Реферат за темою випускної роботи
Зміст
Вступ
Навчальний процес у технічному Вузі забезпечується його підрозділами з жорсткою ієрархічною структурою (ректорат, факультети, кафедри). На нижньому кафедральному рівні навчання професійно орієнтоване, розподілене в просторі, регламентована по часу, динамічно за змістом і тому, як процес підготовки інженерних кадрів, є складним для створення сучасних комп'ютерних засобів розподіленого навчання.
Встановлені в даний час правила отримання освіти не дозволяють вчасно реагувати на зміну вимог ринку, повною мірою враховувати індивідуальні можливості та бажання студентів в освоєнні дисципліни за прискорене час (екстерном), передбачають обов'язкове особиста присутність викладача на всіх етапах передачі та контролю засвоєння знань, жорстку прив'язку студентів до розкладу занять. Студент не завжди має можливість навчатися за індивідуальним графіком, оскільки без спілкування з викладачем, незважаючи на повноцінне навчально-методичне забезпечення, складно отримати хороший рівень знань. Сучасна тенденція в інженерній освіті характеризується впровадженням індивідуальних освітніх схем, в повній мірі відповідають швидких змін кон'юнктури ринку. Тому класичні схеми централізованого управління освітою з жорсткою структурою повинні дозволяти трансформуватися в більш гнучкі схеми[1-4].
1. Актуальність теми
Магістрськая робота присвячена актуальній задачі - розробці програми, яка дозволить вчасно реагувати на зміни вимог ринку, враховувати індивідуальні можливості студентів і підлаштовуватися під студента, але найважливіше автомтизация процесу навчання, що дозволяє отримувати знання найбільш ефективно і з мінімальними витратами часу.
2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
Метою дослідження є проектування та розробка системи навчання, взаємодія студентів з викладачами і були поставлені наступні завдання:
- 1. Виконати аналіз кафедри і взаємодії студента з викладачами
- 2. Спроектувати агентно-орієнтовану модель кафедри
- 3. Реалізувати агентно-орієнтовану систему з допомогою JADE(Java Agent Development Framework)
Наукова новизна - отримана система буде мінімально залежати від користувача, у кожного користувача є свій власний агент, який і буде аналізувати і приймати рішення(підбір лекцій, перевірка робіт студентів...).
3. Огляд досліджень і розробок
Слід зазначити, що існують різні засоби для дистанційного навчання, однак всі вони не є абсолютно автоматичними. Найчастіше ці кошти припускають звичайну передачу даних між студентом і викладачем, що у свою чергу фактично не знижує навантаження на користувачів (зокрема викладачів), т. к. перевірка результатів студента та індивідуальний підхід до студента так само вимагає втручання користувача(викладача) у процес навчання.
Однак дана система дозволить керувати процесом автоматично, де вчитель достатньо буде завантажити набір лекцій і тестів, а студенту достатньо буде лише обрати курс.
3.1 Огляд досліджень і розробок
Університет без кордонів - дистанційні курси Московського державного університету імені М. в. Ломоносова. Дані курси є лише додатковими до утворення, яке людина отримує в університеті або школі...Користувач не може вибрати для навчання напрям, а може вибрати лише окремі, не залежні один від одного курси. Така система добра для користувачей, які проходили(проходять) навчання за напрямом, до якого належить курс. Однак, якщо користувач тільки почав підготовку з даного напрямку, то користувачеві зорієнтуватися складно залежностей з іншими курсами в напрямку.
3.2 Огляд національних джерел
Центр дистанційного навчання ДонНТУ - дана система за фактом не є автоматизованою системою навчання. При вході користувач отримує список курсів, пов'язані з своїм курсом навчання і напрямком навчання, де може прочитати отримані лекції від викладачів, а потім у призначений час пройти контрольне тестування. Однак, для перевірки тестування, іноді потрібне втручання викладача, т. к. система перевірки не унивесальна. Так само, система абсолютно не має оновлення при закінченні курсу, користувач не переходить не слудющую щабель курсу при проходженні попередньої(потрібен запит від студента або запрошення від викладача).
