Введение

Развитие средств компьютерной поддержки процесса обучения и создания систем дистанционного обучения, требует интеллектуализации всего процесса обучения, так как традиционные системы не в состоянии удовлетворить потребностей как обучаемых, так и преподавателей. Можно выделить три основных направления интеллектуализации учебного процесса, соответствующих трем уровням учебной деятельности.

1. Учебники и самообучение на уровне одной дисциплины

Задачей любой обучающей системы является предоставление пользователю информации об изучаемой дисциплине в понятном и наглядном виде. Решение этой задачи возлагается на электронный учебник. В предположении, что обучаемый положительно мотивирован, процесс обучения строится таким образом, чтобы предоставить ему максимальную свободу, помогая быстро сориентироваться в незнакомой (или мало знакомой) предметной области. В связи с этим учебный материал должен быть структурирован таким образом, чтобы его изучение было максимально удобным и, следовательно, эффективным. Здесь требуется совместная кропотливая работа эксперта-предметника и эксперта-педагога. В настоящее время актуальной является проблема повышения степени наглядности, когнитивности учебной информации электронного учебника с целью повышения самостоятельной познавательной деятельности обучаемого. Для решения этой задачи предлагается семантический электронный учебник [1], который имеет более развитые средства отображения семантической структуры взлетной области с соответствующими навигационными возможностями. Семантический электронный учебник представляет собой интерактивный интеллектуальный самоучитель по некоторой предметной области, содержащий подробные методические рекомендации по ее изучению и предназначенный для «мотивированного, самостоятельного, активного и честного пользователя, желающего знаниями по соответствующей дисциплине.

Существенное отличие семантического электронного учебника от традиционного электронного учебника состоит в представлении учебного материала на семантическом уровне. В результате этого, с практической точки зрения, усиливаются возможности электронного учебника как обучающей среды, появляется возможность эффективного самостоятельного изучения предмета.

Учебная база знаний семантического электронного учебника представляет собой гипермедийную семантическую сеть [2], структурирующую учебный материал процесса обучения. В рамках этой гипермедийной семантической сети описывается вся учебная информация, такая как, тематические планы обучения, содержательная структура учебного материала, непосредственно учебные материалы, представляющие собой набор взаимосвязанных информационных конструкций самого различного вида. Основным преимуществом такой формы представления учебной информации является, во-первых, приспособленность семантических сетей для представления неформальных предложений естественного языка, во-вторых, обеспечение наглядности такого представлениями.

Основным языком представления знаний для семантического электронного учебника является базовый семантический язык SC (Semantic Code) [4], который является ядром открытого семейства графовых языков представления знаний, построенных на теоретико-множественной основе.

Так как основой для представления гипермедийной семантической сети является графовый семантический язык SC, то для ее описания достаточно разработать набор ключевых узлов данного языка, которые будут отражать семантику элементов гипертекстовой семантической сети. Кроме ключевых узлов, описывающих гипермедийную семантическую сеть, вводятся также специальные sc-узлы для структуризации учебного материала, соответствующего предметной области, по которой ведется обучение. В результате представления знаний предметной области в виде гипермедийной семантической сети появляется возможность ассоциативного поиска информации, вывода информации по различным запросам обучаемого, визуализация семантической структуры базы знаний семантического электронного учебника.

Навигационно-поисковые средства являются главным средством взаимодействия пользователя с семантическим электронным учебником. С помощью этих средств пользователь имеет возможность найти любую интересующую его информацию об изучаемой предметной области, которая имеется в базе знаний. Набор специализированных навигационно-поисковых команд семантический электронный учебник включает следующие основные команды:

• найти определение (на естественном языке) указываемого понятия;

• найти пример и описание примера указываемого понятия;

• найти комментарии к указанной информационной конструкции;

• найти описание классификации указываемого понятия;

• найти перечень элементов для указываемого понятия;

• отобразить содержимое указываемого sc-узла;

• найти информацию по произвольному заданному образцу.

Кроме специализированных навигационно-поисковых команд существует универсальная команда, обеспечивающая поиск фрагментов семантической сети по произвольному образцу. Благодаря наличию такой универсальной команды, указанный набор основных навигационно-поисковых команд может быть расширен.

Прикладная база знаний содержит всю информацию, касающуюся конкретной предметной области. Содержательная структура прикладной базы знаний включает следующие компоненты:

система понятий; система определений; система утверждений; семантическая структура самой предметной области (разделы, подразделы);

• систематизированный сборник задач и упражнений;

• интеллектуальный пакет алгоритмов и программ;

• библиографический указатель;

• именной указатель;

история развития предметной области; • лингвистическая база знаний; гипермедийная семантическая сеть учебных материалов; учебно-методическая база знаний, содержащая набор рекомендаций по последовательности изучения предметной области.

В составе семантического электронного учебника имеется решатель задач, который позволяет пользователю сформулировать любую задачу (с помощью языка описания задач) и отправить системе задание на ее решение, чтобы посмотреть, как система будет ее решать. При этом имеется возможность пошагового просмотра решения задачи, что обеспечивает обучение по принципу «делай, как я».

Пользователь имеет возможность выбирать задачи из систематизированного сборника задач и упражнений в составе предметной базы знаний. Это означает, что ему не обязательно знать язык описания задач, так как формулировки задач, имеющихся в сборнике задач и упражнений, уже описаны на данном языке. Пользователю остается лишь сформировать соответствующее задание решателю.

В системе контроля знаний пользователь имеет возможность проверить свои знания, полученные при изучении материалов семантического электронного учебника. Пользователю предоставляется возможность либо ответить на ряд вопросов для самопроверки, либо решить какую-либо задачу. При этом осуществляется семантический анализ свободно конструируемых ответов и ошибок, допущенных пользователем, с выработкой рекомендаций на повторение соответствующих разделов учебника. Особенностью системы контроля знаний семантического электронного учебника является предоставление пользователю практически полной свободы как по выбору вопросов и задач, так и по способу решения задачи. Это означает, что пользователь имеет право в любой момент времени попросить помощь у системы либо вернуться к изучению учебных материалов без завершения выполнения задания. Таким образом, вопросы аутентификации пользователя и тотального контроля его действий в рамках данной системы специально не предусматриваются.