Активізація навчально-пізнавальної діяльності учнів на основі систем штучного інтелекту при навчанні інформатики в старшій школі

Abstract

У дисертації обгрунтована можливість активізації навчально-пізнавальної діяльності учнів при систематичному і цілеспрямованому використанні в навчальному процесі систем штучного інтелекту. Запропоновано науково-обгрунтовану методику активізації навчально-пізнавальної діяльності на основі систем штучного інтелекту при навчанні інформатики, яка забезпечує ефективну навчально-пізнавальну діяльність учнів при вивченні теоретичного матеріалу і розв’язуванні задач, сприяє розвитку в них творчого мислення, формуванню дослідницьких навичок. Встановлено, що активізація навчання учнів найбільш ефективна при належній організації самостійного вивчення матеріалу шляхом складання бази знань експертної оболонки за підручником, допоміжною літературою, інформаційними ресурсами мережі Internet. Розроблено методику вивчення в загальноосвітних школах Internet-технологій на основі засобів експертних систем і систем розпізнавання мовлення.

Диссертация посвящена проблеме активизации учебно-познавательной деятельности учащихся старших классов при обучении информатики. В работе теоретически обоснована и экспериментально апробирована методика активизации учебно-познавательной деятельности учащихся на основе систем искусственного интеллекта. Предложено новое содержание учебного материала (системы распознавания речи, информационно-поисковые системы Internet, основы Web-программирования), которое способствует развитию познавательной активности учащихся, повышению практической значимости результатов обучения информатики и подготовке к жизни в условиях информационного общества. В ходе исследования установлено, что уровень развития познавательной активности старшеклассников при изучении информатики недостаточен для успешного усвоения учебного материала. Целеустремленная деятельность учителя, направленная на формирование и развитие познавательной активности учащихся, – залог повышения качества усвоения учебного материала, развития мышления и творческих способностей школьников. Значительные дидактические возможности для повышения уровня познавательной активности имеют новые информационные технологии обучения. Аргументировано, что эффективным средством активизации учебно-познавательной деятельности могут быть системы искусственного интеллекта. Установлено, что из систем искусственного интеллекта наиболее целесообразно для активизации учебно-познавательной деятельности использовать системы, базирующиеся на знаниях (проблемно-ориентированные экспертные системы, инструментальные экспертные системы, инструменты построения семантических сетей) и системы распознавания речи (системы распознавания образов). В процессе исследования установлено наиболее значимые факторы активизации учебно-познавательной деятельности учащихся, эффективность которых может быть усилена при использовании в учебном процессе программных средств, использующих достижения искусственного интеллекта: - развитие мотивации, усиления интереса, в том числе к способам приобретения знаний; - развитие мышления, умственных способностей учеников; - индивидуализация и дифференциация обучения, развитие самостоятельности; - предпочтение активным методам обучения; - повышение наглядности обучения; - увеличение арсенала средств познавательной активности, овладение современными методами научного познания, связанными с использованием компьютеров; - расширение круга задач, упражнений и практических работ в процессе обучения информатики на основе систем, базирующихся на знаниях; - упрощение и увеличение скорости ввода информации. Для компьютерной поддержки информатики средствами экспертных систем разработан пакет VisualExpert, предназначенный для создания проблемно-ориентированных экспертных систем обучающего характера на основе продукционного способа представления знаний. VisualExpert работает под управлением Windows9х и позволяет создавать экспертные системы с мультимедийной поддержкой. Визуальный редактор дает возможность строить базу знаний непосредственно в виде графического дерева решений с последующей компиляцией его в текстовый файл базы знаний продукционного типа. Процесс наполнения экспертной оболочки знаниями становится более простым и наглядным. В диссертации проанализировано влияние разнообразных форм учебной деятельности на ее активизацию. В ходе исследования установлено, что активизация обучения учащихся наиболее эффективна при должной организации самостоятельного изучения материала (по учебнику, дополнительной литературе, информационным ресурсам сети Internet) путем создания базы знаний экспертной оболочки. Методологической основой использования экспертных систем как средства активизации учебно-познавательной деятельности является метод моделирования. Моделирование выступает здесь одновременно методом научного познания, содержанием учебного процесса и эффективным методом обучения. В диссертации рассмотрены пути ознакомления учащихся с методом моделирования, экспертными системами и системами распознавания речи. В работе рассмотрена специфика использования экспертных систем как средства активизации учебно-познавательной деятельности на каждом из этапов усвоения знаний: актуализации опорных знаний, мотивации усвоения нового материала, восприятия его, анализа и осознания, введения понятий, целеполагания и самостоятельного усвоения знаний, закрепления и систематизации. Установлено что наиболее эффективным является использование экспертных систем как инструмента познавательной деятельности на этапах обобщения и систематизации. Здесь целесообразно самостоятельное создание учениками баз знаний в наперед выбранной предметной области. С помощью экспертных систем обеспечивается качественно новое изучение предметной области, когда ученик, работая как эксперт, отчитывается перед учителем путем создания и демонстрации своей экспертной системы. Рассмотрено использование систем распознавания речи в двух основных направлениях: как интерфейс прикладных программных средств и обучающих систем, а также как объект изучения на уроках, посвященных теме “Искусственный интеллект”. В ходе исследования определены основные методические подходы к организации обучения учеников с использованием систем распознавания речи. Обосновано целесообразность изучения в курсе информатики общеобразовательной школы информационно-поисковых систем сети Internet и основ Web-программирования. Разработано отдельные компоненты методической системы обучения Internet-технологий на основе средств экспертных систем и систем распознавания речи.

The dissertation is devoted to the problem of activation of cognitive and learning activities of pupils by means of systematic and purposeful use of artificial intellect in the process of studying. Scientifically proved methods of activation of cognitive and educational activities on the bases of artificial intellect systems in the process of learning of computer science were offered in the theses. The methods provide effective educational and cognitive activities of pupils in learning theoretical material and solving problems. They also help to develop pupils’ creative thinking and help to form the research skills. It has been proved that activation is the most effective when independent learning of material by means of arranging knowledge base in accordance with textbook organized appropriately, with assisting literature and with informational resources of the Internet. It has been developed the methods of investigation of internet technologies in schools on the basis of system recognizing of speech and expert system means.