Разработка обучающей системы по дисциплине 'Экспертные системы'

Разработка обучающей системы по дисциплине 'Экспертные системы'

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Принципы разработки и применения обучающих систем

.1 Основные характеристики современных автоматизированных обучающих систем

.2 Требования к электронным образовательным ресурсам

.3 Технологии создания электронных учебно-методических комплексов

.4 Основные принципы применения компьютерных обучающих систем

. Основы визуального программирования

.1 Объектно-ориентированная среда программирования delphi

.2 Структура программ delphi

.3 Структура проекта

.4 Структура модуля

.5 Элементы программы

.6 Принципы создания html - документов

.7 Сфера применения программы

. Руководство пользователя

.1 Описание установки программного продукта

.2 Описание интерфейса программы

. Техника безопасности при работе за компьютером

.1 Типовая инструкция по охране труда

.2 Требование к помещениям

.3 Требования к освещению

.4 Мероприятия по защите от вредных и опасных факторов.

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В современном мире, идущем по пути глобализации, способность быстро адаптироваться к условиям международной конкуренции становится основным фактором успешного и устойчивого развития. Вступление Казахстана в Болонский процесс по своей сути явилось первой ступенью на пути интеграции в международное образовательное пространство.

Кардинальные качественные изменения в системе образования РК способствуют интеграции образовательной системы в международное образовательное пространство, выразившейся в подписании государством Болонской декларации, а вузами - Великой Хартии университетов, когда-то легшей в ее основу. Без всякого преувеличения можно утверждать, что в настоящее время формируется новая образовательная реальность [1].

Именно поэтому реформирование и совершенствование системы образования и науки является определяющим фактором решения большинства проблем. Меняется парадигма образования, которую характеризуют не только высокое качество профессионального образования, но и новая философия образования как фундамент гражданского общества.

Новые образовательные технологии сопровождают результаты значительных научных исследований. Так, развитие кибернетики и вычислительной техники обусловило развитие программированного обучения.

Результаты исследований закономерностей развития человеческого мышления привели к развитию проблемного обучения. Деятельностный подход возник на основе исследований психологов и философов в области человеческой деятельности.

Тенденции развития современных образовательных технологий напрямую связаны с гуманизацией образования, способствующей самоактуализации и самореализации личности.

В некоторых технологиях обучения рассматривается как системный метод создания, применения и определения всего процесса преподавания и усвоения знаний с учётом технических, человеческих ресурсов и их взаимодействия.

На смену отдельным формам и методам активного обучения, делающим процесс обучения разорванным на части, приходят целостные образовательные технологии вообще и технологии обучения, в частности. Технологичность учебного процесса состоит в том, чтобы сделать учебный процесс полностью управляемым.

Образование вошло в число основных государственных приоритетов многих стран мира. Большинство из них сегодня приступили к радикальным изменениям, стремясь создать гибкую мобильную систему высшего образования, отвечающую новым требованиям в условиях глобальной конкуренции.

При этом главную цель - повышение адаптационного потенциала вузов и программ подготовки - планируется достичь через реформу академической и организационной структуры, обновление инфраструктуры, методов и технологий обучения, совершенствование педагогического процесса, улучшение качества преподавания и знания [2].

Актуальность темы.

Современный мир предоставляет огромное количество информации совершенно разного характера и назначения. Большинство воспринимаемой нами информации является графической. Компьютерные технологии открывают широкие возможности в создании и представлении этой информации.

Понятие «учебный материал» многоаспектно и зачастую употребляется без конкретной определенности. Как правило, контекстно под этим термином видится научная информация, представленная в формах, ориентированных на обучение. Это могут быть в различных сочетаниях текст, рисунки, графики, диаграммы, формулы, модели, образцы и т. п. Все эти формы представления научной (технической или иной) информации группируются на основе своего наполнения, на основе содержания научного знания, вокруг образований, называемых дидактическими единицами. Множество всех дидактических единиц, сформированное на основе рабочей программы учебного курса, составляет его содержание. Практикуемая технология составления и использования рабочей программы определяет содержание курса в виде перечня дидактических единиц, отражающего, как правило, предполагаемую последовательность проработки учебного материала на занятиях.

