Авторы:M.Sc. Nikolaj Troels Graf von Malotky and Prof. Dr.-Ing. Alke Martens
Автор перевода:В.Ю. Михно
Описание:В этой статье мы покажем первые шаги к такой системе: широкий анализ ИТС по нескольким лет исследований, в результате чего получилась структурированная архитектура.
Источник:https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED571423.pdf
Интеллектуальные системы репетиторства (ИТС) - это особый тип систем электронного обучения или систем обучения и подготовки.
История ИТС восходит к началу 1980-х годов. Одна из первых ИТС основана на медицинском эксперте.
Cистема MYCIN, которая была разработана между 1972 и 1980 годами. Получившаяся в результате ITS была названа
ГУДИОН (Кланси, 1987). Экспертные системы были основной частью ИТС. Они интегрировали идею объяснения знания экспертов, например, основанные на фактах и правилах, а иногда и расширенные методами искусственного интеллекта (AI), например сети Байеса, в ядре системы. Использованы экспертные знания как ориентир для успеваемости учащегося и в качестве основы для корректировки действий учащегося. С помощью MYCIN и ранние версии GUIDON в медицинском образовании, быстро стало ясно, что эти системы могут только способствовать обучению постановке правильного диагноза, но не обучению диагностическому мышлению процесса. В процессе разработки GUIDON база чисто экспертных знаний была расширена так называемыми педагогическими знаниями. Эти педагогические знания должны оптимально дополнять знания учителя в отношении учебного дизайна и поддержка учащегося в существующих экспертных знаниях. Чуть позже, как компьютерная технология стала быстрее, а хранилище стало дешевле, были добавлены модели учащихся (Lelouche 1999).
Модели учащегося позволили произвести соответствующий анализ индивидуального прогресса и регистрацию достижений учащегося.
Виды деятельности. С точки зрения архитектуры ITS был добавлен новый компонент. Некоторые дополнительные способы были исследованы, например, работу с библиотеками ошибок в BUGGY в 1981 г., моделирование в SOPHIE 1982 г. (обзор данных в (Nwana, 1990)). В 1989 году начинается рост коммерческого Интернета. Его быстро стали веб-приложениями. Архитектура в ИТС началась с проектов клиент-сервер, а затем перешел на веб-приложения с онлайн-обучением и учебными материалами. От разработчиков системы и с точки зрения разработчиков контента, Интернет-подход способствует обновлению обучения и тренировочный материал. Спустя годы после появления Интернета ИТС стал мобильным, интерактивным, игровым.
И повсеместно распространенные.
Все эти аспекты так или иначе нашли отражение в изменениях архитектуры ИТС.
Если в первые годы архитектура ITS была расширена за счет интеграции новых компонентов (например, из GUIDON в GUIDON2 (Clancey, 1988)), либо полностью переработан на основе новой тенденции (например, на основе агентов design), в последние годы основная архитектура ITS практически не исследовалась. Это контрастирует с идеей программной инженерии, которая сама по себе имеет долгую историю в компьютерных науках. Запуск в 1960 году, а в 1980-х годах разработка программного обеспечения стала отслеживаемой отраслью исследований.
Утверждают, что проектирование компьютерного программного обеспечения должно быть инженерной задачей, а не «искусством» (Gamme et.al., 2015). Из-за этой точки зрения несколько авторов попытались проанализировать и построить архитектуру ИТС. Однако на сегодняшний день большинство разработок ИТС начинается с нуля. Даже если ИТС - одна из старейших систем в области электронного обучения, все еще не существует действующей структуры, независимой от предметной области и язык программирования.
Таким образом, наша идея состояла в том, чтобы проанализировать существующие ИТС, изучить опубликованные фреймворки и архитектуру ИТС.
Разработки, и на основе понимания этих шагов разработать общую структуру для проектирования ИТС. В статье структурирована следующим образом: в следующем разделе мы покажем некоторые аспекты нашего анализа, сначала из перспективы существующих систем, вторая - с точки зрения архитектур и существующих фреймворков. В третьем разделе мы сделаем набросок результирующего подхода к разработке универсального программного обеспечения для электронного обучения. Газета закрывается с выводом и прогнозом.
Основным направлением развития архитектуры ИТС было определение взаимодействующих компонентов. С годами набор компонентов расширялся. Как постулируется в разных статьях, например в (Харрер et.al., 2007) (Ruddeck et.al., 2010), основная архитектура ИТС состоит из следующих компонентов:
Одно из первых описаний архитектуры было разработано Кланси (1984, 1987), который определил вышеупомянутые компоненты как часть ITS. Однако, даже если он описал компоненты, он не сосредоточился ни на роли и функциональности компонентов, ни на взаимодействии компонентов. Таким образом, в настоящее время отсутствует достоверное описание взаимодействия компонентов, задач, ролей и функций. Обзор литературы показал, что указанные компоненты можно рассматривать как общий знаменатель в ИТС. Это понимание, например, было сформулировано в форме архитектуры Лелушем (1999).
