Виродов Олександр Павлович. Гіпермедійні та нейромережеві методи і моделі в комп'ютерно-орієнтованих дидактичних системах

brief description

Виродов Олександр Павлович. Гіпермедійні та нейромережеві методи і моделі в комп'ютерно-орієнтованих дидактичних системах : Дис... канд. наук: 05.13.23 2005

Виродов О.П.Гіпермедійні та нейромережеві методи і моделі в комп’ютерно-орієнтованих дидактичних системах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.23 системи та засоби штучного інтелекту. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2005.
Дисертація присвячена питанням розробки математичного забезпечення комп’ютерно-орієнтованих дидактичних систем. Проаналізовано підходи і моделі, що використовуються в навчаючих системах. Запропоновано модель комп’ютерно-орієнтованої дидактичної системи, що є інваріантною стосовно предметної області. Розроблено метод керування поданням навчальної інформації суб’єкту навчання, що здійснює адаптацію до його рівня знань та інтересів. Дістало подальший розвиток застосування нечіткої логіки до моделювання суб’єкта навчання. Розроблено модель суб’єкта навчання на основі нейронних мереж, яка не потребує проведення попереднього тестування знань. Уточнено постановку і розв’язано задачу розпізнавання схем вивчення матеріалу суб’єктом навчання. Розроблено метод визначення стратегії вивчення матеріалу суб’єктом навчання. Виконано дослідження задачі автоматизації побудови комп’ютерно-орієнтованих дидактичних систем. Розроблено методику та структурні моделі інструментального засобу автоматизації створення комп’ютерно-орієнтованих дидактичних систем.

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі розробки гіпермедійних та нейромережевих методів і моделей комп’ютерно-орієнтованих дидактичних систем для створення умов підвищення ефективності навчального процесу. Отримані методи і моделі реалізовані не тільки у вигляді математичного опису, але й програмно, що дозволяє виконати їх упровадження в навчальний процес. У результаті впровадження розроблених методів та моделей підвищиться якість навчання студентів, а отже і якість підготовки фахівців в умовах багатоступеневої системи освіти України та при дистанційній формі навчання. Виконані дослідження дозволяють зробити такі висновки.

Проведений аналіз видів моделей суб’єктів навчання, що використовуються у інтелектуальних навчальних системах і системах адаптивної гіпермедіа, дозволив теоретично обґрунтувати, систематизувати та узагальнити підходи і математичні моделі сучасних КОДС.

Розроблений метод визначення стратегії вивчення матеріалу предметної області, яку використовує суб’єкт навчання, має у своїй основі нейромережеву модель розпізнавача схеми вивчення. Поданий метод відносить суб’єкта навчання до одного з визначених класів за допомогою нечітких правил і з огляду на його поточний стан знань, що дозволяє індивідуалізувати навчальний процес.
Реалізація адаптивного навчального процесу потребує вирішення задачі розпізнавання схеми вивчення предметної області суб’єктом навчання. Для її рішення доцільним є застосування штучних нейронних мереж. Запропоновані нейромережеві моделі виконують розв’язання цієї задачі та входять до складу моделі суб’єкта навчання. Розроблена модель суб’єкта навчання на основі нечітких нейронних мереж не потребує проведення попереднього тестування знань суб’єкта, що вигідно відрізняє її від аналогічних моделей.
Запропонований метод керування поданням навчальної інформації суб’єкту навчання здійснює адаптацію до його рівня знань та інтересів. Наведено результати експериментального дослідження і визначено перспективні напрямки подальших досліджень у цій галузі.
Удосконалена модель суб’єкта навчання на основі апарата нечіткої логіки дозволяє виділяти оптимальну для нього стратегію вивчення матеріалу предметної області. Завдяки запропонованим модифікаціям можна уникнути необхідності залучення експертів для формування прогнозу способу вивчення суб’єктом навчання матеріалу предметної області.
Розвинута на базі методів структурно-алгоритмічного моделювання математична модель КОДС є інваріантною стосовно предметної області та дозволяє оформлювати навчальний матеріал за допомогою гіпермедійних технологій. Здійснена декомпозиція КОДС на складові підсистеми дала можливість встановити структуру її компонентів найнижчого рівня.
Розроблена модель предметної області КОДС на основі семантичної мережі дозволяє застосовувати гіпермедійні методи для керування поданням навчальної інформації суб’єкту навчання. Обґрунтовано доцільність цього підходу та визначені функції семантичної мережі у складі моделі предметної області КОДС.
Проведений аналіз сучасної методології побудови КОДС дозволив виявити основні етапи, що підлягають автоматизації. Розроблена на основі цього аналізу методика застосована при побудові інструментального засобу автоматизації створення КОДС, відповідні структурні моделі якого були програмно реалізовані на основі сучасних інформаційних технологій та впроваджені у навчальний процес у Харківському національному університеті радіоелектроніки. Крім того, розроблені в дисертаційній роботі гіпермедійні та нейромережеві методи і моделі впроваджені у Науково-дослідному і проектно-конструкторському інституті автоматизованих систем управління транспортом газу Національної акціонерної компанії «Нафтогаз України» та у торговельній діяльності комерційних компаній.