Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Типы автоматизированного обучения и стратегические возможности II
1. Основные понятия II
2. Программно-управляемое обучение 25
3. Автоматизированная проверка знаний 42
4 Автоматизированное тренирование 45
5. Проверка гипотез с помощью моделирования 48
6 Структурно-управляемое обучение 50
7. Обучение принятию решений 55
8. Генеративное обучение 59
ГЛАВА II. Управление обучением в АСО ЭКСТЕРН 70
1. Стратегия программно-управляемого обучения 70
2. Встроенная стратегия программно-управляемого обучения 88
3. Стратегия структурно-управляемого обучения 96
4. Стратегия автоматизированной проверки знаний 101
5, Использование дополнительных типов обучения 105
ГЛАВА III. Реализация стратегических алгоритмов в АСО ЭКСТЕРН 108
1. Обучающая подсистема АСО ЭКСТЕРН как средство реализации алгоритмов управления обучением 108
2. Организация учебного материала 113
3. Модули стратегии 132
4. Особенности программной реализации и эксплуатации стратегических алгоритмов
Заключение
Литература
- Автоматизированная проверка знаний
- Обучение принятию решений
- Стратегия структурно-управляемого обучения
- Модули стратегии
Автоматизированная проверка знаний
Определение индивидуальных характеристик обычно служит для задания начальной степени сложности единицы (напр., в системе SOCRATES ). Однако, в универсальных АСО индивидуальные характеристики обучаемого оказывают существенное влияние на вид предъявляемой ему обучающей программы, т.е. в конечном счете на стратегию обучения. Например, в АСО CAST В некоторые стратегии обучения определяются в зависимости от так называемой стратегической диспозиции 40 ] , выявляемой посредством сложного психологического тестирования обучаемых на доучебной фазе,Стратегическая диспозиция, в частности, условно делит обучаемых на "холистов" (от англ. wriot -целый, весь) и"сериалистов" (от англ. 5e? tf - последовательный). Первые в состоянии продвигаться к достижению сразу нескольких локальных целей обучения и умеют использовать при выполнении учебных заданий отношения высшего порядка между отдельными понятиями учебного материала (прежде всего, отношения аналогии). Вторые способны лишь к строго последовательному достижению локальных целей обучения и оперируют лишь отношениями низкого порядка. Очевидно, что "холис-ты", и "еериалисты" могут достичь конечной цели обучения, однако обучающие программы для них (и соответственно стратегии) должны быть принципиально разными. Экспериментальные данные показывают [40] , что в случае соответствия стратегии и стратегической диспозиции имеет место научение, приводящее к достижению конечной цели, а в случае их несоответствия научение не происходит вообще.
Система повторения учебного материала. Для программно-управляемого обучения та или иная система повторения может быть введена для единиц, начиная со структурного уровня, следующего за уровнем кадра.
Например, в [5зЗ предлагается так называемая унитарная разветвленная обучающая программа, состоящая из группы по 2-4 информационных и 6-8 вопросных кадров. Информационные кадры излагают некоторое составное понятие, а пары вопросных кадров (для повышения надежности контроля) проверяют усвоение частей этого понятия, излагаемых одним информационным кадром. В случае неправильного ответа на оба вопроса пары обучаемый вынужден повторно проработать понятие, но начиная лишь с той его части, относительно которой он ошибся. Таким образом, для группы из трех информационных кадров обучаемый повторяет либо все понятие, либо последние 2/3, либо последнюю Ї/3 понятия. Такая система повторения обеспечивает адаптацию по частоте правильных ответов обучаемого, но при этом индивидуализируется не сложность учебного материала, а его объем.
Для относительно простых АСО повторение сводится к возвращению обучаемого "назад" по обучающей программе (см.формулу (7) для системы НАСТАВНИК). В развитых АСО (напр., SOCRATES ) повторение осуществляется по предыстории работы обучаемого:согласно результатам выполнения учебных заданий повторяются лишь те единицы, которые излагают понятия, наиболее слабо усвоенные обучаемым.
Отсылка к преподавателю. Как указывается в [20] , отсылка обу чаемого к преподавателю в сочетании с обращением обучаемого к не программированным учебным пособиям индивидуализирует способ изло жения учебного материала (по сочетанию автоматизированного обуче ния с "традиционным") и тем самым является одним из факторов адап тивности АСО. Обычно отсылка к преподавателю производится в случае временной невозможности применения стратегического алгоритма к дан дому обучаемому. Например, в АСО НАСТАВНИК эта ситуация возникает, когда в результате переходов обучаемого по формуле (7) ему должна предъявляться в качестве следующей "низшая" единица V0 ,
Отсылка обучаемого к преподавателю может производиться и в том случае, когда некоторый параметр процесса обучения для данного обучаемого превысит допустимое значение, заданное автором обучающей программы или заложенное в систему. В частности, в АСО НАСТАВНИК таким параметром является число возвратов обучаемого к предыдущей единице (к 1Тт-1 в формуле (7)), а в системе К0ДТШІ-СОАВТ0Р- время усвоения данной единицы.
