Подготовка будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта

Исаева, Гачиханум Гаджимедовна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика профессионального образования

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.08 для написания научной статьи или работы на тему: Подготовка будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта

Автореферат

Автор научной работы: Исаева, Гачиханум Гаджимедовна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Махачкала
Год защиты: 2013
Специальность ВАК РФ: 13.00.08

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Подготовка будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта"

На правах рукописи

ИСАЕВА Гачиханум Гаджимедовна

ПОДГОТОВКА БУДУЩЕГО ПЕДАГОГА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭЛЕМЕНТОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

(на примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии»)

13.00.08 - Теория и методика профессионального образования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

4 АПР 2013

МАХАЧКАЛА - 2013

005051291

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет»

Научные руководители: доктор педагогически наук, профессор

Везиров Тимур Гаджиевич; кандидат технических наук, доцент Раджабалиев Гатемсолтан Пулатович

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

кафедры педагогики ФГБОУ ВПО «Даггос-педуниверситет» Караханова Галина Али-евна; кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационного права и информатики юридического факультета ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» Абдусаламов Руслан Абдусаламович

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный

университет»

Защита состоится «21» марта 2013 г. в 1200 на заседании Диссертационного совета Д 212.051.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет» по адресу: 367003, Махачкала, ул. М. Ярагского, 57.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет» по адресу: г. Махачкала, ул. Ярагского, 57.

Автореферат выставлен на сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации http://vak.ed.gov.ru/: и на сайте ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет» www.dgpu.ru «21» февраля 2013 г.

Автореферат разослан «21» февраля 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат педагогических наук, профессор Щ - Ш.А.Мирзоев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В сложившейся современной ситуации для различных областей человеческой деятельности характерной является проблема качества подготовки специалистов. В этой связи для вуза одной из важнейших становится задача не только максимального усвоения студентами научной информации, но и формирования у них на должном уровне профессиональных умений, развития стремления и способности самостоятельно организовывать свою деятельность, продуктивно мыслить и обновлять знания.

Внедрение современных интеллектуальных информационных технологий, в частности, технологий с элементами искусственного интеллекта, позволяет по-новому подойти к проблеме индивидуализации обучения.

Искусственный интеллект (ИИ) - одно из направлений информатики, цель которого, разработка программно-аппаратных средств, позволяющих пользователю непрограммисту ставить и решать интеллектуальные задачи, общаясь с ЭВМ компьютером на ограниченном подмножестве естественного языка.

Использование экспертных систем (ЭС), являющихся одним из элементов искусственного интеллекта, прежде всего, осуществляет идеи личностно ориентированного обучения, позволяет максимально индивидуализировать учебно-воспитательный процесс, повышает качество обучения и способствует развитию индивидуальных способностей студентов.

Одним из перспективных направлений внедрения интеллектуально-информационных технологий в образование является использование прикладных систем на основе методов ИИ, таких как экспертные системы, интеллектуальные обучающие системы, экспертные обучающие системы. Интеллектуализация обучающих систем, рост числа программных комплексов, реализующих идеи и принципы ИИ, обусловили необходимость в научно-обоснованной методической системе обучения основам ИИ будущих педагогов профессионального обучения.

В работе Д.А. Поспелова «Становление информатики в России», опубликованной в 1999г., дается описание предметной области информатики, в которой раздел «Искусственный интеллект» отмечен как один из наиболее перспективных для научных исследований и приложений.

Позже тема искусственного интеллекта находит более подробное отражение в учебниках и учебных пособиях В.П. Каймина и авторского коллектива в составе И.Г. Семакина, Л.А. Залоговой, C.B. Русакова, JI.B. Шестако-вой. В этих учебниках и пособиях дается общий обзор данного направления информатики, рассказывается о задачах, которые решаются методами искусственного интеллекта.

Вопросы использования элементов искусственного интеллекта рассматривались в работах Т.А. Кувалдина , JI.H. Бабанина, П.Л. Брусиловского, О.Т. Баловнева, А.Ю. Казеннова, В.И. Берестовой, О.В. Заволович, Г.В. Рыбиной, Е.Д. Хохловой, A.B. Григорьева, O.JI. Слабнова, И.В. Шипицина, В.А.

Даниелян, B.K. Скибневского, В.А. Коновалова, И.П. Хвостова, Ю.И. Шуры-гина, И.В. Роберт. Принципы построения систем диалога для экспертно-обучающей системы рассмотрены в работах Е.И. Машбиц, В.В. Андриевской, Е.Ю. Комиссаровой, И.Н. Голицыной, A.M. Гофен, Р. Левина, Т.В.Корниловой, O.K. Тихомирова, М.А. Сухининой, Б.И. Федорова, 3.0. Джалиашвили. Подходы к построению архитектуры экспертных обучающих систем рассматривались Е.Б. Кисель, В.А. Петрушиным, Э.В. Поповым, И.Б. Фоминых, М.Д. Шапот.

Проблемы подготовки педагогов профессионального обучения исследованы в работах П.Я Гальперина, Т.Г. Везирова, Б.С. Гершунского, Г.М. Гаджиева, Ш.А.Магомедова, A.C. Муртузалиевой, М.И. Потеева, Н.Ф. Талызиной и др.

Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки педагога профессионального обучения (на примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии») к условиям ее реализации и срокам освоения определяются федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС). Развитие информатики как научной и образовательной области обусловливает изменение требований к педагогу профессионального обучения, что находит отражение в появлении новых поколений стандартов высшего педагогического образования.

Анализ ФГОС показывает тенденцию к росту предоставленного времени и объема подготовки будущих педагогов профессионального образования в области искусственного интеллекта. В государственном образовательном стандарте третьего поколения, утвержденном в 2010 г. и действующем в настоящее время, основы искусственного интеллекта представляют собой отдельную дисциплину профессионального цикла специальности 051000 -Профессиональное образование (051000.06 - информационные технологии), в структуру которой включены такие направления науки, как модели представления знаний, экспертные системы.

Эти обстоятельства и интеллектуализация обучающих систем, рост числа программных комплексов, реализующих идеи и принципы искусственного интеллекта, обусловили необходимость разработки модели использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущих педагогов профессионального обучения.

Актуальность применения элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения обусловлена наличием ряда противоречий между:

1. Потребностью современного общества в высококвалифицированных педагогах профессионального обучения и недостаточным уровнем их подготовленности;

2. Значимостью и возрастающей ролью искусственного интеллекта как одной из отрасли информационных технологий в образовании и недостаточностью представления этого направления в учебном процессе вуза;

3. Неразработанностью оптимальной и четкой модели подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

Новые требования, предъявляемые к будущим педагогам профессионального образования, значимость основных разделов искусственного интеллекта для их фундаментальной подготовки, перспективность внедрения экспертных систем на основе методов искусственного интеллекта в образование являются перспективными научными исследованиями, что определило актуальность выбранной темы исследования: «Подготовка будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта» (на примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии»).

Проблема исследования заключается в выявлении оптимальных условий построения и использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального образования.

Цель псследованпя - разработка модели подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта, ее теоретическое обоснование и экспериментальная проверка.

Объект исследования — подготовка будущего педагога профессионального обучения в вузе.

