Выбор метода интеллектуализации для решения основных задач магистерской диссертации

Нечёткая логика (НЛ) – это математическая теория о «размытых нечётких множествах, в которой говорится о том, что характеристическая функция (функция принадлежности элемента множеству, заданная на лингвистической переменной, значения которой используются в качестве оценочных категорий) может принимать любые значения в интервале [0, 1], а не только значения 0 и 1.

Основные преимущества систем на основе НЛ:

– возможность оперирования нечеткими входными данными: например, значениями, которые невозможно задать однозначно («сильно уязвимый», «довольно дорогой» и т. п.);

– возможность нечеткой формализации критериев оценки и сравнения: оперирование критериями «большинство», «возможно», «преимущественно»;

– возможность проведения качественных оценок, как входных данных, так и выходных результатов;

– возможность проведения имитационного моделирования сложных динамических систем и их сравнительный анализ с заданной степенью точности;

– простота реализации программного кода при реализации в виде компьютерной программы.

3.1. Применение нечёткой логики в решении задачи по определению степени приближения ответа обучаемого к эталону

При использовании НЛ, полученная оценка будет более точной, так как будут рассмотрены не только варианты ответа «правильно» или «неправильно», но и «не совсем правильно» – «неполно» – «неточно» – «неопределенно», что даст, в конечном счете, больше информации о степени обученности обучаемого.

Примеры присвоения баллов с использованием элементов «жёсткой» и нечёткой логики на рис. 1 и 2.

Выбор метода интеллектуализации для решения основных задач магистерской диссертации - student2.ru

Рис. 1. Пример присвоения баллов на «жёсткой» логике

Выбор метода интеллектуализации для решения основных задач магистерской диссертации - student2.ru

Рис. 2. Пример присвоения баллов на НЛ

3.2. Применение нечёткой логики в решении задачи по регулированию сложностной и временной адаптации

Адаптивность – способность (для повышения эффективности работы), в зависимости от внешних факторов, изменять свои параметры и характеристики.

Под адаптивностью в обучающих системах понимают – свойство системы приспосабливаться к действиям обучаемого, т. е. изменять свои параметры и структуру в зависимости от последовательности выполнения решения обучаемым [1].

В классическом адаптивном тестировании рассматривается только сложностная адаптация, но для достижения максимальной степени индивидуализации (адаптации) по отношению к обучаемому требуется использование как временной, так и сложностной адаптации [2].

Под временной адаптацией подразумевают процедуру изменения времени (его увеличение или уменьшение), отведенного обучаемому для дачи ответа на тестовые задания (ТЗ), при правильном/ неправильном ответе на вопрос время увеличивается/ уменьшается.

Разновидности временной адаптации представлены на рис. 3.

Выбор метода интеллектуализации для решения основных задач магистерской диссертации - student2.ru

Рис. 3. Временная адаптация

Временная адаптация позволяет понизить явление списывания за счет ограничения времени (даётся оптимальное время для тестирования, такое, чтобы его было достаточно для прочтения вопроса и вариантов ответа (ВО), для выбора правильного ответа и перехода к следующему вопросу, чтобы при этом не оставался временной запас для списывания). Как правило, время выбирается экспертно, и настраивается по результатам нескольких экспериментов в группе студентов различной подготовленности.

Под сложностной адаптацией подразумевают процедуру смены сложности ТЗ в зависимости от ответа обучаемого (при даче правильного ответа – последующее ТЗ усложняется, при не неправильном – упрощается).

Сложностная адаптация позволяет, исходя из ответов на предшествующее ТЗ, повысить эффективность контрольно-оценочных процедур за счет индивидуализации процедуры тестирования и предъявления обучаемому таких ТЗ, которые ему посильны для выполнения, что, в свою очередь, приводит к точности измерения, минимизации числа заданий и сокращению времени на контроль. Из множества доступных ТЗ «агрегируется» индивидуальная форма контроля знаний для каждого отдельного обучаемого.

Временная и сложностная адаптации позволяют снизить психологическую загруженность обучаемого и повысить мотивацию к обучению.

Применение НЛ в реализации временной и сложностной адаптации позволяет сформировать индивидуальную траекторию обучения для каждого обучаемого.

Пример алгоритма реализованного мотивационного тестирования с применением НЛ представлен на рис. 4.

