Семантическая модель знаний для целей организации контроля

IAI-2006
Семантическая модель знаний для целей
организации контроля знаний в
обучающей системе
Титенко С.В., Гагарин А.А., к.т.н.
sergey@idcl.org.ua
Национальный технический
университет Украины «КПИ»
г.Киев
Интеллектуальные обучающие
Интернет-системы
 Основные насущные задачи
 Индивидуализация учебного процесса; построение
модели студента
 Моделирование работы преподавателя (репетитора);
проверка знаний
 Эффективное и многократное использование
учебных материалов (контента)
Предпосылки создания
специальной модели знаний
для целей обучения…
Обучение, как процесс передачи знаний
Классический процесс обучения – это
«транспортировка» знаний от носителя знаний к
обучаемому
Преподавател
ь
Знания
Студент
Классический процесс обучения
Преподавател
ь
Знания
Система
обучения
Знания
Студент
Дистанционное обучение на основе Интернет
Подходы к представлению знаний
для обучающих систем
 Когнитивно-семантический
подход

Технологии, порожденные
классической задачей ИИ –
моделирование знаний человека
 Языково-дидактический подход
 Технологии, возникающие в
контексте требований
образовательного процесса.
Моделирование процесса
обучения
Когнитивно-семантический
подход – модель «Знать»
 Моделирование знания человека
 Ориентация на решение задач (а не
на обучение)
 Ориентация на создание
формального языка, не зависящего
от естественного языка и пригодного
для компьютерных манипуляций
 Недостатки в контексте обучения:
 Для процесса формализации знаний необходимо
задействовать инженера по знаниям (кроме
преподавателя)
 Обратный процесс передачи знаний от системы к
обучаемому затрудняется из-за неумения системы
«хорошо говорить» на естественном языке
Языково-дидактический подход –
модель «Обучать»
 Основывается на естественном
языке, как основном средстве для
передачи знаний
 Берет во внимание такие области,
как дидактика, теория текста,
герменевтика, лингвистика, понятие
гипертекста
 Должен обеспечить процесс
представления знаний,
основывающийся на текущих
потребностях обучаемого
Проблема синтеза подходов
 Классический процесс обучения содержит обе составляющие:
«знать» и «обучать»
 Преподаватель прежде всего знает предмет изучения.
 Но кроме этого, преподаватель должен уметь обучать
 Студент узнает предмет через процесс обучения
 «Модель знаний» преподавателя должна быть воспринята
студентом посредством «модели передачи знаний»
 Таким образом сфера обучения ставит свои специфические
требования к моделированию знаний
Понятийно-тезисная модель (ПТМ)
представления знаний для образовательных
целей
 Попытка совмещения подходов
«знать» и «обучать»
 Реализация контроля знаний на основе
модели
Базовые принципы ПТ-модели
 Задача заключается в том, чтобы
формализовать знания,


сделав их пригодными для компьютерного
манипулирования
и в то же время не утратить выразительности и
универсальности естественного языка в
представлении знаний в учебном процессе
 Модель носит текстуальный характер
 Знания формализуются путем выделения из
текста смысловых (семантических) единиц в
процессе его осмысленного чтения
Семантические единицы: Понятие
 Понятие – предмет обсуждения, некоторый
объект или процесс предметной области, о
котором в учебном материале есть знания.
Фактически представляет из себя одно-два слова,
выделенных из текста
Понятие
Пример:
Всякая Java программа представляет
собой один или несколько классов
Семантические единицы: Теза
 Теза – некоторая ведомость или утверждение про
определенное понятие.
 Представляет из себя предложение, в котором речь
идет о некотором понятии, но само понятие
словесно в нем не фигурирует (как правило это
предложение, из которого изъято подлежащее, т.е. понятие).
 Основной смысловой наполнитель БЗ
Теза к понятию
«Java программа»
Пример:
Всякая Java программа представляет собой
один или несколько классов
Классификация понятий и тез
 Как понятия, так и тезы могут быть
отнесены к некоторому классу
 Классы могут быть общими, а также
специфическими для конкретной
предметной области
 Некоторые важные классы для тезы:


Определение (отвечает на вопрос «Что это?»)
Назначение (отвечает на вопрос «Для чего?»)
Структура понятийно-тезисной
модели и ее интеграция с
учебным материалом
Программная реализация работы с БЗ
Процесс извлечения понятий и тез
из учебного материала
 В процессе чтения учебного текста пользователь извлекает
понятия и тезы с помощью программного интерфейса
 При этом пользователю практически ничего не нужно
набирать на клавиатуре – все манипуляции осуществляются
с помощью мыши
Методология автоматического
построения тестов
Тест строится на основании семантических
данных и их связи с учебным материалом
Принцип построения задания с
помощью понятий и тез
 В основе задания лежит принцип
определения соответствия между
понятиями и тезами
 Простейший пример задания:
Соответствует ли данное утверждение понятию <имя_понятия>?
<теза>
Да Нет
Пример:
Соответствует ли данное утверждение понятию Java программа?
Представляет собой один или несколько классов
Да (правильный ответ)
Нет
Другие типы заданий
 Укажите утверждение, которое относится к
понятию <имя_понятия>



<Теза1>
<Теза …>
<Теза N>
Другие типы заданий…
 Выберите понятие, о котором идет речь в
утверждении




<Теза>
<Имя_понятия 1>
<Имя_понятия …>
<Имя_понятия N>
 Введите понятие, о котором идет речь (*)
 <Теза>
 _________ (поле ввода)
 (*) такого рода задания особенно эффективны на
подмножестве тез-определений и тез-назначений
Алгоритм построения одного из типов заданий теста
 Установка участка учебного материала, по которому будет




проходить тестирование
Случайный выбор тезы из набора тез данного участка
материала – это контрольная теза
Определение понятия, к которому относится данная теза –
контрольное понятие
Случайная выборка альтернативных тез из всей
области данного курса или предметной области, которые не
относятся к контрольному понятию
Построение задания по данным контрольное понятие,
контрольная теза, набор альтернативных тез
Задание будет иметь следующий вид:
Укажите утверждение, которое соответствует понятию
<Имя_контрольного_понятия>
<Набор_тез>
Оценка пройденного теста и выработка рекомендаций
 Благодаря связи «теза -
фрагмент учебного
материала», имеется
возможность точно
определять тот материал, по
которому тестирование
прошло неуспешно
 Таким образом это дает
широкие возможности по
выработке рекомендаций,
построению модели
студента и управлению
последующим курсом
обучения
Преимущества ПТМ
 Простота формирования БЗ (процесс
осмысленного чтения)
 Выразительность и понятность тестовых заданий
 Естественное соответствие между заданиями
тестов и участками учебного материала, что дает
возможность строить модель обучаемого и
управлять адаптацией учебного процесса
 Студент проходит тестирование исключительно на
основании предоставленных ему учебных
материалов
Перспективы развития
 Углубление семантики.
 Изучение целесообразности введения в модель
различных отношений между понятиями
 Углубление классификации понятий и тез
 Моделирование заданий на решение задач с
помощью ПТМ
 Построение структурной модели учебного
материала с учетом возможности автоматического
построения курсов и многократного
использования учебных элементов