Интеллектуальная система поддержки обучаемых с учетом психологических особенностей личности

Проблемой психологической поддержки в высшей школе начали заниматься еще в прошлом веке. Одна из первых программ в этой области была подготовлена под руководством А. В. Петровского в 1981 г. Раньше были изданы учебные пособия М. И. Дьяченко, Л. А. Кандыбовича, Н. В. Кузьминой, С. И. Архангельского. Содержательные публикации по отдельным разделам педагогики и психологии высшей школы были изданы в Ленинграде, Казани, Воронеже, Иркутске, Ярославле и других центрах психолого-педагогической науки в стране.

В самом общем виде функцию психологической поддержки в вузе можно определить как организацию психологической помощи студентаманализ психологического климата в коллективах и причин часто возникающих трудностей (особенно причин ухода студентов из вуза) — проведения тестовых обследованийвыдача руководству вуза рекомендаций по преодолению выявленных недостатков. Современные уровни развития информационных технологий позволяют использовать вычислительную технику для повышения эффективности этого процесса.

Различные аспекты исследований, связанных с проблемой психолого-педагогической поддержки обучаемых, рассматриваются в работах М. М. Благовещенской, А. В. Гаврилова, Т. А. Гавриловой, А. П. Головко, А. А. Калмыкова, В. Н. Козлова, В. К. Кононовой, В. Б. Моисеева, Р. Т. Насибуллина, А. В. Соколовой, Т. С. Петровской, С. Д. Смирнова, М. Б. Гузаирова, Н. И. Юсуповой, Т. Д. Тарасовой, И. Б. Герасимовой, Л. М. Глушковой и др.

Наряду с российскими школами данной проблемой занимаются и за рубежом, например в университете в штате Айдахо, штате Нью-Йорк, университета Саймона Фрезера. Психологические службы поддержки обучаемых существуют в ВУЗах Берлина. Энтони Грегорк, профессор Коннектикутского университета, считает, что для студентов вузов технических направлений преобладающими должны быть следующие стили мышления: конкретно последовательный, абстрактно последовательный, конкретно случайны и абстрактно случайный. Программы созданные в Новой Зеландии основаны на сравнительном анализе восприятия информации по стилям мышления, разработаны супругами Даннами. Аналогичные исследования были проведены на кафедре ВВТиС.

Необходимым условием обеспечения эффективности процесса обучения является использование современных информационных технологий, а существующие компьютерные системы в данной области (например, для оценивания понятийного состава знаний обучаемого, для оценки качества знаний в системе открытого образования, для обучения, для профориентации и др.) строятся, в основном, в классе информационно-справочных систем. Поэтому создание интеллектуальных информационных обучающих и советующих систем, предназначенных для управления, контроля и самоорганизации процесса обучения, является актуальной задачей. Многие вопросы 'еще не решены, в частности обеспечение процесса обучения с использованием психологического аппарата, построение необходимой для обучаемого и педагога системы, помогающей решать психологические проблеммы, возникающие в процессе обучения.

Система должна содержать модели различных ситуаций и модели принятия решений в этих ситуациях. В системе должны храниться результаты большого количества тестов по каждому обучаемому — тесты на определение психотипа личности обучаемого, его репрезентативной системы, психофизического и эмоционального состояния, остаточных знаний, знаний по усвоении? учебного материала и др. Если учесть, что количество обучаемых исчисляется сотнями и тысячами, а связь осуществляется через телекоммуникации, то очевидно, что без применения новейших компьютерных технологий, реализовать указанную систему невозможно.

В связи С' этим возникает актуальная задача разработки моделей и алгоритмов для интеллектуальной системы поддержки обучаемых (ИСПО) с учетом психологических аспектов личности студентов. Под психологическими аспектами личности понимается его психотип и репрезентативная система. А также исследование личности на эмоциональное состояние в процессе всего обучения.

Целью диссертационной работы является разработка методологических основ построения интеллектуальной системы поддержки обучаемых, с учетом систем модальности личности.

Для достижения цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1) Разработать подход к созданию интеллектуальной системы поддержки обучаемых на основе методов инженерии знаний с учетом систем модальности личности.

2) Разработать формальные модели ИСПО на основе объектно-ориентированного анализа с использованием UML-моделирования и ORM-диаграмм для построения БД ИСПО.