За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах [3].

При этом во многих учебных заведениях наблюдается недостаток высококвалифицированных преподавательских кадров. Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники.

Цель работы:

Разработка обучающей системы по дисциплине Экспертные системы

Задачи:

1.      Провести аналитическое исследование проблем создания электронных обучащих систем, рассмотреть основные требования и классификации.

2.      Подготовить методический материал по выбранной дисциплине.

.        Определить общую структуру проекта.

.        Выбрать язык программирования.

.        Написать и отладить программный продукт.

.        Оформить пояснительную записку к дипломной работе.

Объект исследования:

Современное состояние проблемы разработки, внедрения электронных обучающих систем.

Предмет исследования:

Процесс создания электронных обучающих систем при помощи визуальных языков программирования.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, применение программы в практике.

Научная новизна и степень самостоятельности исследования заключаются в систематизации методического матриала по дисциплине.

Практическая значимость. Разработанная обучающая система может применяться в качестве учебного материала преподавателями и обучающимися для подготовки или проведения занятий и контроля знаний по дисциплине «Экспертные системы».

1. Принципы разработки и применения обучающих систем

.1 Основные характеристики современных автоматизированных обучающих систем

В настоящее время в процесс обучения активно внедряются программные технологии на базе персональных ЭВМ, применяемые для передачи студенту учебного материала и контроля степени его усвоения.

При этом на рынке программного продукта за последнее десятилетие появилось большое количество обучающих систем, в том числе и автоматизированных (АОС), которые охватывают различные предметные области, и призваны решать задачи обучения на всех этапах жизни человека - от начальных классов средней школы до процесса обучения в высших учебных заведениях. [4].

Автоматизированные обучающие системы (АОС) имеют следующие характерные черты:

Гибкость. Возможность заниматься в удобное для себя время, в удобном месте и темпе. Нерегламентированный отрезок времени для освоения дисциплины.

Модульность. Возможность из набора независимых учебных курсов - модулей формировать учебный план, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям.

Параллельность. Параллельное с профессиональной деятельностью обучение, т.е. без отрыва от производства.

Охват. Одновременное обращение ко многим источникам учебной информации (электронным библиотекам, банкам данных, базам знаний и т.д.) большого количества обучающихся. Общение через сети связи друг с другом и с преподавателями.

Экономичность. Эффективное использование учебных площадей, технических средств, транспортных средств, концентрированное и унифицированное представление учебной информации и мультидоступ к ней снижает затраты на подготовку специалистов.

Технологичность. Использование в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое постиндустриальное информационное пространство.

Социальное равноправие. Равные возможности получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучаемого.

Интернациональность. Экспорт и импорт мировых достижений на рынке образовательных услуг.

Новая роль преподавателя. АОС расширяет и обновляет роль преподавателя, который должен координировать познавательный процесс, постоянно усовершенствовать преподаваемые им курсы, повышать творческую активность и квалификацию в соответствии с нововведениями и инновациями.

Позитивное влияние оказывает АОС и на студента, повышая его творческий и интеллектуальный потенциала за счет самоорганизации, стремления к знаниям, умения взаимодействовать с компьютерной техникой и самостоятельно принимать ответственные решения. Обучение в автоматизированных обучающих системах делится на две категории [5]:

1.      синхронное

2.      асинхронное.

При асинхронном подходе студент сам определяет темп обучения. В частности, он выбирает различные носители информации, может выполнять задания в соответствии с аудиторной программой или планом, а затем передавать готовую работу преподавателю для оценки.

При разработке интерфейса пользователя разработчик должен учесть все аспекты, связанные с этим: начиная от удобства работы с программой, и заканчивая умением пользователя работать с ЭВМ.

При проектировании базы данных необходимо решить сложнейший комплекс задач, связанный с выбором СУБД, ее архитектурой, взаимосвязью и целостностью данных.

Методы объектно-ориентированного проектирования обладают, в известной степени, гибкостью и имеют большую возможность к стандартизации и согласованию чем методы структурного проектирования.

