4.2. Алгоритмическое обеспечение иис поддержки обучения

Для проведения занятий с использованием игровых технологий были разработаны соответствующие алгоритмы для каждого класса игр.

Рассмотрим модель состояний, позволяющую описать ход какой-либо игры.

На рис. 4.3 представлен ход игры, состоящий из множества состояний игровой ситуации и действий, совершаемых игроками и ведущим.

Рисунок 4.3 – Модель состояний, позволяющая описать ход игры

Ведущий принимает решение о проведении игры (состояние: начальная игровая ситуация), объясняет правила игры, игроки получают задание (текущая игровая ситуация).

Игра начинается. Определяется очередность хода игроков. Игроки в порядке очереди делают свой ход (сделан ход). Затем ведущий определяет правильность сделанного хода:

1. Если сделан правильный ход и игровая ситуация не совпадает с конечной игровой ситуацией, игра продолжается (текущая игровая ситуация).

2. Если сделан неправильный ход, то игрок штрафуется, он делает ход назад (отмена последнего хода), игра продолжается по правилам.

3. Если сделан правильный ход и игровая ситуация совпадает с конечной игровой ситуацией, игра закончена.

Ведущий завершает игру.

Рассмотрим модель игры «Определение», представленную на рис. 4.4.

Рисунок 4.4 – Модель игры «Определение»

Игра «Определение»: игроки, игровое поле, множество карточек, ведущий. Карточки в игре переходят в разные состояния. Опишем эти состояния. Неиспользованные карточки переходят в состояние карточки на поле в следующих случаях:

1. при первоначальной раздаче (начало игры)

2. при добирании (нечем ходить)

3. при штрафовании (неправильный ход)

Карточки на поле могут быть у игрока, который делает ход (карточки активного игрока), и карточками пассивных игроков, т.е. игроков, которые в данный момент не делают хода.

Активный игрок делает ход, т.е. выкладывает карточку на игровое поле, и карточка переходит в состояние карточка на поле.

Новая карточка при условии, что ход игроком сделан правильно становится сыгранной карточкой.

Если ход неправильный, то новая карточка возвращается к игроку.

Игра закончена, если нет неиспользованных карточек, игрокам нечем ходить или нет активных позиций хода.

Разработан алгоритм управления процессом обучения на основе структуризации учебного материала при планировании проведения практических занятий (рис. 4.5), позволяющий применять правила на соответствующих уровнях принятия решений.

Рисунок 4.5 – Алгоритм управления процессом обучения

4.3. Разработка прототипа программного обеспечения иис

С истема предназначена для формирования учебного материала по предметным областям. Система состоит из базы знаний и модуля формирования материала. База знаний наполнена основными понятиями и отношениями из предметных областей преподаваемых дисциплин. В качестве элементов экземпляров знаний могут выступать как понятия-ключи, так и ссылки на документы.

Схема взаимодействия основных модулей разработанного прототипа ИИС представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Схема взаимодействия основных модулей

• Default.asp – главная страница, осуществляет навигацию по редактору.

• Simpleview.asp – модуль для просмотра и редактирования онтологии.

• Treeview.asp – модуль для просмотра онтологии в виде дерева.

• Terminsert.asp – модуль для добавления, редактирования и удаления терминов.

• Maininsert.asp – модуль для добавления новых RDF-троек.

• Find.asp – модуль для формирования запросов

Для формирования методического материала, необходимо построить онтологию предметной области и описать способы (шаблоны) представления данных - методического материала. Для формализации стандартных действий при редактировании данных (работе с базой знаний) используется механизм создания шаблонов, позволяющий применять различные модели и методы обучения (предыдущий опыт обучения).

На каждом шаге работы интерфейс редактора отображает ближайшее окружение выделенного термина. На следующем шаге выделенным может стать любой термин из окружения текущего термина. Предоставляется возможность изменять, удалять и создавать новые экземпляры знаний в окружении текущего термина, с применением соответствующих шаблонов.

Применение шаблона состоит в интерпретации набора экземпляров знаний, в качестве запроса к базе знаний, в котором могут присутствовать связанные переменные. Выполнение запроса производиться с помощью специального алгоритма основанного на модификации принципа резолюции и алгоритма унификации для используемой в системе модели представления знаний.

Программа представляет собой веб-приложение, состоящее из базы знаний и веб-интерфейса пользователя. Запуск программы осуществляется с помощью ввода в адресное поле браузера адреса сервера и виртуального каталога, где хранятся asp-страницы.

