ПРОГРАММА УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ ВИРТУАЛЬНЫМ АГЕНТОМ

ВВЕДЕНИЕ

Создание современных электронных учебных курсов (ЭУК) в настоящее время наталкивается на ряд проблем:

1. Лекторы обладают оцифрованными материалами лекций и значительно реже презентациями. Создавать ЭУК, способные работать под управлением автоматизированных обучающих систем, сочетающих обучающие цифровые технологии и умеющие распараллеливать учебный процесс на уровни сложности, в зависимости от уровня подготовки каждого отдельного студента, они не умеют и как правило не очень сильно хотят этого;
2. Отсутствуют удобные разработанные методики для разработки современных ЭУК;
3. Практикующие Специалисты как правило не осведомлены о современных типах и видах учебных занятий, которые реализуются посредством информационных технологий (веб 2.0) в том числе с использованием интернета и облачных ресурсов.

 Исходя из этого можно сформулировать задачи, реализуемые на современном этапе разработчиками ЭУК:

1. Современные ЭУК должны быть ориентированы (приспособлены) на реализацию современных типов и видов учебных занятий с использованием цифровых технологий;
2. Пользование современными ЭУК не должно вызывать трудности как у лекторов, так и у студентов;
3. ЭУК должны быть защищены от создания пиратских копий (тиражирования), обеспечивая авторские права;
4. ЭУК должны быть собственностью учебных заведений (авторов), храниться в электронных библиотеках учебных заведений, использующих облачные ресурсы.

Перейдём к решению поставленных задач. Создание одной программы, отвечающей всем изложенным требованиям и позволяющей решить все поставленные (сформулированные) задачи крайне сложно. Различные ЭУК требуют, как правило, порой индивидуального подхода. Это возможно обеспечить за счёт использования модульной структуры программы. Устранить трудности и недоверие к современным ЭУК со стороны лекторов, возможно, если предложить им следующую организацию работы над учебными материалами:

• со стороны лектора требуется предоставить оцифрованные материалы лекции;
• Далее в работе участвуют две программы (два программных модуля):
  • Первая программа – программа управления интеллектуальным виртуальным агентом (многоуровневого последовательно-фреймового тьютора)[1][1] — рассматривается в данной статье, и
  • Вторая программа – программа структуризации текстов при работе с виртуальным агентом – рассматривается в отдельной статье.

Рассмотрим последовательно все этапы разработки ЭУК.

1. Подача авторами оцифрованного материала:

При данной методике от преподавателя не требуется никаких дополнительных знаний умений работы с информационными технологиями. Учитывая разнообразие точек зрения преподавателей, достаточно трудно выработать общий подход. Мы исходили из условия, что преподаватели будут сотрудничать с разработчиками, если будут отсутствовать дополнительные ограничения или требования, достаточно, чтобы материал был оцифрован. Предлагаемый для разработки ЭУК лекционный материал передаётся разработчикам и сохраняется как исходный файл в соответствующей области базы данных. Затем, копия данного файла поступает на обработку двумя программами: программой по структуризации контента и программой управления тьютора (движок).

• Материал обрабатывается при помощи программы по структуризации контента (материал разбивается на соответствующие модули, содержимое которых ранжируется по сложности внутри каждого модуля);
• Процедура предъявления модулей производится последовательно один за другим, с учётом возникающих, во время учебного процесса, ситуаций. Эту функцию реализует программа управления тьютора.

Результаты предварительной обработки материалов ЭУК заносятся в базу данных. Такому ЭУК присваивается соответствующий индекс и наименование. Эти параметры заносятся в каталог электронной библиотеки в качестве ЭУК.

2. Разбиение материала.

Задачи, решаемые программой по структуризации контента, рассматриваются в другой статье. Отметим, что в базе данных хранится файл, полученный из исходного, представляющий собой совокупность ранжированных вопросов.

3. Программа управления тьютора

Процедура предъявления модулей производится, как было указано выше, последовательно один за другим. Именно на этом этапе реализуются функции решения педагогических задач:

• Задание сложности вопросов;
• Предъявление вопросов соответствующей сложности (при этом решается задача адаптации программы к уровню возможности усвоения материала студентом);
• Оценка ответа и принятие решения о следующем блоке вопросов и его уровне сложности;
• Переход к обработке результатов и представление их в виде диаграммы экспресс-диагностики.

Рассмотрим работу программы управления тьютора на примере. На рисунке 1 представлена форма с блоком вопросов.

Рисунок 1 – Форма для обучения студента.

Предлагаемая форма предполагает наличие элементов, посредством которых можно выбрать соответствующий уровень вопросов. Соответственно, на форме размещены кнопки, предлагающие выбор уровня сложности вопросов.