Предмет исследования - педагогические условия подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

Гипотеза исследования. Использование элементов искусственного интеллекта повысит эффективность учебного процесса вуза, если будет:

- выявлена совокупность педагогических условий построения и использования экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза;

- разработана модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта;

- разработан спецкурс «Экспертные системы в обучении», способствующий реализации профессиональной направленности обучения.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ научно-методических исследований в области современного состояния, перспектив разработки и использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения и определить динамику внедрения интеллектуальных экспертных систем в образование.

2. Выявить совокупность педагогических условий построения и использования экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.

3. Разработать модель подготовки педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

4. Разработать спецкурс «Экспертные системы в обучении», способст-

вующий реализации профессиональной направленности обучения.

5. Экспериментально проверить целесообразность использования предложенной модели и ЭС в подготовке педагога профессионального обучения.

Методологическую основу диссертационного исследования составили теория и методики информатизации образования (Я.А. Ваграменко, А.П. Ершов, И.В. Роберт и др.); личностно-деятельностный подход к анализу и оценке педагогических явлений (Б.Г. Ананьев, JI.C. Выготский, А.Н. Леонтьев и др.); личностно-ориентированный подход к обучению (П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); разработки и использования интеллектуальных систем (Данилюк С.Г., Кудинов В.А., Павлов A.A., Романен-ко Ю.А. и др.)

Теоретической основой исследования послужили научные взгляды, концепции, системные построения по проблемам высшего образования, новые информационные технологии, компьютеризация учебного процесса, экспертные системы, используемые в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности и качества, положения современной дидактики, содержащихся в работах:

- психолого-педагогические исследования по вопросам использования экспертных систем в обучении (И.Е. Вострокнутов М.А. Готлиб, Е.Машбиц,

A. Матюшкин-Герке, И.В. Роберт, Т.О. Сергеевой, Н.В. Софроновой, и др.);

- профессионализация и информатизация образования (A.A. Аминова, С.И. Архангельского, Ю.Н. Афанасьева, Ю.И. Бабаева, Ю.К. Бабанского,

B.А. Шапавалова и др);

- дидактические основы использования новых инфокомуникационных технологий (М.М.Абдуразакова В.П. Беспалько, Г.А. Бордовского, Ю.С. Бра-новского, С.А. Бешенкова, Т.Г. Везирова, Ю.П. Ветрова, А.Г.Гейна, С.Г. Григорьева, А.П. Ершова,. В. А. Извозчикова, А. А. Кузнецова, А.Г. Кушнирен-ко, В.М. Монахова, И.В. Роберта, М.В. Швецкого);

- личностно ориентированные подходы к обучению (H.A. Алексеев, Е.В. Бондаревская, Э.Ф. Зеер, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.).

- исследования, посвященные интенсификации обучения (С.Я. Баты-шева, Л.В. Занкова, Ф.Ф. Королева, И.Л. Огородникова, И.П. Раченко, М.Н. Скаткина, Н.Ф.Талызиной и др.).

В ходе исследования были использованы следующие методы: теоретические: анализ философской, психологической, педагогической, методической и специальной литературы; нормативно-законодательных документов Российской Федерации об образовании; концептуальный анализ ранее выполненных диссертационных исследований; изучение литературы по вопросам: моделирования, адаптации, создания и эффективного использования экспертной системы с элементами искусственного интеллекта анализа обучения; эмпирические: обсервационные: прямое, косвенное и включенное наблюдение; диагностические: анкетирование, беседа, тестовые задания; прогностические: метод экспертных оценок; констатирующий и формирующий эксперименты; статистические: методы измерения и математической обра-

ботки экспериментальных данных, полученных в ходе исследования, их системный и качественный анализ, и компьютерная обработка данных, их оформление в виде диаграмм и таблиц.

Организация и этапы исследования. Исследование осуществлялось в три этапа(2005 - 2012гг.).

Первый этап (2005 - 2006 гг.) - теоретический анализ педагогической литературы и литературы по информатике, информационным технологиям, экспертным системам, искусственному интеллекту, информационных ресурсов Интернет; выделение основных направлений по теме исследования, анализ программных средств учебного назначения, разработка программы и методики исследования.

Второй этап (2006 - 2009 гг.) - создание программы спецкурса «Экспертные системы в обучении», экспертной системы анализа обучения с элементами искусственного интеллекта и модели подготовки педагога профессионального обучении к использованию экспертных систем.

Третий этап (2009 - 2012 гг.) - проведение эксперимента, анализ и обобщение результатов экспериментальных данных, апробация по внедрению экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в процесс обучения, разработка рекомендаций по использованию экспертной системы анализа обучения с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе, оформление диссертации.

Научная новизна исследования заключается в том, что в нем:

- рассмотрены и уточнены психолого-педагогические аспекты использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения;

- разработана модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

Теоретическая значимость исследования заключается в научно-теоретическом обосновании и реализации экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения и разработке методических рекомендаций по их использованию. Это представляет собой определенный вклад в общую теорию и методику профессионального образования. Результаты исследований позволяют повысить эффективность процесса обучения в вузе.

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

- на основе проведенных исследований разработан спецкурс «Экспертные системы в обучении» и электронный учебник по логическому программированию ПРОЛОГ, составляющую основу экспертных систем;

- разработан экспериментальный фрагмент интеллектуальной системы -прогнозирования результатов сессии на основе текущей успеваемости;

- разработана модель подготовки педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта;

- экспериментально оценена эффективность проведения учебного процесса по разработанной программе спецкурса «Экспертные системы в обучении».

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивалась методологической обоснованностью теоретических положений; полнотой и системностью раскрытия предмета исследования; использованием комплекса методов, адекватных проблемной области и задачам исследования; количественным и качественным анализом промежуточных и итоговых результатов исследования, личным участием автора в организации процесса подготовки педагогов профессионального обучения к разработке и использованию экспертных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Педагогические условия построения и использования экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза, позволяющие повысить эффективность и профессиональную подготовку будущего педагога профессионального обучения; проектировать учебную деятельность студентов как поэтапную самостоятельную работу (при разработке экспертных систем), направленную на разрешение проблемных ситуаций в условиях группового диалогового общения; обеспечивающие разработку экспертных систем критериями технологичности, системности, управляемости, эффективности, повторяемости; представляющие возможность решения проблемы индивидуализации обучения и проектирование преподавателем учебного процесса на основе общей модели подготовки согласно государственного образовательного стандарта специальности);

2. Модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта, включающая в себя: цель и задачи, компоненты (мотивационно-ценностный, когнитивный, орга-низационно-деятельностный, личностный), организацию (условия, принципы, методы, содержание, организационные формы) и уровни (низкий, средний, высокий) процесса готовности педагога профессионального обучения к использованию экспертных систем, показатели сформированное™ и готовности педагога профессионального обучения к использованию экспертных систем;

3. Инновационные формы и методы использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения (интерактивные лекции, компьютерный практикум, спецкурс «Экспертные системы в обучении», метод проектов (работа над индивидуальным проектом), дистанционное обучение, форумы, телеконференции, групповые дискуссии, «мозговой штурм»);

4. Технология реализации спецкурса «Экспертные системы в обучении» с использованием разработанного нами электронного учебника логического программирования «ПРОЛОГ».

Апробация и внедрение результатов исследования в практику осуществлялась в форме педагогического эксперимента в ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет».