Таким образом, Martens et. al. решил сосредоточиться на коммуникации между компонентами. Это привело к разработке, в которой центральный компонент управления процессом, модель процесса обучения, берет на себя функции адаптации, тогда как задачи других компонентов были сведены к простым функциям базы данных.
Харрер и Мартенс (2006) разработали каталог шаблонов для ИТС, основанный на идее централизованных или внешних процессов обучения, где подробно описаны роль и функции.
Этот каталог паттернов помог разработать ITS с нуля, однако даже этот подход не помог спроектировать взаимодействие между компонентами, что стало ясно, когда мы начали с попытки использовать нашу первую структуру в качестве основы для реализации в 2001 году. Следующим шагом за последние два года стал глубокий анализ типов систем с точки зрения ИТС, но, в конце концов, включая все типы систем электронного обучения. Мы узнали, что лучше начинать со сценариев взаимодействия. Поэтому мы использовали анализ задач и сосредоточились на различных способах использования и взаимодействия. Результатом стал каркас, который мы набросаем в следующем разделе.
В качестве первого шага мы проанализировали комбинации, в которых студенты, преподаватели, эксперты, авторы могли взаимодействовать с ИТС. ITS должен быть единственным учителем в передаче знаний студенту. Подходящие комбинации показали нам, что есть несколько вариантов использования ITS, помимо их возможностей как учитель. Затем свойства случаев можно разделить на две категории, эти свойства иногда имеют зависимые другие свойства.
Первая категория - это свойства, которые одинаковы для многих учебных программ и носят более общий характер: «Авторинг» с возможностью автоматического создания контента, «Онлайн-соединение» с возможностью отправки статистики использования, «Несколько пользователей» и возможность разрешить сотрудничество между ними и, наконец, человеческий «Супервайзер» и возможность живого взаимодействия со студентом (ами). «Онлайн-соединение» - это свойство, позволяющее получить доступ к ИТС или ее компонентам через Интернет, который может быть более современным, чем локальный. Поскольку одной из целей общей структуры ИТС является их оценка и сравнение, ее использование должно быть доступно без помощи самого студента в неисследовательской среде. Это называется «Отправить статистику» и может быть выполнено путем отправки данных об использовании через Интернет обратно людям, которые нуждаются в них для научных исследований или для просмотра учебных материалов, и зависит от функциональности онлайн-соединения. «Авторинг» означает, что существуют инструменты разработки, которые позволяют экспертам и учителям упростить изменение содержания обучения и управление им, так что создание возможно без знания внутреннего устройства ITS. Поскольку искусственный интеллект постоянно совершенствуется, автоматическая генерация контента возможна для выбранных доменов, и это будет расширяться в будущем, это называется «Создание контента», которое зависит от функции «Авторинг». «Несколько пользователей» означает, что один и тот же экземпляр ITS может обучать несколько студентов, поэтому он может управлять несколькими пользователями и различать их и их успехи. Свойство «Сотрудничество» описывает, что несколько пользователей могут взаимодействовать и учиться друг с другом через ITS и, следовательно, зависит от свойства «Несколько пользователей». ITS должен обучать, поэтому, если есть потребность в человеке, который не является учеником, он должен иметь только роль «Супервайзера», человека, который контролирует ситуацию и помогает взаимодействовать с ITS, он не будет учителя, это могло бы позволить ему контролировать больше учеников, чем он мог бы в роли учителя, это могло быть в форме форума или «живого» взаимодействия через чаты или прямую трансляцию. Даже если научный руководитель находится в одной комнате со студентами, было бы разумно по-прежнему реализовать такую ??функциональность, чтобы дать руководителю более мощную роль пользователя, что, в свою очередь, позволило бы ему взаимодействовать с несколькими студентами более эффективно, чем только с физическим присутствием.
Наш путь к разработке структуры ИТС мы начали несколько лет назад с классического компонентного подхода. За годы исследований мы должны понять, что этот подход был недостаточно глубоким, чтобы помочь в разработке современных подходов в ИТС. Таким образом, мы сосредоточились на другом аспекте ИТС в частности и электронного обучения в целом, а именно на роли и функциональности системы в процессе взаимодействия с учащимся. В результате мы разработали совершенно другой подход к проектированию системы, который позволяет в ядре системы реализовать фактически существующий портфель функций. Для перекрестной проверки наших идей мы разработали матрицу сценариев вариантов использования, которая привела нас к пониманию того, что наш подход достаточно гибок, чтобы позволить моделировать и проектировать множество различных типов систем. Таким образом, в качестве следующего шага мы делаем еще один шаг и делаем прототипную реализацию концепций и пытаемся использовать это для набора различных прототипов ITS.