Экспертные системы в подготовке учителей информатики

Экспертные системы в подготовке будущих учителей информатики

Одним из перспективных направлений развития информатики является искусственный интеллект. В действующем Государственном образовательном стандарте подготовки учителей информатики основы искусственного интеллекта (ИИ) выделены в отдельную дисциплину предметной подготовки. При этом в содержание разделов дисциплины включены модели представления знаний (логическая, сетевая, фреймовая, продукционная) и экспертные системы (ЭС).

Экспертные системы относятся к интеллектуальным системам, основанным на знаниях, т.е. необходимой характеристикой этих программ является наличие базы знаний (БЗ). БЗ ЭС содержит формализованные знания специалистов (экспертов) в некоторой узкой предметной области, представленные в символьной форме.

Попытки создания ЭС предпринимаются во многих областях, включая образование. Анализ результатов исследований показал, что использование ЭС, специально создаваемых для нужд образования, позволяет оптимизировать достижение тех целей, на которые направлены эти системы. За счет использования особых методов ЭС являются таким инструментом, который помогает преподавателю решать некоторые педагогические задачи более эффективно, автоматизировать некоторые этапы педагогической деятельности, а обучаемому – сравнительно быстро осваивать учебный материал из относительно узкой предметной области.

Современный учитель информатики наряду с преподаванием школьного предмета, как правило, осуществляет и координацию внедрения ИКТ во все сферы образовательного процесса. Поэтому подготовка будущих учителей должна носить опережающий характер, включать изучение самых современных технологий и учитывать тенденции развития информатики, как науки. В связи с чем, изучение основ инженерии знаний и экспертных систем является важным элементом в процессе предметной подготовки учителя информатики. Приобретенные знания в области проектирования, создания и использования ЭС будущий учитель информатики может применять в школе как при профильном обучении, так и при углубленном изучении информатики.

Первоначальные сведения об основных моделях представления знаний и ЭС, как интеллектуальных системах, будущие учителя информатики получают в рамках обязательного курса «Основы искусственного интеллекта». В силу объемности материала и ограниченности количества учебных часов времени на изучение и освоение технологии создания прототипных ЭС явно недостаточно.

В целях повышения уровня профессиональной подготовки будущих учителей информатики в области ИИ спецкурс «Экспертные системы» был включен в учебные планы подготовки студентов, обучающихся по специальностям «Информатика» и «Прикладная информатика» в Пермском государственном педагогическом университете. Данный спецкурс позволяет закрепить и расширить базовые знания студентов в области ИИ, в частности, экспертных систем и инженерии знаний, полученные ими в ходе изучения обязательного курса «Основы искусственного интеллекта».

В рамках данного спецкурса более детально рассматриваются вопросы об отличительных особенностях ЭС, основных принципах построения ЭС и оболочек ЭС, средствах структурирования и формализации знаний в ИИ, в том числе нечетких знаний. С учетом профессиональной ориентации педагогических вузов, в курсе освещаются вопросы, связанные с возможностями использования интеллектуальных систем в образовании.

При этом важная роль принадлежит разработке БЗ ЭС как виду учебной деятельности. Разрабатывая базы знаний, студенты – будущие учителя информатики осваивают на практике методы извлечения, структурирования и представления знаний, приобретают важные с методической точки зрения умения (выделение понятий и метапонятий, определение связей между понятиями, составление системы вопросов, охватывающих тему и др.), углубляют и расширяют свои знания не только в области информатики. Использование методов извлечения, структурирования и представления знаний, являющихся предметом инженерии…