Адаптивная обучающая система "Безопасность"

Размещено на http://www.allbest.ru/

АДАПТИВНАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА «БЕЗОПАСНОСТЬ»

А.В. Репьёв 129226, Москва, ул. В. Пика 4-1, РГСУ, avr@d-learning.ru

В работе описывается система «Безопасность», предназначенная для автоматизированного обучения и проверки знаний нормативных актов работниками станции. Особенностью данной системы является ее функционирование на основе адаптивных алгоритмов.

В рамках поставленных приоритетных задач по созданию технических решений, содействующих коренной модернизации инфраструктуры железных дорог, реализации новых подходов к обеспечению безопасности движения, постоянному контролю качества работы была разработана адаптивная система обучения «Безопасность» (рис.1), предназначенная для автоматизированного обучения и проверки знаний нормативных актов работниками станции. Отличительной особенностью данной системы является ее функционирование на основе адаптивных алгоритмов.

Адаптивная обучающая система [Границкая 1997] - система, отражающая некоторые характеристики пользователя в модели пользователя и применяющая данную модель для адаптации различных аспектов программированного обучения и контроля знаний.

Подавляющее большинство приемов адаптивного представления пользователя в системе используют знания обучаемого как источник адаптации. Уровень знаний является переменной величиной для каждого конкретного пользователя. Это в свою очередь означает, что адаптивная обучающая система (АОС), использующая знания пользователя, должна фиксировать изменения уровня этих знаний и соответствующим образом модифицировать модель пользователя [Орлов 1977].

Модель обучаемого является одним из центральных понятий современной дидактики. Потребность в её введении была вызвана необходимостью формализовать представления об обучаемом. В 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 [Гильберт, Аккерман 1947], профессиональные качества и др.

Рис. 1. Структурная схема адаптивной обучающей системы «Безопасность»

При построении адаптивной обучающей системы создана модель обучаемого, на основе которой система формирует свою реакцию на поведение обучаемого. На рис.2 представлен механизм формирования модели обучаемого на основе шаблонов.

Рис. 2. Механизм адаптации на основе шаблонов обучаемого

За основу шаблонов обучаемых принят уровень знаний обучаемого. Он является переменной для каждого конкретного обучаемого. Это означает, что механизм построения моделей обучаемых должен фиксировать изменения уровней их знаний и соответствующим образом модифицировать их модели.

Для представления знаний обучаемого использована стереотипная оверлейная структура. Стереотипная модель обучаемого различает несколько типичных или "стереотипных" обучаемых. Для каждого направления моделирования обучаемого система может иметь набор возможных стереотипов.

Стереотипная модель обучаемого также может быть представлена как набор пар «стереотип - значение», где значение может быть не только «истина» или «ложь» (как показатель того, что обучаемый принадлежит или не принадлежит к данному стереотипу), но также может быть представлено некоторой вероятностной величиной (отражающей вероятность того факта, что обучаемый принадлежит данному стереотипу).

При построении данной системы использован усложненный механизм стереотипной оверлейной структуры для представления знаний обучаемого.

Стандартный механизм построения адаптивного обучающего курса на основе стереотипной оверлейной структуры представлен на рисунке 3:

Рис. 3. Адаптивный обучающий курс с использованием стереотипной модели обучаемого.

При этом используется следующий принцип построения обучающих материалов: первоначально обучаемые получают вводные материалы по курсу (рис. 3, занятие 1). После этого все они проходят тестирование. В зависимости от результатов тестирования их следующее задание будет либо повышенной сложности (рис. 3, занятие 2(а)), либо максимально упрощенная (рис. 3, занятие (в)). Далее, опять проводится общее тестирование, определяется уровень усвоения материала, и проводится выбор следующего учебного материала.

В этом варианте модели есть существенный недостаток: обучаемый, получивший занятие 2 (а) мог усвоить только материалы, адекватные заданию 2 (в), но при этом тестирование не смогло бы адекватно определить его уровень знаний за счет унификации тестов для всех групп обучаемых. Данного недостатка лишена модифицированная модель, реализованная в системе «Безопасность» и представленная на рис. 4.

Рис. 4. Модифицированная модель адаптивного обучения.

Обучаемый после каждой лекции проходит индивидуальное тестирование в зависимости от полученного материала и в соответствии с его усвояемостью он либо остается на определенном уровне, либо переходит на более высокий уровень, либо на более низкий.

Для создания адаптивного обучающего курса необходимы следующие взаимосвязанные между собой компоненты, взаимодействующие между собой:

Электронные учебные материалы (далее - концепты, данное понятие подразумевает под собой электронный текст темы). Справочные материалы в системе представлены в виде электронных версий инструкций по движению, связи, сигнализации и базу аварийных ситуаций.

Материалы для контроля знаний. Разработанные материалы для тестирования (как линейного, так и адаптивного), позволяющие корректировать модель обучаемого и в соответствии с этим модифицировать учебные концепты.

Рассмотрим подробнее механизмы построения и действия указанных элементов, в сумме обеспечивающих механизм адаптивности.