Модель обучаемого. В АСО, реализующих программно-управляемое обучение, обычно используются простые модели обучаемого, представляющие собой те или иные наборы счетчиков, значения которых автоматически корректируются системой. Например, в системе Палояна предусмотрены счетчики правильных, неправильных, непредвиденных и не уложившихся по времени ответов обучаемого, а в системе СЇЇ0К-счетчики разного рода временных интервалов, связанных с текущим положением обучаемого в курсе. Своеобразной моделью обучаемого является и автоматически корректируемый путь следования обучаемого по обучающей программе, т.е. последовательность номеров пройденных единиц (такая модель существует, например, в системе Палояна). Следует отметить, что модели в виде счетчиков или хранимого пути следования могут быть реализованы не системой, а автором обучающей программы в случае, если АСО дает возможность автору получать доступ к индивидуальным переменным обучаемого и выполнять над ними некоторые операции (хотя бы арифметические).Именно такой подход к модели обучаемого принят во многих современных АСО (нарп., в системах PLATO IV , СПОК). В некоторых АСО (напр., в S0CAATFS и в
Обучение принятию решений
Система повторения учебного материала. Отсылка к преподавателю. Если обучаемый не достиг локальной цели обучения для единицы, он шлеет право повторить попытку, cлo таких повторений обычно ограничивается (равно трем в АСО TICCIT и является значением некоторого операционного параметра в системе Аллена). В случае, когда локальная цель так и не была достигнута после максимального числа повторений, обучаемый отсылается системой к преподавателю, который может разрешить еще несколько попыток по своему усмотрению.
Селективность. В условиях структурно-управляемого обучения строгая последовательность в достижении локальных целей совершенно не обязательна. Если обучаемый сразу достиг локальной цели обучения для единицы достаточно высокого уровня, ему не нужно подтверждать это достижение для единиц более низкого уровня, образующих данную единицу.Селективность поддерживается также средствами управляющего языка, позволяющими обучаемому получить доступ к описанию локальной цели обучения для той или иной единицы; ознакомившись с описанием локальной цели, обучаемый может принять решение о пропуске данной единицы.
В настоящее время во многих областях науки и техники выделился класс эргатических систем, реализующих сложные динамические процессы, ход которых зависит от решений, принимаемых человеком-оператором. В связи с этим возникла необходимость специального обучения частности, операторов эргатических систем), направленного на выработку умений и навыков анализа проблемных ситуаций и принятия решений в условиях, близких к реальным (нехватка информации, ограничения по времени и т.д.).
При обучении принятию решений обучающая программа строится автором обычно в вцде модели действий, изображаемой совокупностью возможных ситуации. Эта совокупность представляется, как правило, некоторой древовидной структурой данных, корнем которой является начальная ситуация, выданная обучаемому в качестве условия задачи, а терминальными вершинами - возможные окончательные ситуации. Переход от одной вершины дерева к другой соответствует переходу от более общего заключения обучаемого к более частноглу, т.е. одному шагу мыслительного процесса обучаемого. Например, в системе Варэ, обучающей оперативной медицинской диагностике, корню дерева соответствует предварительный диагноз, терминальным вершинам - окончательные диагнозы в зависимости от результатов лабораторных исследований "больного", а промежуточным вершинам - некоторые частные умозаключения обучаемого, исключающие другие диагнозы или приводящие по замыслу автора программы в "тупики". Такая структура учебного материала позволяет однозначно определить, приводит ли данное решение обучаемого к требуемой конечной ситуации, и, если не приводит, сообщить обучаемому о возможных причинах этой неудачи.