К наиболее важным преимуществам объектного подхода к решению задачи является тот факт, что природа объектов, составляющих обучающую систему, остается неизменной во всех задачах данного класса. Отсюда следует, что в качестве объектов обучающей системы можно рассматривать набор объектов, входящих в стандартную обучающую систему.

Исходя из стандартного набора задач проектирования, можно сделать вывод, что возможна разработка методики автоматизации проектирования обучающих систем, с использованием принципов объектно-ориентированного проектирования[6].

Для разработки такой методики, выделим, прежде всего, объекты составляющую стандартную обучающую систему, которую в дальнейшем будем называть типовой обучающей системой (ТОС). Сформулируем понятия ТОС.

В ТОС обязательно присутствие следующих функциональных блоков:

1.      обучающий блок - реализует средства обучения учащегося и ориентирован на определенную предметную область;

2.      контролирующий блок - реализует средства оценки эффективности обучения в виде тестов или иного способа контроля усвоения материала;

.        блок базы данных - реализует средства хранения информации по предметной области и процесса обучения;

.        блок средств интерфейса с пользователем - реализует средства взаимодействия с пользователем.

Прогноз относительно перспектив АОС с помощью современных технологий дать не так уж просто, поскольку их судьба зависит от многих обстоятельств, на часть которых создатели обучающих программ и их потенциальные клиенты никак повлиять не могут.

Как показывает практика, когда требуется урезать бюджет, часто первыми кандидатами на сокращение становятся образовательные программы.

Кроме того, возникает проблема закупки дорогостоящего оборудования.

Наконец, перспективы распространения дистанционного обучения зависят от таких глобальных факторов, как общее состояние экономики. Сейчас высокий спрос на высококвалифицированных специалистов по ИТ способствует активному развитию рынка обучения, но этот баланс может нарушиться, если ситуация на рынке труда существенно изменится [7].

1.2 Требования к электронным образовательным ресурсам

автоматизированный обучающий электронный компьютерный

Электронная обучающая система представляет собой программное средство, позволяющее представить для изучения теоретический материал, организовать апробирование, тренаж и самостоятельную творческую работу, помогающее учащимся и преподавателю оценить уровень знаний в определенной тематике, а также содержащее необходимую справочную информацию [8].

В чем обучающая система , безусловно, вырывается вперед, так это в наглядности. Здесь его преимущество над традиционным "собратом" неоспоримо.

Наглядность представления материала (видео, звук); Быстрая обратная связь (встроенные тест-системы обеспечивают мгновенный контроль учащихся за усвоением материала; интерактивный режим позволяет учащимся самим контролировать скорость прохождения учебного материала); возможность быстро найти необходимую информацию; восприятие нового учебного материала идёт через активизацию не только зрения (текст, цвет, статичные изображения, видео, анимация), но и слуха (голос диктора или актёра, музыкальное или шумовое оформление), что позволяет создать определённый, можно сказать, заданный эмоциональный фон, который повышает эффективность усвоения предъявляемого материала.

Обучающая система , как правило, выполняется в формате, допускающем гипертекстовое представление материала и систему навигации, которые дают возможность обучаемому оптимально перемещаться по разделам учебника, по уровням учебного материала, быстро получать необходимый справочный материал, что активизирует их самостоятельную познавательную деятельность.

Применение мультимедийных средств позволяют создавать дополнительные психологические структуры, оказывающие на учащегося положительное эмоциональное воздействие и способствующие восприятию и запоминанию материала. [9, 10]

Управленческие возможности могут быть реализованы через интерактивность обучения, предполагающую наличие практически мгновенной обратной связи, самоконтроль своей учебно-познавательной деятельности и осуществление функций самоменеджмента (выбор личного маршрута обучения).

Организационно-технологические возможности применения электронных учебников заключаются, прежде всего, в возможности работать с электронным учебником в разных режимах, в том числе дистанционно.

При этом учащиеся занимаются в удобное для себя время, в удобном месте и удобном темпе, тем самым обеспечивается предъявляемые к обучающим системам требования комфортности и удобства работы с ними. Особенностью электронного учебника является и то, что он может быть и самоучителем, и тренажером, и репетитором.

