.

Для организации процессов индивидуализации обучающей системы должны включаться следующие знания [2-7, 9]: 

• о предметной области. Если обучающая система является инструментальным средством, то она должна быть инвариантна к проблемной области знаний (подстраиваться под конкретную предметную область);

• о методике обучения. Длянабора правил о формировании управляющих воздействий должна быть взята за основутеория обучения. К сожалению, единой теории обучения не существует. Специалисты в области обучения используют собственные представления о методах и подходахобучения и целесообразности их применения;

•  об обучаемом или объекте управления обучением. 

В итоге приходим к выводу, что в ситуации отсутствия единой теории обучения, знания о траектории обучения и предметной области должны иметь возможность изменяться для того, чтобы преподаватель мог внести в систему собственное представления об эффективной методике обучения. 

Чтобы обеспечить возможность адаптации системы к обучаемому и определить качество результатов обучения, необходимы сведения о цели обучения и о текущем состоянии процесса приобретения знаний.

В современных обучающих системах знания о предметной области, методике обучения и обучаемомпредставляются с помощью различных моделей, методов, алгоритмов и технологий. Благодаря этим знаниям, обучающая система способна выполнять основные функции преподавателя – предоставлять обучаемому учебный материал, контролировать успешность усвоения поступающих знаний, помогать решать практические задания, выделять причины ошибок обучаемого и формировать на этой основе соответствующие учебные воздействия.



1.3.1Принципы построения модели обучения в АОС

Создание автоматизированных обучающих систем (АОС) это один из перспективных способов повышения эффективности процесса обучения.

Объектом управления при обучении является обучаемый. Субъектами управления выступают преподаватель и обучающая система (т.к. она не заменяет, а дополняет преподавателя).

Целью обучения, т.е. целью работы обучаемого с обучающей системой является получение:

			знаний по конкретной предметной области; 

			умений применять различные методы и алгоритмы; 

			навыков решения задач; 

			оценки приобретенных знаний, умений и навыков. 

Цель и результат деятельности обучаемого образуют учебную деятельность.  Учебная деятельность организуется не субъектом деятельности (обучаемым), а объектом (преподавателем). Для того  чтобы цель и результат совпадали, необходимо управление учебной деятельностью. Результат учебной деятельности является свойством самого субъекта. Исходя из этого, программа обучения должна включать в себя 3 основные части:

		теоретическую, 

		тренирующую, 

		контролирующую.

Процесс обучения можно представить схемой (рисунок 3):





Рисунок 3 - Схема процесса обучения



В систему классификации компьютерных средств обучения по моделям информационных потоков, положен принцип теории управления, а процесс обучения рассматривается как частный случай задачи управления.

Представляя, что любое управление направлено на требуемое изменение свойств какого-либо объекта (объектов) за некоторое конечное время, и всегда сводится к обмену некоторым количеством информации между управляющим и управляемым объектом [14].

Наиболее общую модель процесса обучения представлена (рисунок 4).



Рисунок 4 - Модель процесса обучения



Теория управления рассматривает прикладные программные системы в качестве средств реализации моделей реального мира в интересах и рамках соответствующей предметной области.

Поэтому на рисунке 5 моделям каждого реально существующего информационного потока и/или каждого объекта соответствует, либо может соответствовать свой класс автоматизированных средств обучения.





Рисунок 5 - Модель обучения как процесс обмена информацией



С точки зрения данного представления, процесс обучения происходит в замкнутой системе и ему свойственны характерные особенности системы управления: цель обучения, объект управления (обучаемый), управляющую часть, где вырабатываются корректирующие воздействия, поступающие к обучаемому, и канал обратной связи. 

1.3.2 Подходы к описанию предметной области

В автоматизированном обучении модель предметных знаний играетважную роль, ведь качество обучения определяется алгоритмом управления процессом обучения, который основывается на модели предметной области (ПрО) [15]. 

Таким образом, модель предметной области отражает взаимосвязь понятий в предметной области и используется для составленияпостроения последовательности изучения тем и получения общего комплекса знаний, относящихся к конкретной предметной области.

