jest miejsce i cechy dynamicznych inteligentnych systemów nauczania w odniesieniu do innych komputerowych systemów nauczania.
Słowa kluczowe: obiekt dynamiczny, system symulacyjny, komputerowy system nauczania 1. Wprowadzenie
Problem tworzenia i zastosowania komputerowych systemów nauczania od dawna przyciąga uwagĊ specjalistów z róĪnorodnych dziedzin przedmiotowych. Z jednej strony rosną potrzeby doskonalenia prawidłowych nawyków personelu pracującego na nowoczesnym sprzĊcie róĪnego typu, co uwarunkowane jest rosnącą komplikacją procesów technologicznych i wdroĪeniem no-wych systemów sterowania tymi procesami. Z drugiej strony, wysoki poziom nowoczesnych technologii informacyjnych pozwala zabezpieczyü wysoką jakoĞü realizacji wszystkich elementów komputerowych systemów nauczania oraz procesów nauczania (modeli procesów i przyrządów, interfejsów, Ğrodków zautomatyzowanej kontroli działaĔ ucznia). Komputerowe systemy nauczania są szeroko stosowane w szkoleniu operatorów procesów technologicznych, kierowców transportu samochodowego, w szkoleniu mechaników i pilotów lotnictwa cywilnego, w nauczaniu i podno-szeniu kwalifikacji sterników statków i innych Ğrodków transportu [4].
2. Komputerowe systemy nauczania
Wszystkie komputerowe systemy nauczania moĪna podzieliü na dwie podstawowe kategorie: systemy statyczne i systemy dynamiczne. Merytoryczne treĞci i cechy charakterystyczne tych dwóch kategorii systemów pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Podział komputerowych systemów nauczania
Istnieją trzy zasadnicze właĞciwoĞci odróĪniające dynamiczne inteligentne systemy nauczania (DISN) od statycznych komputerowych systemów nauczania [2]. Po pierwsze dynamiczne inteli-gentne systemy nauczania są zintegrowane z systemem symulacyjnym zawierającym model dyna-miki obiektu nauczania. Po drugie, w dowolnym systemie symulacyjnym współdziałanie ucznia z modelem obiektu dynamicznego realizowane jest za pomocą modelu informacyjnego. Model ten pełni rolĊ interfejsu ucznia - uczeĔ oddziałuje na model i odbiera informacje o stanie modelu. Trzecia właĞciwoĞü to włączony do systemu model nauczania, zawierający reguły, metody oraz strukturĊ niezbĊdnych üwiczeĔ umoĪliwiających nabycie okreĞlonych poĪądanych nawyków oraz zawierający pozostałe atrybuty procesu nauczania.
System modelowania dynamiki obiektu nauczania w czasie rzeczywistym, system wizualizacji oraz inteligentny system wspomagania podejmowania decyzji tworzą całoĞü okreĞlaną jako dyna-miczny inteligentny system nauczania operatorów obiektów dynadyna-micznych. Proces nauczania z zastosowaniem takich systemów bĊdzie okreĞlany nauczaniem dynamicznym.
Takie systemy nauczania przeznaczone są do przekazywania wiedzy deklaratywnej o obiekcie, niezbĊdnej w procesie kształcenia operatora danego obiektu, jak równieĪ wiedzy proceduralnej dotyczącej działalnoĞci praktycznej pozwalających na kształtowanie odpowiednich nawyków i umiejĊtnoĞci.
Rys. 2. Główne elementy dynamicznego systemu nauczania
Głównym elementem dynamicznego inteligentnego systemu nauczania jest system symulacyj-ny (rysunek 2). System symulacyjsymulacyj-ny moĪe byü zrealizowasymulacyj-ny z róĪsymulacyj-nym stopniem złoĪonoĞci oraz przy pomocy róĪnych technik imitacji wyglądu obiektu rzeczywistego.
rolĊ w dynamicznym inteligentnym systemie nauczania zawsze pełni system nauczania, który jest programem komputerowym realizującym odpowiednie funkcje zarządzania, kontroli i oceny przebiegu procesu szkolenia.