Рассмотрим более подробно схему организации электронного материала для контроля знаний. При разработке теста преподаватель создает не единый монолит вопросов различных типов (идентификация, выбор, кросс-выбор и т.д.), а несколько множеств вопросов, каждое из которых относится к определенной тематике. Если пользователь неправильно ответил на вопрос, то появляется возможность определить, знает он тему в целом или же его пробел в знаниях касается только одного сегмента тематики, путем формирования дополнительный вопросов по той же тематике. Кроме того, формирование вопросов осуществляется не случайным образом по всему множеству вопросов теста, а из каждого множества, относящегося к определенной тематике. Это позволяет устранить недостаток того, что одна или несколько тем могли быть не охвачены тестом.

На рисунке 5 представлена модель пользователя с имеющимися шаблонами пользователей и материалами контроля знаний.

Рис 5. Модель обучаемого с имеющимися шаблонами пользователей и материалами контроля знаний

Любому элементу адаптивного обучающего курса (материалу контроля знаний, справочному материалу, лекционному) явным образом ставится в соответствие список шаблонов обучаемого (групп), которым данный материал доступен. При формировании отображения адаптивного обучающего курса программная система поэлементно обращается к каждому элементу курса и определяет его доступность в соответствии с имеющейся моделью обучаемого.

В случае использования метода дополнительных объяснений система определяет маркер в лекции, указывающий о наличии дополнительного объяснения, определяет доступность данного объяснения для указанной группы пользователя, и в случае подтверждения доступности, дополняет лекцию найденным дополнительным материалом.

Самостоятельная работа (упражнения-уроки). Основной структурной единицей самостоятельных работ является «Упражнение-урок» - совокупность графических заданий с вариантами ответа и пояснениями ошибочных действий обучаемого.

Есть две основные цели для вовлечения работников станции в различные виды деятельности в обучающей системе. Первая цель - оценка: оценивание понимания обучаемого и его прогресса - это позволить им сделать что-либо, что может показать их понимание и оценить результаты. Вторая цель - самообучение [Атанов 2001]. Через такие действия, как решение задач и исследование обучаемые могут пройти к пониманию предмета, сделать его своей интеллектуальной собственностью. В Web-практике обучения есть ясное различие между двумя группами действий. Объективные действия (тесты) (да/нет вопросы, вопросы с множественным выбором, вопросы с короткими ответами) созданы для проверки понимания обучаемого и предполагают минимальное творчество. Функциональные действия (или упражнения) вовлекают обучаемых в решение серьезных задач, разработку или исследование. Курс обучения подразделяется на уроки, содержащие до 10-ти кадров-заданий и необходимое количество обучающих кадров. Тестирование в большей степени направленно на оценку знаний обучаемого, а уроки больше ориентированы на его обучение.

На рисунке 6 представлена схема формирования уроков:

В уроках задается определенная ситуация, которая может возникнуть в процессе производственной деятельности работника, и последний должен принять решение, адекватное заданной ситуации в плане соответствия нормативным актам и обеспечения безопасности движения. В случае принятия неправильного решения система выдает обучаемому поясняющий кадр, в котором дается полное разъяснение допущенной ошибки, правильные действия со ссылкой на пункты ИДП и аварийные ситуации, произошедшие при ошибке такого типа, т.е. осуществляется наряду с тестированием, автоматизированное обучение работника.

Рис.6. Схема формирования уроков

безопасность дистанционный обучение

Задание и варианты решения составляются таким образом, чтобы правильное решение обучаемый мог принять только при безупречном знании требований нормативных актов по безопасности движения и умении быстро применить их на практике в условиях различных нестандартных ситуаций. Ситуации группируются на основе классификатора аварийных ситуаций. Классификатор аварийных ситуаций формируется путем анализа и обработки базы аварийных ситуаций интеллектуальным модулем системы, работающим по алгоритму поиска согласованной структуры множества взаимосвязанных объектов, каждый из которых представляет собой слабо формализованные и неструктурированные данные. В уроках моделируются ситуации с отправлением, прохождением поездов на станции, взаимодействие с подчиненными структурами и исполнителями, ведение документации, подача ручных аварийных сигналов.

Данная концепция формирования уроков была предложена и обсуждена в [Дулин, Репьёв КИИ-2004], [Дулин, Репьёв ВЦ 2004], [Дулин, Репьёв 2005].

В настоящее время система «Безопасность» внедрена и успешно функционирует на Куйбышевской железной дороге.

Список литературы

1. Границкая С.В. Адаптивная система обучения. М.: Просвещение, 1997.

2. Орлов А.И. Проблемы устойчивости и обоснования решений в теории экспертных оценок // Стратегические методы анализа экспертных оценок. -М.: Наука, 1977.

3. Гильберт Д., Аккерман В. Основы теоретической логики. -М.: Государственное издательство иностранной литературы, 1947.

4. Атанов Г.А. Деятельностный подход в обучении. -Донецк.: ЕАИ-пресс, 2001.

5. Дулин С. К., Репьёв А.В. Адаптивная система дистанционного обучения по курсу «Базы данных». / /КИИ-2004. Тверь. 2004. Т.1. С.50-54.

6. Дулин С. К., Репьёв А.В. Адаптивное средство обучения в среде SQL-подобной СУБД. // Вычислительный центр им. А.А. Дороницына РАН. Москва, 2004. 22 с.

7. Дулин С. К., Репьёв А.В. Обучающая система корректного сопровождения геоинформационной системы (ГИС). // Научная сессия МИФИ-2005. Сборник научных трудов. М.: МИФИ, 2005. Т.3. С.44-46.

Размещено на Allbest.ru