Научная статья на тему 'Технология построения обучающих диалогов в компьютерных системах репетиторского типа'

Технология построения обучающих диалогов в компьютерных системах репетиторского типа Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
125
69
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕПЕТИТОРСКИЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ / ДИАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ / АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ / AUTOMATED TRAINING SYSTEMS / TUTORIAL TRAINING SYSTEMS / DIALOGUE SYSTEMS

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Тазетдинов Андрей Дамирович

Обсуждаются вопросы использования конечных автоматов с памятью для построения многошаговых обучающих диалогов в системах репетиторского типа, что позволяет существенно упростить программные алгоритмы, имитировать обучающий диалог на естественном языке, не накладывая явных ограничений на терминологию и фразеологию ответа обучаемого, и реализовать в обучающей системе гибкое индивидуализированное обучение. Вывод соответствующих реплик или подсказок в каждом из состояний автомата, в зависимости от текущего значения счетчика посещений этого состояния, способствует существенному повышению интеллектуальности диалога.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Technology of Training Dialogues Construction in Computer Tutorial Training Systems

Using of finite automats with memory for construction of multistage training dialogues in systems of tutorial type is discussed. It allows to simplify essentially program algorithms, simulate training dialogue in a natural language, not imposing obvious restrictions on terminology and phraseology of the answer trained and to realize in training system flexible individualized training. The conclusion to the trainee of corresponding retorts or helps, in each of states of the finite automat, depending on the current value of the visiting counter of this states, promotes essential increase of intellectuality of dialogue.

Текст научной работы на тему «Технология построения обучающих диалогов в компьютерных системах репетиторского типа»

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 004.942

А. Д. Тазетдинов

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ДИАЛОГОВ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМАХ РЕПЕТИТОРСКОГО ТИПА

Обсуждаются вопросы использования конечных автоматов с памятью для построения многошаговых обучающих диалогов в системах репетиторского типа, что позволяет существенно упростить программные алгоритмы, имитировать обучающий диалог на естественном языке, не накладывая явных ограничений на терминологию и фразеологию ответа обучаемого, и реализовать в обучающей системе гибкое индивидуализированное обучение. Вывод соответствующих реплик или подсказок в каждом из состояний автомата, в зависимости от текущего значения счетчика посещений этого состояния, способствует существенному повышению интеллектуальности диалога.

Ключевые слова: репетиторские обучающие системы, диалоговые системы, автоматизированные обучающие системы.

Потребностью повышения качества образования обусловлено создание различных автоматизированных обучающих систем (АОС), в которых применяются прогрессивные методы обучения с использованием новейших информационных технологий. Среди этих систем особо можно выделить компьютерные автоматизированные обучающие системы репетиторского типа. Отличие репетиторских систем от других АОС определяется, прежде всего, наличием диалоговой формы взаимодействия обучающегося с системой в реальном масштабе времени, где обратная связь осуществляется не только при контроле знаний, но и в процессе их усвоения. Тем не менее существует ряд проблем как технического, так и педагогического характера, решение которых могло бы способствовать активному развитию и использованию репетиторских АОС в учебном процессе. К техническим проблемам следует отнести проблемы анализа текста ответов обучающихся и технологии создания структур вопрос — ответ в диалоговом модуле. Как полагают большинство исследователей и разработчиков адаптивных и интеллектуальных АОС, говорить о полноценном диалоге между учащимся и компьютером можно будет только после решения сложной проблемы кибернетики — понимания компьютером естественного языка. Во всех остальных случаях речь идет об ограничении либо семантической составляющей языка, либо предметной области для реализации диалогового режима обучения [1]. В этих условиях актуальное значение приобретает создание программного обеспечения, позволяющего в рамках репетиторской АОС имитировать обучающий диалог на естественном языке, не накладывая явных ограничений на терминологию и фразеологию ответа обучаемого.