4. Організація процесу навчання на основі агентно-орієнтованого підходу
В навчальному процесі, виконуваному кафедри, беруть участь такі суб'єкти: професорсько-викладацький склад кафедри (завідувач кафедрою М, лектори L1, L2,..., Ln, асистенти Р1, Р2,..., Рк), лаборанти (Y1, Y2,...Ym), студенти (Х1, Х2,...,Хп). На кожному відрізку часу (семестрі) студенти вивчають передбачені навчальним планом спеціальності дисципліни (D1, D2,... Dm). Вивчення кожної дисципліни включає прослуховування лекцій (Lect1, Lect2, ...Lectk), виконання лабораторних робіт, можливе виконання курсової роботи та складання іспиту (заліку). Для успішного навчання студентам необхідно відвідувати лекції і спілкуватися з викладачами на практичних та лабораторних заняттях, тобто існують встановлені взаємодії і взаємовідносини між суб'єктами навчального процесу. Навчальний процес може бути описаний наступними компонентами:
УП = (S, K, R, Аct, I, T, U)
,де S ={М, (Х1, Х2,...,Хп), ((L1,L2,...Lm),(Р1, Р2,..., Рк)), (Y1, Y2,...Yl)} – множина суб'єктів навчального процесу; K – середовище (кафедра), в якій функціонує даний процес; R – відносини, встановлені для суб'єктів навчального процесу (горизонтальні: лектор-асистент, викладач-диспетчер; вертикальні: студент-викладач, студент-асистент, студент-диспетчер); Аct – безліч дій, виконуваних суб'єктами; I – множина встановлених видів спілкування і взаємодій між суб'єктами; T – розклад навчальних занять; U – стан виконання студентом навчального плану (журнали успішності, екзаменаційні відомості, навчально-методичні картки дисциплін). Навчальний процес на кафедрі (До) виконується за допомогою дій (Act) і взаємодій (I) між конкретними суб'єктами (Xi, Li, Pi, Yi), що визначаються кафедрою відношенням R (наприклад, лектор-дисципліна-студент, викладач-асистент), що відбуваються за суворим розкладом (Т). Кафедра, як середовище для проведення навчального процесу, може накладати різні обмеження, наприклад, у вигляді дефіциту аудиторій. Таким чином, навчальний процес як об'єкт моделювання є розподіленим і динамічним. Ставиться за мету створити таку комп'ютерну середу навчання (віртуальну кафедру До?), в якій зберігаються всі необхідні для навчання відносини (R) і усуваються жорсткі просторово-часові обмеження у вигляді розкладу занять (Т) (мал.1):
УП = {S, K?, R, Act, I, U}.
Таке середовище може бути успішно побудована на основі агентно-орієнтованого підходу, яка використовує принципи розподіленого штучного інтелекту[5].
Малюнок 1. Схема організації індивідуального навчання студентів на основі агентно-орієнтованого підходу
Многоагентная система (МАС) будується як об'єднання окремих підсистем (агентів), заснованих на знаннях, і формально визначається наступним чином[1]:
МАC = (А, Е, R, ORG, ACT, COM, EV),
де А - множина агентів, здатних функціонувати в деяких середовищах E, що перебувають у певних відносинах R і взаємодіючих один з одним, формуючи певну організацію ORG, що володіють набором індивідуальних і спільних дій ACT (стратегій поведінки і вчинків), включаючи можливі комунікативні дії СОМ, і характеризується можливостями еволюції EV. Основна властивість агентів пов'язано з його автономністю, тобто здатність функціонувати самостійно. Крім того агентно-орієнтована декомпозиція дозволяє знизити складність створення програмних систем, гарантувати їх надійність і спростити їх супровід.
5. Проектування агентої моделі кафедри
Для розробки многоагентного додатки, що автоматизує процес навчання на кафедральному рівні, був проведений агентно-орієнтований (АТ) аналіз предметної області навчального процесу за методологією Gaia [6]. За допомогою цієї методології розроблені моделі, необхідні для опису віртуальної кафедри і подальшої програмної реалізації. Процес навчання, у відповідності з методологією Gaia, описується наступними моделями: моделлю ролей, моделлю взаємодій, моделлю агентів, моделлю послуг, моделлю зв'язків. На малюнку 2 показані взаємозв'язки та зміст моделей при агентно-орієнтованому проектуванні.
Відтворення функцій кафедри Внз є складним завданням, яку згідно з методологією Gaia, природно розглядати як організацію безлічі дійсно існуючих і взаємодіючих ролей: лектор, асистент, лаборант, студент [7].
Розроблені агентно-орієнтовані моделі дозволили системно перейти від етапу постановки завдання до етапу програмної реалізації комп'ютерної середовища з елементами квазиреального спілкування між суб'єктами навчального процесу вивчення дисциплін кафедри.
Оскільки програмним агентам делегується виконання повноважень суб'єктів освітнього процесу, то вони повинні імітувати взаємодії, які певною мірою відповідають їх професійної діяльності. Для імітації професійної діяльності кожен програмний агент повинен володіти знаннями про доручених посадових обов'язках, знаннями про агентів, з якими можливо, спілкування, а також правилами, що визначають його поведінку в плані виконання своїх обов'язків.
Малюнок 2 – Взаємозв'язок моделей при агентно-орієнтованому проектуванні процесу навчання
З характеру освітнього процесу випливає, що крім реактивності, автономності, активності та комунікабельності, архітектура програмного агента повинна мати внутрішні механізми мотивації, які задаються ментальними властивостями, такими як переконання, зобов'язання, здібності і правила поведінки. З існуючої класифікації для створюваної системи більше підходить архітектура, заснована на класичних принципах штучного інтелекту, тобто архітектура інтелектуального агента на основі продукційних правил.
