Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экспертные системы в психологии 8
1.1. Психологические исследования процесса компьютеризации 8
1.2. Концепция экспертных систем 25
1.2.1. Определение и характеристики экспертной системы 25
1.2.2. Технология разработки экспертной системы 31
1.2.3. Психологические аспекты инженерии знаний 38
1.3. Возможности экспертных систем в психологии 43
Глава 2. Особенности разработки экспертной системы диагностики знаний по психологии 49
2.1. Категория "знание" в экспертных системах и психологии 49
2.2. «Усвоение» знаний в экспертных системах и проблема усвоения знаний в психологии 58
2.3. Специфика усвоения психологических знаний 78
Глава 3. Экспериментальное исследование: использование технологии экспертных систем для диагностики знаний студентов по психологии....84
3.1. Стадия идентификации проблемы 84
3.2. Стадия концептуализации 86
3.2.1. Апробация тест-билетов по психологии 86
3.2.1.1. Процедура экспериментальной работы 86
3.2.1.2. Качественный и статистический анализ тестовых пунктов. Характеристики теста 91
3.2.2.0писание и характеристики компьютерной версии теста...1
3.3. Стадия формализации: представление экспертных знаний 115
Заключение 124
Список литературы 128
Приложение 1 147
Приложение 2 153
Приложение 3 1
- Психологические исследования процесса компьютеризации
- Категория "знание" в экспертных системах и психологии
- Стадия идентификации проблемы
Введение к работе
Актуальность исследования. Для конца XX века неоспоримо расширение сферы и роли информационных технологий, в том числе, в системе высшего профессионального образования. Нельзя недооценивать тот факт, что информационные возможности и возрастающее быстродействие современных компьютеров открывают простор для психолого-педагогического поиска, позволяют и заставляют внедрять новые средства и формы обучения.
Одним из актуальных направлений развития компьютерных технологий в образовании является разработка систем контроля и оценки знаний студентов. Трудности и проблемы, которые возникают при оценивании знаний существуют объективно и субъективно (несформулировагаюсть целей образования, неизбежные проявления субъективности, отсутствие четких критериев оценки и др.), и попыткам их решения посвящены многие исследования психологов, педагогов, методистов (B.C. Аванесов, СИ. Архангельский, В.П. Беспалько, В.П. Зйнченко, Ю.М. Орлов, Н.Ф. Талызина и др.).
В настоящее время поиск средств, повышающих объективность, адекватность оценивания, становится связанным с идеологией инженерии знаний, в задачу которой входят разработка, исследование и использование экспертных систем ОС).
Применение ЭС, способных делать логические выводы на основании знаний в конкретной предметной области, обеспечивает решение на профессиональном уровне вполне психологических задач. Экспертная система (в пределах математического аппарата) может работать с неполными и противоречивыми данными, учитывать субъективную вероятность события, что заведомо повышает достоверность оценки знаний.
Целью настоящего исследования является создание модели представления знаний экспертной системы диагностики.
Объект исследования: теория и практика применения новых информационных технологий в психологии.
Предмет исследования: особенности создания и возможности использования экспертной системы диагностики знаний студентов по психологии.
При планировании исследования была выдвинута следующая гипотеза: модель экспертной системы позволяет совершенствовать контроль и оценку знаний студентов по психологии, повышая объективность, адекватность и обоснованность заключений.
В соответствии с целью и гипотезой исследования были сформулированы следующие задачи:
Провести теоретический анализ особенностей разработки и применения экспертных систем в психологии.
Сопоставить семантику категорий «знание» и «усвоение знаний» в терминологии психологии и концепции экспертных систем.
Сконструировать, апробировать и выявить психометрические характеристики экспериментального комплекта тест-билетов по курсу общей психологии.
Построить модель представления знаний экспертной системы.
Методологическую основу диссертации составляют принципы системности, инвариантности результата, основные понятийные конструкты отечественной психологии.
