Материалы

Вид материала

Содержание

Morozov B. (morozov_bi@mail.ru), Zvyagina N.
Система дистанционного обучения с естественно-языковым интерфейсом
The development of interactive computer training courses for students of a speciality "Physics"
Разработка интерактивных электронных курсов для студентов инженерно-физического направления
Сибирский государственный аэрокосмический университетимени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск
A key element of system of open formation is the information-educational environment
Портал как часть информационно-образовательной среды в системе открытого образования

Подобный материал:

1 ... 29 30 31 32 33 34 35 36 ... 40

The distance education system with natural language interface

Morozov B. (morozov_bi@mail.ru), Zvyagina N.

Saint-Petersburg State Polytechnic University, Saint-Petersburg

Abstract

This report contains the consideration of distant education system containing an intellectual module. This module purpose is to answer students questions asked in natural language. Building a system with such a structure is topical because the offered intellectual module structure will allow non-qualified users to interact with the computer using natural language but not special one that is used in existing systems for answering questions.

Система дистанционного обучения с естественно-языковым интерфейсом

Морозов Б.И. (morozov_bi@mail.ru), Звягина Н.Е.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

В настоящее время деятельность высших учебных заведений построена на применении традиционных, хорошо отработанных образовательных технологий, которые в последнее время стали использовать современные достижения в области информационных технологий. Однако, по своей сущности, они остались традиционными и не могут удовлетворить запросов общества, основанных на решении таких задач как:

обеспечение равного доступа граждан к высшему образованию;
обновление знаний на протяжении всей жизни;
адекватность образовательных технологий современным тенденциям развития науки, техники и экономики и др.

Кардинально изменить создавшуюся ситуацию и решить указанные проблемы поможет широкое внедрение с систему образования систем дистанционного обучения [1]. Основой таких систем является виртуальный контакт преподавателя и обучаемого.

Проблемы применения систем дистанционного обучения (ДО) зависят от многих факторов, связанных как со средствами представления и передачи информации, так и со способами взаимодействия между преподавателем и учеником в процессе обучения, а также степенью представления учебного материала.

Очевидно, что в системе ДО важное значение имеет и интерфейсный компонент, который предназначен для ведения интерактивного диалога обучаемого с компьютером на естественном языке при ограничении этого диалога рамками предметной области.

Актуальность работы связана с решением указанной проблемы [2].

П

редлагаемый состав интеллектуального модуля системы ДО представлен на рис.1.

Рис.1. Состав интерфейсного модуля

Блок автоматического ответа – основной элемент интерфейсного модуля, определяющий принципиальную необходимость создания этого модуля системы ДО. Обеспечивает автоматический ответ на часть вопросов заданных учениками преподавателю в процессе обучения. Состоит из двух функциональных частей:

система обработки свободно конструированных вопросов, которая должна из поступающих вопросов учеников, заданных на естественном языке, выделить ключевые слова для дальнейшего поиска ответов;
информационно-поисковая система производит поиск необходимой информации в базе данных системы ДО, в качестве параметров поиска использует ключевые слова, выделенные из вопроса на первом этапе работы этого блока.

При неудачной попытке выполнить хотя бы один из двух этапов блок автоматического ответа отправляет вопрос преподавателю.

В интерактивном режиме работы преподаватель сам отвечает на поставленный вопрос. При этом у ученика создается видимость, что ответ дает компьютер.

Блок идентификации пользователей предназначен для проверки прав клиентов и санкционирования их доступа к учебным материалам. Также может вести непрерывную идентификацию учеников в процессе выполнения ими проверочных работ и тестов, с целью выявления фальсификаций и посторонней помощи. У каждого ученика индивидуальные характеристики работы с оборудованием ПЭВМ: продолжительность и сила нажатия клавиш, скорость перемещения указателя мыши, использование основного и расширенного набора клавиш в разных ситуациях и т.д. Для обеспечения контроля пользователей достаточно периодически проверять эти параметры или применить другие методы идентификации.

Блок центрального управления выполняет функции по контролю исправности всех программно-аппаратных средств системы ДО и разрешению возникающих коллизий.

Блок истории вопросов-ответов хранит и динамически обновляет информацию, которой обменивались преподаватель с каждым учеником. Это необходимо в первую очередь для преподавателей, т.к. из-за большого количества учеников они могут терять нити взаимодействия с учащимися.

Динамическая библиотека вопросов-ответов хранит и динамически обновляет наиболее часто задаваемые учениками вопросы и ответы, данные на них преподавателями. Это используется для некоторой разгрузки преподавателей и ускорения автоматического поиска ответов.