6. Середа Jade для розробки агентно-орієнтованої системи
Агентні платформи є проміжним виконавчим рівнем між програмними агентами і операційною системою. Багатоегентна система працює «поверх» агентій платформи і використовує її сервіси.
Для розробки агентно-орієнтованої моделі кафедри університету була обрана платформа Jade (Java Agent Development Framework). Це програмне середовище розробки мультиагентних систем і додатків, підтримуюча FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents) стандарти для інтелектуальних агентів, яка включає в себе:
1) середовище виконання агентів, агенти реєструються і працюють під управлінням середовища;
2) бібліотеку класів, які використовуються для розробки агентних систем;
3) набір графічних утиліт для адміністрування і спостереження за життєдіяльністю активних агентів.
Крім агентій абстракції, Jade надає просту, але потужну модель виконання і структурування завдань, а також одноразової зв'язку агента на основі парадигми асинхронної передачі повідомлень[9].
Основу функціонування агентів становить механізм семантичної інтерпретації (Interpreter Behaviour), який базується на двох ключових поняттях – семантичної репрезентації (SR – Semantic Representation) і правила семантичної інтерпретації (SIP – Semantic Interpretation Principle).
Основна діяльність агента полягає в дедукції сприймаються подій та модифікації існуючої переконань і шаблонів поведінки агента на основі обробки семантичної репрезентації, яка здійснюється через застосування правил семантичної інтерпретації.
Основними компонентами фреймворку (мал. 3) є:
1) база переконання – переконання агента;
2) таблиця дій – опису (перед - і постусловия) і коди всіх дій, які може виконати агент;
3) типова надбудова – засоби надбудови;
4) таблиця семантичних правил інтерпретації – базові правила семантичної інтерпретації.
Малюнок 3 – Схема обробки повідомлень
Фреймворк бере на себе функцію семантичного аналізу повідомлень, усуваючи її функціональності агентів, а так само здійснює маршрутизацію повідомлень між агентами після початку їх взаємодії, що дозволяє обмежити діяльність агента. Таким чином, онтологія агента може охоплювати лише вузьку область знань, не маючи уявлення про систему в цілому[8].
Висновки
Виконаний агентно-орієнтований аналіз процесу навчання студентів на кафедральному рівні, на підставі якого отримана нова модель кафедри Вузу. Кафедра Вузу представлена у вигляді розподіленої системи, елементами якої є викладачі і студенти. Їх поведінка і повноваження делеговані штучним програмним агентом за допомогою моделі ролей. Спілкування між агентами описується моделями зв'язку і взаємодій.
В якості фізичної платформи, на яку проектуються отримані моделі агентів, була обрана інструментальна середовище Jade, яка являє собою простий, але потужний інструмент програмної реалізації багатоагентних систем. Надалі планується програмування агентів віртуальної кафедри з допомогою інструментальних засобів Jade.
Список джерел
1. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика.- М.: “Едиториал УРСС”, 2002. -352 с.
2. Гаврилова Т. А., Яшин А. М., Фертман В. П. Взаимодействие интеллектуальных агентов для поддержки сервера дистанционного обучения// Материалы междунар. конф. ”Интеллектуальные системы и информационные технологии в управлении IS&ITC”, Псков, 2000, с.224-227.
3. Курейчик В.М. Эволюционная адаптация интерактивных засобів открытого образования /В.М. Курейчик, Л.А. Зинченко //Открытое образование. - 2001. - N1. - С.43-50.
4. Глибовец Н.Н. Использование JADE (Java Agent Development Environment) для разработки компьютерных систем поддержки дистанционного обучения агентного типа// Educational Technology&Society 8(3) 2005 ISSN 1436-4522 pp. 325-345.
5. Федяев О.И., Жабская Т.Е., Лямин Р.В. Система индивидуального обучения студентов агентно-ориентированного типа // Сб. тр. VIII международной конференции «Интеллектуальный анализ информации, ИАИ-2008», Киев, Просвiта, 2008. – С. 502–511.
6. F. Zambonelli, N. R. Jennings, and M. Wooldridge. Developing Multiagent Systems: The Gaia Methodology. In ACM Transactions on Software Engineering Methodology, 12(3), 2003.
7. Zhabska Tetiana , Fedyaev Oleg . The development of agent-based intellectual e-learning environment // Proceedings of the IADIS International conference Intelligent systems and agents, 2011, Rome, Italy, July 24 - 26, 2011. - Pages 143-147.
8. Филимонов А.Б., Кромин О.А. Особенности разработки .мультиагентных систем на платформе Jade semantic agent framework // Сборник трудов Московского государственнего университета приборостроения и информатики, 2008. – С. 397-403.
9. http://jade.tilab.com/documentation/tutorials-guides/ - Режим доступу: http://jade.tilab.com
RU
UA
ENG