В исследовании использовались: теоретические разработки специалистов в области экспертных систем и инженерии знаний (Г.Ф. Кузиной, О.И. Ларичева, С. Осуга, Э.В. Попова, В.О. Сафонова, Д.Уотермена, Р. Форсайта, Дж.Элти и др.); работы отечественных психологов О.Н. Арестовой, Ю.Д. Бабаевой, Л.Н. Бабанина, А.Е. Войскунского, В.А. Дюка, В.П. Зинченко, Ю.К. Стрелкова, СК.Тихомирова, А.Г. Шмелева и др. в области инженерной психологии и психологии компьютеризации; исследования по математической психологии и математическим методам в психологии (Г.М. Головиной, В.Н. Дружинина, Г.Е. Журав- лева, В.Ю. Крылова, Б.Ф. Ломова, Е.В. Сидоренко, Б.А. Сосновского); психолого-педагогические позиции и концепции К.А. Абульхановой-Славской, П.П. Блон-ского, Д.Н. Богоявленского, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, В.И. Гинецинско-го, В.В. Давыдова, А.И Зеличенко, И.И. Ильясова, Е.Н. Кабановой-Меллер, А.Н. Леонтьева, В.Я. Ляудис, A.M. Матюшкина, Н.А. Менчинской, Я.А. Пономарева, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной, В.Д. Шадрикова, Д.Б. Эльконина и др.
Методы исследования: экспертная беседа, комплект тест-билетов «Психология» Б.А. Сосновского, компьютерная тестовая система, продукционный метод построения баз знаний, метод «известных групп». Математические методы обработки данных представлены описательной статистикой, критериями Колмогорова-Смирнова, Шапиро-Уилки, методом ранговой корреляции, коэффициентом сопряженности Гилфорда, угловым преобразованием Фишера.
Программное обеспечение: Excel, Stadia, Statistica, Clarion.
Достоверность результатов обеспечивалась репрезентативностью выборки, последовательностью исследовательских процедур, проверкой статистических гипотез.
Экспериментальная база исследований.
Исследование проводилось на базе Московского педагогического государственного университета (кафедра психологии, филологический, исторический, физический, химический, математический факультеты и факультет физической культуры) и на базе Московского открытого социального университета (социально-психологический факультет). В эксперименте участвовало 450 человек.
Апробация работы. Основное содержание работы отражено в 8 публикациях автора, в выступлениях на научных сессиях кафедры психологии МПГУ (1997, 1998 гг.), на I Всероссийской научно-методической конференции психологов (1998 г.), на Межвузовской научно-практической конференции в Московском открытом социальном университете (1998 г.), на заседании аспирантского объединения кафедры психологии МПГУ (1998 г.).
Материалы исследования используются в практике работы Московского педагогического государственного университета и Московского открытого соци-Ф ального университета.
Научная новизна исследования заключается в реализации концепции экспертных систем для решения задачи диагностики психологических знаний студентов.
Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении особенностей разработки экспертных систем в психологии, психометрическом обосновании экспериментального комплекта тест-билетов, создании модели экспертной системы диагностики знаний студентов по психологии.
Практическая значимость: разработанный и апробированный комплект II тест-билетов, а также модифицированный компьютерный вариант теста могут быть использованы в практике работы преподавателей психологии.
На защиту выносятся следующие положения: її г*
Необходимость применения концепции инженерии знаний для решения задачи оценки знаний студентов по психологии определяется недостаточной структурированностью диагностируемой системы понятий и терминов.
Технология экспертных систем дает возможность повышения качества оценивания знаний и моделирования процесса их усвоения.
В созданной модели представления знаний экспертной системы категории «знание» и «усвоение», имеющие различный смысл в психологии и экспертных системах, образуют две взаимосвязанные подсистемы: знания, «усвоенные» экспертной системой, и знания, усвоенные студентами.
Объем и .структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 233 наименования, трех приложений.
