IAI-2006 Семантическая модель знаний для целей организации контроля знаний в обучающей системе Титенко С.В., Гагарин А.А., к.т.н. sergey@idcl.org.ua Национальный технический университет Украины «КПИ» г.Киев Интеллектуальные обучающие Интернет-системы Основные насущные задачи Индивидуализация учебного процесса; построение модели студента Моделирование работы преподавателя (репетитора); проверка знаний Эффективное и многократное использование учебных материалов (контента) Предпосылки создания специальной модели знаний для целей обучения… Обучение, как процесс передачи знаний Классический процесс обучения – это «транспортировка» знаний от носителя знаний к обучаемому Преподавател ь Знания Студент Классический процесс обучения Преподавател ь Знания Система обучения Знания Студент Дистанционное обучение на основе Интернет Подходы к представлению знаний для обучающих систем Когнитивно-семантический подход Технологии, порожденные классической задачей ИИ – моделирование знаний человека Языково-дидактический подход Технологии, возникающие в контексте требований образовательного процесса. Моделирование процесса обучения Когнитивно-семантический подход – модель «Знать» Моделирование знания человека Ориентация на решение задач (а не на обучение) Ориентация на создание формального языка, не зависящего от естественного языка и пригодного для компьютерных манипуляций Недостатки в контексте обучения: Для процесса формализации знаний необходимо задействовать инженера по знаниям (кроме преподавателя) Обратный процесс передачи знаний от системы к обучаемому затрудняется из-за неумения системы «хорошо говорить» на естественном языке Языково-дидактический подход – модель «Обучать» Основывается на естественном языке, как основном средстве для передачи знаний Берет во внимание такие области, как дидактика, теория текста, герменевтика, лингвистика, понятие гипертекста Должен обеспечить процесс представления знаний, основывающийся на текущих потребностях обучаемого Проблема синтеза подходов Классический процесс обучения содержит обе составляющие: «знать» и «обучать» Преподаватель прежде всего знает предмет изучения. Но кроме этого, преподаватель должен уметь обучать Студент узнает предмет через процесс обучения «Модель знаний» преподавателя должна быть воспринята студентом посредством «модели передачи знаний» Таким образом сфера обучения ставит свои специфические требования к моделированию знаний Понятийно-тезисная модель (ПТМ) представления знаний для образовательных целей Попытка совмещения подходов «знать» и «обучать» Реализация контроля знаний на основе модели Базовые принципы ПТ-модели Задача заключается в том, чтобы формализовать знания, сделав их пригодными для компьютерного манипулирования и в то же время не утратить выразительности и универсальности естественного языка в представлении знаний в учебном процессе Модель носит текстуальный характер Знания формализуются путем выделения из текста смысловых (семантических) единиц в процессе его осмысленного чтения Семантические единицы: Понятие Понятие – предмет обсуждения, некоторый объект или процесс предметной области, о котором в учебном материале есть знания. Фактически представляет из себя одно-два слова, выделенных из текста Понятие Пример: Всякая Java программа представляет собой один или несколько классов Семантические единицы: Теза Теза – некоторая ведомость или утверждение про определенное понятие. Представляет из себя предложение, в котором речь идет о некотором понятии, но само понятие словесно в нем не фигурирует (как правило это предложение, из которого изъято подлежащее, т.е. понятие). Основной смысловой наполнитель БЗ Теза к понятию «Java программа» Пример: Всякая Java программа представляет собой один или несколько классов Классификация понятий и тез Как понятия, так и тезы могут быть отнесены к некоторому классу Классы могут быть общими, а также специфическими для конкретной предметной области Некоторые важные классы для тезы: Определение (отвечает на вопрос «Что это?») Назначение (отвечает на вопрос «Для чего?») Структура понятийно-тезисной модели и ее интеграция с учебным материалом Программная реализация работы с БЗ Процесс извлечения понятий и тез из учебного материала В процессе чтения учебного текста пользователь извлекает понятия и тезы с помощью программного интерфейса При этом пользователю практически ничего не нужно набирать на клавиатуре – все манипуляции осуществляются с помощью мыши Методология автоматического построения тестов Тест строится на основании семантических данных и их связи с учебным материалом Принцип построения задания с помощью понятий и тез В основе задания лежит принцип определения соответствия между понятиями и тезами Простейший пример задания: Соответствует ли данное утверждение понятию <имя_понятия>? <теза> Да Нет Пример: Соответствует ли данное утверждение понятию Java программа? Представляет собой один или несколько классов Да (правильный ответ) Нет Другие типы заданий Укажите утверждение, которое относится к понятию <имя_понятия> <Теза1> <Теза …> <Теза N> Другие типы заданий… Выберите понятие, о котором идет речь в утверждении <Теза> <Имя_понятия 1> <Имя_понятия …> <Имя_понятия N> Введите понятие, о котором идет речь (*) <Теза> _________ (поле ввода) (*) такого рода задания особенно эффективны на подмножестве тез-определений и тез-назначений Алгоритм построения одного из типов заданий теста Установка участка учебного материала, по которому будет проходить тестирование Случайный выбор тезы из набора тез данного участка материала – это контрольная теза Определение понятия, к которому относится данная теза – контрольное понятие Случайная выборка альтернативных тез из всей области данного курса или предметной области, которые не относятся к контрольному понятию Построение задания по данным контрольное понятие, контрольная теза, набор альтернативных тез Задание будет иметь следующий вид: Укажите утверждение, которое соответствует понятию <Имя_контрольного_понятия> <Набор_тез> Оценка пройденного теста и выработка рекомендаций Благодаря связи «теза - фрагмент учебного материала», имеется возможность точно определять тот материал, по которому тестирование прошло неуспешно Таким образом это дает широкие возможности по выработке рекомендаций, построению модели студента и управлению последующим курсом обучения Преимущества ПТМ Простота формирования БЗ (процесс осмысленного чтения) Выразительность и понятность тестовых заданий Естественное соответствие между заданиями тестов и участками учебного материала, что дает возможность строить модель обучаемого и управлять адаптацией учебного процесса Студент проходит тестирование исключительно на основании предоставленных ему учебных материалов Перспективы развития Углубление семантики. Изучение целесообразности введения в модель различных отношений между понятиями Углубление классификации понятий и тез Моделирование заданий на решение задач с помощью ПТМ Построение структурной модели учебного материала с учетом возможности автоматического построения курсов и многократного использования учебных элементов