Работа с системой происходит следующим образом: построение онтологии (базы знаний) предметной области, подбор методов обучения и формирование методического материала.

После запуска программы на дисплее появляется окно следующего вида:

Рисунок 4.7 – Главное окно программы

В результате перехода по ссылке «Редактор онтологий» появится окно следующего вида:

Рисунок 4.8 – Главное окно редактора онтологий

Согласно предложенной последовательности действий эксперта при построении конвергентной онтологии, на первом этапе формируется множество информационных единиц, в которое заносятся термины-понятия и термины-отношения, то есть для начала работы необходимо перейти по ссылке «Заполнение таблицы «Термины». На рис. 4.9 представлен интерфейс пользователя, использующийся для создания, изменения и редактирования терминов.

Рисунок 4.9 – Редактирование информационных единиц

На основе построенного единого множества информационных единиц, в котором каждый термин может выступать как в роли понятия, так и отношения, строится множество утверждений (экземпляров знаний, триплетов), придающих составляющих их терминам интерпретации, соответственно, субъекта, предиката или объекта. На рис. 4.10 представлен интерфейс пользователя, использующийся для связывания существующих терминов в триплеты.

Рисунок 4.10 – Создание экземпляров знаний

Для заполнения полей «Термин1», «Отношение», «Термин2» необходимо обратиться к списку терминов по ссылкам, найти нужный термин, воспользовавшись формой поиска (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 – Выбор термина

Нажатием на кнопку «Выбрать» выбираем необходимый термин, с помощью кнопки «Изменить» можно отредактировать его.

Рисунок 4.12 – Просмотр онтологии

Данная страница позволяет просматривать связи между терминами (рис.4.12).

Для формирования запроса необходимо заполнить поля Термин1, Связь, Термин2, по которым должен происходить поиск (рис.4.13).

Рисунок 4.13 – Формирование запросов

Для просмотра онтологии используется предложенное решетчатое представление. С помощью веб-интерфейса (рис. 4.14) реализована возможность перехода для редактирования представленных экземпляров знаний и создания новых в выделенном месте предметной онтологии.

Рисунок 4.14 – Решетчатое представление онтологии

Игра содержит описание, настраиваемые параметры запроса к базе знаний и, как результат этого запроса, - методический материал для проведения занятия. Запрос к базе знаний также является частью онтологии и редактируется обычным образом.

После пополнения базы знаний можно формировать методический материал для игр. Поле перехода по ссылке Игра «Домино» появится следующее окно (рис.4.15):

Рисунок 4.15 – Методический материал для игры «Определение»

Сформирован материал по теме «Программный продукт», таблица содержит виды программных продуктов и их определения. Для редактирования материала переходим по ссылке «Редактировать параметры запроса» (рис.4.16):

Рисунок 4.16 – Редактирование запроса для игры «Определение»

В программе представлены несколько видов обучающих игр, для которых реализовано составление методического материала, таких как «Определение», «Порядок» и «Характеристика». Фрагменты интерфейса со сформированным методическим материалом по теме «Жизненный цикл программного продукта» и соответствующей формой запроса для его формирования для игры «Порядок» приведены на рис. 4.17, 4.18.

На рис. 4.17 таблица содержит основные этапы жизненного цикла.

Рисунок 4.17 – Методический материал для игры «Порядок»

Для редактирования материала переходим по ссылке «Редактировать параметры запроса» (рис.4.18).

Рисунок 4.18 – Редактирование запроса для игры «Порядок»

При разработке прототипа ИИС использовались: персональный компьютер с операционной системой Microsoft Windows XP, веб-сервер Internet Information Server 5.1, сервер баз данных Microsoft SQL 2000 sp3, технология Active Server Pages, язык программирования VB Script.

Для использования программы необходимо наличие на серверной стороне - веб-сервера Internet Information Server 5.1 и выше, а также сервера баз данных Microsoft SQL 2000 sp3 и выше; на клиентской стороне - интернет-браузера Microsoft Internet Explorer 6.0 и выше.

Для оценки работоспособности программы было проведено тестирование программы, которое осуществлялось как в нормальных условиях, так и в экстремальных условиях и исключительных ситуациях.

На основе результатов тестирования можно сделать вывод о работоспособности программного продукта. Программа устойчиво работает в нормальных, экстремальных и исключительных условиях, выполняет заложенные в нее требования, выдает корректные результаты.