Важным моментом применения электронных учебником является интенсификация труда, как преподавателя, так и учащегося, например, за счет экономии времени при поиске нужного материала или при организации контроля знаний учащихся.

Максимальная реализация этих и других дидактических возможностей - представляет главную задачу, стоящую перед разработчиками электронного учебного средства [11].

Исходным моментом проектирования являются педагогические цели. Для достижения поставленных педагогических целей проектировщик ЭОРа разрабатывает его структуру: т.е. осуществляет разбиение содержания учебного материала на отдельные самостоятельные части - модули. С педагогической точки зрения модуль - это относительно самостоятельная часть учебной информации, по которой возможно осуществить как самопроверку, так и педагогическое тестирование знаний. Структура ЭОРа представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема электронного образовательного ресурса (ЭОР).

Модуль - это содержательный слой ЭОРа, на котором может осуществляться принцип многоуровневости обучения. Критерии уровней обучения разрабатываются педагогом-проектировщиком ЭОРа. Согласно нашей концепции первоначальный уровень обучения по конкретному ЭОРу выбирает сам учащийся. В дальнейшем уровни прохождения модулей ЭОРа обуславливаются успешностью усвоения учебной информации и направляются системой обучения.

Страница - логически самостоятельная часть учебного материала, входящая в модуль. Страница состоит из медиаресурсов, разворачивающих учебный материал в логической последовательности, предполагаемой автором-проектировщиком ЭОР и индивидуально реализуемой учащимся (индивидуальная траектория обучения).

Медиаресурсы - минимальная единица учебной информации, различной модальности: текст, видео, изображение, звук, тест, гиперссылки. Медиаресурсы представляют собой единицы медиатекста.

Для каждого модуля (в случае его многоуровневости) педагог-проектировщик разрабатывает отдельные уровни-слои содержания модуля и соответствующие им тесты самопроверки и итогового тестирования. На основании результатов итогового тестирования по модулю, система может предложить более высокий уровень изучения следующего модуля ЭОРа, оставить прежний уровень или изучить модуль повторно.

В пределах модуля пользователь может осуществлять произвольное путешествие по гиперссылкам, руководствуясь только своими познавательными интересами [12]. Однако он должен при этом отдавать себе отчет, на какой уровень знаний он претендует, поскольку модуль может быть ему зачтен только по результатам тестирования знаний. Соответственно он может вызывать тестовую программу по изученному модулю соответствующего уровня. Логическая структура страницы многоуровневого модуля показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Логическая структура страницы многоуровневого модуля с активизацией уровневых гиперссылок

Разработчик модуля должен проектировать педагогические тесты оценивания уровня знаний исходя из того, что для успешного тестирования на достаточном уровне необходимо усвоение учебного материала первичного учебного текста (без активизации гиперссылок); для успешного тестирования на хорошем уровне необходимо знание учебного текста с активизацией всех гиперссылок первого уровня; для отличного уровня знаний необходимо знание учебного текста с активизацией как гиперссылок I-го так и всех гиперссылок второго уровня.

Траектории навигации по гиперссылкам как первого, так и второго уровней могут быть двух видов - замкнутые и открытые. Замкнутые траектории указывают на мультитексты, предложенные педагогом-проектировщиком и содержащиеся в БД медиаобразовательной среды. Т.е. каждый текст (мультитекст) привлечен для решения конкретных педагогических целей (как педагогических целей медиаобразовательной среды в целом, так и педагогических целей ЭОРа и его компонентов). Поэтому вся совокупность текстов ЭОРа и привлекаемых по гиперссылкам медиатекстов должна быть замкнута относительно педагогических целей медиаобразовательной среды.

