Ontological Modelling of Learning Processes

ІТ-ТЕХНОЛОГІЇ В ОСВІТІ, МИСТЕЦТВІ ТА КУЛЬТУРІ IT‐TECHNOLOGIES IN EDUCATION, ARTS AND CULTURE ІТ‐ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ, ИСКУССТВЕ И КУЛЬТУРЕ УДК 004:37.018.43 DOI: 10.31866/2617-796x.3.2.2020.220580 Ткаченко Ольга, кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри інформаційних технологій та дизайну, Державний університет інфраструктури та технологій, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-1800-618X Ткаченко Костянтин, кандидат економічних наук, доцент кафедри інформаційних технологій та дизайну, Державний університет інфраструктури та технологій, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-0549-3396 Боняр Михайло, магістрант кафедри інформаційних технологій та дизайну, Державний університет інфраструктури та технологій, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-8914-8412 ОНТОЛОГІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ НАВЧАННЯ Метою статті є дослідження, аналіз і розгляд загальних проблем і перспектив використання онтологій під час моделювання процесів навчання. Методами дослідження є методи семантичного аналізу основних понять цієї предметної сфери (навчальні процеси та процеси управління навчанням). У статті розглянуто наявні підходи до моделювання навчальних процесів. Новизною проведеного дослідження є розв’язання проблем інтелектуалізації процесів навчання на основі формальних онтологічних моделей. © Ткаченко О. І. © Ткаченко К. О. © Боняр М. В 109 Цифрова платформа: інформаційні технології в соціокультурній сфері 2020, Том 3 № 2 Висновки. У роботі проаналізовано наявні проблеми та перспективи застосування онтологій у моделюванні процесів навчання. Враховуючи результати проведеного аналізу, розроблено багаторівневу онтологічну модель, яка має важливе значення для розв’язання проблем підвищення ефективності процесів навчання (особливо дистанційного, online-навчання, e-learning) за допомогою використання комп’ютерних навчальних систем. Ключові слова: інтелектуалізація процесів навчання; моделювання процесів навчання; онтологічна модель; онтологічна модель «викладача»; онтологічна модель «студента». Вступ. На сьогодні особливо актуальними стали проблеми створення ефективних систем навчання, що базуються на сучасних технологіях (інформаційних та інтелектуальних) і відповідних моделях, створення нових форм і способів подання навчального матеріалу. Ці проблеми обумовлені, зокрема, загальною кризою національних освітніх систем. В основі зазначеної кризи лежить так званий «інформаційний бум», поява якого є наслідком розвитку комп’ютерної техніки, зокрема персональних комп’ютерів (ПК), інтернету. Усе це значно збільшило обсяг доступної інформації, якість і швидкість роботи з нею (обробки, візуалізації, обміну тощо). Заразом інформаційні й інтелектуальні технології породили проблеми пошуку інформації у великих базах даних (БД) сучасних інформаційних систем, що ускладнює їх застосування в навчальному процесі без попередніх налаштувань, створення спеціальних фільтрів і систем пошуку потрібної інформації для навчальних і освітніх завдань. Виникає низка проблем, пов’язаних з реформуванням освіти, використанням комп’ютерної техніки та інформаційних технологій (ІТ) в процесах навчання, аналізом успіхів і невдач застосування програмних продуктів у сфері освіти. До цих проблем належать, наприклад, такі: –– підвищення ефективності освітнього процесу за допомогою використання сучасних інформаційних та інтелектуальних технологій; –– досягнення високого інтелектуального рівня навчання в комп’ютерних системах навчання; –– створення комп’ютерних навчальних середовищ. У працях багатьох науковців (Башмаков и Башмаков, 2003; Красильникова, 2009; Соловов, 2016; Андреев, 2018; Communication from the Commission, 2000; Allen, and Seaman, 2008; Liu, 2017; Дистанционное обучение, e-learning, 2003; Wolfe, 2018; Кудрявцев и др., 2006) досліджено ці проблеми та визначено причини, що ускладнюють їх розв’язання. Наявні програмні продукти у сфері освіти не забезпечують, на жаль: –– суттєвого підвищення якості процесу навчання; –– скорочення часу, необхідного для якісного навчання; –– масового їх використання в реальному освітньому процесі. У такому ж становищі знаходиться й ідея «дистанційної» освіти (online-освіти, e-learning), якщо під цим не розуміти форми online-навчання на базі сучасних телекомунікаційних систем. 110 Цифрова платформа: інформаційні технології в соціокультурній сфері 2020, Том 3 № 2 Недоліки форми навчання (в offline-режимі) добре відомі, а використання телекомунікацій у тому вигляді, як це зараз робиться в процесах навчання, не сприяє якісному засвоєнню матеріалу та придбанню нових знань. Це обумовлено тим, що реалізація недостатньо продуманих стратегій і тактики дистанційної освіти навіть на суперсучасній техніці не покращує якість освіти. Але є й завдання, які успішно можна розв’язати за допомогою сучасних ІТ, наприклад: –– проведення курсів перепідготовки (у деяких предметних сферах); –– інтенсивний тренінг; –– інформаційне забезпечення та наповнення навчального процесу. Зараз у системі навчання склалася парадоксальна ситуація, коли разом з підручниками та задачниками стали видавати так звані «решебники» (збірники розв’язаних задач). Тобто процес навчання може звестися до такого: той, хто навчається, отримує задачу, бере її в «решебнику» та переписує в зошит (або запам’ятовує), переказує викладачеві й отримує оцінку. При такому освітньому процесі найкращими стають ті, хто має хорошу пам’ять. Звичайно, викладач може поставити додаткові запитання, проте хороші «решебники» містять і їх. Створення якісного алгоритму автоматизованого розв’язання задач з математики використовують під час проєктування спеціалізованих інтелектуальних систем (Подколзин, 2008). На основі розробленої моделі подання знань і процедур виведення з них нових фактів змодельовано процес розв’язання математичних задач так, що ПК розв’язує їх краще та швидше людини. ПК використовує відібрані, відфільтровані та спеціальним чином організовані готові форми, прийоми і способи розв’язання математичних задач. Ця програма (комп’ютерний вирішувач математичних задач), використовуючи експертні знання, надає пояснення обґрунтованості застосування правил під час розв’язання задач і демонструє можливість створення інтелектуальних систем, які за своїми можливостями можна порівняти з інтелектом людини (Подколзин, 2008). У працях (Communication from the Commission, 2000; Дистанционное обучение, e-learning, СДО, 2003; Wolfe, 2018; Кудрявцев и др., 2006) указано, що не останню роль у процесах навчання відіграє предметний зміст (контент) розділів, які вивчають. Водночас важливо розв’язати, зокрема, такі проблеми: –– визначення фундаментального та загальнокультурного сенсу вивчення дисципліни; –– визначення межі базових знань, нижче яких неможливе вивчення наступної дисципліни в структурно-логічній схемі навчання; –– визначення фундаментальних і загальнокультурних предметних сфер. Виникає питання про набір базових знань, необхідний для нової освітньої моделі. Аналіз моделей в освітній галузі (Кудрявцев и др., 2006; Строгалов, 199 (...truncated)