Аттестационный блок собирает и предоставляет преподавателю информацию об успеваемости каждого ученика и о степени выполнения ими учебного материала. Также может привлекаться для автоматической оценки разного рода проверочных работ, что довольно эффективно, учитывая большое число учеников.

Блок обеспечения доступа к базе данных позволяет использовать архив учебных курсов, обеспечивает функционирование гипер-ссылок, выполняет контроль и учет данных. Предоставляет преподавателям средства для коррекции и пополнения базы данных.

Наибольший интерес, с точки зрения разработки и реализации представляет собой блок автоматического ответа на вопросы учеников. Принципы работы остальных блоков интеллектуального модуля очевидны, и поэтому - легко реализуемы.

Основной частью решения поставленной задачи является разбор вопросов заданных учениками. Такие вопросы будут свободно конструированными, т.е. в них будут использоваться различные речевые обороты, сложно составные предложения и все разнообразие слов естественного языка. В то же время, в современных автоматизированных информационных системах на входную информацию наложены четкие ограничения в виде входного информационного языка. Этот язык определяет ограниченный набор слов (команд) и жесткий синтаксис. Только при соблюдении пользователем правил входного информационного языка, такими системами может быть произведен успешный процесс автоматической обработки текста.

В данном случае входным информационным языком будет являться естественный язык. Соответственно, синтаксис входного информационного языка будут определять все синтаксические правила естественного языка.

Первым этапом автоматической обработки текста является морфологический анализ слов поступившего вопроса. Для его выполнения необходимо наличие словаря всех лексических единиц входного языка, составление которого в нашем случае связано с определенными трудностями. Кроме того, не смотря на внушительный объем дискового пространства, занимаемый таким словарем, вряд ли можно будет говорить о его полноте. Этот факт значительно усугубляется морфологическим богатством русского языка.

Все последующие шаги автоматической обработки текста тесно взаимосвязаны. Каждый последующий этап в качестве входной информации использует результаты работы предшествующих ему этапов. Таким образом, невыполнимость первого этапа влечет за собой невозможность анализа вопроса полученного от ученика. Кроме того, построение всеобъемлющего тезауруса также затруднено. Тезаурус представляет собой совокупность различного рода словарей (основ слов, словоформ, словосочетаний, “толковый”) с указанием отношений, в которых находятся элементы каждого из этих словарей. Как уже упоминалось выше, составление полных словарей в нашем случае практически невозможно.

Использование стандартных подходов к анализу свободно конструированных вопросов приведет к значительной потере быстродействия. Это связано с большими объемами словарей, а при синтаксическом и семантическом разборе – свободным построением предложений в русском языке.

Таким образом, решение поставленной задачи стандартными методами автоматической обработки текста невозможно, и необходима оптимизация подхода к проблеме обработки свободно конструированных вопросов.

Прежде всего, необходимо определить некий класс вопросов, на которые должен отвечать наш интеллектуальный модуль. Вероятно, что это только такие вопросы, ответ на которые подразумевает поиск необходимой информации в базе данных системы и выдачу ее автору вопроса. Интерфейсный модуль системы ДО не в состоянии ответить на те вопросы, информация по которым не содержится в базе данных. Даже если теоретически задаться целью создания такого интеллектуального модуля, который на основании некого набора данных из базы самостоятельно делал выводы и таким образом порождал новые данные, то это будет невозможным по ряду причин. Во-первых, функционирование такого модуля требует базы знаний, а не базы данных. Кроме того необходима база правил вывода новых знаний, которые определяют законы формирования новых знаний. Так как в базе данных системы содержится всевозможная информация по всем областям науки, то объем такой базы представляется очень внушительным. Построение базы знаний и базы правил вывода в этом случае связано с огромными физическими и временными затратами.

Вследствие сложности применения стандартных подходов к автоматической обработке текста необходимо искать более эффективные методы обработки поступающих вопросов.

В результате анализа большого числа вопросов, на которые должна автоматически отвечать система ДО, была выявлена определенная закономерность их построения [2]. Как правило, в начале вопроса идет некоторое обращение к преподавателю, которому адресован вопрос. Далее может следовать глагольная связка (“подскажите, пожалуйста”, “расскажите”) расширяющая вопрос и придающая ему необходимый в общении с преподавателем оттенок вежливости. Затем за предлогами: о, об, про; наречиями в роли союза и указательными прилагательными: что такое, как; следует непосредственно суть вопроса – словосочетание или группа терминов, которые указывают на интересующую обучающегося информацию. Далее в очень редких случаях может следовать некоторая дополнительная информация, конкретизирующая ситуацию или отражающая мнение ученика. Подавляющее количество вопросов, на которые должна автоматически отвечать система ДО, строятся по такому алгоритму.