3) Разработать модели представления знаний для базы знаний ИСПО, а также алгоритмы и методику наполнения БЗ.

4) Провести экспериментальные исследования для установления зависимости мотивации к обучению от психологического типа личности и его репрезентативной системы для формирования набора правил в базе знаний.

5) Разработать информационное, алгоритмическое, программное обеспечение для реализации предложенных алгоритмов и моделей в компьютерной среде, исследовать эффективность предложенного подхода.

В работе использовались методы системного анализа, теории принятия решений, моделирования, объектно-ориентированный подход к проектированию' системы, методы инженерии знаний и искусственного интеллекта, методы математической статистики, методы психодиагностического тестирования.

На защиту выносятся следующие результаты исследований:

1) структура ИСПО, в состав которой входят блок формирования информационного и психологического портрета личности студента и блок психологической и педагогической поддержки обучаемого в процессе обучения с учетом модальности личности;

2) формальные модели работы интеллектуальной системы, построенные на основе объектно-ориентированного анализа и моделирования (UML-модели и ORM-диаграммы) для программной реализации системы;

3) модели представления знаний, набор правил для наполнения БЗ ИСПО для принятия решений по поддержки обучаемых с учетом психотипа личности и систем модальности;

4) алгоритмы и методики получения и представления правил для БЗ ИСПО с учетом систем модальности личности на основе методов инженерии знаний.

5) результаты экспериментальных исследований по выявлению зависимости мотивации к обучению от психологического портрета личности и расчета надежности предложенной методики с использованием методов математической статистики.

Новыми являются разработанные и исследованные:

• предложенная структура системы с наличием интеллектуального блока для выработки рекомендаций по созданию индивидуального плана обучения согласно психологического портрета личности построена с учетом систем модальности личности.

• предложены модели интеллектуальной системы, новизна которых состоит в применении методов объектно-ориентированного анализа для построения моделей всех компонентов ИСПО. На стадии моделирования построены UML-модели всех актеров системы. На стадии анализа рассмотрены диаграммы классов. Определены риски, которые могут возникнуть при построении системы, предложены пути их уменьшения. Для рассмотренного класса систем они предложены впервые.

• разработаны модели представления знаний для психологической поддержки обучаемых с учетом их репрезентативных систем, алгоритмы и методики получения и представления правил для БЗ ИСПО. Новизна состоит в учете систем модальности личности.

• подход для установления зависимости уровня мотивации к обучению от психологического типа личности и ее репрезентативной системы на основе экспериментальных исследований. С использованием методов прикладной статистики выявлена структура экспериментальных данных о мотивации, репрезентативной системе и психологическом типе личности.

Полученные в работе результаты имеют большую практическую значимость, т.к.' система позволит выявлять слабо подготовленных студентов, выявлять социально-психологические проблемы, возникающие на отдельных этапах образовательного процесса, и находить способы их разрешения, что обеспечит повышение качества и эффективности обучения.

Разработанный алгоритм работы системы позволит выделить необходимые блоки системы для внедрения в той или иной службе учебного заведения.

Созданный программный продукт поможет автоматизировать процесс обучения, учитывая поддержку студента на всех стадиях изучения дисциплин.

Внедрение ИСПО поможет обучаемому увидеть весь процесс обучения в целом и выделить наиболее значимые этапы, чтобы он мог заранее психологически настроиться на наиболее важные моменты в изучении учебных дисциплин. Система будет способствовать саморазвитию личности обучаемогооказывать ему информационную поддержку в изучении учебной литературы, в работе над курсовыми и дипломными работами, в научных исследованиях при написании статей, тезисов докладов для участия в научно-технических конференциях.

При доработке данная система может быть использована на ФПК, ИПК при целенаправленном повышении квалификации специалистов. Также ИСПО может быть объектом экспорта при ее доработке с учетом особенностей системы образования соответствующей страны.

Результаты работы системы внедряются в учебный процесс в УГАТУ, а также будут использованы при работе со студентами в деканате ФИРТ.

Работа выполнена в рамках проекта «Методологические основы построения экспертных систем психолого-педагогической поддержки обучаемых в системе открытого образования» по программе «Научное, научно-техническое, материально-техническое и информационное обеспечение создания системы образования», поддержана грантом РФФИ 03−07−90 242 «Интернет-комплекс поддержки выполнения проектов фундаментальных исследований сложных систем с применением интеллектуальных технологий на базе экспертных систем» (2003;2005 гг.) и федеральной целевой программой «Интеграция науки и высшего образования Российской Федерации на 2002— 2006 г.», проект П0039 «Фундаментальные исследования и новые технологии проектирования сложных технических систем» .