В работе [2] на основе анализа более чем 100 часов учебных взаимодействий обучающихся и преподавателей выделены такие особенности учебных диалогов, как их многошаговая структура и инициированные преподавателем серии диалогов. Кроме позитивного влияния этих факторов на результаты обучения, их легче воплотить в обучающей системе, чем сложные методы и

стратегии, предлагаемые другими исследователями и создателями интеллектуальных обучающих систем. Обычно диалог при индивидуальном обучении растянут, т.е. состоит из нескольких реплик, с помощью которых преподаватель и учащийся совместно ищут ответ на вопрос или решают проблему. Процесс объяснений, уточнений и мысленных моделей представления материала крайне необходим для обучения и обычно более эффективен, чем простое предоставление информации учащемуся.

В настоящей статье по результатам проведенного анализа технологий диалогового обучения в АОС излагаются соображения по использованию в репетиторских АОС автоматов с памятью для построения структур вопрос — ответ в ходе обучающего диалога и реализациии сценариев диалогов по этому принципу. Наличие памяти в каждом из состояний автомата (шагов или сцен диалога) позволяет осуществлять дифференцированный анализ ответов обучаемого (в зависимости от текущего счетчика посещений этого состояния) и вывод соответствующих реплик или подсказок, тем самым повышая интеллектуальность диалога.

Существуют два уровня формирования логики диалога. Первый (или внешний) уровень — это собственно сам сценарий и его разделы, соответствующие состояниям автомата (рис. 1), условия переходов из одного состояния в другое, а также комментарии и подсказки системы. Количество разделов не ограничено и определяется только логикой описываемого диалога. В каждом разделе могут содержаться дополнительный вопрос, а также дополнительные блоки, осуществляющие многошаговый анализ ответа обучаемого, что позволяет создавать диалоги произвольной длины и сложности. Переход из одного раздела в другой выполняется на основании совпадения ответа обучающегося с шаблоном возможного варианта ответа, заданного в блоке, содержащем условия и действия сценария для данного раздела, или в блоке, содержащем действия по умолчанию. Структура сценария также может быть задана в виде грамматики, интерпретируемой автоматным преобразователем. В качестве стандарта в таких случаях принято использовать язык XML.

Сценарий диалога

Раздел сценария

Текст вопроса

Условия и действия

Счетчик Сценарий поиска ключевых слов

Объяснение ошибки Переход к другому разделу

| Действие по умолчанию

Счетчик Переход к другому разделу

Объяснение ошибки

Рис. 1

Второй (или внутренний) уровень формирования логики диалога — это сценарий (алгоритм или выражение) поиска ключевых слов, определяющий, какие слова и в какой

40

А. Д. Тазетдинов

последовательности должны быть найдены: должны ли они находиться в какой-либо связи между собой, должны ли они вычеркиваться из строки поиска и/или восстанавливаться после нахождения, и какая степень точности (распознавания) должна быть соблюдена. В качестве механизма описания алгоритма поиска ключевых слов предлагается метод, разработанный А. И. Стригуном [3, 4] для синтаксического анализа контекстно-зависимых высказываний на основе разбора функций логических дескрипторов. Механизм префиксной записи операторов идеально подходит для стековой или рекурсивной обработки выражения, а само выражение является алгоритмом выполнения проверки текста ответа учащегося. Преимуществом языка, лежащего в основе данного метода, являются простота, гибкость и возможность составления собственных алгоритмов для каждого требующего проверки выражения. В расширенной форме представления грамматик Бэку-са — Наура этот язык описывается следующим образом:

флод ::= (оператор { флод } конец оператора | дескриптор } конец оператора) спец символ ::= 'ч' расширен поиск расширен поиск ::= (?,*)

дескриптор ::= { дескриптор } | (спец символ, конец оператора, буква, цифра, ' ') оператор ::= ('&', 'л', '|'7 '/', '

конец оператора ::= '.'

