Тема 3. Моделирование знаний студента (Лекции и семинары (8 занятий))

Тема 3. Моделирование знаний студентаВажнейшей частью компьютерной обучающей системы является модель знанийстудента, которая должна отражать представления системы о составе и уровне текущихзнаний конкретного студента.Основным способом построения модели знаний студента является тестированиезнаний, в процессе которого в систему поступают свидетельства о знаниях студента.Существует также ряд механизмов, позволяющих спрогнозировать знания студента безнепосредственного их тестирования.Простейшаямодельзнанийстудентапредставляетсобойнекоторуюинтегральную оценку знаний ученика в какой-либо шкале.Оверлейная модель описывает знания студента как подмножество моделиучебной дисциплины.Векторная оверлейная модель представляет собой совокупность всех понятийрассматриваемого учебного курса и/или умений, соответствующих этому курсу, каждомуиз которых поставлено в соответствие значение «знает/не знает» или «умеет/не умеет».Сетевую оверлейную модель строят на основе сетевой модели учебнойдисциплины (например, семантической сети) путем сопоставления каждому узлу икаждой дуге сети одной или нескольких величин, определяющих степень овладениястудентом соответствующих понятий и отношений между ними.По способу оценки знаний студента оверлейные модели разделяют на бинарные(«изучено/не изучено»), взвешенные (используется та или иная количественная шкала),вероятностные (оценка рассчитывается на вероятностной шкале) и нечеткие (сиспользованием нечетких множеств).Модель разностного типа строят на основе различий между ответами студента исоответствующими знаниями из базы знаний системы.

Важно, что модель данного типапозволяет учитывать не только отсутствие знаний у студента, но и искажения этих знаний.Модель пертурбационного типа основана на предположении, что знания ученикаи знания в базе знаний системы могут частично не совпадать. Важной функцией моделипертурбационного типа является определение причин указанного расхождения знаний.Такими причинами могут быть:1)недостаток знаний (студент не обладает знаниями, достаточными для того,чтобы правильно выполнить то или иное контрольное задание);2)ошибочные знания (знания студента противоречат базе знаний системы);3)неверное использование знаний (студент владеет необходимыми знаниями,но не умеет их правильно применять);4)случайные ошибки (ошибки в вычислениях или ошибки, порожденныеневнимательным чтением формулировок заданий и вариантов ответов),5)умышленные ошибки (ошибки, возникающие, когда студент используеткакую-либо «стратегию» ответа на контрольные задания, например, всегда выбираеттолько первый вариант ответа).Стереотипные модели основаны на выделении некоторого набора условныхтипичных по своим знаниям студентов (стереотипов).

В процессе тестирования знанийкаждому студенту ставят в соответствие стереотип, вероятность принадлежности ккоторому максимальна.Фактически задача стереотипирования сводится к задаче кластеризации множествастудентов или задаче классификации студентов по эвристически заданным стереотипам.В качестве примера моделей учебных дисциплин и знаний студентов, рассмотримсемантическую модель требуемых знаний, которая одновременно позволяет отразитьструктуру дисциплины и цели, которые должны быть достигнуты в процессе обучения.Для её построения используются два типа фреймов:фрагментный, производящий фактуальную часть модели требуемых знаний;целевой, производящий дерево целей.Фрагментный фрейм представляет собой фрейм-связку, содержание которогопозволяет не только установить требуемые знания на данном уровне изучения предмета,но и связи отдельных компонентов этих знаний с другими фрагментами данной исмежных дисциплин.Фрагментныйфреймдлярассматриваемогоинформационногофрагментазаполняется по слотам следующих друг за другом смысловых связок, при невозможностизаполнить слот пропускается.Целевой фрейм также представляет собой фрейм-связку; его наполнение позволяетустановить подчинение целей, достигаемых в процессе обучения.Целевой фрейм формируется в двух координируемых между собой итерационныхпроцессах: по формированию фактуальной части структурной модели и дерева целей.Целевой фрейм для рассматриваемого целевого назначения заполняется по слотамследующих друг за другом смысловых связок.

Классификационные фреймы в смысловойсвязке "с" формируются для категорий, обнаруженных во фразе "целевое назначение".Далее рассмотрим структуру и содержание фрагментных и целевых фреймов этоймодели.ФР N <информационный фрагмент>a - содержит терминальный текст: <терминальный текст>b - включаетА: <компоненту 1 информационного фрагмента>Б: <компоненту 2 информационного фрагмента>…c - имеет целевое назначение:А: <целевое назначение 1 информационного фрагмента>Б: <целевое назначение 2 информационного фрагмента>…d - содержит ключевые понятия (КП):А: <Понятие 1>Б: <Понятие 2>…е - содержит классификации КП:А: <Классификация 1>Б: <Классификация 2>…f - содержит свойства КП:А: <Свойство 1>Б: <Свойство 2>…g - содержит теоремы:А: <Теорема 1>Б: <Теорема 2>…h-базируетсянаинформацииранеерассмотренныхфрагментовэтогопараграфа:А: <Фрагмент 1>Б: <Фрагмент 2>…i - базируется на информации ранее рассмотренных фрагментов другихпараграфов:А: <Фрагмент 1>Б: <Фрагмент 2>…j - базируется на информации внешних источников:А: <Источник 1>Б: <Источник 2>…Ц N <целевое назначение>а-имеетфрагмента>информационныйфрагмент:<номериимяинформационногоb - включает:А <подцель 1>Б <подцель 2>…с - содержит классификационные фреймы:А <К 1>Б <К 2>…Из конструкции фрагментного фрейма видно, что фактуальная часть моделитребуемых знаний содержит деление содержания дисциплины на части, главы, параграфы,но, в отличие от оглавления, включает также более мелкие фрагменты вплоть доэлементарных.На рисунке ниже схематически представлен фрагмент модели требуемых знаний понекоторому учебному курсу.Фреймы D0, D1, D11, D111, D1111, D1112, D1113, D1114, D1115, D1116, D1117представляютсобойдирективныефреймы,содержаниекоторыхсоставляюттерминальные тексты.Модель текущих знаний студента в данном случае структурно идентична деревуцелей модели требуемых знаний.

Анализ этой модели позволяет судить о пробелах взнаниях обучаемого и формировать процесс его дальнейшей самостоятельной работы сцелью их ликвидации..