Из всех поступающих вопросов необходимо выделить ключевые слова для дальнейшего поиска информации по ним в базе данных. Таким образом, необходимо произвести морфологический анализ слов поступившего вопроса, но в словарь, необходимый для этого анализа, нет необходимости включать все слова естественного языка, что практически невозможно. Достаточно составить словарь указанных выше союзов, наречий в роли союза и указательных прилагательных. В качестве грамматической информации, которая ставится в соответствие словам словаря (в данном случае она будет общей для всех элементов) можно считать, что эти слова служат разделителями предложения на необходимую и безразличную для дальнейшего поиска части. При разборе вопроса эти слова используются в качестве указателей на то, что за ними следует информация, которую необходимо выделить из вопроса и передать в поисковую систему в качестве входных параметров. При совпадении анализируемого слова вопроса с каким-нибудь элементом словаря выполнение морфологического анализа прекращается. Начиная с позиции в вопросе, на которой завершился морфологический анализ, все последующие слова необходимо выделять из предложения и сохранять для дальнейшего поиска по ним информации. Выделение ключевых слов следует прекратить при достижении знака препинания, т.к. второе простое предложение сложносоставных вопросов не несет необходимой нам смысловой нагрузки.

Новизна предлагаемого решения обусловлена тем, что в данном случае выполняется лишь частичный морфологический анализ поступившего вопроса, этапы синтаксического и семантического анализов фактически пропускаются. Такое сокращение анализа входного текста позволяет значительно сократить время работы на этом этапе решения поставленной задачи, т.к. не выполняются самые сложные и продолжительные шаги анализа вопросов, а также нет необходимости составлять огромные словари и формировать тезаурус. Кроме того, такой метод анализа вопросов позволяет успешно обрабатывать вопросы, в которых встречаются термины на разных языках, специальные сокращения, специальные символы (знаки), а также математические и химические формулы.

Литература

Воронин А.А., Морозов Б.И., Информационные и телекоммуникационные технологии в образовательном процессе, статья в Вестнике СЗО РАО, №3, 1998.
Конев Р.А., Морозов Б.И., Система автоматического ответа на вопросы при общении с ЭВМ на естественном языке. Труды СПбГТУ №482 “Вычислительные, измерительные и управляющие системы”, СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. С. 55-58

The development of interactive computer training courses for students of a speciality "Physics"

Parshin A., Okhotkin K., Zakharov Yu., Aleksandrova G. (aparshin@sibsau.ru)

Siberian State Aerospace M.F. Reshetnev University, Krasnoyarsk

Abstract

Results of development of interactive computer training courses for students of a speciality "Physics" Interuniversity engineering-physical branch of the Siberian State Aerospace University and Krasnoyarsk State University are submitted. Each computer course includes the electronic textbook with lectures, computer labs or exercises; test consists of multiple choice questions, and web-links to Internet online tutorials.

Разработка интерактивных электронных курсов для студентов инженерно-физического направления

Паршин А.С., Охоткин К.Г., Захаров Ю.В., Александрова Г.А. (aparshin@sibsau.ru)

Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск

Более 13 лет в Красноярске в Сибирском государственном аэрокосмическом университете (СибГАУ) развиваются инновационные разработки в области технологии и организации высшего образования для наукоемких технологий в рамках Межвузовского инженерно-физического отделения (МИФО) СибГАУ и Красноярского государственного университета (КрасГУ) с участием Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН [1]. Этим были заложены основы не только межвузовской интеграции, но и интеграции высшего образования и академической науки. Преобразования, происходящие сейчас в России, выдвигают возросшие требования к системе образования и подготовке специалистов, имеющих системное мировоззрение, основанное на фундаментальных знаниях, а так же владеющих навыками решения сложных прикладных научно-технических задач. Будущий специалист должен научиться самостоятельно строить физические модели исследуемых процессов и явлений, проводить необходимые расчеты сложных математических моделей, описывающих задачу. Большую помощь в этом может оказать широкое применение в обучении современных информационных технологий [2].

