дачу для решения, что вызвано отсутствием интеллектуализации ПО

тренажеров.

— Интеллектуализация тренажеров для повышения самостоятельности действий обучаемого и одновременное усложнение решаемых задач трансформирует тренажеры в образовательные среды.

- Расширение круга задач, навыки решения которых отрабатывает и за

крепляет тренажер, требует использования средств машинной графи

ки.

- требование о возможности получения любых комплексных справок по всему курсу максимально увеличивает трудоемкость разработки требуемых баз данных;

— решение указанных проблем возможно путем использования интеллектуальных баз данных текстового типа.

Все современные концепции построения обучающих систем при их глубоком, осмысленном представлении достаточно примитивны по своей сути. Если исключить из рассмотрения безусловно красивый, но для нас в данном случае совершенно неважный интерфейс, исключить обилие выводимого оцифрованного видеоизображения, звуковые эффекты и т. п., то большинство современных обучающих систем функционируют по приблизительно одной нехитрой стратегии.

Суть ее состоит в следующем: обучаемому предоставляется достаточно широкий информационный канал, по которому он получает информацию обучающего, а скорее познавательного характера. В данном случае обучаемому уготована роль стороннего наблюдателя за происходящим, что в совокупности с обилием выдаваемой информации приводит к тому, что постепенно человек запутывается в этом информационном потоке, либо что-то пытается усвоить и часто формирует у себя неверное представление о предмете, изучаемым таким образом.

Кроме того, даже в случае успешного запоминания обучаемым переданного материала вероятность того, что он сможет использовать его в дальнейшем без посторонней помощи достаточно невелика. Дело в том, что после выдачи всей обучающей информации большинство обучающих систем в лучшем случае проводит небольшое контрольное тестирование по теоретическим вопросам или стандартным задачам, описанным же в выдаваемой информации. Таким образом, получив достаточный объем обучающей информации, пусть даже в виде прекрасно подготовленного курса, по конкретной теме, обучаемый по окончании работы с системой не имеет достаточного практического опыта для применения на практике полученных знаний и дальнейшем ему могут понадобится дополнительные практические занятия или непосредственные занятия с преподавателем - составителем учебного курса для системы дистанционного образования, что в конечном итоге сводит на нет всю ценность разработанной обучающей системы и ставит под сомнение смысл ее разработки.

Для устранения указанных недостатков в разработанной системе дистанционного образования изначально была заложена принципиально иная концепция, в основном направленная на формирование у обучаемых достаточно хороших практических навыков по изучаемым курсам. Этой цели подчинены 75% режимов работы созданной системы.
Разработчиками сделана попытка заложить в разработанную систему некоторую универсальность путем определения в ней некоторого расширяемого небольшого набора примитивов: "текст", "рисунок", "трехмерная модель объекта", что позволяет достаточно легко перенастраивать систему на ряд "родственных" курсов, а при расширении количества примитивов расширяется список возможных дисциплин, которые могут быть заложены в систему. Очевидно, что указанная универсальность довольно относительна и создать универсальную обучающую систему с широкими возможностями по привитию практического опыта если и возможно, то весьма проблематично.

В данном случае такой задачи и не ставилось, разработанная система изначально предполагалась для дисциплин "Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта" а также для близких с ними дисциплин.
Использование одного и того же набора примитивов для создания курсов по указанным дисциплинам привело к тому, что при последовательном их изучении происходит плавный переход от одной дисциплины к другой. Часть указанных примитивов имеет режим динамической работы с ними. Интерактивная работа с примитивами более интересна обучаемому, нежели простое созерцание выдаваемой информации по его чисто человеческой природе, что положительно сказывается на повышении эффективности обучения.

Кроме новизны самой концепции построения обучающей среды, в разработанной системе заложен целый ряд новых подходов и методов, применительно к конкретным рассматриваемым дисциплинам ("Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта").

Геометрическая модель вводится как совокупность изменяемых и неизменяемых структур данных, однозначно определяющих моделируемый трехмерный объект. Изменяемая компонента структур данных модели определяет привязку объекта к системе отсчета. Неизменяемая компонента определяет характеристики самого объекта с помощью топологических элементов и отношений между ними. Изменяемая информация задается линейной списковой структурой дескриптором вершин 8(Х, У, 2), содержащим координаты каждой вершины. Неизменяемая информация представляется отношениями между топологическими элементами моделируемого объекта.

Получение искомого геометрического преобразования происходит посредством накапливания элементарных преобразований в матрице результирующего преобразования при последовательном ее домножении на матрицы элементарных геометрических преобразований.