Основные положения и результаты исследования нашли отражение в статьях, тезисах докладов автора, которые обсуждались и получили одобрение на международных конференциях: Межрегиональной научно-практической конференции (Махачкала, 2008), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Уде, 2007), Международной научно- методической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2006), Международной научно-практической конференции «Информатизация образования» (Калуга, 2007), VII Международной научно-практической конференции «Образование и наука XXI века» (София-Болгария, 2011), VIII Международной научно-практической конференции «Новейшие научные достижения - 2012» (София-Болгария, 2012), IV Международной научно-практической конференции «Модернизация системы непрерывного образования» (Махачкала, 2012).

Структура диссертации. Объем и структура диссертации определены логикой исследования и последовательностью решения поставленной задачи. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации составляет 194 страниц. Работа содержит 17 таблиц, 12 иллюстраций. Список литературы включает 268 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены цель, объект, предмет, гипотеза, задачи, методологические подходы и методы исследования, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость, представлены положения, выносимые на защиту, описываются база и этапы исследования.

В первой главе «Теоретико-методологические аспекты использования элементов искусственного интеллекта в профессиональном образовании» представлен теоретический анализ проблемы исследования, позволяющий уточнить сущность элементов искусственного интеллекта, определены критерии и уровни подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

Рассмотрены теоретические вопросы решения многоаспектных проблем использования элементов искусственного интеллекта в теории и практике педагогических исследований.

Выявлены психолого-педагогические требования и условия использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущих педагогов профессионального обучения.

Анализ исследований, посвященный проблеме использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения позволил выявить педагогические условия использования экспертных систем.

В настоящие время основные проблемы при разработке обучающих программ (в частном случае экспертных систем) связаны с психолого-педагогическими требованиями. Педагогическая ценность ЭС зависит от то-

го, учтены ли при их разработке принципы обучения. Анализ научно-педагогической литературы и электронных ресурсов показал, что ЭС нужно сопровождать методическими и педагогическими требованиями. К таким требованиям мы относим:

1. Научность содержания ЭС предполагает предъявление средствами программы научно-достоверных сведений.

2. Доступность означает, что предъявляемый программой учебный материал, формы и методы организации учебной деятельности должны соответствовать уровню подготовки обучаемых и их возрастным особенностям.

3. Наглядность предполагает, что представленными в компьютерной форме объектами можно осуществить различные действия, изучить их не только статичное изображение, но и динамику развития в различных условиях.

4. Адаптивность предполагает реализацию индивидуального подхода к обучаемому, учет индивидуальных возможностей воспринимать предложенный учебный материал. Реализация адаптивности может обеспечиваться различными средствами наглядности, несколькими уровнями дифференциации при предъявлении учебного материала по сложности, объему, содержанию.

5. Учёт индивидуальных особенностей обучаемых путём поэтапного продвижения к цели при помощи различных уровней сложности предъявляемого материала.

6. Систематичность и последовательность предполагает необходимость усвоения обучаемым системы понятий, фактов и способов деятельности в их логической связи с целью обеспечения последовательности и преемственности в овладении знаниями, умениями и навыками.

7. Сознательность обучения, самостоятельность и активизации деятельности обучаемого предполагает обеспечение средствами программы самостоятельных действий по извлечению учебной информации при четком понимании конкретных целей и задач учебной деятельности.

8. Развитие интеллектуального потенциала обучаемого предполагает обеспечение развития мышления (например, алгоритмического, программистского стиля мышления, логического, наглядно-образного, теоретического), формирования умения принимать оптимальное решение или вариативные решения в сложной ситуации и формирования умений по обработке информации.

9. Суггестивнсть (от англ. suggest — предлагать, советовать) обратная связь при работе с ЭС предполагает как обеспечение реакции программы на действия пользователя, в частности, при контроле с диагностикой ошибок по результатам учебной деятельности на каждом логически законченном этапе работы по программе, так и возможность получить предлагаемый программой совет, рекомендацию о дальнейших действиях или комментированное подтверждение (опровержение) выдвинутой гипотезы или предположения.

Следует отметить, что применение компьютера оказывает исключительно большое влияние на все аспекты учебного процесса, и на содержание

учебного материала, и на методы обучения, и на используемые учебные задачи, и на мотивацию учащихся и т.д. Все это обусловливает исключительно большое значение психолого-педагогических проблем для разработки эффективных обучающих программ.

Интеллектуальные технологии обучения могут быть эффективными лишь при условии строгого учета психо-физиологических и психологических особенностей студентов, наличии в ней системы диагностики и коррекции, значимых для обучения и профессиональной деятельности качеств личности и состояний человека.

Психофизиологический контроль функционального состояния и психической работоспособности предусматривает диагностику состояния высших психических функций (память, мышление, внимание).

Эффективность использования экспертных обучающих систем зависит также от учёта особенностей развития внимания, памяти, мышления. Ананьев Б.Г., изучая возрастные особенности нейродинамики, психомоторики, внимания, памяти, мышления, отметил их достаточно высокий уровень в период молодости, что свидетельствует, по его мнению, о высоких потенциальных возможностях обучаемости, высокой способности воспринимать информацию, сохранять её в памяти, активно перерабатывать для решения различного рода задач. Доказано также, что развитие разных функций происходит неравномерно и не одновременно. Повышенный уровень внимания приходится в период от 21 до 25 лет, это бесспорно играет положительную роль в восприятии учебной информации. Важно отрабатывать материал малыми порциями, т.к. учебная деятельность при восприятии информации происходит преимущественно в режиме переключения внимания, а не при распределённом внимании. Заниженный уровень памяти в этот период нужно компенсировать за счёт осмысления и понимания учебного материала. Мышление человека работает не изолированно, а зависит от психики в целом. Один и тот же человек рассуждает быстро или медленно, логично или не логично в зависимости от того, радует его работа или тяготит, спокоен он или взволнован, уверен в своих силах или нет. Эти психологические факторы нужно учитывать при разработке ЭС, стараясь сделать работу с ним более комфортной и удобной в пользовании, а так же их необходимо учитывать педагогу при организации учебного процесса.

Исходя из вышеизложенного, по нашему мнению, следует, что к ЭС предъявляются следующие технические требования:

• удобство, возможность использовать ЭС компьютерно- осведомлённым педагогом;

• надёжность, наличие защиты от непредсказуемых действий;

• модульность, читабельность, возможность корректировки, переналадки;

• возможность пересылки по локальной сети;

• наличие описания ЭС, инструкции пользователю, включающий список команд по управлению ЭС;

• наличие средств для сбора информации о ходе учебной деятельности каждого обучаемого и результатах обучающей деятельности.

Эти требования учтены нами при разработке экспертной системы анализа обучения.

Исходя из анализа психолого-педагогической литературы, нами выявлены педагогические условия использования элементов искусственного интеллекта в подготовке будущего педагога профессионального обучения:

• проектирование экспертной системы на основе построенной модели будущего педагога профессионального обучения;

• проектирование учебной деятельности студентов как поэтапной самостоятельной работы (при разработке экспертных систем), направленной на разрешение проблемных ситуаций в условиях группового диалогового общения при участии преподавателя;

• необходимость удовлетворения разработки экспертных систем критериям технологичности, системности, управляемости, эффективности, повторяемости;

• возможность решения проблемы индивидуализации обучения, т.е. учета индивидуальных способностей и возможностей обучающихся.