оператор { расширен поиск,

Обработку сценариев обучающих диалогов предлагается выполнять с помощью интерпретатора, построенного также по принципу автомата с памятью. Интерпретатор сценариев выполняет такие функции, как предъявление вопросов и анализ ответов, кроме того, он реализует интерактивные механизмы взаимодействия с пользователем в виде подробных описаний ошибок и переходов к дополнительным вопросам в случае неверных ответов. Логика работы интерпретатора описывается алгоритмом, преобразуемым в автомат Мура (рис. 2, здесь аI — состояние автомата) с помощью метода, предложенного в работах [5—8]. Набор входных переменных и действий автомата представлен в таблице.

Г ао N Х1 ^ а1

Уо -► У1

А

а2

У2, Уз

Хз

а4 N

У5

Л

а3

Г а6 > х- ' а5 >

У7 V У6 ^ У

У^ Уз

Х5

и

Рис. 2

Изложенный подход к структурной организации сценариев позволяет применять универсальный алгоритм для обработки сценариев произвольных размеров и задавать контент сценария декларативно, посредством экранных форм пользовательского интерфейса.

1

Входная переменная Действие

xI — ожидание сценария диалога или выбор раздела диалога y0 — ожидание сценария, номера раздела или ответа обучающегося

X2 — проверка ответа обучающегося по всем доступным шаблонам правильного ответа раздела сценария yi — установление кода ошибки: err = 0; выбор требуемого раздела, увеличение счетчика раздела

xз — совпадение ответа с шаблоном правильного ответа y2 — получение следующего шаблона правильного ответа

X4 — проверка ответа обучающегося по всем доступным шаблонам неправильного ответа раздела сценария y3 — сравнение шаблона с ответом

X5 — совпадение ответа с шаблоном неправильного ответа y4 — получение следующего шаблона неправильного ответа

x6 — ошибка y5 — получение параметров по умолчанию

x7 — ошибка y6 — выполнение действий по умолчанию

— y7 — установление кода ошибки: err = 1

— y8 — возврат кода ошибки или номера следующего раздела сценария

Применение рассмотренного подхода при построении обучающих диалогов дает возможность существенно упростить программные алгоритмы, реализовать в обучающей системе относительную предметную независимость и использовать естественный язык для ввода ответов учащихся. Вывод соответствующих реплик или подсказок в каждом из состояний автомата, в зависимости от текущего значения счетчика посещений этого состояния, способствует существенному повышению интеллектуальности диалога. Таким образом, использование автоматов с памятью позволяет реализовать в репетиторских АОС гибкое индивидуализированное обучение. Предложенные теоретические положения могут найти практическое применение при построении самостоятельной адаптивной обучающей системы и в качестве структурной основы для создания отдельных модулей к различным обучающим системам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тазетдинов А. Д. Интерактивные процессы в обучающих системах: методы управления. СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2007.

2. Graesser A. C., Person N. K., Magliano J. P. Collaborative dialog patterns in naturalistic one-on-one tutoring // Appl. Cognitive Psychology. 1995. N 9. P. 359—387.

3. Федоров Б. И., Джалиашвили З. О. Логика компьютерного диалога. М.: Онега, 1994.

4. А.с. 4229 ОФАП. Система тестирования с использованием свободного ответа / А. Д. Тазетдинов, А. И. Стригун. № ГР 50200500081 // Сб. Алгоритмы и программы. М.: ВНТИЦ, 2005.

5. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов (граф-схемы и автоматы). Л.: Энергия, 1979.

6. Шалыто А. А., Туккель Н. И. Преобразование итеративных алгоритмов в автоматные // Программирование. 2002. № 5. С. 12—26.

7. Шопырин Д. Г., Шалыто А. А. Объектно-ориентированный подход к автоматному программированию // Информационно-управляющие системы. 2003. № 5. C. 29—39.

8. Степанов О. Г., Шалыто А. А., Шопырин Д. Г. Предметно -ориентированный язык автоматного программирования на базе динамического языка RUBY // Там же. 2007. № 4. C. 22—27.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.