Вопросы с различными уровнями сложности, передаются по запросу к базе данных, где расположены эти модули. Для передачи блока вопросов на форму нам необходимо посредством SQL-запроса обратиться к базе, передав в качестве параметра запрошенные уровни сложности и предмет. После получения ответа от базы мы сохраняем полученные данные и демонстрируем их в соответствующих полях формы, где они индицируются после нажатия на соответствующие клавиши.

Предъявление вопросов соответствующей сложности производится за счёт реализации алгоритма анализа ответов студента на предыдущих шагах. Здесь решается так называемая «задача адаптации» — анализируется успех студента на предыдущих шагах (правильность ответа на вопрос), что является основанием для предъявления вопросов соответствующего уровня сложности. Данная задача реализуется за счёт специального алгоритма, который учитывает все эти факторы и выдаёт соответствующие вопросы, исходя из результатов его работы.

За время работы студента с предлагаемым модулем, все его ответы сохраняются в базе данных. Таким образом, в течение лекции мы можем получить информацию о деятельности студента, и в реальном масштабе времени корректировать её (лекции) содержимое. Эта задача экспресс — диагностики в программе решена при помощи построения лепестковой диаграммы. Диаграммы данного типа отличаются от других тем, что они способны показать тенденции процесса на ранней стадии его реализации. Именно это качество позволяет определить дальнейшее направление работы со студентами. Рассмотрим анализ учебного процесса с помощью экспресс — диагностики более подробно.

4. Формирование статистики. Экспресс-диагностика.

В течение лекции программа управления тьютором в реальном масштабе времени отражает результат усвоения (когнитивность) лекции студентами, что позволяет преподавателю оперативно реагировать на возникающие вопросы и пояснять необходимые моменты в течение лекции. В программе это реализовано за счет лепестковой диаграммы. На ней отражена количественная мера результатов изучения данного курса (рисунок 2). Вопросы, как было отмечено, не равноценны. Студентам предлагаются вопросы базового уровня (на диаграмме они отмечены красным цветом), зелёным цветом маркируются вопросы повышенного уровня сложности, а синим цветом изображаются вопросы продвинутого уровня. Взаимное расположение лепестков диаграммы показывает статистику успешных ответов по каждому уровню сложности. Преподаватель может оценить качество учебного процесса, на каком уровне  и как усвоен материал студентами. Здесь индицируется усвоение в целом, усвоение по различным группам сложности, соотношение между этими группами. Подобная дифферентация позволяет преподавателю объективно оценить качество учебного процесса и сформулировать задание на внеаудиторную работу, пригласить некоторых студентов на дополнительные занятия и повторить, при подведении итогов лекции, те фрагменты, которые вызвали наибольшие трудности усвоения. Именно в этом основная полезность лепестковых диаграмм, так как в этом случае преподаватель получает анализ учебного процесса автоматически, без потерь учебного времени. Как следствие – коррекция лекции может быть проведена своевременно, а студентам, показавшим различные уровни усвоения, при необходимости определяются типы и объёмы дополнительного обучения. [2] Что бы пояснить сказанное, рассмот
рим рисунок 2 — форму результатов обучения студента. Рассмотрим пример.

Рисунок 2 — Форма результатов обучения студента.

Обратим внимание на ось «Пункт 5». На ней отражены результаты учебного процесса по определённому пункту (категории вопросов). Отметим, что на данной оси усвоение в целом и усвоение по различным группам сложности ниже, чем на остальных осях (4 ответа базового уровня, 2 ответа повышенного и 1 продвинутого). Это показывает, что усвоение материала данного пункта идёт достаточно затруднительно, и его следует дополнительно проработать: повторить и дополнительно разъяснить детали вопроса, рекомендовать необходимую литературу по теме, предложить дополнительные задания и решить примеры.

Вернёмся к нашему примеру. Для подробного рассмотрения информации по определённому пункту необходимо сделать следующее:

1. Щелкаем левой кнопкой мыши на лепестковой диаграмме (рисунок 2) на необходимую точку для рассмотрения.
2. После щелчка появляется диалоговая форма-подсказка (рисунок 3), в котором подробно описан вопрос, правильный вариант ответа и уровень сложности вопроса. Также на форме находятся кнопки, при помощи которых возможно просмотреть список студентов, ответивших на вопрос, а также отредактировать данный вопрос на лету.

Рисунок 3 – Диалоговая форма-подсказка для описания вопроса

Преподаватель имеет возможность выбрать необходимое продолжение учебного процесса.

ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение было разработано на языке C# при помощи графической библиотеки Windows Forms. Также в приложении используется база данных, созданная при помощи СУБД Microsoft SQL Server.