• проектирование преподавателем учебного процесса на основе общей модели подготовки, отражающей государственный образовательный стандарт специальности, с выполнением им функций разработчика проблемных задач, консультанта и эксперта.

Во второй главе «Практическая реализация процесса подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта» рассматриваются структура и педагогические основы построения экспертной системы анализа обучения с элементами искусственного интеллекта, модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта, описываются организация, проведение и результаты экспериментальной части работы.

При моделировании процесса формирования готовности будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта профессиональной деятельности, мы исходили из того, что модель должна отражать требования, предъявляемые обществом к качеству профессиональной подготовки: наличие психолого-педагогической основы (научный подход или набор отдельных положений); основные идеи исследований по проблеме оптимизации процесса формирования готовности; организацию целенаправленного, целостного педагогического процесса формирования готовности; основные критерии и показатели уровней качества процесса формирования готовности. Учитывая выше перечисленные требования, мы построили модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта (схема!).

Компоненты готовности будущего педагога профессионального обучения к______

использованию экспертных систем

Мотив® цноино-

ЦСВНОСТНЫЙ

Целенаправленный и сознательный харатстер действий к использованию ЭС в профессиональной^ деятельности^

Когнитивный

Владеет методикой

работы с ЭС и способами проектирования дидактическою материала для работы с ЭС

Оргаинэяиионво-дектелькостный

Умеет проектировать профессиональную деятельность для использования ЭС

Личностный

Конструктивно решает

все проблемы связанные с использованием ЭС в профессиональной деятельности

Организация процесса X готовности будущего >

(педагога профессионального обучения к использовании» у э кс аертных систем

# Принципы

1. Дифференциации, индивидуализации

2. Системности

3. Визуализации

4. Межпредметной связи

5. Профессиональной направленности

# Содержанке

1. ФГОС ВПО нрофессионально-педагогнческото образования по специальности 051000.06 -Профессиональное обучение (информационные технологи и): дисциплина «Основы искусственного интеллекта»

1, Авторский спецкурс «Экспертные системы в обучении»

> Условия

1. Методика обучения общеирофесснонадьных и специальных дисциплин опирается на методологические обоснованные положения.

2. Систематическая и целенаправленная ориентация студентов на внутренне-мотивиронанное овладение знаниями и умениями» применения ЭС в

_профессиональной__

► Методы (технологии)

1. Инструкционно-исполнительный

2. Объяснительно-репродуктивный

3. Побуждающо-лродуяливный

4,51обуждающе-творчес«ий

| Организаций«ные формы

1. Интерактивные лекции

2. Компьютерный практикум

3. Метод проектов

(работа над индивидуальным проектом)

4. Дистанционное обучение

5. Форумы

6. Телеконференции

Уровни сформировал) яостн готовности педагога профессионального обучения к использованию экспертных систем

( Низкий ) ( Средний ) ( Высокий )

Показатели сформированное™ готовности будущею иедаюга ирофессионаньного _ _ обучения к использованию экспертных систем

Знания в обдаст ЭС

Умение применять. ЭС в обучении

>е

[отивы профессионально применения ЭС

РЕЗУЛЬТАТ:

[формирование готовности будущего педагога профессионального

обучения к работе с экспертными системами _

Схема!. Модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта

Данная модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта отражает целостный педагогический процесс, поскольку ни один из компонентов данной модели, взятый отдельно, не достигает заданной цели. Каждый компонент модели решает конкретную задачу, а их совокупность достигает цель - формируется новое качество личности — это готовность будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта в профессиональной деятельности. В целом, термин «готовность», как известно, означает «доведение чего-то до состояния готовности, соответствия определенным требованиям». Уровневый подход составляет основу исследования любого процесса развития как переход от одного уровня к другому, более сложному и качественно отличительному.

Нами уточнены компоненты готовности педагога профессионального обучения с использованию экспертных систем: мотивациопно-ценностный, когнитивный, организационно-деятелъностный, личностный.

Отметим, каким содержанием наполняются выделенные компоненты.

Мотивационно-ценностный - обеспечивает личностную направленность деятельности будущего специалиста на успешное овладение и обогащение педагогическими знаниями посредством знаний и способностей в будущей профессиональной деятельности, проявление инициативы, готовности к самореализации и самосовершенствованию профессионально значимых личностных качеств в процессе будущей профессиональной деятельности, стремление к творческой активности, способности к самоанализу, к рефлексии.

Критерии проявления мотивационно-ценностного компонента: мотивация к работе в области экспертных систем; ценностно-смысловые установки на эффективную работу в области искусственного интеллекта. Методы и методика диагностики в мотивационно-ценностном компоненте — тест по определению склонности педагога к работе с ЭС.

Особое внимание в процессе профессиональной подготовки будущего педагога необходимо уделять таким технологиям обучения, которые бы позволили студентам активно включаться в самостоятельный поиск и открытие нового, профессионально необходимого. В этих условиях становится очевидной необходимость принципиального обновления процесса профессиональной подготовки будущих специалистов, что должно обеспечить высокий уровень его компетентности, мобильности, максимально благоприятные условия для развития личности. Поэтому формирование педагогической направленности в профессиональной подготовке будущих специалистов в рамках нашего исследования наиболее рационально и эффективно, в сочетании таких активных технологий обучения, как тестовые технологии анализа конкретных ситуаций, моделирование и построение ЭС анализа обучения.

Критерии проявления организационно-деятельностного компонента-умения: организационные; коммуникационные; прогностические; рефлексивные; проективные. Методы и методика диагностики организационно-деятельностного компонента — метод экспертных оценок анализа деятельно-14

сти студентов.

Личностный компонент включает интерес к профессии, педагогическое призвание, профессионально-педагогические намерения и склонности. Основой педагогической направленности является интерес к профессии педагога, который находит свое выражение в положительном эмоциональном отношении к детям, к родителям, педагогической деятельности в целом и к конкретным ее видам, в стремлении к овладению педагогическими знаниями и умениями. Критерии проявления личностного компонента- творческий потенциал и эмоциональная открытость. Методы и методика диагностики орга-низационно-деятельностного компонента - тест на определение творческих способностей студента.

С целью проверки эффективности предложенной модели подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта в обучении студентов факультета информатики была организована экспериментальная работа.

В ходе эксперимента проверялась и уточнялась методика количественной и качественной оценки результатов эффективности применения предложенной модели.

Экспериментальное исследование проводили в несколько этапов: констатирующий, формирующий и заключительный.

На первом, констатирующем, этапе эксперимента был определен первоначальный уровень подготовки обучаемых в области искусственного интеллекта. В качестве метода для определения уровня подготовки применялось тестирование. Вопросы теста были направлены на проверку теоретических знаний, необходимых для овладения прохождения курса «Экспертные системы в обучении».

Анализ полученных данных в результате тестирования показал, что уровень знаний большинства обучаемых является недостаточным для разработки экспертных обучающих систем в обучении. Это позволило сделать вывод о целесообразности использования разработанной нами модели формирования готовности будущего педагога профессионального обучения к работе с экспертными системами.

В тестировании принимали участие 54 студента дневного отделения и 46 студентов заочного отделения 4 и 5 курсов, из которых 48 составляли контрольную группу и 52 экспериментальную.

Сбор информации для разбивки курса на контрольную и экспериментальную группу проводился путем анкетирования, наблюдения, беседы со студентами.