На данный момент, в создании автоматизированных обучающих систем (АОС)существует тенденция в реализации в них определенной модели обработки знаний. В информационной части АОС знания представляют в виде базы знаний. 

Классифицировать модели знаний в базах знаний можно следующим образом: 

	продукционные модели; 

	фреймовые модели; 

	формально-логические модели; 

	модели на основе онтологии [16].

Модель предметной области решает две взаимосвязанные задачи: отражение связей между элементами учебного процесса и, соответственно, определение последовательности изучения учебных материалов.

Модель ПрО используют и в качестве компонента управления процессом обучения, так и в принятии решения о том, какие знания и материалы будут включены в учебный курс. 

Еще достоинствами модели предметной области являются такие качества как, упрощение процесса разработки, более простое понимание обучающих программ и проведение оценки качества АОС. ПрО характеризуется сущностями и связями между ними. В качестве сущностей ПрО в обучающих системах представляютсяпонятия (темы), каждой из которых соответствует экземпляр учебного материала, не требующая деления на подтемы. Каждая тема имеет набор  параметров, значимых в процессе управления обучением. 

Связь между темами в обучающих программах подразумевает зависимость между ними, которую можно растолковать так: для понимания одной темы зачастуюнеобходимо знать и понимать другую тему. Отсюда следует, что связи могут составлять последовательность изучения тем. Связи между темами бывают: факультативными и обязательными. Факультативная связь подразумевает, что изучение тем  может идти в удобной обучаемому последовательности.

Курсом являетсякомплекс предметных знаний, внесенных в АОС,  предназначенный для обучения по конкретному предмету (специальности). 

Рассмотрим возможные варианты организации модели предметной области в АОС. Выделим требования, которым она должна соответствовать:

	выделениеразличных типов связей между элементами; 

	отражение целостного образа знаний; 

	объединение процедурных и декларативных знаний.

Фреймовая и онтологическая модели представления знаний отвечают перечисленным требованиям [17].

Основными отношениями между элементами знаний в данных моделях являются: «абстрактное - конкретное», «целое - часть».

Отношение «абстрактное - целое» порождает иерархию знаний по уровню их общности, на верхних уровнях иерархии находятся элементы знаний, имеющие максимальную степень общности. Отношения «снизу - вверх» и «сверху – вниз» зарождают данную иерархию знаний.

На рисунке 6 приведена типовая структура ПрО, где учебный материал представлен вершинами графа, а взаимосвязи - ребрами. 





Выделяют три типа отношений: 

	иерархические (часть - целое); 

	просмотровые последовательности (вперед - назад); 

	семантические (ассоциативные).

	



Рисунок 6 ? Типовая структура объектов модели ПрО



В соответствии с иерархическими отношениями, структурным компонентам приписываются индексы, каждый из которых отражает путь к соответствующей вершине от корневой (УМ - учебный материал в целом). В приведенной реализации типовой структуры ПрО выделено пять уровней, считая корневую вершину (УМ). В конкретных реализациях АОС количество и наименование уровней могут быть различными.

В ходе идентификации и адресации структурных компонентов используют индексацию.  Структурные компоненты, не имеющие подчиненных, обычно называются кадрами, страницами, экранами (неделимыми элементами знаний – квантами учебной информации). 

Выделяют отношения, называемые просмотровыми последовательностями, которые определяются на иерархическом уровне. Они описывают порядок предъявления обучаемому структурных компонентов.

В свою очередь семантические отношения устанавливают связь структурных компонентов АОС, их содержанию свойственнасмысловая корреляция. Эти отношения называют гиперссылками (или гиперсвязями). Как правило, эти отношения двунаправлены. Таким образом, в структуре АОС можно выделить: древовидную структуру, образуемую иерархическими отношениями; сетевую структуру, образуемую гиперсвязями; и структуру, образуемую просмотровыми последовательностями (в одних случаях это линейная последовательность связей между  вершинами, в других - сложная разветвленная структура). 

Отношение «целое - часть» упорядоченно по уровню вложенности. Отношение является двухсторонним и состоит из отношений «имеет-часть».