Требования к электронным образовательным ресурсам (ЭОР) [13]

1.      Дидактические (научность, доступность, проблемность, наглядность, активизация, систематичность и последовательность, прочность усвоения, единство обучения, развития и воспитания)

2.      Специфические (адаптивность, интерактивность, визуализация, интеллектуальное развитие, системность, полнофункциональность, целостность и непрерывность)

.        Методические (взаимосвязь и взаимодействие, разнообразие тренировки)

.        Психологические (вербально-логическое и сенсорно-перцептивное восприятие, устойчивость и переключаемость внимания, память, теоретическое понятийное и практическое наглядно-действенное мышление, воображение, мотивация, учет возраста)

.        Технические (надежные и универсальные ПК, периферия, ММ, устойчивые и защищенные ЭОР, простые, тестируемые, различные носители)

.        Сетевые (архитектура «клиент-сервер»,телекоммуникации, сетевые ОС и Интернет-навигаторы, средства администрирования процесса обучения, коллективной работы, внешней обратной связи)

.        Эргономические (дружественность, выбор темпа, последовательности, адаптация к индивидууму)

.        Эстетические (упорядоченность, выразительность элементов, цвета, размера, расположения, сочетания возсту)

.        Документация (полнота для эффективности эксплуатации, мобильности испольования компонентов)

.        По уровням образования (общее - специальное, профессиональное, дополнительное) и типам занятий (лекции, семинары, лабораторные, консультации, аттестация).

Рисунок 3. Модель процесса проектирования ЭОР

Системная педагогическая цель ЭОРа с необходимостью должна отражать педагогические цели проектировщиков медиаобразовательной среды (рисунок 3).

ЭОР является для студента средством, с помощью которого он может индивидуально, в соответствии со своим уровнем личностного развития, удовлетворять свои образовательные потребности, вступая во взаимодействие с ЭОРами, и со всей медиаобразовательной средой. Основной способ взаимодействия субъектов образовательного процесса с медиаобразовательной средой - это диалог. Поэтому задача разработчиков ЭОРа состоит в том, чтобы обеспечить пользователю как можно более полные возможности диалогового взаимодействия с ЭОРом, с учетом личностно-индивидуальных особенностей пользователя (уровень первоначальной подготовки, мотивация, когнитивный стиль, предпочитаемая модальность восприятия информации и т.д. и т.п.).

Чтобы диалог был педагогически эффективен, каждый вид диалогового взаимодействия с ЭОРом и его структурными элементами, также должен иметь осознанную педагогическую цель.

Таким образом, педагогическое проектирование педагогических целей как медиаобразовательной среды в целом, так и её отдельных элементов - электронных образовательных ресурсов (ЭОРов) является самым первым и ответственным этапом системного проектирования педагогической системы на базе новых информационных технологий [14].

1.3    Технологии создания электронных учебно-методических комплексов

Разработка электронных учебно-методических комплексов в среде мультимедиа является длительным и дорогостоящим процессом, поэтому важно хорошо представлять себе все основные этапы создания компьютерного учебного курса и возможные принимаемые на каждом этапе разработки решения.

На предварительном этапе осуществляется выбор темы мультимедиа-издания для представления в среде мультимедиа [15]. Должны быть выявлены уже существующие мультимедиа-издания по данной дисциплине, определены предполагаемые затраты и время, необходимые для создания комплекса, а также его возможный тираж и аудитория, которой адресован курс.

Тип аудитории позволяет определить общие требования к мультимедиа-изданию. Электронные учебно-методические комплексы должны учитывать особенности обучения, связанные с различным уровнем общей подготовки обучаемых и уровнем их компьютерных знаний, что может потребовать введения средств предварительного тестирования для оценки имеющихся знаний и подстройки системы для оптимального изложения.

Мультимедиа-материал специального образования должен учитывать уровень подготовки, давать возможность не повторять уже известные темы, обеспечивать наличие самой последней информации в данной предметной области.

Любой электронный учебно-методический комплекс должен содержать электронный учебник, основой которого является [16, 17]:

1       текстовая информация;

2       системы проверки знаний: программы тренажеры (учебно-пробные), тесты (экзаменационно-проверочные).

Поэтому на подготовительном этапе предполагается написание текста курса, подбор иллюстративного и справочного материала, создание эскизов интерфейса и сценария обучающей программы, а также сценариев отдельных блоков (анимационных фрагментов, видеофрагментов, программ, реализующих компьютерное моделирование, блоков проверки знаний и т.п.).