Формирующий этап включал проведение промежуточной и заключительной диагностики результатов усвоения содержания, сравнительный анализ данных в экспериментальных и контрольных группах;

Формирующий эксперимент организовался по четырем ступеням.

На первой ступени формируется мотивация студентов. Критерии проявления — мотивация к работе в области экспертных систем. Используются проблемные ситуации. Нетрадиционная форма проведения занятий (интерак-

тивные лекции в форме конференции, компьютерный практикум, метод проектов, работа над индивидуальным проектом, дистанционное обучение, форумы, телеконференции).

На второй ступени у студентов формируются теоретические знания, которые достигались путем включения активных методов обучения, ценностно-смысловые установки на эффективную работу в области искусственного интелл екта, о проблеме использования ЭС в профессиональной деятельности, о способах использования ЭС в профессиональной деятельности, о специфике использования ЭС в профессиональной деятельности.

Для определения состояния уровней компонентов на данной ступени проводили тестирование по знаниям ЭС (рубежный тест-контроль знаний). На третьей ступени обучение построения экспертных систем на основе готовых экспертных систем (Micro-Expert PROSPECTOR, SAGE, MYCIN, DENDRAL,). Студенты используют электронный учебник для изучения языка ПРОЛОГ. Предполагается создание студентами пробных ЭС по различным дисциплинам СГЭ, МЕН и профессионального цикла для внедрения их в учебный процесс.

Для определения состояния уровней компонентов на третьей ступени проводится тестирование по знанию языка ПРОЛОГ (рубежный тест-контроль).

На четвертой ступени вели работу над индивидуальным проектом, т.е. студент применяет полученные знания по данной дисциплине для своей первой ЭС в обучении. Каждый студент составляет свою экспертную систему на языке ПРОЛОГ на предложенную преподавателем тему. На этой ступени обучаемый проявляет свой творческий потенциал и эмоциональную открытость.

Состояние уровня остаточных знаний на четвертой ступени проверялось итоговым тест-контролем.

Экспериментальные данные обрабатывали в Excel. Анализ результатов эксперимента показал, что уровень готовности у будущих педагогов профессионального обучения к работе с экспертными системами экспериментальной группы выше, чем контрольной (таблица 1, рис. 1).

Таблица 1

Результаты формирующего эксперимента проведенного по ступеням

Уровни 1-ая ступень 2-ая ступень 3-ья ступень 4-ая ступень

ЭГ-52 КГ-48 ЭГ-52 КГ-48 ЭГ-52 КГ-48 ЭГ-52 КГ-48

ст-т % ст-т % ст-т % сг-т % ст-т % ст-т % ст-т % ст-т %

низкий 40 76,9 36 75,0 32 61,5 34 70,8 16 30.8 28 58.3 4 7.7 20 41.7

средний 10 19,2 10 20,8 18 34.6 12 25.0 32 61.5 18 37.5 40 76.9 24 50.0

высокий 2 3,8 2 4,2 2 3,8 2 4,2 4 7,7 2 4,2 8 15,4 4 8,3

Рис .1. Динамика уровней сформированности педагога профессионального обучения к работе с ЭС

Сравнительный анализ результатов срезов констатирующего и заключительного этапов эксперимента показывает увеличение количества студентов высокого уровня в экспериментальной группе на 11,5%, в контрольной группе - на 4,2%, среднего уровня- в ЭГ на 57,7%, в КГ на 29,23% и уменьшение количества студентов низкого уровня в ЭГ на 69,2%, а в КГ- на 33,3%.

Полученные результаты показали, что уровень сформированности данной компетентности у студентов экспериментальных групп значительно выше уровня ее сформированности у студентов контрольных групп.

Для оценки эффективности подготовки педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта и достоверности проведенных испытаний была использована статистическая обработка данных, позволяющая выявить статистически значимую тенденцию в смещении (сдвиге) показателей путем определения критерия Пирсона % (хи -квадрат).

Чтобы определить доверительное различие результатов в контрольной и экспериментальной группах используем критерий Пирсона.

Выбор этого критерия объясняется тем, что данный метод оценки результатов позволяет не рассматривать анализируемое статистическое распределение как функцию и не предполагает предварительного вычисления параметров распределения. Поэтому применение этого критерия именно к порядковым показателям, которыми являются выделенные уровни готовности студентов будущих педагогов профессионального обучения к работе с экспертными системами, позволяют с достаточной степенью достоверности судить о результатах экспериментального исследования.

Результаты использования критерия Пирсона отражены в таблице 2 и на рис.2.

Таблица 2

Результаты обработки 4-ой ступени формирующего эксперимента

Выборки Категории г 1 2 3

низкий средний высокий

1-й* Кг-48 20 24 4

2-пэ Эг-52 4 40 8

Эг-52 Кг-48

MBKIlfi

среди ni

Я Кг-48 И Эг-52

Рис.2. Динамика уровней сформированное™ педагога профессионального обучения к работе с ЭС на 4-ой ступени формирующего эксперимента

По таблице Г (Грабарь М.И., Краснянская К.А) для 6=0,05 (т.е. с 5% -ной вероятностью ошибки) и числа степеней свободы п=с-1=3-1=2 (с=3 -число категорий) находим критическое значение статистики критерия % 2'-т = <; agi

хкритич. -> .у' \

Для применения критерия были выполнены необходимые требования: обе выборки случайные, выборки независимы и члены каждой выборки независимы между собой, шкала измерений — шкала наименований с 3 категориями.

Результаты выполнения итоговой тестовой работы использовались для проверки гипотезы о том, что разработанная модель способствует лучшему усвоению проверяемого раздела курса информатики, т.е., что студенты экспериментальной группы в среднем будут получать более высокие оценки, чем студенты контрольной группы.

Обозначим p3i вероятность попадания в категорию i студента экспериментальной группы, pKi - вероятность попадания в категорию i студента контрольной группы (/ =1,2,3).

Возможно, например проверка гипотезы о равенстве вероятностей попадания студента в низкую, среднюю или высокую категорию после итогового тестирования.

Тогда на основании данных (таблица 3) можно проверить нулевую гипотезу. Нулевая гипотеза будет иметь вид Н0: р3г Рк, для всех категорий, а альтернативная гипотеза будет иметь вид Н,: рэф рк, для всех, хотя бы для одной из категорий

Для проверки гипотезы Н0 - подсчет значения статистики критерия %2 производится по формуле

т 1

¡ = 1

Т , где Оэ, - число студентов экспериментальной группы, попавших в категорию i, Ou - число студентов контрольной группы, попавших в категорию i (г =1,2,3). Вычисления проводили в MS Excel {Рис.3).

