Розглянуто навчання як процес здобуття знань. Запропоновані нові види навчальної діяльності: шляхом структурування понять та шляхом побудови баз знань для ЕС. Розроблено методологічні і методичні засади підготовки вчителя фізики до використання структурування понять предметної галузі у своїй професіональній діяльності. Запропонований принципово новий підхід для діагностики знань/умінь студентів на основі питань, що складаються самими студентами при побудові баз знань ЕС. Розроблено технологію використання ЕС при підготовці вчителя фізики. Експериментально підтверджено, що застосування сучасних інформаційних технологій сприяє: кращому розумінню студентами навчального матеріалу; прискоренню формування всіх частин способу дії; виробці якостей, які дозволяють виконувати найважливіші професіональні функції вчителя.
При резком увеличении объема информации в учебном процессе усложняется основная задача преподавателя — управление обучением с использованием обратной связи на основе детальной диагностики знаний и умений учащихся, выявления причин возникновения у них ошибок и разработки способов их устранения. Помощь в эффективном решении этой основной задачи могут оказать методы извлечения, хранения и представления, знаний, являющиеся предметом инженерии знаний — одной из ветвей искусственного интеллекта. Использование этих методов позволяет глубже понять структуру предметных знаний, установить связи МЕЖДУ ПРЕДМЕТНЫМИ ПОНЯТИЯМИ. В первой главе диссертации рассмотрены теоретические принципы применения современных информационных технологий в обучении; рассмотрено обучение как с точки зрения психологии и дидактики, так и с точки зрения искусственного интеллекта. Описаны различные модели обучаемого, в частности, предметная модель по физике. Предложена концепция учения как процесса извлечения знаний, которая перекликается с деятельностным подходом к обучению. Рассмотрены модели представления знаний и различные виды экспертных систем (ЭС). Рассмотрены основы применения информационных технологий в обучении. Во второй главе диссертации рассмотрена структура учебного материала. Выделены основные его элементы, к которым относятся законы, постулаты и определения. Проведена классификация определений. Во время обучения, с точки зрения информационных технологий, обучаемый использует процедуру извлечения знаний из эксперта- преподавателя, но чаще процесс обучения является процессом извлечения знаний из текстологических источников. Первым шагом извлечения знаний является выделение понятийной структуры текста, т.е. понятий и связей между ними. Для того, чтобы преподаватель мог управлять процессом формирования системы понятий в сознании учащегося, необходимо, чтобы связи между отдельными понятиями были установлены самим преподавателем в учебном материале. Процесс формирования понятий является иерархическим. Для усвоения самых простых предметных понятий необходимо знание понятий бытового уровня или понятий из других областей науки. Эти понятия мы назвали понятиями нулевого уровня, а простейшие предметные понятия - понятиями первого уровня. Далее, опираясь на понятия нулевого и первого или только первого уровня обучаемый усваивает более сложные предметные понятия, называемые понятиями второго уровня, и т.д. Рассматривая связи, существующие между понятиями на уровне определений, можно построить иерархическую структуру, в которой каждое понятие занимает место на одном из уровней. Если лишь констатируется факт наличия связи между понятиями, то построенная структура называется ассоциативной сетью. Для выявления характера и представления связей между понятиями используется продукционный способ представления знаний. Проведенная ранее классификация определений помогает построить продукционные правила. Приводится алгоритм построения базы правил продукционным методом. Рассмотрено структурирование понятий, как вид учебной деятельности. В приложении приведена структура курса “Механика” и база продукционных правил по кинематике. Третья глава посвящена использованию в обучении ЭС. Обоснована целесообразность применения теоремы Байеса яри построении диагностирующих и планирующих ЭС, рассмотрены недостатки оболочки BESS с точки зрения ее пригодности для диагностики знаний/умений обучаемых. Предложена усовершенствованная методика построения диагностирующих ЭС. Для определения априорных вероятностей и вероятностей подтверждения и опровержения гипотез симптомами предложены соответствующие формулы. Разработаны алгоритмы построения диагностирующих и планирующих ЭС. Рассмотрено построение баз знаний, как вид учебной деятельности. Предложен принципиально новый подход для диагностики знаний/умений обучаемых, который основывается не на ответах учащихся, а на тех вопросах и заданиях, которые составляют сами обучаемые при построении ЭС. Четвертая глава посвящена организации педагогического эксперимента и анализу его результатов. В ходе эксперимента были выделены экспериментальные и контрольные группы. В экспериментальных группах подготовка учителей физики проводилась с применением современных информационных технологий, а в контрольных - традиционно. В ходе эксперимента прослеживалась динамика формирования основных знаний и умений будущих учителей физики. Для определения эффективности применения современных информационных технологий при подготовке учителей физики использовался спектр методов, которые дают объективные результаты на массивах небольшого объема: метод парного сравнения, метод “хи-квадрат”, биномиальный критерий (критерий знаков). По результатам эксперимента все методы позволяют утверждать, что применение современных информационных технологий при подготовке учителей физики повышает эффективность обучения.
Learning as a process of extraction of knowledge is considered. Two new kinds of learning are offered: by a way of structuring the domain concepts and by construction of the knowledge bases for expert systems (ES). Methodological and methodical proofs of preparation of physics teachers to the use of structuring the domain concepts for their professional activity are developed. A new approach for diagnostics of knowledge/skills, based on questions asked by students will constructing the ES knowledge bases is proposed. A technology of the use of ES for preparation of the teacher of physics is developed. It is confirmed experimentally that the use of modem information technologies promote to: best understanding the educational material by tire students, acceleration of formation of all parts of the way of actions; formation of qsxalities. which allow to execute major professional functions of the teacher.