На этом же этапе при желании (или необходимости) разрабатываются различные варианты представления учебного материала (как по форме, так и по содержанию) в зависимости от психологического типа обучаемого. В этом случае может оказаться необходимым проведение также и входного психологического тестирования.

При работе с текстом учебного курса необходимо выполнить его структуризацию с определением точного перечня всех необходимых тем, которые должны быть изложены в данном курсе, делением на главы, параграфы и т.п.

Каждый раздел и весь учебный курс в целом достигнут цели, если изначально определено, какие знания и навыки ученик должен приобрести. Исходя из этого, целесообразно использовать разные мнемонические приемы, включая шрифтовые выделения, использование графики, рисунков и мультипликации.

Для этой цели имеет смысл усилить обобщение выводов: включить сводку основных формул, сформулировать основные положения, составить таблицы. Текст желательно тщательно отредактировать, чтобы не вносить в него в дальнейшем больших изменений. Окончательно отредактированный текст преобразуется в гипертекст.

На основном этапе выполняются работы по непосредственному созданию Электронного пособия. Содержание при этом должно превалировать над формой его представления. Форма представления материала должна быть как можно более строгой [18].

Страница не должна содержать лишней информации (графической или текстовой), которая могла бы отвлечь внимание читающего. Фон должен быть монотонным, но необязательно белым.

Предпочтительно использование светлого фона, при этом текст должен быть написан темным цветом, например, черным или темно-синим.

При включении в программу графических изображений нужно учитывать, что страницы будут просматриваться в системах с разным графическим разрешением и глубиной цвета, и ориентироваться на аппаратные средства, доступные большинству потенциальных пользователей обучающей программы.

Использование графических форматов, поддерживающих сжатие изображения (GIF, JPEG и т.п.), позволит сократить общий объем обучающей программы.

Электронное пособие для достижения максимального эффекта должно быть составлено несколько иначе по сравнению с традиционным печатным пособием: главы должны быть более короткие, что соответствует меньшему размеру компьютерных экранных страниц по сравнению с книжными, затем каждый раздел, соответствующий рубрикациям нижнего уровня, должен быть разбит на дискретные фрагменты, каждый из которых содержит необходимый и достаточный материал по конкретному узкому вопросу.

Как правило, такой фрагмент должен содержать один-три текстовых абзаца (абзацы также должны быть короче книжных) или рисунок и подпись к нему, включающую краткое пояснение смысла рисунка.

Таким образом, студент просматривает не непрерывно излагаемый материал, а отдельные экранные фрагменты, дискретно следующие друг за другом.

Дискретная последовательность экранов находится внутри (и в пределах) наименьшей структурной единицы, позволяющей прямую адресацию, т. е. внутри параграфа или подпараграфа (того, что характеризуется заголовком третьего уровня) содержится один или несколько фрагментов, последовательно связанных друге другом гипертекстовыми связями.

На основе таких фрагментов проектируется слоистая структура учебного материала, которая содержит [19]:

         слой, обязательный для изучения;

         слой для более подготовленных пользователей;

         слой для более глубокого изучения определенных разделов;

         вспомогательные слои;

         дополнительный слой рекомендаций по применению полученных знаний.

Такая организация учебного материала обеспечивает дифференцированный подход к обучаемым в зависимости от уровня их подготовленности, результатом чего является более высокий уровень мотивации обучения, что приводит к лучшему и ускоренному усвоению материала.

В связи с существенно различной природой печатного материала и электронного издания в последнем возникают две новые и существенные проблемы [20]:

         проблема размещения и оформления текстового и графического материла на рабочей поверхности экрана, а также размер этой поверхности, использование признака цветности и субъективная реакция пользователей на наличие этих элементов;

         проблема ориентации и перемещения пользователя внутри электронного издания: между разделами, графикой и рисунками, страницами, включая овладение различными уровнями материала и перемещение между ними, фиксация своих шагов в процессе изучения для обеспечения возможности контроля и статистических исследований.