NiezaleĪnie od dziedziny przedmiotowej dynamiczny inteligentny system nauczania powinien zapewniaü modelowanie standardowych i niestandardowych sytuacji, które mogą powstawaü podczas pracy w rzeczywistoĞci. Jego interfejs powinien odpowiadaü psychologicznym i fizjolo-gicznym zdolnoĞciom człowieka do odbioru i przetwarzania niezbĊdnej informacji. DISN powi-nien zabezpieczyü realizacjĊ funkcji kontroli i zarządzania procesami nauczania. JednoczeĞnie róĪnica w charakterze działalnoĞci uczniów okreĞla specyfikĊ struktury DISN i metodykĊ jego zastosowania w róĪnych dziedzinach przedmiotowych. W komputerowych systemach nauczania dla lotnictwa i transportu lotniczego bardzo waĪne jest modelowanie nie tylko przyrządów i wypo-saĪenia, ale takĪe informacji o otoczeniu jak równieĪ, jeĪeli to jest moĪliwie, odczuü operatora. W klasie komputerowych systemów nauczania dla energetyki wyodrĊbnia siĊ miĊdzy innymi systemy nauczania operatorów bloków energetycznych, realizujących specyficzne procedury działalnoĞci oraz systemy dla operatorów elektrowni atomowych, w których z powodu znacznego niebezpieczeĔstwa procesów technologicznych wykorzystuje siĊ kosztowne elementy realnych układów sterowniczych. Inne właĞciwoĞci, w odniesieniu do wymienionych, mają komputerowe systemy nauczania dla operatorów procesów technologicznych. Po pierwsze, pomimo istotnej róĪnorodnoĞci procesów technologicznych, wystĊpuje typowoĞü wyposaĪenia takich procesów i aparatury kontrolno - pomiarowej, pozwalająca znormalizowaü znaczną czĊĞü modelu obiektu nauczania. Po drugie, cała informacja wykorzystywana przez operatora ma charakter instrumental-ny, przy tym informacja poddaje siĊ typowej strukturyzacji. Wskazane właĞciwoĞci procesów technologicznych pozwalają rozpatrywaü tworzenie komputerowego systemu nauczania dla opera-torów procesów technologicznych jako zadanie opracowania uniwersalnej, konfigurowanej dla konkretnego procesu platformy nauczania oraz jako zadanie opracowania zbioru modeli obiektów nauczania zgodnie z jedyną metodyką. W odniesieniu do komputerowych systemów nauczania dla lotnictwa i transportu morskiego taka uniwersalizacja okazuje siĊ niemoĪliwa.
3. Tworzenie dynamicznych inteligentnych systemów nauczania
Problem tworzenia dynamicznych inteligentnych systemów nauczania z zastosowaniem nowo-czesnych technologii informacyjnych jest złoĪonym problemem, którego rozwiązanie zawiera:
• zadania modelowania w czasie rzeczywistym dynamiki obiektu nauczania z wysoką do-kładnoĞcią odwzorowania zachowania obiektu rzeczywistego,
• zadania wizualizacji zapewniające wysoki stopieĔ realizmu wyposaĪenia i przyrządów z którymi powinien pracowaü uczeĔ oraz otoczenia (jako rzeczywistoĞci wirtualnej), • zadania opracowania inteligentnego wspomagania procesu nauczania (formułowanie i
ko-rekta zadaĔ, biblioteki pomocy i podpowiedzi, ekspertyza i ocena działaĔ ucznia).
Rys. 3 Ogólna struktura problemu tworzenia dynamicznych inteligentnych systemów nauczania ĩródło: [3].
Proces tworzenia dynamicznego inteligentnego systemu nauczania rozpoczyna siĊ ogólnym okreĞleniem przedmiotu (zakresu) nauczania [3]. Etap ten wymaga szerokiej współpracy z eksper-tami w danej dziedzinie i prowadzi do sformułowania wymagaĔ i celów, które powinien spełniaü tworzony system nauczania. PoniewaĪ dynamiczny inteligentny systemu nauczania składa siĊ z dwóch podstawowych podsystemów: systemu symulacyjnego oraz systemu nauczania, dalsze zadania w procesie tworzenia, moĪna rozdzieliü na dwa niezaleĪne potoki, z których jeden doty-czyü bĊdzie tworzenia Ğrodowiska nauczania, a drugi aspektów pedagogicznych. W trakcie two-rzenia dynamicznego inteligentnego systemu nauczania waĪnym etapem jest akwizycja wiedzy.