ж к ч ■ А' л" Kill <* **

06>|(ПД . шрнфг . StipaSMiEiMri

Глаивя Встаем PaajetKj пражцу. Оорыулы Ааиьок Рацен-.ирсааниЕ Biu % Cai tm - U • Об1дий • д двВстэ(ить • Z -

► = е

aciis-iib

'Л «л

% ш 3»«д»яь- Д- и

Cnw" на Соршробю Нвйтаи

(/.' ифшыр' выдашь»

S. =W(4a>S!]j,ffl(48'N4|-|52,P4|)-2|.'(MtN4W{(48,N5|l52,P5)]-2|/(P5«N5|HI(«,N6|-|52'P6)|*2|/|P6>Nij|

ABODE F G н . 1 1 к 1 м N 0 Р- 1 Q » J

Уровни 1-as степень 2-аа ступень 3-ьа ступень 4-аясгтень

ЭГ-52 КМ ЭГ-52 КГ-48 ЭГ-52 КГ-48 ЭГ-52 КГ-48

ст-т % ст-т % ст-т % ст-т % ст-т % ст-т % ст-т % ст-т %

Hlt.lKIlfi 40 76.9 36 75-0 32 61.5 34 70S 16 308 28 58,3 4 ■ 7,7 20 41,7

средшЕй 10 19,2 10 20.8 18 34.6 12 25 С 32 615 18 37.5 40 76,9 24 50.0

высокий 2 3,8 ■ 2 4,2 2 3,8 2 4,2 4 7.7 2 4.2 8 ¡5,4 4 8,3

Рис. 3. Отклонение нулевой гипотезы и принятие альтернативной

Заключительный этап предполагал уточнение экспериментальных данных и их анализ, оформление результатов исследования.

При выполнении неравенства Тнабл. > Тк/,„„„.„ нулевая гипотеза о равенстве вероятностей попадания объектов первой и второй выборки в каждую из категорий г (г =1,2,3) отклоняется на уровне б и принимается альтернативная гипотеза. Отсюда следует, что распределение объектов на категории по состоянию изучаемого свойства различно в двух рассматриваемых выборках. Следовательно, верно неравенство Тнавл > Ткр11Гпич. (15,865>5,991).

В соответствии с правилом принятия решения, полученные данные дают основание для отклонения нулевой гипотезы, это означает, что на уровне значимости а=0,05 разработанная методика доказывает эффективность предложенной модели подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта в обучении студентов факультета информатики.

В заключении обобщены результаты теоретической и экспериментальной части работы и сформулированы основные выводы:

1. Важным шагом в развитии электронных средств учебного назначения можно назвать появление в образовательной практике экспертных систем с элементами искусственного интеллекта. Анализ научной и научно-методической литература по вопросам использования элементов искусственного интеллекта в теории и практике педагогических исследований, литература по вопросам создания экспертных систем и использования их в учебном обусловили необходимость разработки модели Нами уточнены основные виды экспертных систем, их структуры и характеристики возможностей.

2.Определенные нами психолого-педагогические основы использования элементов искусственного интеллекта, позволили нам использовать в профессиональной подготовке будущих педагогов профессионального обучения. Для использования и построения экспертной системы с элементами искусственного интеллекта нами выявлены педагогические условия подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию эле-

ментов искусственного интеллекта: проектирование экспертной системы на основе построенной модели будущего педагога профессионального обучения; проектирование учебной деятельности студентов как поэтапной самостоятельной работы (при разработке экспертных систем), направленной на разрешение проблемных ситуаций в условиях группового диалогового общения при участии преподавателя; необходимость удовлетворения разработки экспертных систем критериям технологичности, системности, управляемости, эффективности, повторяемости; возможность решения проблемы индивидуализации обучения, т.е. учета индивидуальных способностей и возможностей обучающихся; проектирование преподавателем учебного процесса на основе общей модели подготовки, отражающей государственный образовательный стандарт специальности, с выполнением им функций разработчика проблемных задач, консультанта и эксперта.

3. Процесс профессиональной подготовки будущих педагогов профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта нами проведен на основе специальной разработанной модели. Ее эффективность обеспечивается организацией образовательного процесса. В ходе работы по повышению готовности будущих педагогов профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта были выявлены компоненты готовности: положительная мотивация и интерес к педагогической деятельности к использованию элементов искусственного интеллекта в обучении, целенаправленный и сознательный характер действий к использованию ЭС с элементами искусственного интеллекта в профессиональной деятельности (мотивационно-ценностный компонент), достаточно высокий уровень овладения методикой работы с ЭС, содержащие элементы искусственного интеллекта и способами проектирования дидактического материала для работы с ЭС (когнитивный компонент), сформированные умения будущего педагога к работе с экспертными системами проектировать в практическую деятельность (организси{ионно-деятелъностный компонент), конструктивно решает все проблемы связанные с использованием ЭС в профессиональной деятельности (личностный компонент). Организация процесса готовности педагога профессионального обучения к использованию экспертных систем с элементами искусственного интеллекта состоит из: условий, принципов, методов (технологии), содержания, организационных форм.

4. Разработанные критерии и уровни позволили организовать мониторинг процесса готовности будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта и определить постепенный переход студентов на более высокий уровень готовности, о чем свидетельствуют результаты формирующего и заключительного этапов эксперимента, согласно которым количество студентов среднего и высокого уровня в экспериментальной группе увеличилось на 57,7% и 11,5%, а в контрольной группе - на 29,23% и 4,2% соответственно.

5. Результаты эксперимента привели к подтверждению целесообразности использования элементов искусственного интеллекта на основе разработанной модели, компонентов, организации процесса готовности, уровней, 20

показателей сформированное™ показали его эффективность в части совершенствовании учебного процесса, выявления и формализации новых знаний, адаптации к индивидуальным особенностям обучаемых, сокращении сроков освоения и повышении эффективности использования экспертных систем в обучении.

6. Нами разработаны спецкурс «Экспертные системы в обучении» и электронный учебник по логическому программированию «ПРОЛОГ» (составляющий основу экспертных систем с элементами искусственного интеллекта), разработан экспериментальный фрагмент интеллектуальной системы -прогнозирования результатов сессии на основе текущей успеваемости

В приложениях приводятся листинг программы на языке Пролог экспертной системы, разработанного нами спецкурса «Экспертные системы в обучении», тесты и фрагменты электронного учебника «ПРОЛОГ».

Полученные результаты диссертационного исследования дают основание сделать вывод о том, что цель достигнута, гипотеза подтверждена, поставленные задачи решены.

Перспективы данной работы состоят в возможности использования представленных материалов при подготовке бакалавров направления 051000 - Профессиональное обучение (по отраслям). Структура ФГОС ВПО третьего поколения предполагает увеличение доли вариативной (профильной) части и позволяет вузам разрабатывать новые образовательные программы с учетом особенностей регионального рынка труда.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в следующих публикациях:

1. Гебекова (Исаева) Г.Г. Использование искусственного интеллекта при подготовке педагогов профессионального обучения /Г.Г. Гебекова// Высшее образование сегодня.-М., 2007,- №8.-С. 43-45. (0,32 пл.) (входит в «Перечень...» рекомендуемых журналов ВАК РФ).

2. Исаева Г.Г., Везиров Т.Г. Спецкурс «Разработка экспертных систем» в подготовке будущего педагога профессионального обучения /Г.Г. Исаева, Т.Г. Везиров // Экономические и гуманитарные исследова-ния.-Ростов-на-Дону, 2011- №6.-С. 28-32. (0,4п.л., автор. 0,33 п.л.) (входит в «Перечень...» рекомендуемых журналов ВАК РФ).

3. Гебекова (Исаева) Г.Г. Использование образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза / Г.Г. Гебекова, // Сборник материалов Университетское образование МКУО. - Пенза, 2006 - С.40-43.(0,2 п.л.).

4. Гебекова (Исаева) Г.Г., Везиров Т.Г. Структура и педагогические основы построения экспертной системы анализа обучения элементами искусственного интеллекта / Г.Г. Гебекова, Т.Г. Везиров // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы VIII Всероссийской научно - технической конференции Часть 1.—Улан-Удэ:Изд-во ВСГТУ, 2007,- С. 213-216 (0,35 п.л., автор. 0,25 п.л.).