Выбор метода интеллектуализации для решения основных задач магистерской диссертации - student2.ru

Рис. 4. Алгоритм, реализованного мотивационного тестирования

4. Реализация программы для решения задачи с использованием нечёткой логики

Языки программирования

Алгоритм адаптивного мотивационного обучения реализуется в среде PHP с использованием баз данных MySQL [3].

PHP

В качестве программной среды выбран язык программирования PHP, позволяющий осуществлять удаленный контроль знаний в реальном масштабе времени, а также организовывать непрерывный мониторинг текущей успеваемости обучаемых.

PHP (PHP: Hypertext Preprocessor – PHP: препроцессор гипертекста) – скриптовый язык программирования общего назначения, интенсивно применяемый для разработки веб-приложений. В настоящее время поддерживается большинством хостинг-провайдеров и является одним из лидеров среди языков программирования, применяющихся для создания динамических веб-сайтов.

В области программирования для сети Интернет, PHP – один из самых популярных сценарных языков (наряду с JSP, Perl и языками, используемыми в ASP.NET), характеризуется простотой, скоростью выполнения, широкой функциональностью, кроссплатформенностью и распространением исходных кодов на основе лицензии PHP. Популярность в области построения веб-сайтов объясняется наличием большого набора встроенных средств для разработки веб-приложений. Основные из них:

– автоматическое извлечение POST и GET-параметров, а также переменных окружения веб-сервера в предопределённые массивы;

– взаимодействие с большим количеством различных систем управления базами данных (MySQL, MySQLi, SQLite, PostgreSQL, Oracle (OCI8), Oracle, MicrosoftSQLServer, Sybase, ODBC, mSQL, IBMDB2, Cloudscape и ApacheDerby, Informix, OvrimosSQL, LotusNotes, DB++, DBM, dBase, DBX, FrontBase, FilePro, IngresII, SESAM,Firebird/ InterBase, ParadoxFile, Аccess, MaxDB, Интерфейс PDO);

– автоматизированная отправка HTTP-заголовков;

– работа с HTTP-авторизацией;

– работа с cookies и сессиями;

– работа с локальными и удалёнными файлами, сокетами;

– обработка файлов, загружаемых на сервер;

– работа с XForms.

В настоящее время PHP используется сотнями тысяч разработчиков. Входит в LAMP – распространённый набор ПО для создания и хостинга веб-сайтов (Linux, Apache, MySQL, PHP). Синтаксис PHP подобен синтаксису языка Си. Некоторые элементы, такие как ассоциативные массивы и цикл foreach, заимствованы из Perl. Для работы программы не требуется описывать какие-либо переменные, используемые модули и т. п. Любая программа может начинаться непосредственно с оператора PHP. PHP является языком программирования с динамической типизацией, не требующим указания типа при объявлении переменных, равно как и самого объявления переменных. Преобразования между скалярными типами зачастую осуществляются неявно без дополнительных усилий (впрочем, PHP предоставляет широкие возможности и для явного преобразования типов).

Основными достоинствами PHP являются: динамическое обновление, широкая сетевая универсальность (в отличии, например, от LabView), удобная визуализация, экономичность описания сценария (в отличии, например, от Ассемблера), простота языка (синтаксис PHP подобен синтаксису Си++), а также удобство обращения к базам данных.

MySQL

My Structured Query Language (MySQL) – язык структурированных запросов, характеризуется удобством для описания логических подмножеств баз данных.

Назначение SQL:

– создание базы данных и таблицы с полным описанием их структуры;

– выполнение основных операций манипулирования данными (такие как: вставка, модификация и удаление данных из таблиц);

– выполнение простых и сложных запросов.

Одна из ключевых особенностей языка SQL заключается в том, что с его помощью формируются запросы, описывающие какую информацию из базы данных необходимо получить, а пути решения этой задачи программа определяет сама.

Вид представления

Аппарат НЛ реализован в системе «Дистанционного адаптивного тестирования навигационных знаний» располагаемого на бесплатном хостинге, предоставляющем свое уникальное имя в сети, зарезервированное за конкретным адресом ПК.

Компьютер, на котором работает система, может находиться в любой точке земного шара, базироваться на локальном ПК, не имеющем выхода в сеть интернет, что делает данную реализацию достаточно гибкой, мобильной и высокоуниверсальной.