• realizacjĊ modeli tych procesów z wysokim stopniem dokładnoĞci w czasie rzeczywistym, w interaktywnym trybie symulacyjnym,
• stworzenie wyspecjalizowanego miejsca pracy ucznia-operatora, podobnego do jego miejsca pracy w procesie rzeczywistym,
• stworzenie wyspecjalizowanego miejsca pracy instruktora, realizującego zadania kontroli i zarządzania treningiem,
• opracowanie bazy metodycznej systemu nauczania, uwzglĊdniającej specyfikĊ procesu podejmowania decyzji przez ucznia-operatora,
• opracowanie metod analizy i oceny rezultatów treningu i certyfikacji uczniów według re-zultatów nauczania.
Wymienione pozycje odnoszą siĊ zarówno do problemu nauczania pilotów, do zadaĔ naucza-nia operatorów procesów technologicznych oraz do nauczanaucza-nia w innych dziedzinach przedmioto-wych. Wiele z tych zagadnieĔ zostało opracowanych w postaci standardów.
NaleĪy podkreĞliü, Īe niedostateczna dokładnoĞü modelowania dynamiki obiektu nauczania, jak równieĪ niezadowalające rozwiązania zadania wizualizacji komputerowej mogą doprowadzaü do ukształtowania nieprawidłowych nawyków u ucznia. W związku z tym istotną rolĊ w procesie tworzenia dynamicznego inteligentnego systemu nauczania odgrywa korekcja parametrów modelu matematycznego obiektu nauczania. Problem korekcji parametrów modelu był poruszany miĊdzy innymi w pracach [1].
4. Podsumowanie
Celowym jest wyodrĊbnienie z grupy komputerowych systemów nauczania dynamicznych in-teligentnych systemów nauczania. W artykule wykazano, Īe systemy takiego rodzaju mają specy-ficzną budowĊ i proces tworzenia wymaga Ğcisłej współpracy wielu ekspertów z róĪnych dziedzin. NaleĪy równieĪ podkreĞliü, Īe istotna rolĊ w procesie tworzenia dynamicznych inteligentnych systemów nauczania odgrywa proces opracowywania dynamicznych modeli matematycznych obiektu nauczania.
Bibliografia
1. Popov O., Investigation of structural qualities and informative density of dynamic processes. The metod of quantitative estimations. International Conference of Control Problems, IPU, Moskwa, 1999.
2. Popov O., Tretyakova T., Barcz A., Piela P., Komputerowe systemy nauczania dla operatorów obiektów dynamicznych. Badania Operacyjne i Systemowe 2006. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2006.
3. Popov O., Barcz A., Piela P., Sobczak T. Problem of the flight simulation in computer-based training systems for civil aviation, Proceedings of the 6th International Conference Intelligent Tutoring Systems, Workshop Simulation Based Training, Biarritz, 2002. 4. Dozortsev W. M., Komputerowe trenaĪery dla nauczania operatorów procesów
technologicznych, Sinteg, Moskwa, 2009, (w jĊzyku rosyjskim).
COMPUTER-BASED TUTORING SYSTEMS FOR OPERATORS OF DYNAMIC OBJECTS
Summary
Training of operators of dynamic objects with the use of real systems is costly and, above all, is not always possible. Computer systems, that are used during the training of operators of dynamic objects, have specific structure, because they must reflect the behavior and appearance of the real object of teaching at a sufficiently high level. The place and features intelligent dynamic systems with respect to other computer systems are described in the article.
Keywords: dynamic object, simulation system, computer-based tutoring system
Orest Popov Anna Barcz Piotr Piela
Wydział Informatyki
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie 71 – 210 Szczecin, ul. ĩołnierska 49
e-mail: popov@wi.ps.pl abarcz@wi.ps.pl ppiela@wi.ps.pl