5. Гебекова (Исаева) Г.Г., Качакамова Д.Н. Инфокоммуникационные

технологии как средство повышения качества профессионального образования / Г.Г. Гебекова, Д.Н. Качакамова// Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции Часть 2 . - Улан- Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007 - С. 294-296 (0,2 пл., автор.0,13 пл.).

6. Гебекова (Исаева) Г.Г. Формирование системно-логического мышления педагога профессионального обучения специальности при изучении обь-ектно-ориентированного программирования / Г.Г. Гебекова, //Информатизация образования-2007:Материалы научно-практической конференции. Часть 2 — Калуга: КГПУ им. К.Э. Циолковского, 2007,- С.142-147 (0,3 пл.)

7. Гебекова (Исаева) Г.Г., Магомедов Ш.А. Дидактические основы отбора содержания общеобразовательного курса информатики / Ш.А. Магомедов, Г.Г. Гебекова //Сборник статей «Инновации в школе и вузе»-Махачкала: ДГПУ 2007,- С.75-78 (0,2 пл., автор.0,13 пл.).

8. Гебекова (Исаева) Г.Г., Магомедов Ш.А. Значение объектно-ориентированных языков в подготовке преподавателя профессионального обучения / Г.Г. Гебекова, Ш.А. Магомедов //Сборник статей « Инновации в школе и вузе»-Махачкала: ДГПУ 2007.-С.ЗЗ-36 (0,2 пл., автор.0,13 пл.).

9. Гебекова (Исаева) Г.Г. Использование экспертных систем в курсе «педагогические программные средства» в системе информационной подготовки педагогов профессионального обучения /Г.Г. Гебекова, //Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции «Современные проблемы обучения математики и информатики в школе и вузе». Махачкала: ДГПУ, 2008. - С.160-163 (0,2 пл.)

10. Исаева Г.Г. Подготовка педагогов в области информатизации образования / Г.Г. Исаева / Образование и наука XXI в// Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции - София. Болгария: 2011. - №9. - С.55-59 (0,22 пл.)

11. Исаева Г.Г., Раджабалиев Г.П. Модель формирования готовности будущего педагога профессионального обучения к использованию экспертных систем в профессиональной деятельности / Г.П. Раджабалиев, Г.Г. Исаева //Новейшие научные достижения// Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции -София. Болгария: 2012.-№14.-С.73-80 (0,4 пл., автор. 0,22 пл.).

12. Исаева Г.Г., Раджабалиев Г.П. Создание модели использования будущими педагогами экспертных систем в профессиональной деятельности / Г.Г. Исаева, Г.П. Раджабалиев // Модернизация системы непрерывного образования/ Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. - Махачкала: ДГПУ, 2012.-С.395-400 (0,4 пл., автор.0,25 пл.).

13. Исаева Г.Г., Раджабалиев Г.П. Интеллектуальные технологии формирования компетенций в профессиональном образовании / Г.Г. Исаева, Г.П. Раджабалиев // Содержание и структура компетенций в профессиональном обучении/ Сборник статей. - Махачкала: ФГБОУ ВПО «ДГПУ», 2012-С.28-34 (0,4 пл., автор. 0,22 пл.).

Подписано в печать 19.02.2013г. Формат 60x84 ¡/]6. Печать ризографная. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. п. л. 1. Тираж 100 экз.

г / aleph

Отпечатано в типографии АЛЕФ, ИП Овчинников М.А. 367000, РД, г.Махачкала, ул. С.Стальского 50 Тел.: +7-903-477-55-64, +7-988-2000-164 E-mail: alefgraf@mail.ru

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Исаева, Гачиханум Гаджимедовна, Махачкала

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(на примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии»)

13.00.08 - Теория и методика профессионального образования

_. ДИССЕРТАЦИЯ

СМ

^ на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

^ со

ю £ со Я

^^ Научные руководители:

^ ^ доктор педагогически наук,

профессор Везиров Т. Г., кандидат технических наук, доцент Раджабалиев Г.П.

СМ ю

МАХАЧКАЛА -2013

а,

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ................................................................... 15

1.1. Анализ проблемы использования элементов искусственного интеллекта в теории и практике педагогических исследований.......................................................................... ^

1.2. Психолого-педагогические основы использования элементов искусственного интеллекта в профессиональной подготовке будущих специалистов профессионального образования..... ^

1.3. Педагогические условия подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта ................................................. ^

Выводы к главе 1........................................................... 57

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ БУДУЩЕГО ПЕДАГОГА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭЛЕМЕНТОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА........... 59

2.1. Структура и педагогические основы построения экспертной системы анализа обучения с элементами искусственного интеллекта.................................................................... ^

2.2. Модель подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта ....................................................................

2.3. Экспериментальное подтверждение целесообразности подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта........ ^^

Выводы к главе 2....................................................... 122

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... 123

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................ 128

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 153

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Искусственный интеллект в настоящее время является приоритетным направлением в научных исследованиях. В этом направлении приложены наибольшие усилия кибернетиков, лингвистов, психологов, философов, математиков и инженеров. Именно здесь решаются многие коренные вопросы, связанные с путями развития научной мысли, с воздействием достижений в области вычислительной техники и робототехники на жизнь будущих поколений людей. Здесь возникают и развиваются новые методы научных междисциплинарных исследований, формируется новый взгляд на научные результаты и возникает обновленное философское осмысление этих результатов.

В последнее время приложения искусственного интеллекта (ИИ) вышли за рамки небольших демонстрационных систем. Все это доказывает то, что методы ИИ могут быть «источником» новой технологии обработки информации и разработки программного обеспечения.

Очевидным и ярким примером использования технологий методами ИИ является базы знаний, объединенные с организацией логического вывода.

В начале разработчики программного обеспечения не смогли оценить преимущества этих методов. В последние годы интерес к области ИИ и, в частности, к экспертным системам, со стороны разработчиков программного обеспечения значительно усилился. Это объясняется несколькими причинами:

• изменение самого процесса программирования, переход на новые технологии («парадигмы») программирования;

• кризис в области разработки программного обеспечения;

• сходство проблем, стоящих перед разработчиками в областях программного обеспечения и ИИ;

• многофункциональность и достаточная степень универсальности (возможностей применения) средств, созданных на основе ИИ;

• увеличение доли затрат на разработку новых программных средств;

• невозможность реализовать все задачи, предлагаемые для проектирования программных систем средствами одной технологии (методологии).

По мнению автора Ю.А. Шрейдера к областям применения существующих экспертных систем (ЭС) относятся: медицинская диагностика, разведка полезных ископаемых, химический анализ, символьные математические вычисления. До конца 80- гг. методы ИИ не находили применения в области разработки программного обеспечения. Это было обусловлено новизной самой области искусственного интеллекта. В 1956 г. Дж. Маккарти ввел это понятие на примере первого языка ИИ - LISP, а в 70-е гг. появились первые экспертные системы.