Опыт обучения вопросам геометрических преобразований показывает, что рассматриваемые в среде задачи, соответствующие алгоритмам геометрических преобразований следует распределить по трем уровням сложности следующим образом: высший получение любого преобразования относительно произвольной плоскости, заданной несколькими способами.

средний получение любого преобразования относительно произвольной прямой.

низший получение любого преобразования относительно произвольной точки, а так же элементарные геометрические преобразования.

Основным связывающим звеном между дисциплинами "Компьютерная графика" и
"Искусственный интеллект" является способ решения задач геометрических преобразований с помощью механизма логического вывода продукционных систем.
При всем разнообразии задач геометрических преобразований их решение процедурными методами привело бы к значительному увеличению объема и трудоемкости написания программы, а также существенному снижению гибкости.
Реализованный в разработанной системе способ решения геометрических задач с помощью продукционных систем позволил добиться абсолютной гибкости, т. е. преподаватель может вводить в курс все возможные задачи. Подобный подход позволяет таким образом построить выполнение задач геометрических преобразований, что становиться возможным реализовать все возможные преобразования в одном механизме вывода за счет использования соответствующей базы знаний.

Разработанный способ используется в системе для решения следующих подзадач: во-первых, он заложен в саму программу для выполнения постоянно необходимых преобразований; во-вторых, на примере этого метода построено обучение по курсу "Продукционные системы", что весьма положительно, т. к. предмет осваивается обучаемым на конкретном примере из той области, с которой он ранее ознакомился с другой стороны.

2. 2. Постановка задачи

Для обеспечения функционирования разработанной системы дистанционного образования во всех предусмотренных режимах необходимо было решить следующие задачи:

1) теоретического плана:

- разработка способа представления информации о трехмерных геометрических объектах. Установление связей в разрабатываемых структурах и формальное описание преобразований, представленных таким образом;

- разработка универсального метода получения геометрических преобразований объектов на основе разработанного механизма вывода;

- разработка способов обучения методам геометрических преобразова

ний, как примера использования продукционных систем.

2) Практического плана:

1. реализация разработанного универсального способа получения гео

метрических преобразований на основе продукционных систем;

2. разработка блока демонстрации формирования последовательности

преобразований и контроля действий обучаемым;

- разработка блока выдачи задания обучаемому для самостоятельной

работы с учетом уровня сложности и блока контроля правильности

выполнения полученного задания.

2. 3. Обоснование выбора подхода и метода решения поставленной задачи

В основе разработанной системы лежит использование продукционных систем для решения задач геометрических преобразований. Основные доводы в пользу такого выбора:

1) Как отмечалось выше в главе анализа существующих подходов, алго

ритмические методы нахождения последовательности геометрических

преобразований явно неэффективны, следовательно необходим дру

гой подход.

2) Использование связки "Продукционные системы + геометрические

преобразования" выгодно с той точки зрения, что эти два понятия

легко связать в единую работающую систему.

3) Разрабатываемая программа становится компактной, легкоизменяе

мой только за счет изменения базы знаний.

4) Механизм вывода при работе с используемым представлением объек

тов очень прост.

5) Реализация универсального метода нахождения всех возможных по

следовательностей геометрических преобразований в данном случае

значительно упрощается.

6) Построение учебного материала по курсу "Продукционные системы"

на основе заложенных в системе методов довольно наглядно, позво

ляет использовать те же примитивы, что и для курса "Геометрические

преобразования", позволяет осуществить легкий переход от одного

учебного курса к другому, следовательно легко освоить "Продукци

онные системы" и пополнить свой опыт в графике.

7) Использование продукционных систем, и одного и того же механизма

вывода позволяет реализовать визуализацию информации о графиче

ском объекте, организовать построение новых структур подобного

рода самим обучаемым, организовать контроль этого процесса как

частично, так и для всей совокупности структур в целом, т. е. реализо

вать все практические задачи, поставленные выше.

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3. 1. Разработка моделей и алгоритмов решения

Как было отмечено в п. 2. 1., имеется множество различных вариантов геометрических преобразований. Решение данной задачи напрямую не только неэффективно, но и громоздко. Поэтому был выбран другой путь, основанный на использовании представлений знаний продукционными системами.

Для обеспечения возможности использования продукционных систем разработан новый способ представления информации о трехмерных геометрических объектах. Элементарные геометрические примитивы представлены в виде фактов базы знаний.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10