В этой работе мы хотим отметить три важных аспекта компьютерных технологий:

1. Интерактивные возможности визуализации сложных физических и математических моделей для развития образного мышления и для усиления общей фундаментальной подготовки.

2. Использование компьютерных технологий при выполнении специальных лабораторных практикумов [3].

3. Использование современных сетевых технологий для дистанционного образования.

Нами был разработан ряд общепрофессиональных и специальных курсов для студентов МИФО специальности 010400 «Физика», с широким использованием интерактивных компьютерных технологий:

Физика поверхности и границ раздела;
Теория функций комплексного переменного;
Интегральные уравнения и вариационное исчисление;
Вариационные методы в задачах на собственные значения технической физики, и др.

Электронные варианты этих курсов размещены в локальной сети университета и некоторые из них размещены в Интернете. Разработанная нами структура электронного курса включает в себя:

1. Рабочую учебную программу курса.

2. Электронный учебник.

2.1. Интерактивный конспект лекций с включением компьютерных демонстраций учебного материала, презентации лекций.

2.2. Практические задания, выполняемые на компьютере.

2.3. Компьютерный лабораторный практикум исследовательского характера.

3. Дополнительный методический и факультативный материал.

4. Контрольные и тестовые задания в интерактивном on-line режиме.

5. Ссылки на литературу в электронных библиотеках и на аналогичные электронные учебники и курсы в Интернете.

5. Экзаменационные билеты или вопросы к зачету.

6. Система помощи по работе с курсом (FAQ).

7. Система поддержки и обратной связи с преподавателем, форум или «чат».

8. База данных по контролю успеваемости учащихся.

Некоторые из разработанных нами электронных курсов размещены в Интернете на сайте ktf.krk.ru. В них используются электронные тексты методических пособий, изданных ранее традиционным способом и прошедших соответствующую редакционно-издательскую подготовку в РИО университета [4].

При проведении занятий по этим курсам предполагается:

использование мультимедийного презентационного оборудования для лекций;
выполнение ряда практических заданий в компьютерном классе связанных с компьютерным моделированием физических процессов в современных математических пакетах и с внедрением результатов оригинальных авторских научных разработок в учебный процесс;
проведение виртуальных лабораторных работ в компьютерном классе в дополнение к обычным работам в специальных практикумах;
широкое использование компьютерной обработки экспериментальных данных и цифровых изображений с помощью современных компьютерных методов и пакетов прикладных программ;
привлечение к учебному процессу, в дистантной форме, во время практических занятий, электронных учебных материалов, интерактивных задач и тестов, расположенных в локальной сети;
самостоятельный поиск студентами дополнительной учебной и научной информации в Интернете;
контроль самостоятельной работы студентов в дистанционной форме через Интернет с помощью электронной почты и «чата»;
оформление студентами в компьютерном классе результатов выполнения заданий и лабораторных работ в виде небольшого научного отчета, обучение студентов современному оформлению учебной и научной документации.

Использование компьютерных технологий позволяет раскрыть все возможности современных методов моделирования физических процессов, помогает освоению фундаментальных понятий и формирует у студентов научное мировоззрение и современное теоретико-физическое мышление.

Работа поддержана ФЦП «Интеграция», проект № Б0017.

Литература

Беляков Г.П., Лепешев А.А., Паршин А.С., Проворов А.С., Баранов А.М., Патрин Г.С., Сорокин А.В., Сорокин Б.П. Инновационные технологии интегрированной подготовки специалистов инженерно-физического направления в Сибирской аэрокосмической академии и Красноярском государственном университете // Инновации в высшей технической школе России: Вып 2. Современные технологии в инженерном образовании: Сб. ст. / МАДИ(ГТУ). М., 2002. с. 41-50.
Лепешев А.А., Паршин А.С., Бабкин Е.В., Назаров Г.Г., Охоткин К.Г. Методические аспекты и перспективы интегрированной подготовки инженеров-физиков // Тезисы докладов Всероссийской научно-методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития университетских комплексов инженерного профиля», Красноярск, СибГАУ, 2003, С. 59-60.
Паршин А.С., Александрова Г.А., Федоров А.Н. Компьютерный лабораторный практикум по электронной спектроскопии поверхности твердых тел // Сборник тезисов докладов VII-й учебно-методической конференции стран Содружества «Современный физический практикум» М.: Издательский дом МФО, 2002, с. 221-223.
Захаров Ю.В., Уваев И.В., Охоткин К.Г. Методическое обеспечение компьютерных методов решения научно-исследовательских задач для инженеров-физиков // Материалы международной научно-методической конференции «Развитие системы образования в России XXI века», Красноярск, 2003, С. 119-120.