Система простроена на базе следующих программ: операционной системы Windows XP, Apache2.2, PHP, MySQl, JQwery и представляет из себя модульную структуру, состоящую из следующих основных частей: авторизационная; пользовательская; администраторская.

Авторизационная часть предназначена для идентификации пользователя, который желает пройти тестирование или же для идентификации администратора, осуществляющего работу в системе.

Пользовательская часть предоставляет возможность выбрать тот или иной тест, который зарегистрирован в системе. В данной части пользователь проходит сам тест и получает полную детализацию прохождения.

Администраторская часть содержит ряд инструментов, необходимых для работы с системой: Добавление новых вопросов; Редактирование существующих вопросов; Просмотр отчетов пользователей, прошедших тестирование; Управление настройками теста (количество вопросов в тесте, время теста, шкала оценивания, по которой рассчитывается результат и т. д.). Для хранения данных используется база данных MySQL. Данная система включает в себя системную базу и N баз, где N – количество зарегистрированных тестов.

Характерными особенностями комплекса являются:

1. гибкость, за счет использования «каркасно-модульной» организации, что позволяет в реальном масштабе времени осуществлять быструю переналадку сценария обучения;

2. высокая универсальность, за счет возможности аудиторного и внеаудиторного исполнения и использования на любом из этапов контроля (входной, рубежный, итоговый);

3. автономность, за счет инвариантности к операционным системам и к средствам вычислительной техники, используемым для организации контроля (КПК, ЭВМ, ПЭВМ, ППВМ, планшет, смартфон и т. д.);

4. интуитивная понятность, за счет использования модульно-семантической логики построения системы;

5. функциональная простота, минимизирующая отдельные манипуляции пользователя и обеспечивающая комфортные условия работы с комплексом;

6. эргономичность, за счет удобного взаиморазмещения элементов, модулей и блоков на экране ПК, планшета, смартфона и т. д.);

7. инвариантность к предметной области дисциплины, что позволяет создавать базы тестовых заданий и сценарии тестирования по специальным дисциплинам (СД), естественнонаучным дисциплинам (ЕНД) и гуманитарным дисциплинам (ГД);

8. наличие современных алгоритмов психофизиологической самодиагностики (ПФСД) личности, за счет интегрирования в комплекс модуля ПФСД;

9. наличие эффективных алгоритмов, минимизирующих вероятность угадывания и препятствующих списыванию, что обеспечивает адекватность и достоверность оценки знаний в реальном масштабе времени;

10. потенциальная возможность построения диагностирующей и самодиагностирующей удаленной обучающей системы с возможностью реализации процедуры восстановления знаний и построения индивидуальных траекторий освоения учебного материала.

Выводы

Программная реализация реализации применения НЛ осуществляется на базе языка программирования РНР и баз данных MySQL.

Уже проводятся исследования, подтверждающие работоспособность программного комплекса системы и адекватность предложенного алгоритма адаптивного тестирования на базе нечёткой логики АТ. Также, проводится оценка эффективности разработанной системы АТ.

Уже сейчас, по начальным результатам исследования, можно сказать, что АТ с использованием НЛ имеет лучшие показатели, чем АТ без них.

Модель тестирования на базе НЛ позволяет более эффективно сформировать индивидуальную траекторию обучаемого и более качественно оценить его знания, позволяет проводить обучение авиационных специалистов в сжатые сроки без потери качества передаваемых знаний, а также создаёт предпосылки к постоянному саморазвитию у обучаемых.

Список литературы

1. Зайцева Л. В. Модели и методы адаптации к учащимся в системах компьютерного обучения. Educational Technology&Society. 6(4) 2003.

2. Григорьев А. П., Чернелевский А. О. Модель дистанционного адаптивного мотивационного тестирования знаний закрытого типа Научная сессия ГУАП: сб. докл.: В 3 ч. Ч. I. Технические науки / СПб.: ГУАП, СПб., 2015. 289 с.
– 36-44 с.

3. Григорьев А. П., Демьянов А. А. Дистанционный адаптивный тестовый контроль навигационных знаний Педагогическая наука и современное образование. Сборник статей II Международной научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки. Санкт-Петербург Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2015 г. С. 232 – 235.

Наши рекомендации