Питер Брусиловский
Международный Центр Научно-технической Информации
Мы обсуждаем архитектурные проблемы подхода к созданию интеллектуальных обучающих сред (ИОС), основанного на модели студента. В этом подходе различные компоненты ИОС, включая компоненты обучения, тренировки, среды и руководства используют центральную модель студента для адаптации ее поведения к данному студенту. Осуществление этого подхода основано на идеях интеллектуальных систем обучения, адаптивных интерфейсов и интеллектуальных систем справки. Мы вводим простую архитектуру, основанную на модели студента для ИОС, которую мы применили в нескольких разработанных системах, сообщаем о некоторых проблемах и ограничениях нашей первоначальной простой архитектуры и представляем улучшенную открытую архитектуру, основанную на модели студента для ИОС.
Введение
Интеллектуальная обучающая среда – относительно новый вид интеллектуальной образовательной системы, которая объединяет особенности традиционных Интеллектуальных Систем Обучения (ИСО) и обучающих сред. Традиционные ИСО способны поддерживать и контролировать обучение студента на нескольких уровнях, но не представляют возможности для обучения и приобретения знаний, управляемых студентом. Интеллектуальная обучающаяся среда (ИОС) включает специальный компонент, чтобы поддерживать обучение, управляемое студентом – модуль среды. "Термин среда используется, чтобы указать на часть системы, которая определяет или поддерживает действия, выполняемые студентом, и способы, доступные студенту для выполнения этих действий" (BurtonR.R., 1988). Некоторые недавние ИСО и ИОС включают также специальный компонент (мы называем его "руководство"), который обеспечивает доступ к структурированному инструктирующему материалу. Студент может работать с руководством через запросы справочной информации или через специальные инструментальные средства просмотра, исследуя инструктирующий материал самостоятельно. Интегрированная ИОС, которая включает компоненты среды и руководства в дополнение к обычному обучающему компоненту, может поддерживать изучение как процедурных, так и декларативных знаний и обеспечить как управляемые системой, так и управляемые студентом стили обучения.
Наши исследования в Московском Государственном университете и международном Центре Научно-технической Информации (ICSTI), сосредоточены на двух проблемах создания интегрированной ИОС: проблеме адаптации и проблеме интегрирования. Что касается адаптации, проблема состоит в том, чтобы сделать все компоненты интегрированной ИОС адаптивными. Большинство ИСО и обучающих компонентов ИОС могут приспособить свою работу (обучение) к данному студенту, однако очень немногие компоненты среды и руководства могут сделать это. Это была одна из наших целей – создать адаптивные компоненты среды и руководства ИОС. Что касается интеграции, наша позиция такова: интегрированная система должна быть не просто суммой, а реальным интегрированием ее компонентов. В частности это требует непрерывность работы студента в интегрированной ИОС. Результаты работы студента с любым из компонентов в течение сеанса должны быть приняты во внимание другими компонентами, чтобы приспособить их работу к измененному уровню знаний и текущему интересу конкретного студента.
Как решение вышеупомянутых двух проблем мы предлагаем подход к построению интегрированной ИОС, основанный на модели студента. Этим подходом все компоненты ИОС, включая среду и руководство, используют одну и ту же центральную модель студента, традиционную часть ИСО, чтобы приспособить ее поведение к данному студенту. Мы также разработали простую архитектуру ИОС, основанную на модели студента. С 1985 мы применяли этот подход и архитектуру, основанную на модели студента, в нескольких ИОС, разработанных нашей группой для различных областей. Мы используем эти ИОС, чтобы исследовать различные аспекты и проблемы интегрированной ИОС. Мы считаем наш подход плодотворным и эффективным, однако годы опыта дают нам возможность найти ограничения нашей первоначальной архитектуры. Недавно мы улучшили архитектуру, основанную на модели студента для ИОС, которую мы используем в нашей последней ИОС.
В этой статье мы представляем наш первоначальный подход и простую архитектуру, основанную на модели студента для ИОС, сообщаем о некоторых проблемах и ограничениях нашей первоначальной архитектуры, и предоставляем улучшенную открытую архитектуру, основанную на модели студента для ИОС
Предыдущий опыт
Первая цель такого подхода состоит в том, чтобы создать действительно адаптивную ИОС, где все компоненты могут динамически приспособиться к уровню студента. Следующие характеристики могут быть приняты во внимание компонентами ИОС, чтобы приспособить ее поведение к данному студенту: личные факторы, способы распознавания, стратегии, личные знания (Van der Veer G.C., 1990). Ключевой (и наиболее изменчивой) характеристикой студента с образовательной точки зрения являются знания студента по данной теме. В нашей работе мы, в основном, рассматриваем компонент общей модели студента, которая представляет знания студента.