Психологические исследования процесса компьютеризации
Компьютеры прочно вошли во многие области науки, где психология не является исключением. В работах отечественных психологов анализируются общие теоретические принципы построения систем «человек-ЭВМ» исследуются психологические проблемы, связанные с проектированием и эксплуатацией автоматизированных систем (АНЛеонтъев, Б.Ф Ломов, В.П.Зинченко, О.К.Тихомиров, Е.Б.Моргунов), изучаются возможности применения ЭВМ в обучении и в различных видах творческой деятельности (Е.И. Машбиц, В.В.Рубцов, Н.Ф. Талызина, АХ.Шмелев). В исследованиях О.Н. Арестовой, Ю.Д. Бабаевой, Л.Н. Бабанина, А.Е. Войскунского, ЛЛ. Гурьевой, В.А. Дюка, А.К. Ерофеева, В.Г. Зархина, Т.В. Корниловой, А.Б. Леоновой, А.В. Мельникова, Ю.К. Стрелкова, О.К. Тихомирова, А.Г. Шмелева и др. обсуждаются возможности применения ЭВМ в различных областях психологии, затрагиваются вопросы специфики психологических методов в условиях использования компьютера, создания компьютерных психодиагностических (в том числе, интеллектуальных) систем, анализируются психологические последствия компьютеризации, различные аспекты взаимодействия человека с ЭВМ.
Взаимодействие человека и машины в контексте построения автоматизированных систем управления уже более 40 лет изучается инженерной психологией. В работах В.П. Зинченко, А.Н. Леонтьева, Б.Ф. Ломова, В.И. Пушкина, Ю.К.Стрелкова (60-70-е годы) излагаются теоретические и экспериментальные исследования деятельности человека-оператора в системах управления: «оценка надежности, точности и стабильности работы оператора, исследование влияния психической напряженности, утомления, эмоциональных факторов и личных качеств (особенностей нервно-психической организации) оператора на эффективность его деятельности в системе «человек-машина», изучение приспособительных и творческих возможностей человека» [79, с.550], вводится понятие человеческого фактора «как функциональных возможностей оператора, его рабочих характеристик в системе управления» [79, с.552].
В 70-е годы появляется новая отрасль психологической науки -психология компьютеризации, «изучающая порождение, функционирование и структуру психического отражения реальности в процессах деятельности индивидов и групп, связанной с созданием и использованием компьютеров, включая их программное обеспечение» [158, с.1]. Основными научными проблемами данного направления стали изучение психологических принципов организации взаимодействия между человеком и компьютером в различных видах деятельности, психологические последствия компьютеризации, психологическая экспертиза «интеллектуальности» компьютера. Разработка перечисленных аспектов тесно связана с изучением логико-математических, лингвистических, технических, гносеологических, социальных проблем [158].
Настоящее исследование посвящено мало разработанному направлению -созданию и использованию в психологии экспертных систем.
Включение ЭВМ в психологические исследования имеет свои особенности и сложности. Проблемам компьютеризации психологических исследований посвящены работы О.Н. Арестовой, Л.Н. Бабанина, А.Е. Войскунского, Л.П. Гурьевой, А.К. Ерофеева, Т.В. Корниловой, В.В. Рубцова, Ю.К. Стрелкова, O.K. Тихомирова и др.
Категория "знание" в экспертных системах и психологии
В нашем исследовании проблема знаний рассматривается двояко. С одной стороны, мы говорим об экспертных системах - системах, основанных на знаниях, при разработке которых возникают семантические аспекты представления знаний, что составляет предмет исследования нового научного направления - компьютерной семантики. С другой стороны, речь идет о диагностике психологических знаний. Поэтому вопрос "Что есть знание?" - в нашем рассмотрении - это вопрос о характеристиках знания как такового, существенных для исследования отношений " знание - человек" и "знание -компьютер" и для сравнения этих отношений.
В науке нет "строгой" дефиниции знания. Философия, логика, компьютерная семантика, педагогика, психология по-разному определяют это понятие.
