ФОРУМ ПРОБЛЕМЫ Моделирование систем знаний для целей ДО

Моделирование систем знаний для целей дистанционного обучения
(на примере дисциплины "Техническая механика")

Парамзина В.В., Пермское речное училище (техникум), ПОИПКРО
. В III тысячелетии российское общество предъявляет новые требования к качеству подготовки специалистов, где главными являются умения:
- оперативно принимать самостоятельное решение;
- общаться на основе телекоммуникаций;
- хорошо ориентироваться в процессах, происходящих в обществе;
- быстро адаптироваться к меняющейся обстановке.
Повсеместное внедрение в процесс обучения НИТ позволило, наряду с традицион-ной моделью образования (основой ее служит лекционно-сессионная система обучения (ЛССО) , развиваться технологии дистанционного обучения (ДО).
Основой технологии дистанционного обучения является специально созданный курс ДО. Рассмотрим процесс внедрения технологии дистанционного обучения в учебный про-цесс на примере курса "Основы теоретической механики" (ОТМ), созданного автором ста-тьи.
В 2000-2001 учебном году данный КДО был апробирован на курсах повышения ква-лификации (КПК) преподавателей технической механики колледжей области, организо-ванных специалистами ПОиТО Пермского областного (регионального) института повы-шения квалификации работников образования.
После апробации, курс был доработан автором, с учетом обширного практического материала, созданного слушателями КПК и в 2001 году был внедрен в учебный процесс Пермского речного училища (техникума).
Группа студентов специальности 1705 изучала курс "Основы теоретической механи-ки" на базе локальной компьютерной сети ПРУ. Курс ДО состоит из 18 модулей, сгруппи-рованных в три раздела: статика, кинематика и динамика. Каждый модуль сопровождается базой тестовых заданий. По окончании изучения курса студентам предлагался зачетный тест.
Особенностью данного КДО является моделирование системы знаний по теоретиче-ской механике, т.е. он базируется не на расплывчатом "учебном материале", а на отчетли-вой системе знаний.
Такая система знаний имеет элементный состав, структуру связей между элементами системы, цель (функцию). Наличие тройки: "элементы", "структура", "цель" можно обна-ружить в любом представлении учебных знаний, но эта стихийная системность не может привести к моделям систем знаний ,пригодных для целей дистанционного (открытого) об-разования.
Ниже приводится фрагмент одного из модулей КДО "Основы теоретической меха-ники"
Модуль ОТМ-5. Момент силы и пары сил. Вход: Модуль ОТМ-4 Выход: Понятия. Пара сил (пара) - это плоская система параллельных сил, состоящая из 2-х равных по модулю, противоположных по направлению и не лежащих на одной прямой.
Эквивалентная пара - это пара, заменяющая собой данную пару и не изменяющая, при этом механическое состояние тела.
Результирующая пара - это пара, заменяющая собой действие нескольких данных пар.
Утверждения.
УТВ ОТМ 5 - 1. Момент силы относительно точки равен произведению модуля си-лы на кратчайшее расстояние от данной точки до линии действия силы, т.е. M0 (F) = F*l.
УТВ ОТМ 5 - 2. Точка называется центром момента.
УТВ ОТМ 5 - 3. Кратчайшее расстояние от центра момента до линии действия силы называется плечом.
УТВ ОТМ 5 - 4. Если сила стремится вращать тело, к которому приложена, по часо-вой стрелке, то момент считается отрицательным; если наоборот - положительным.
УТВ ОТМ 5 - 5. Модуль и знак момента силы зависит от выбора центра момента.
УТВ ОТМ 5 - 6. Для определения момента силы относительно оси надо спроециро-вать силу на плоскость, перпендикулярную оси, и найти момент проекции силы на плос-кость относительно точки пересечения оси с плоскостью, т.е. Mz (F) = F*l.
УТВ ОТМ 5 - 7. Момент пары по модулю равен произведению одной из сил пары на кратчайшее расстояние между линиями действия сил, составляющих пару, т.е. M = F1* l = F2 * l.
УТВ ОТМ 5 - 8. Кратчайшее расстояние между линиями действия сил называется плечом пары.
УТВ ОТМ 5 - 9. Пара сил не имеет равнодействующей.