Здесь хорошие основы обеспечены исследованиями интеллектуальных систем обучения (WengerE., 1987). Особенностью многих ИСО является то, что они выводят модель текущего уровня понимания предмета студентом и используют эту индивидуализированную модель, чтобы приспособить обучение к потребностям студента. Область ИСО – хороший источник идей, как проектировать модели студента и как использовать ее (модель) обучающими и тренирующими компонентами ИОС (Self J., 1987; VanLehn K., 1988). В то же время она предоставляет мало идей, как использовать её компонентами среды и руководства.
Идеи о создании адаптивного руководства могут быть найдены в области интеллектуальных систем справки (ИСС), которая имеет глубокие корни в исследовании ИСО (BreukerJ., 1990). Цель ИСС – поддерживать пользователя, работающего с прикладной системой. ИСС обеспечивает пользователя пассивной помощью (отвечает на вопросы студента) и активной помощью (обнаруживает неправильное и неоптимальное поведение и с приращением расширяет знания студента). ИСС использует оверлейные модели пользователей для адаптации ответов и объяснений к уровню знания каждого индивидуального пользователя.
Идеи, как использовать модель студента компонентом среды ИОС могут быть найдены в области адаптивных интерфейсов пользователя1(Dieterich et al., 1993). Эта относительно новая область (по сравнению с ИСО) изучает интерфейсы, которые адаптируются к характеристикам пользователя. Ключевая часть адаптивного интерфейса – модель пользователя, которая представляет те особенности пользователя, которые являются важными для адаптации. Модель знания пользователя об области – важная часть общей модели пользователя. Благодаря схожести этих данных и содержащихся в ИСО, BenyonD.R. и MurrayD.M. (1993) рассматривают эту часть модели пользователя как модель студента.
Идеи из области адаптивных интерфейсов могут быть использованы для создания компонент адаптивной среды ИОС. Для этого надо рассматривать среду как обычную прикладную систему и студента – как пользователя этой системы (BrusilovskyP.L., 1993). Можно спорить, что компонент среды, основанный на идеях адаптивных интерфейсов, может приспособиться к знаниям студента об изучаемой среде, а не изучаемой области. Однако, обратите внимание, что любая существенная особенность образовательной среды представляет немного знаний об области.
Обобщенные области ИСО, ИСС и адаптивных интерфейсов формируют хорошую основу, чтобы достичь первой цели нашего подхода, то есть сформировать адаптивную ИОС, где все компоненты могут динамически приспособиться к изменяющимся знаниям студента. Вторая цель подхода состоит в том, чтобы иметь единое представление знаний студента в модели студента ИОС, которое может использоваться всеми компонентами ИОС. Эта особенность обеспечивает непрерывность: результаты работы студента с любым из компонентов, которые могут влиять на уровень знаний студента, немедленно отражаются в модели студента и могут быть учтены другими компонентами, которые приспосабливают свою работу к изменившимся знаниям студента. Для достижения этой цели мы должны спроектировать единую модель студента-пользователя и, обобщая, спроектировать архитектуру ИОС, основанную на модели студента, которая обеспечивает моделирование студента и совместное использование модели студента. Следующий раздел представляет простую архитектуру, основанную на модели студента, которую мы использовали прежде в наших нескольких ИОС. Последующий раздел представляет улучшенную архитектуру, основанную на модели студента, которую мы используем теперь.
Простая архитектура на основе модели студента
В нашей работе по разработке ИОС на основе модели студента мы шли от ИСО, т.е., принимая традиционную архитектуру ИСО в качестве базы для архитектуры ИОС, основанной на модели студента. Традиционная архитектура ИСО включает три основных компонента: компонент экспертизы, обучающий компонент и компонент моделирования студента. Каждый из компонентов содержит один из трех видов знаний, важного для интеллектуального обучения: знания об области, знания об обучении и знания о студенте и его моделировании (WengerE., 1987). Согласно этой архитектуре, модель студента представляет понимание студентом материала, который будет преподан. Модель студента используется обучающим компонентом, чтобы обеспечить адаптивное обучение на различных уровнях. Результаты работы студента с обучающими операциями возвращаются компоненту моделирования (диагностики) студента и используются, чтобы обновить модель студента. Это называют циклом моделирования студента.
Чтобы использовать опыт ИСО по моделированию студента, мы решили применить обычную модель студента, используемую обучающим компонентом ИОС в качесиве центральной модели студента-пользователя всей ИОС. В наших первых системах обучающий компонент совершает обычный цикл моделирования студента, в то время как другие компоненты ИОС только используют эту центральную модель студента для адаптации. Единственная проблема состояла в том, чтобы выбрать тип модели студента, которая может использоваться всеми компонентами.