В [44]описываются две разновидности (стратегии) обучения принятию решений, различающиеся по степени свободы выбора обучаемым текущей ситуации. В случае управляемого принятия решения обучаемый в своих умозаключениях с необходимостью следует ходу рассуждений автора программы; любое отклонение от этого пути немедленно констатируется, поясняется и исправляется системой. В случае свободного принятия решения обучаемый имеет возможность вести собственный некорректируемый поиск решения; этот процесс анализируется и комментируется системой лишь после его окончания. В АСО, реализующих обе эти стратегии (напр., в системе Варэ), объем учебной информации, предъявляемой обучаемому в обоих случаях, примерно одинаков. Однако, границы применения описанных выше стратегий принци пиально различны. Если стратегия управляемого принятия решения эффективна в области развития правильной методики рассуждений обучаемого, то стратегия свободного принятия решения незаменима для приближения обучаемого к реальным условиям его будущей работы. Таким образом, эти две стратегии в известном смысле дополняют друг друга.
Следует отметить особую важность информирования (см. ) при обучении принятию решений как средства получения обучаемым дополнительных данных, повышающих обоснованность принтіаемого им решения. Например, в системе Варэ такими дополнительными данными являются результаты лабораторных и клинических исследований "больного". Б принципе можно представить процесс обучения принятию решений и без использования информирования, однако, поиск решения в этом случае будет производиться методом "проб и ошибок", что существенно снизит ценность обучения. Итак, в условиях обучения принятию решений обучаемый получает как объективную информацию от модели действий (описание текущей ситуации, дополнительные данные и т.п.), так и комментарии автора программы по поводу того или иного действия обучаемого. В большинстве случаев мелку этими двумя источниками информации нет никакого взаимного влияния. В частности, автор никак не может инициировать предъявление каких-либо дополнительных данных без запроса обучаемого.
Стратегия структурно-управляемого обучения
Индивидуальные характеристики обучаемого. Любой курс для обучаемых категорий В и Г открывается вводным разделом, содержащим, поїжмо краткой информации о курсе, ряд профессиональных и психологических тестов для обучаемого. Профессиональное тестирование используется: Ї) для надежного определения принадлежности данного обучаемого к категории В либо Г; 2) для дополнения результатов психологического тестирования. Тесты первого направления представляют собой специально подобранные учебные задания по тематике курса обучения. Тесты второго направления (которые могут отсутствовать) выясняют, в каком объеме и с какими целями хочет обучаемый изучить данный курс, какие он имеет для этого начальные знания, заинтересован ли он в успешном научении по данному курсу и т.д.
Стандартная методика психологического тестирования, принятая в АСО ЭКСТЕРН, предполагает использование тестов для измерения работоспособности обучаемого, переключаемости его мыслительных процессов, отвлекаемости обучаемого и манипулятивности его интеллекта (т.е. его способности логическими методами делать выводы по аналогии).
На основании результатов профессионального и психологического тестирования обучаемого во вводном разделе, определяется его категория (В или Г), начальный уровень успеваемости, а также две дополнительные характеристики, уточняющие параметры стратегического алгоритма для данного обучаемого: среднее время реакции обучаемого ( Т ). и номер профессионально-психологической группы обучаемого ( Q- ). Принадлежность обучаемого к той или иной профессионально-психологической группе (ППГ) дает некоторое представление об особенностях его мыслительного процесса, а также показывает степень потенциального усвоения им учебного материала. Не вдаваясь в подробности определения Ти заметим, что автор курса или преподаватель имеет возможность уточнить эти характеристики путем повторных тестирований обучаемого в процессе его работы над курсом. Кроме того, автор курса, не удовлетворившийся стандартной методикой тестирования, имеет возможность написать свои собственные тесты.
Более подробно процесс тестирования в АСО ЭКСТЕРН описан в 5.
Сложность единицы. Правильность ответа обучаемого. В системе ЭКСТЕРН принят субъективный подход к оценке сложности (см. гл.І,ї) для единиц двух структурных уровней-блоков и кадров. Механизм внешнего управления, действующий при переходе обучаемого от одного блока к другому, фактически устанавливает распределение набора обучающих программ главы по степеням сложности. Каждая обучающая программа набора характеризуется (фиксированной степенью сложности, примерно соответствующей уровню успеваемости обучаемого. Более точно, если для каждого блока Bj t т.е. л -го блока обучающей программы і -го уровня ( і - Ї,2,..., ; І = 1,2,..., N{ ), значению нормы усвоения j поставить в соответствие некоторую субъективно определяемую сложность 7/ » т0 Д 1 наиболее типичной организации набора обучающих программ в рамках главы автором курса должно быть обеспечено выполнение следующих неравенств: г
Субъективная оценка сложности на уровне кадра предполагает возможность приписывания автором курса определенной степени сложности выбранным им информационныгл или вопросным кадраїл. Авторский язык АСО ЭКСТЕРН допускает пять градаций степени сложности кадра, выраженных в качественной форме: "особо простой", "простой", "обычный", "сложный", "особо сложный". Ниже градацию степени сложности кадра мы будем обозначать через V
Алгоритм определения уровня успеваемости обучаемого, принятый в АСО ЭКСТЕРН, использует в качестве начальных данных веса кадров текущего блока. Считается, что весом обладают лишь информационные и вопросные кадры, причем для последних допускается несколько значений веса в зависимости от правильности ответа. АСО ЭКСТЕРН допускает ответы с множественным выбором, конструируемые и выборочно- конструируемые їб]] .Б результате анализа ответа система квалифицирует его как правильный, неправильный или непредвиденный либо отмечает отсутствие ответа в определенное время. Вес кадра определяют наборы системных параметров, зависящие от градации степени сложности у для данного кадра и от типа кадра.