Описание структуры базы данных.

При проектировании приложения одним из самых важных критериев является правильная структура баз данных. На рисунке 4 отражена структура базы данных для данного приложения.

Рисунок 4 – Диаграмма структуры базы данных программы

Перечислим основные элементы (таблицы) этой структуры:

• таблица “Роль объекта” (Roles) — содержит в себе допустимые роли пользователей приложения (например, студент, преподаватель);
• таблица “Объект взаимодействия с системой” (Actor) — содержит конкретный список пользователей, их имена и идентификаторы;
• таблица “Уровень сложности ответов” (Level) — определяет уровни сложности для вопросов (например, базовый, повышенный, продвинутый);
• таблица “Предметы” (Subject) — определяет список предметов, которые могут быть доступны для изучения;
• таблица “Категории” (Category) — определяет ключевые пункты(абзацы) определённого предмета;
• таблица “Попытки” (Attempt) — устанавливает попытки обучения определённого предмета;
• таблица “Вопросы” (Question) — содержит информационную часть обучающей системы (абзацы, вопросы, ключевые слова);
• таблица “Ответы” (Answer) — содержит информацию об ответе студентом на заданный вопрос.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка и создание ЭУК определяет преодоление «цифрового барьера» [3] в области образования в целом. От количества и качества ЭУК зависит уровень электронных библиотек, доступность дистанционного и электронного обучения, виды и типы аудиторных занятий с использованием цифровых технологий. Именно поэтому в предлагаемой статье основное внимание уделено разработке ЭУК. Предлагаемая организация разработки и последующей эксплуатации ЭУК позволяет:

• Преподавателям:
  • Проводить занятия на современном уровне, используя для учебных целей цифровые типы и виды электронного обучения;
  • Обеспечивать высокое качество учебного процесса за счёт экспресс – диагностики и реализации обратных связей в реальном масштабе времени;
  • Эффективно работать со студентами разного уровня подготовки;
  • Адресно предлагать задания и литературу студентам по результатам их деятельности во время учебного процесса;
  • Активно участвовать в разработке и создании (модернизации) ЭУК, так как для этого не требуется дополнительных навыков и владения специальными информационными технологиями;
  • Получают простое в эксплуатации и весьма информативное (эффективное) дидактивное средство поддержки учебного процесса;
  • Получать авторские права за разработанные ЭУК;
  • Получать оплату за использование ЭУК другими университетами и преподавателями.
• Студентам:
  • Обеспечивает усвоение предлагаемого материала на уровне, соответствующем возможностям восприятия материала на данный момент;
  • Мотивированность во время учебного процесса;
  • Возможность самостоятельно выбирать темп усвоения учебного материала и его сложность (доступность);
  • Получать информацию о реальном уровне достигнутых результатов.
• Разработчикам программного обеспечения:
  • предоставляется возможность размещения продукта в электронных библиотеках и облачных ресурсах;
  • соблюдение авторских прав;
  • оплата за использование ЭУК и программного обеспечения другими разработчиками и университетами;
  • предоставлять в качестве сервиса приложения для разработки оригинальных ЭУК сторонними специалистами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Рогальский Е.С. Облачные технологии и их роль в развитии электронного обучения / Е.С. Рогальский // Научный журнал «Исследования наукограда» № 1 (7), Январь-март 2014-1, с.42-49.
2. Рогальский, Е.С. Проектирование технологий и новых форм электронного обучения с помощью математических моделей / Е.С. Рогальский – Инновационные образовательные технологии. – 2014. – № 2 (38). – С. 33-39.
3. Концепция информатизации системы образования Республики Беларусь на период до 2020 года. Утверждена Министром образования Республики Беларусь С.А.Маскевичем 24 июня 2013 года.

[1] Многоуровневый последовательно-фреймовый тьютор – виртуальный тьютор (программа) с элементами искусственного интеллекта, предлагающий вопросы различного уровня сложности (в зависимости от уровня подготовки обучаемых) в каждом кадре (диалоговом окне) последовательно.[schema type=»book» name=»ПРОГРАММА УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ ВИРТУАЛЬНЫМ АГЕНТОМ» description=»Инструментальное современное программное обеспечение позволяет создавать электронные учебные курсы из оцифрованных материалов лекций через взаимодействие двух программных модулей. Параллельно решаются задачи экспресс-диагностики, которые позволяют в режиме реального времени улучшить качество обучения.» author=»Рогальский Евгений Сергеевич, Щербенок Кирилл Андреевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-10″ edition=»euroasia-science.ru_29-30.12.2015_12(21)» ebook=»yes» ]