Вопросы построения и использования экспертных обучающих систем рассматривались в работах Бабанина JI.H., Баловнева О.Т., Берестовой В.И., Брусиловского П.Л., Григорьева A.B., Гришина В.А., Даниелян В.А., Жуковской Н. К., Заволович О.В., Казеннова А.Ю., Коновалова В.А., Кудинова В.А., Роберт И.В., Рыбиной Г.В., Скибневского В.К., Слабнова O.JL, Хохло-вой Е.Д., Шипицина И.В., Широких Е.А., Шурыгина Ю.И. Принципы построения систем диалога для экспертной обучающей системы рассмотрены в работах Машбиц Е.И., Снижко Е.А., Андриевской В.В., Комиссаровой Е.Ю., Голицыной И.Н., Гофен A.M., Джалиашвили З.О., Левина H.A., Корниловой Т.В., Тихомирова O.K. Петровой H.A. Сухининой М.А., Федорова Б.И. Подходы к построению архитектуры экспертных обучающих систем рассматривались Кисель Е.Б., Петрушиным В.А., Поповым Э.В., Фоминых И.Б., Шапот М.Д.

Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки педагога профессионального обучения(//я

примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии»), к условиям ее реализации и срокам освоения определяются государственным образовательным стандартом. Развитие информатики как научной и образовательной области обусловливает изменение требований к педагогу профессионального обучения, что находит отражение в появлении новых поколений стандартов высшего педагогического образования.

Появление общеобразовательного курса информатики в конце прошлого века стимулировало продвижение исследований по анализу предметной области информатики и ее систематизации. Одной из первых публикаций на эту тему был Национальный доклад Российской Федерации на II Международном конгрессе ЮНЕСКО» Образование и информатика» (1996), в котором в систематизированном виде было представлено описание предметной области информатики. В разделе, посвященном теоретической информатике, наряду с философскими вопросами информатики, теорией алгоритмов и другими там присутствует тема искусственного интеллекта: «Информационные системы искусственного интеллекта. Методы представления знаний».

В работе Д.А. Поспелова «Становление информатики в России», опубликованной в 1999г, дается описание предметной области информатики, в которой раздел «Искусственный интеллект» отмечен как один из наиболее перспективных для научных исследований и приложений. Представлена следующая структура этого раздела:

• модели знаний;

• экспертные системы;

• интеллектуальные роботы;

• компьютерная лингвистика;

• нейросистемы;

• логические модели (вывод, рассуждения).

В статье К.К. Колина «О структуре и содержании образовательной области «Информатика», в разделе «Теоретическая информатика» присутствует тема «Интеллектуальные информационные системы».

Описание науки «Искусственный интеллект» в популярном изложении, было дано в энциклопедическом словаре под редакцией Д.А. Поспелова, вышедшем в 1994 г.

Позже тема искусственного интеллекта находит более подробное отражение в учебниках и учебных пособиях В.П. Каймина и авторского коллектива в составе И.Г. Семакина, JI.A. Залоговой, C.B. Русакова, JT.B. Шестако-вой. В этих учебниках и пособиях дается общий обзор данного направления информатики, рассказывается о задачах, которые решаются методами искусственного интеллекта, наиболее подробно рассматривается логическая модель знаний. Практическая работа по этой теме проводится на языке Пролог.

В разные периоды развития науки и техники господствующими направлениями научных исследований являлись алхимия, астрология, математика, философия (средние века); разделы физики: механика (XIII в.), электричество и магнетизм (XIX в.), квантовая механика, физика элементарных частиц, ядерная физика (конец XIX в. - первая половина ХХв.). Со второй половины прошлого века и по ныне преобладание, как в темпах развития, так и в использовании приложений перешло к компьютерным наукам (информатике и информационным технологиям).

В свою очередь, среди множества разделов информатики наиболее продвинутым как в области теоретических разработок, так и в приложениях является искусственный интеллект.

Сам раздел «Искусственный интеллект» также имеет несколько разделов, причем приоритеты между этими разделами постоянно меняются. Более того, между учеными, развивающими различные разделы искусственного интеллекта, происходит конкуренция.

Исторически первым разделом искусственного интеллекта была разработка интеллектуальных систем, основанных на явных знаниях. Основоположником данного раздела по праву считается испанский ученый Раймунд Луллий, создавший в XIII в. первую экспертную систему. Подход, использованный Р. Луллием для построения модели человеческого разума, позднее

стали называть высокоуровневой стратегией искусственного интеллекта. Развитию и распространению экспертных систем способствовала их реализация на ЭВМ. Информационным ядром экспертной системы является база знаний - модель знаний, реализованная средствами программирования.

Анализ федеральных государственных образовательных стандартов показывает тенденцию к росту предоставленного времени и объема подготовки будущих педагогов профессионального образования в области искусственного интеллекта. В государственном образовательном стандарте третьего поколения, утвержденном в 2010 г. и действующем в настоящее время, основы искусственного интеллекта представляют собой отдельную дисциплину профессионального цикла специальности 051000 - Профессиональное образование (051000.06 - информационные технологии), в структуру которой включено такое направление науки, как модели представления знаний, значительное место отводится также экспертным системам.

Автор учебника «Информатика» Н.В. Макарова, пишет, что искусственный интеллект - это одно из направлений информатики, цель которого разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными, общаясь с ЭВМ на ограниченном подмножестве естественного языка.

1. Потребностью современного общества в высококвалифицированных педагогах профессионального обучения и недостаточным уровнем их подго-

товленности;

3. Неразработанностью оптимальной и четкой модели подготовки педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта.

Новые требования, предъявляемые к будущим педагогам профессионального образования, значимость основных разделов искусственного интеллекта для их фундаментальной подготовки, перспективность внедрения экспертных систем на основе методов искусственного интеллекта в образование являются перспективными научными исследованиями, что определило актуальность выбранной темы исследования: «Подготовка будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов интеллекта» (па примере отрасли «информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии»).

Цель исследования - разработка модели подготовки будущего педагога профессионального обучения к использованию элементов искусственного интеллекта, ее теоретическое обоснование и экспериментальная проверка.

Объект исследования - подготовка будущего педагога профессионального обучения в вузе.

- выявлена совокупность педагогических условий построения и ис-

пользования экспертной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза;

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи:

4. Разработать спецкурс «Экспертные системы в обучении», способствующий реализации профессиональной направленности обучения.

Теоретической основой исследования послужили научные взгляды, концепции, системные построения по проблемам высшего образования, компьютеризация учебного процесса, новые информационные технологии, экспертные системы, используемые в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности и качества, положения современной дидактики, содержащихся в работах:

A. Матюшкин-Герке, И.В. Роберт, Т.О. Сергеевой, Н.В. Софроновой, и др.);

B.А. Шапавалова и др);

- дидактические основы использования новых инфокомуникационных технологий (М.М.Абдуразакова В.П. Беспалько, Г.А.Бордовского, Ю.С. Бра-новского, С.А. Бешенкова, Т.Г. Везирова, Ю.П. Ветрова, А.Г.Гейна, С.Г. Григорьева, А.П. Ершова,. В. А. Извозчикова, А. А. Кузнецова, А.Г. Кушнирен-ко, В.М. Монахова, И.В. Роберта, М.В.Швецкого);

- исследования, посвященные интенсификации обучения (С.Я. Баты-шева, JI.B. Занкова, Ф.Ф. Королева, И.Л. Огородникова, И.П. Раченко, М.Н. Скаткина, Н.Ф.Талызиной и др.);

В ходе исследования были использованы следующие методы: теоретические: анализ философской, психологической, педагог