УТВ ОТМ 5 - 10. Пару сил нельзя уравновешивать одной силой.
УТВ ОТМ 5 - 11. Если пара стремится вращать тело, к которому приложена по часо-вой стрелке, то ее момент отрицателен, если наоборот - положителен.
УТВ ОТМ 5 - 12. Пару сил можно как угодно переносить в плоскости ее действия.
УТВ ОТМ 5 - 13. Механическое состояние тела не нарушится, если как угодно из-менять модули сил и плечо пары не изменяя при этом момент пары.
УТВ ОТМ 5 - 14. Процесс нахождения результирующей пары называется сложением пар.
УТВ ОТМ 5 - 15. Момент результирующей пары равен алгебраической сумме мо-ментов составления пар.
УТВ ОТМ 5 - 16. Для равновесия системы пар необходимо и достаточно, чтобы мо-мент результирующей пары был равен нулю, т.е. М = 0.
УТВ ОТМ 5 - 17. Момент измеряется в Н * м, кг * м, кг * см или в их кратных и дольных единицах.
Умения.
УМ ОТМ 5 - 1. Определить модуль и знак момента силы.
УМ ОТМ 5 - 2. Определить модуль и знак момента пары сил.
Изучая КДО "Основы теоретической механики" все студенты имели возможность работать в индивидуальном темпе, своевременно получать необходимые консультации от преподавателя. Работа в локальной сети требовала от каждого студента высокой само-стоятельности, что обеспечило прочное усвоение понятий изучаемой дисциплины и высо-кие рейтинги по результатам тестирования.
С помощью экспертной системы "Рыболов", содержащей подготовленные препода-вателем базы знаний, осуществлялось тестирование студентов. Особенности экспертной системы не позволяют студенту сдать тест простым угадыванием (как при выборе одного ответа из нескольких). При прохождении тестирования, на мониторе компьютера появля-лись два понятия (утверждения, описания и т.д.), от студента требовалось сравнить объе-мы данных понятий и выбрать один из четырех вариантов ответа. Объем каждого понятия определяется из семантической сети понятий, которая присутствует в каждом модуле КДО.
В качестве примера приводится база знаний к модулю ОТМ-1 "Основные понятия статики"
База знаний к модулю ОТМ-1.
"Основные понятия статики"
1. Система - это то, что можно рассматривать как систему
2. Идеальная система - система, которая существует только в сознании.
3. Система знаний - идеальная система понятий.
4. Подсистема - система, которая является правильной частью другой системы.
5. Элемент системы - подсистема, которая субъективно не имеет подсистем.
6. Множество - элемент системы всех множеств.
7. Векторное пространство - множество векторов, на котором допускаются опера-ции сложения и умножения на число.
8. Вектор - элемент векторного пространства.
9. Наука - система знаний об определенной предметной области.
10. Теоретическая механика - наука, изучающая движение и законы этого движения.
11. Тело - система материальных точек, движение и положение которых взаимосвя-заны.
12. Материальная точка - тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
13. Система сил - система нескольких сил, приложенных к телу или материальной точке.
14. Сила (F) - вектор, который определяет взаимодействие тел.
15. Плоская система сходящихся сил (ПССС) - система сил, которые лежат в одной плоскости и пересекаются в одной точке.
16. Плоская система произвольно расположенных сил (ПСС) - система сил, кото-рые лежат в одной плоскости и не пересекаются в одной точке.
17. Плоская система параллельных (ПСПС) - система сил, которые лежат в одной плоскости и линии действия которых параллельны.
18. Пространственная система сил - система сил, которые лежат в разных плоско-стях.
19. Сила тяжести (G) - сила, с которой тело притягивается к Земле.
20. Равнодействующая сила (R) - сила, оказывающая на тело, такое же действие, как и система сил.
21. Уравновешивающая сила - сила, равная по значению равнодействующей, проти-воположная ей по направлению и находящаяся с ней на одной линии действия.
22. Эквивалентные системы сил - системы сил, взятые порознь оказывают на тело одинаковое действие.
Для получения необходимого рейтинга (не ниже 75 из 100 возможных баллов) сту-дент должен прочно усвоить понятия и утверждения каждого модуля курса.