Применение экспертных систем в автоматизации

Экспертные системы (ЭС) – это набор программ или программное обеспечение, которое выполняет функции эксперта при решении какой-либо задачи в области его компетенции. ЭС, как и эксперт-человек, в процессе своей работы оперирует со знаниями. Знания о предметной области, необходимые для работы ЭС, определенным образом формализованы и представлены в памяти ЭВМ в виде базы знаний, которая может изменяться и дополняться в процессе развития системы. Экспертные системы могут применяться в самых различных сферах человеческой деятельности, в том числе и в автоматизации процесса обучения. Разрабатываемая экспертная система на основе ментальных схем предназначена для помощи автоматизации в построении индивидуальных планов обучения, в определении индивидуальной образовательной траектории, в формировании культуры самоопределения и самообучения.

Ментальные схемы (МС) - это техника представления любого процесса или события, мысли или идеи в комплексной, систематизированной, визуальной форме. Ментальные схемы позволяют описать процесс мышления с помощью визуальных составляющих - картинок, значков, цвета, что позволяет удобно организовать информацию и способствует ее легкому опознаванию, а так же запоминанию. Ментальные схемы рассматривают как средство развития креативного мышления, личностных компетенций и творческой индивидуальности. Широкое применение ментальных схем началось благодаря английскому психологу Тони Бьюзену, он посветил более 82 книг этой тематике. Ментальные схемы активно используются в бизнес процессах, в экономической сфере, проводиться огромное количество различных семинаров и вебинаров с представлением информации в виде ментальных схем. Главное отличие ментальных схем от логико-структурных состоит в свободной визуализации мыслительного процесса, предпочтение отдается в первую очередь не логическим, а ассоциативным связям.

Использование ментальных схем в образовательном процессе позволит не ограничивать мыслительные и творческие процессы стандартными рамками, в которые ставит человека использование таблиц и логико-структурных схем. Использование экспертной системы с выводом информации в виде ментальных схем позволит не только автоматизировать процесс обучения, но и способствует значительному повышению качества обучения за счет индивидуализации и наглядности. «Наглядно-образная картина лучше передает мысль, четче формирует причинно-следственные связи, уменьшается время на усвоение и понимание информации».

Целью автоматизации ЭС является её создание для использования в процессе обучения отличной от традиционных компьютерных систем обучения.

Существует несколько отличий экспертных систем от остальных программных продуктов:

1. Экспертные системы предназначены для пользователей не связанных с программированием или математическими процессами, исходя из этого их использование для любого человека должно быть не сложнее чем обращение со стационарным телефоном

2. В ЭС содержаться не только данные, но и знания, и так же они оснащены специальным механизмом вывода решений и новых знаний на основе имеющихся.

3. В ЭС должна быть предусмотрена возможность накопления и хранения знаний.

Постоянное совершенствование базы знаний специалистами из разных предметных областей, позволяет повышать квалификацию пользователей, за счет использования проверенных знаний и решений.

Таблица 1 Компоненты ЭС

Таким образом содержащиеся в экспертной системе этапы способствуют «комплексной реализации всех компонентов содержания образования и направленность педагогического процесса на всестороннее творческое саморазвитие личности».

Первый компонент системы обеспечит образовательную функцию обучения - увеличение объема знаний. Второй и четвертый компоненты обеспечат развивающую функцию - структурное усложнение знаний. Третий и пятый компоненты выполняют функцию воспитывающую - воспитание у пользователя самоконтроля, самосовершенствования.

Разрабатываемая экспертная система содержит три режима работы:

1.        Режим эксперта - режим ввода данных и знаний экспертом. Причем процесс ввода информации интуитивно понятен для эксперта далекого от программирования и проектирования баз данных.

2.        Режим обучения - режим, в котором экспертную систему возможно научить решать практические задачи на основе введенных знаний. В данном режиме могут работать как эксперты, так и учащиеся, но под контролем преподавателя.

3.        Пользовательский режим - в этом режиме могут работать учащиеся, выстраивать траекторию обучения, совершенствовать знания. А так же эксперты для повышения собственной квалификации.

Экспертная система «моделирует механизм мышления человека применительно к решению задач в конкретной проблемной области. То есть, воспроизведению компьютерными средствами методики решения проблем, которая применяется экспертом (наиболее квалифицированный специалист в какой-либо узкой предметной области)». Разрабатываемая система должна давать учащемуся самостоятельно выбирать путь прохождение учебного материала, выбирать темы и задачи, которые учащийся считает необходимыми для полного понимания учебного материала. И так же экспертная система должна адекватно оценивать уровень знаний и умений учащегося. При взаимодействии с экспертной системой строится ментальная схема мышления учащегося при изучении материала и решении задач. Отсюда одним из методов адекватной оценки работы учащегося в данной экспертной системе являться сравнение ментальной схемы восприятия материала экспертом со схемой восприятия ученика, диагностика знаний и умений не должна основываться на основе традиционных тестах.