Тверезовська Ніна Трохимівна. Теоретичні та методичні основи створення і використання навчальних експертних систем у підготовці фахівців вищих навчальних закладів

brief description

Тверезовська Ніна Трохимівна. Теоретичні та методичні основи створення і використання навчальних експертних систем у підготовці фахівців вищих навчальних закладів: дисертація д-ра пед. наук: 13.00.04 / Харківський держ. педагогічний ун-т ім. Г.С.Сковороди. - Х., 2003. , табл.

Тверезовська Н.Т. Теоретичні та методичні основи створення і використання навчальних експертних систем у підготовці фахівців вищих навчальних закладів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук за спеціальністю 13.00.04 теорія і методика професійної освіти. Харківський державний педагогічний університет ім. Г.С. Сковороди, Харків, 2003.
У дисертації досліджуються основи створення та використання у процесі навчання НЕС, її методологічні, теоретичні та методичні засади. Науково обґрунтовано концепцію створення НЕС як складової освітньо-інформаційних технологій. Розроблено інформаційну структуру НЕС та визначено вимоги до кожного інформаційного блоку; обґрунтовано необхідність визначення граничних умов; введено поняття ключових інформаційних зон”; впроваджено в педагогічний науковий обіг математичний термін гранична умова”; обумовлено необхідність і важливість його використання в процесі роботи НЕС; введено поняття точка гармонії”, інформаційна, технологічна, міжособистісна площини; розроблено технологічну та методичну структуру НЕС, що дозволило розглянути процес підготовки фахівця як інформаційний потік. Теоретично обґрунтовано методи апроксимації теоретичної моделі студента на структуру навчальної експертної системи, яка забезпечує єдність загальнонаукової, психолого-педагогічної та прикладної його підготовки. Доведено, що використання НЕС є підґрунтям професійної підготовки майбутнього спеціаліста (сформованість системи знань і системи умінь). Розроблено технологію використання НЕС у практиці роботи ВНЗ.
Подальшого розвитку набули основні дефініції процесу створення та використання НЕС; система критеріїв і показників її продуктивності й ефективності.

На основі здійсненого аналізу проблеми дослідження встановлено, що глобальна інформатизація суспільства ставить перед системою освіти завдання широкомасштабного використання інформаційних технологій з метою формування різнобічної особистості фахівця. Виникає необхідність у психолого-педагогічній і практичній підготовці майбутніх фахівців в умовах зростаючої ролі інформатизації суспільства. Одним з основних напрямів розвитку штучного інтелекту є створення інтелектуальних навчальних систем, які у процесі роботи можуть моделювати процеси мислення та пояснювати хід своїх міркувань за вимогою користувача в звичній для нього формі. Різновидами інтелектуальних навчальних систем стали експертні комплексна комп’ютерна програма, яка у процесі роботи може відтворювати мислення людини-експерта у ході аналізу й вирішення проблеми. Їх поява стала можливою завдяки застосуванню у навчанні комп’ютерів. У середині 90-х років ХХ ст. для більшості викладачів стало зрозумілим, що інформаційні технології є не просто навчальним предметом, а інструментом педагогічного впливу. Класично педагогічний процес є площиною, на якій взаємодіють дві особистості викладач і студент. Інформаційні технології перетворили цю площину на об’ємну фігуру. Інтуїтивно виникла спроба замінити складну об’ємну фігуру об’єднанням площинних проекцій, до яких можна б було і застосувати відомий інструментарій. У зв’язку з цим і виникла необхідність у створенні НЕС.
Науково обґрунтовано, що навчальна експертна система є апаратно-програмно-методичним комплексом, який орієнтований на досягнення максимально дієвих результатів навчального процесу з певної предметної галузі на основі базових експертних знань, самонавчаємих евристичних алгоритмів та діалогового спілкування у системі: студентекспертна системавикладачстудент.