Данный способ формализованного описания предметных знаний позволяет, в отличие от других способов, учесть качественные характеристики учебного материала, благодаря чему создается целостное представление о составе и структуре предметных знании (рисунок 7).







Рисунок 7 ? Модель представления предметных знаний

отношения «целое - часть»



Семантические сети и фреймовые модели имеют много схожего, но механизм вывода в семантических сетях более прозрачен. Поэтому семантические сети можно назвать традиционным способом организации модели предметной области. 

	Благодаря представлению модели предметной области в виде семантической сети, возможно проводить анализ ПрО по параметрам:

	связность (достижимость любой вершины); 

	наличие циклов; 

	степень важности определенной темы, определяемая по количеству зависимых от нее тем. 

Семантическая сеть в процессах организации модели предметной области представляет собой граф, в котором вершинам соответствуют объекты, а дугам – семантические отношения между этими объектами. В некоторых работах для этой модели предлагаются наборы семантических взаимоотношений. Например, в процессе выделяются связи типа "является частью", "следует из" и другие [18]. 

Предлагаемая модель предметной области, рисунок 8, построена на основе семантической сети, в которой узлы являются концептами предметной области, а дуги определяют последовательность обучения. 

Семантическая сеть предметной области, для обеспечения информационной поддержки, дополнена узлами, выступающими концептами дисциплин обучения.

Уровень тестирования в сети необходим для определения начального уровня знаний, наблюдением на процессом обучения и вывода текущего уровня знаний обучаемого.

Для внешнего представления структуры предметной области в виде дерева сеть дополнена узлами, объединяющими концепты основного уровня в разделы, а разделы в электронный курс. 

Выделяют следующие типы связей между узлами: зависимость, объединение, включение, принадлежность (рисунок 8).





Рисунок 8 ? Представление модели предметной области





Типы отношений в семантических сетях: 

	иерархические отношения типа «часть-целое»; 

	функциональные отношения («производит», «влияет» и т.п.); 

	количественные отношения («больше», «меньше», «равно» и т.д.); 

	пространственные отношения («далеко от», «близко от», «за», «под», «над» и т.д.); 

	временные отношения («раньше», «позже», «в течение» и т.д.); 

	атрибутивные отношения («иметь свойство» и т.д.); 

	логические отношения («и», «или», «не») [12].

Таким образом, представленная модель ПрО используется для определения последовательности изучения тем, получения целостного образа знаний, а так же отражения взаимосвязи понятий предметной области.



1.3.3 Анализ существующих моделей обучаемого

Термин «модель обучаемого» трактуется следующим образом: «В самом широком смысле под моделью обучаемого понимают знания об обучаемом, используемые для организации процесса обучения. Это множество точно представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные стороны его состояния: знания, личностные характеристики, профессиональные качества и др.»[15]. 

Иначе говоря, модель обучаемого в обучающих системах несет в себе необходимую информацию об обучаемом, это: уровень знаний, умений и навыков, способности к обучению и выполнению заданий, личностные характеристики и т.д.

Но набор параметров модели обучаемого без учета методов работы с ними теряет всякий смысл.

В итоге, модель обучаемого это совокупность набора характеристик обучаемого и методов обработки этого набора.

Функции, выполняемые моделью обучаемого:

	адаптация к обучаемому управляющих воздействий системы; 

	определение уровня знаний обучаемого и степени достижения заданной цели обучения. 

В качестве объекта управления при проектировании автоматизированных обучающих систем рассматривается обучаемый. 

По функциональной направленности выделяют следующие классы моделей обучаемого:

- текущая (поведенческая) модель;

- нормативная модель;

- прогнозируемая модель. 

Текущая модельформируется путем анализа текущего поведения обучаемого, поэтому модель также именуют поведенческой. Построение текущей модели осуществляется благодаря процессу тестирования. Стоит отметить, что в начальный момент обучения текущая модель обучаемого представляет собой исходную модель обучаемого. 

Нормативная модельнесет в себе формализованные требования к умениям, знаниям и навыкам по различным сферам, характеристики физического и психического состояния и т.п. Стандарт обучения определяет основные параметры нормативной модели обучаемого.

Прогнозируемая модель обучаемог.......................