A key element of system of open formation is the information-educational environment

Razinkina H. (razinkina@masu.ru)

Magnitogorsk state university

Abstract

At the present stage, information of formation there is a necessity of introduction of the new form of reception of formation, such as open formation. A key element of system of open formation is the information-educational environment. Basis IOS structured by info - programmno-telekommunikatsionnoj is the portal - effective structure for promotion of modern information technologies in formation.

Портал как часть информационно-образовательной среды в системе открытого образования

Разинкина Е.М. (razinkina@masu.ru)

Магнитогорский государственный университет

На современном этапе, информатизации образования возникает необходимость внедрения новой формы получения образования, такой как открытое образование. Ключевым элементом системы открытого образования является информационно-образовательная среда (ИОС), которая позволяет реализовать технологии дистанционного обучения.

ИОС - это программно-телекоммуникационное и педагогическое пространство с едиными технологическими средствами ведения учебного процесса, его информационной поддержкой и документированием в среде Интернет любому числу учебных заведений, независимо от их профессиональной специализации (уровня предлагаемого образования), организационно-правовой формы и формы собственности.

Структурированной инфо-программно-телекоммуникационной основой ИОС является портал. Порталы обладают возможностью, как привлекать большое число пользователей, так и собирать информацию об их интересах.

Организационная структура образовательного портала представляется в создании единого иерархического трехуровневого древа порталов, состоящего из следующих уровней:

первый уровень – федеральный;
второй уровень – региональный;
третий уровень – уровень учебных заведений (мини-портал).

Такая структура является оптимальной, с точки зрения поиска необходимой информации, а также сообществ по интересам. Именно необходимость того, чтобы в нужный момент владеть нужной информацией является приоритетным фактором в наше время. Следовательно, основной груз по заполнению контента ложится на третий уровень – уровень учебных заведений. Именно на этих мини-порталах необходимо корректно и точно, применяя необходимые стандарты, ориентируясь на целостность и согласованность, организовать имеющиеся материалы в контент портала.

Образовательный портал (в строгом значении понятия) - это портал обучения (создания, передачи, контроля знаний и подтверждения достигнутого образовательного ценза). Если в портале функции обучения нет, то такой портал является лишь информационным порталом системы образования (горизонтальным или вертикальным).

Характеристиками образовательного портала являются:

- подобранный и структурированный контент для целей обучения;

- доступ и отображение информации из множественных гетерогенных источников данных (реляционные и многомерные базы данных, системы управления документами, системы электронной почты, Web-серверы, новостные каналы и различные файловые системы или серверы, на которых хранятся гипертекст, аудио-, видеоинформация или образы);

- персонификация для конкретного пользователя;

- способность организации клиентского места;

- распределение ресурсов - разделение некоторых возможностей портала на уровни, доступные разным категориям пользователей;

- отслеживание выполнения работ конкретным человеком или сообществом людей;

- обнаружение (локализация) людей и информации (экспертов, сообществ и контента, связанного с определенной тематикой).

Особенно важным является правильная организация контента, то есть содержимого образовательного портала, как педагогической составляющей методологии проектирования образовательного портала. Для успешного построения образовательно-информационного портала необходимо исходить из методологии педагогического проектирования создаваемых информационно-образовательных ресурсов и построения связей между ними.

В нашем случае, педагогическое проектирование должно обеспечить создание информационно-образовательного портала, обеспечивающего полноценную информационную поддержку и, следовательно, подразумевает:

разработку педагогических принципов создания портала, в том числе, выделение фундаментальных составляющих и концептуальных линий обучения в содержании образовательных программ;
определение взаимодополняемости образовательных ресурсов;
выработку общих принципов разработки электронных образовательных ресурсов;
стандартизацию интерфейсов пользователей с точки зрения психолого-педагогических требований.

Несомненно, что наиболее подготовленной аудиторией для построения образовательных порталов являются, в первую очередь, преподаватели высшей школы, педагоги-методисты и аспиранты, занимающиеся проблемами информатизации образования.

Таким образом, портал является эффективной структурой для продвижения современных информационных технологий в образование. Он способен обеспечить единство информационной среды на технологическом уровне, без которого невозможна целостность среды на содержательном уровне.

Blog

Computer Using Educators, Inc., Usa центр новых педагогических технологий Московский областной общественный фонд новых технологий в образовании «Байтик» ано «ито» Материалы

Содержание