Основные > материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 4-м международном семинаре «Компьютерные науки и информационные технологии», Греция, Патра, 2002 г., 8-ой международной конференции «Технологии поддержки обучения», Германия, Берлин 2002 г., международной конференции «Улучшение технологий образования», Татарстан* Казань, 5-м международном семинаре «Компьютерные науки и информационные технологии», Венгрия, Будапешт, 6-м международном семинаре «Компьютерные науки и информационные технологии», Уфа, XIII Всероссийской научно-методической конференции, Уфа-Москва, 2003, и опубликованы в 11 работах (из них 8 статей, 2 тезисы докладов и 1 препринт монографии).

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного материала, заключения, библиографии и приложений. Автор выражает признательность и благодарность, диплом, психологу, канд. техн. наук, доц. Герасимовой И. Б., канд. техн. наук, доц. Тарасовой Т. Д., канд. техн. наук, доц. Фридлянду A.M. и ст. преподавателю каф. ВВТиС Глушковой JI.M. за ценные консультации и плодотворное сотрудничество при проведении совместных исследований.

Выводы по 4 главе.

Выбранная методика психодиагностики личности основана на выборе личностных тестов для определения психологического типа личности и репрезентативной системы. Исследование влияния психологического типа личности и его репрезентативной системы на уровень мотивации к обучению помогли в разработке программ обучения. Проведенный анализ результатов экспериментальных исследований позволяет сделать вывод о наиболее вероятном количестве классов равном 8. Анализ состава классов говорит о том, что каждый из них может быть сопоставлен с одной из ячеек таблицы сопряженности. Объекты, характеризующиеся редко встречающимися сочетаниями признаков (например, флегматик-аудиал), в этом случае оказываются присоединенными к более крупным классам. Эффективность психодоагностического подхода определена по основной характеристикенадежность.

Рассмотренный подход к построениею архитектуры системы позволил сделать вывод о построении 3-х ярусной архитектуры. К моделированию БД ИСПО использовался объектно-ориенторованный подход. В ходе анализа и проектирования системы были выявлены и сформированы риски, связанные с технологиями, связанные с созданием правильной архитектуры системы, связанные с производительностью системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации содержится решение важной задачи разработки методологии основ построения интеллектуальной системы для психолого-педагогической поддержки обучаемых, что имеет существенное значение для повышения эффективности и качества процесса обучения в ВУЗе.

1) Предложена структура системы с наличием интеллектуального блока для выработки рекомендаций по созданию индивидуального плана обучения согласно. психологического портрета личности, построенного с учетом систем модальности личности.

2) Предложены модели интеллектуальной системы, новизна которых состоит в применении методов объектно-ориентированного анализа для построения моделей всех компонентов ИСПО. На стадии моделирования построены UML-модели всех актеров системы. На стадии анализа рассмотрены диаграммы классов. Определены риски, которые могут возникнуть при построении системы, предложены пути их уменьшения. Для рассмотренного класса систем они предложены впервые.

3) Разработаны модели представления знаний для психологической поддержки обучаемых с учетом репрезентативной системы, алгоритмы и методики получения и представления правил для БЗ ИСПО. Новизна состоит в учете систем модальности личности для формирования рекомендаций для преподавателя по созданию курсов лекций, лабораторных и практических занятий.

4) Подход для установления зависимости уровня мотивации к обучению от психологического типа личности и ее репрезентативной системы на основе экспериментальных исследований. С использованием методов прикладной статистики выявлена структура экспериментальных данных о мотивации, репрезентативной системе и психологическом типе личности.

5) Эффективность предлагаемого подхода подтверждена расчетом надежности выбранных в данной работе тестов. Использовался следующий способ определения надежности — двукратное применение теста на одной и той же группе испытуемых с последующим вычислением коэффициента корреляции Спирмена между первыми и вторыми тестовыми баллами. Временной интервал между тестовыми измерениями — 1 семестр. Полученные результаты свидетельствуют о высокой корреляции: уровень значимости, а < 0,05, a доверительная вероятность Р = 1 — а близка к 1.