Модули стратегии
Факт достижения локальной цели раздела устанавливается по каноническому выходу из заключительного блока этого раздела (см. Выход О на рис. 8), а факт достижения локальной цели курса-по каноническому выходу из заключительного раздела (т.е. по каноническому выходу из каждого заключительного блока, входящего в заключительный раздел). Таким образом, инициирование обучаемым проверки достижения локальной цели обучения приводит в случае блока к определению веса блока и проверке выполнения неравенства (22), в случае раздела - к предъявлению его заключительного блока, а в случае курса -к предъявлению его заключительного раздела.
В системе ЭКСТЕРН предусматриваются описания локальных целей обучения для всех единиц обучающей программы. Описание локальной цели доступно обучаемому через информационную базу системы (см. 5) по указанию имени единицы. Как правило, описание локальной цели содержит примерный вид одного из учебных заданий, проверя ющих достижение этой цели, и перечень предпосылок, выраженный в терминах единиц того же структурного уровня. Обучаемый имеет также возможность получить схематическое изображение любой единицы уровня выше блока (так называемую карту единицы) в терминах единиц более низкого структурного уровня. На этой карте система отмечает единицы, локальные цели которых достигнуты к данному моменту.
Карта раздела обеспечивает обучаемому доступ не только к основным учебным блокам, но и к дополнительным учебным_блокам, содержащим мотивационно насыщенный и, как правило, усложненный учебный їлатериал, относящийся к понятиям, изучаемым в данном разделе. Необходимым условием доступа к дополнительным учебным блокам является достижение локальных целей для нескольких, фиксированных автором, основных учебных блоков данного раздела. Обучаемый имеет возможность проверить достижение локальной цели для дополнительного учебного блока, однако результат этой проверки не отразится в его предыстории и не повлияет на его дальнейшую работу. Находясь в данном разделе, обучаемый может обращаться к соответствующим дополнительным учебным блокам не более X раз ( X - параметр системы, который может изменяться преподавателем в процессе обучения).
Предыстория работы обучаемого. Реализуя структурно-управляемое обучение, АСО ЭКСТЕРН обеспечивает хранение предыстории работы обучаемого в терминах достигнутых и не достигнутых им локальных целей. Такая предыстория используется системой в трех случаях: О для отметки достижения локальных целей в запрошенной обучаемым карте единицы; 2) для предупреждения попыток обучаемого по ошибке инициировать проверку достижения локальных целей, которые уже были им достигнуты; 3) для выдачи по запросу обучаемого обоснованных рекомендаций относительно его дальнейших действий. В последнем случае система, исходя из предпосылок локальных целей и из предыс тории работы обучаемого, "подсказывает" ему кратчайший путь достижения локальных целей для единиц, указанных в запросе.
Система повторения учебного материала. Отсылка к преподавателю. В случае, если обучаемый не достиг локальной цели обучения для раздела или для курса, ему предъявляется список учебных единиц более низкого структурного уровня (соответственно, блоков или разделов) , которые ему рекомендуется повторить перед следующей попыткой достижения этой цели. Естественно, специфика свободного научения делает такую систему повторения не обязательной для обучаемого, а лишь рекомендательной. Соответствие между причиной недостижения локальной цели (т.е.фактически между номером і дополнительного пути следования ( і Ф 0), см.рис. 8) и списком повторяемых учебных единиц устанавливается автором учебного материала средствами авторского языка. В любом случае обучаемый имеет право повторить попытку достижения локальной цели для конкретной единицы в случае ее недостижения, если общее число таких попыток не превосходит значения параметра Т , которое устанавливается автором курса и может изменяться преподавателем в процессе обучения. Если после Т попыток локальная цель единицы так и не была достигнута обучаемым, он отсылается к преподавателю, который по своему усмотрению может разрешить ему еще несколько попыток достижения локальной цели.