2. Доведено, що навчальна експертна система ґрунтується на динамічному законі, загальних закономірностях і принципах процесу навчання.
2.1. Встановлено, що структурними елементами навчальної експертної системи є база даних і база знань.
2.2. Обґрунтовано, що складовою частиною НЕС є модель студента, під якою розуміємо об’єднання його ментальних проекцій на всі площини, тобто МС складається з нормативної, поведінкової моделей та моделі помилок. Частина нормативної МС, котра визначає предметні знання (знання з навчальних предметів), складає предметну МС, яка у свою чергу містить семантичну, функціонарну, процедурну, операційну та тематичну моделі.
2.3. Розглянуті моделі НЕС, дали змогу розробити структурно-логічну її схему, сутністю якої є перехід до проблемного структурування загальноосвітніх та спеціальних знань, що дає можливість підготувати студента до ефективного розв’язання професійних завдань у майбутньому.
2.4. Встановлено, що процес створення НЕС передбачає шість етапів: ідентифікацію; концептуалізацію; формалізацію; виконання; тестування; досвідчену експлуатацію.
4. Теоретично обґрунтовано методику підготовки навчальної експертної системи до роботи, яка включає десять етапів, а також розглянуто її використання у вищих навчальних закладах.
5. У процесі проведеного експерименту було встановлено, що рівень якості підготовки фахівців зріс за рахунок впровадження у навчальний процес НЕС. Це доведено на прикладах застосування і відтворення знань студентів. Так, у студентів, які навчалися за моделлю А, оперативність відтворення знань до проведення експерименту складала 45,4%, після його завершення - 49,1%. Студентів, які навчалися за моделлю В, до проведення експерименту було 44,8%, після його завершення - 53,3%. Студенти ж, які навчалися за моделлю С, до початку проведення експерименту складали 40,4%, після його завершення їх було 69,5%. Повнота відтворення знань у студентів, які навчалися за моделлю А, склала 57,1%, за моделлю В 58,2%, за моделлю С 87,6%; системність знань відповідно склала 50,2%; 51,7%; 77,5%; усвідомленість знань 55,6%; 57,4%; 87,5%; глибина знань 45,5%; 49,7%; 88,5%; ґрунтовність знань 44,3%; 45,1%; 89,5%; швидкість засвоєння знань 31,8%; 33,4%; 95,7%. Таким чином, саме навчання за моделлю С (навчальною експертною системою) сприяло кращому засвоєнню студентами рівня знань, а, отже, сприяло якості навчання.
6. Виявлено рівні сформованості інтелектуальних умінь студентів. Так, до початку експерименту в контрольних та експериментальних групах рівень уміння працювати за аналогією був однаковий. Після завершення експерименту не було жодного студента, які навчалися за моделлю С, що не володіли цим умінням. Студентів, які навчалися за моделлю А, було 84,0%, а студентів, які навчалися за моделлю В було 90,8%. Уміння порівнювати відповідно склало 76,1%; 82,6%; 88,7%; узагальнювати 72,7%, 79,3% та 86,5%; виділяти головне в інформації 64,7%; 70,1%; 79,7%. Як і при засвоєнні системи знань, так і при сформованості інтелектуальних умінь кращими виявилися студенти, які навчалися за моделлю С (навчальною експертною системою).
7. Застосування НЕС у підготовці фахівців можливе й необхідне, оскільки:
- викликало інтерес і підсилило мотивацію до навчання;
- надало можливості різного представлення інформації;
- дозволило активно включити студентів у навчальний процес, зосередивши їхню увагу на найбільш важливих аспектах матеріалу;
- дозволило розширити набори розглянутих задач, виконавши моделювання досліджуваних ситуацій і процесів;
- давало можливість використовувати великий обсяг інформації (інформаційні мережі, бази даних).
Таким чином, нами була експериментально підтверджена гіпотеза, котра ґрунтувалася на припущенні, що професійна підготовка фахівців буде ефективною та якісною, якщо у процесі навчальної діяльності застосовувати навчальну експерту систему, котра сприяє формуванню системи знань, інтелектуальних умінь, дає можливість зекономити час на засвоєння певного обсягу матеріалу, поліпшити організацію навчальної діяльності студентів.
Результати дисертаційного дослідження дають підстави вважати, що мету досягнуто, завдання реалізовано, впровадження навчальної експертної системи у вищі заклади освіти якісно підвищує професійну підготовку фахівців.
У цілому, теоретичні та практичні результати дисертаційного дослідження доцільно використати Міністерству освіти і науки України у процесі створення та використання навчальних експертних систем: вищим навчальним закладам України - при створенні власних навчальних експертних систем; викладачам вищих навчальних закладів при формуванні у студентів базових знань і умінь з різних курсів, студентам при виділенні головного в знаннях та їх систематизації, а також при дистанційній формі навчання.
Проведене дослідження не вичерпує всіх аспектів проблеми створення і використання навчальних експертних систем у процесі навчання. Відповідно до концепцій розвитку НЕС у вищих навчальних закладах подальшого дослідження потребують такі аспекти проблеми: більш доступний інтерфейс викладача та студента, розробка творчих та пошукових завдань з певних курсів, детальніша формалізація моделі студента, формування прогностичної, математично підтриманої моделі інформаційно-методичних взаємодій викладача та студента в сфері НЕС та низка інших інформаційних, технологічних, методичних, психологічних формалізацій. Це надасть можливість сформувати математично прогнозовану модель асистента викладача, що, в свою чергу призведе до більш широкого використання НЕС у процесі навчання ВНЗ, зможе зламати стереотипи більшості практичних викладачів до використання освітньо-інформаційних технологій, надасть можливість студентам більш індивідуально та раціонально будувати свою взаємодію з інформаційним полем викладача, що дозволить динамічно формувати фахівця, що самонавчається.