В диалогах Платона дается характеристика знаний как мнений, "связанных суждением о причинах", а также определение знания как способности постижения подлинного бытия и как результата этой способности [6]. Аристотель говорил о знании как о "постижении, неколебимом никакими доводами"(6]. "Под знанием я понимаю уверенность, возникающую из сравнения идей ",- писал Юм [6]. Кант понимал знание как "субъективно и объективно достаточное признание истинности суждения" [6]. Интересна точка зрения М. Полани, знание - это активное постижение познавательных вещей, действие требующее особого искусства. Чтобы подчеркнуть особую роль субъекта в процессе познания, он вводит понятие "личностное знание", М.Полани утверждает, что в каждом акте познания должно присутствовать «личное участие познающего человека»[139, с. 18}.
Обсуждая исходные принципы анализа проблемы обучения, Г.П. Щедровицкий выделяет составляющие знания. Ядро знаний составляют знания о продукте деятельности. «Любую деятельность, будь то воспитание детей или выработка новых научных знаний, можно рассматривать как получение определенного продукта» [216, с.2П]. Вторая составляющая - знания о материале или объектах, из которых должен или может быть получен необходимый продукт. Третья группа знаний фиксирует средства деятельности действия по их применению. Четвертую составляющую образуют знания о той последовательности действий, которую надо совершить, чтобы из заданного или выбранного материала получить необходимый продукт. «Все эти знания не «живут» отдельно друг от друга, а образуют системы, в которых все перечисленные моменты практической деятельности представлены как зависящие друг от друга»[216, с.211].
В философском словаре знание определяется как продукт общественной материальной и духовной деятельности людей; идеальное выражение в знаковой форме объективных свойств и связей мира, природного и человеческого [198, с.146]. Знание отличается от информации, простого накопления фактов, сведений, технологий. Выделяется житейское, духовное и научное знание, последнее разделяется на эмпирическое и теоретическое.
Стадия идентификации проблемы
Стадию идентификации можно в целом характеризовать как этап планирования эксперимента [71]. Был обозначен круг проблем, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель, гипотеза, задачи. Говоря языком разработчиков экспертных систем происходила постановка следующих вопросов; Какой класс задач может решать экспертная система в психологии? Подходит ли технологии экспертных систем для решения задачи диагностики знаний студентов по психологии? ЭС - возможна, оправдана, уместна? Какие имеются данные? Кто будет выступать экспертом? Какие знания эксперта потребуются при решении затрагиваемой задачи?
В качестве предметной области была выбрана общая психология. Основной целью изучения данного предмета в вузе является усвоение общих закономерностей функционирования психики [21]. Изучение общей психологии имеет методологическое значение для изучения всех других конкретных дисциплин психологического цикла. Поэтому важной является задача диагностики знаний по данному курсу, выявление особенностей усвоения знаний по общей психологии. При этом возникает вопрос: имеет ли смысл разработка модели экспертной системы, решающей указанную задачу?
Анализ литературы по психологии, методике преподавания психологии и экспертным системам, экспертный опрос ведущих преподавателей кафедры психологии МПГУ позволили сделать следующие выводы.
Во-первых, ЭС - возможна, поскольку задача требует теоретических и методических знаний, задача принципиально имеет решение, существуют эксперты. В качестве экспертов могут выступить ведущие преподаватели психологии МПГУ.
При этом нам отводится двойная роль эксперт-инженер по знаниям, что частично снимает проблему усвоения инженером по знаниям знаний предметной области и проблему взаимодействия когнитолога с экспертом.
Во-вторых, ЭС - оправдана, так как необходимо определить уровень усвоения базовых знаний по основным разделам психологии, поскольку наличие различных школ, направлений и точек зрения порой уводит в сторону от классических основ предмета.
Кроме того, технология ЭС подходит для решения, так как задача требует оперирования символами, представляет практические интересы и имеет размеры, допускающие реализацию.
