WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

СТРУКТУРНО- ЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ВЫБОРОМ СТРАТЕГИЙ И ПРОГРАММ ОБУЧЕНИЯ ИНОСТРАННОМУ ЯЗЫКУ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМАХ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

                           

Атакищева Ирина Викторовна

 

СТРУКТУРНО- ЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ВЫБОРОМ СТРАТЕГИЙ И ПРОГРАММ ОБУЧЕНИЯ ИНОСТРАННОМУ ЯЗЫКУ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМАХ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  

 

Специальность 05.13.10-

Управление в социальных и экономических системах

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

Курск – 2008


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» на кафедре Программного обеспечения вычислительной техники.

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор 

Емельянов С.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Сизов А.С.;

кандидат технических наук, доцент

Зайцев И.Е.

Ведущая организация –

Московский технологический университет связи и информатики

Защита состоится «27 июня» 2008 г. в 16 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций  Д 212.105.02  при Курском государственном техническом  университете по адресу:  г. Курск,  ул. 50 лет  Октября,  94 (конференц-зал).

Заверенные отзывы на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94, ученому секретарю совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «23 мая» 2008 г.

Учёный секретарь

совета по защите докторских

и кандидатских диссертаций                       

           Е.А. Титенко


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современный этап развития системы высшего профессионального образования (СВПО) характеризуется широкомасштабным внедрением и использованием автоматизированных обучающих систем (АОС) различных классов и целевого назначения. 

В СВПО одной из ключевых сфер, в которой в первую очередь внедряются АОС является сфера обучения иностранному языку студентов технических специальностей.

При создании подобных АОС реализуются передовые образовательные и информационные технологии, создающие предпосылки для выполнения существующих и перспективных требований к основным и частным показателям образовательного процесса в условиях динамично- меняющегося лексического и семантического содержания программ обучения в конкретных предметных областях, структурного усложнения программ обучения и их основных разделов, внедрения передовых технологий обучения (в первую очередь- при обучении иностранному языку (ИЯ) в области инновационных технологий, аппаратных и программных средств вычислительной техники, информационной безопасности и т.п.).

В то же время проведенный анализ существующих подходов, методов и средств, реализуемых в АОС в области обучения ИЯ показал, что они не в полной степени отвечают современным требованиям и, в большинстве случаев, не позволяют оперативно в автоматизированном режиме управлять выбором стратегий и программ обучения в первую очередь, в рамках реализации адаптивных, дистанционных и индивидуальных подходов к обучению. В большинстве случаев не удается реализовать общую стратегию адаптивного системного подхода в образовании, основанную в первую очередь, на ситуационном сочетании частных стратегий и программ группового и индивидуального, глобального и регионального, сосредоточенного и дистанционного обучения, а также автоматизировать трудноформализуемые этапы процессов обучения, исключить или нейтрализовать действия субъективных факторов, в том числе связанных с решением задач формирования, анализа и выбора стратегий и программ обучения.

В целом, проведенный анализ показал, что реализация основных целей внедрения АОС в сферу обучения иностранному языку студентов технических специальностей и преодоление объективного противоречия между возросшими требованиями к результативности обучения и возможностями существующих методов и средств,  невозможны без первоочередной разработки методов и создания подсистем   интеллектуализированного адаптивного управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку - как ключевого элемента реализации современных образовательных технологий и адаптации к динамично- меняющимся условиям образовательной деятельности.  

Исследование состояния вопроса по созданию подобных адаптивных подсистем управления показало, что разработку для них методического аппарата и создание технических средств в последние годы предложено осуществлять в рамках достаточно представительного класса подходов, ориентированных на применение различных интеллектуальных моделей описания вариантов стратегий и программ обучения, а также ориентированных на них методов генерации вариантов, анализа и принятия решений – как основы процедурной компоненты соответствующих адаптивных методов выбора стратегий и программ обучения иностранным языкам в условиях структурной и параметрической неопределенности.

При этом одним из наиболее перспективных подходов к построению подобных подсистем является структурно- лингвистический подход, основной особенностью которого является использование формальных грамматик и грамматических систем (в первую очередь- метаграмматик) для формального описания множеств правил формирования стратегий и программ обучения, а также методов полного и неполного синтаксического анализа в качестве процедурной основы адаптивных методов выбора стратегий и программ обучения иностранному языку.

Проведенный детальный анализ предложенных к настоящему времени методов применительно к решению задач выбора стратегий и программ обучения в рамках структурно- лингвистического подхода показал также, что наиболее перспективным является подход с позиций теории метаграмматик- как составной части общей теории формальных грамматик, ориентированной на решение задач повышенной структурной сложности.

В то же время, применительно к решению задач управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку, особенности данного подхода в известных работах не рассматривались, в его рамках не разработаны эталонные описания и методы синтаксического анализа, учитывающие структурно–лингвистические особенности стратегий и программ обучения ИЯ и позволяющие эффективно решать прикладные задачи в рассматриваемой области исследований.

Объект исследования – процессы управления выбором стратегий и программ при обучении иностранным языкам в системе высшего профессионального образования.

Предмет исследования – адаптивный структурно- лингвистический метод управления для подсистем выбора стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей для  АОС высшего профессионального образования.

Целью диссертации является сокращение времени принятия управленческих решений при обучении иностранным языкам в системе высшего профессионального образования на основе разработки адаптивного структурно- лингвистического метода управления выбором стратегий и программ обучения в динамично- меняющихся условиях образовательной деятельности.

Частными задачами исследований в диссертационной работе являются:

1. Анализ особенностей процессов обучения иностранному языку с использованием АОС в системе высшего профессионального образования.  Постановка задачи и выбор направлений исследований.

2. Разработка метаграмматической модели для формального описания и анализа вариантов стратегий и программ обучения рассматриваемого класса.

3. Разработка структурно- лингвистического метода управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального образования. 

4. Разработка блок- схемы подсистемы генерации и анализа вариантов стратегий и программ обучения как основы реализации предложенного метода управления, его экспериментальная проверка.

Методы и математический аппарат исследования

При проведении исследований использовались методы теории управления, сложных систем, искусственного интеллекта, автоматизированных (компьютерных) обучающих систем, структурной лингвистики, формальных грамматик и метаграмматик.

Научная новизна диссертационной работы определяется тем, что в ней впервые в рамках единого структурно- лингвистического подхода на основе предложенного класса метаграмматик разработан метод управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального образования. В качестве основных формальных и продукционных компонент метода разработаны:   

1. Метаграмматическая модель для формального описания и анализа вариантов стратегий и программ обучения на основе предложенного класса оценочно- продукционных метаграмматик (ОП МГ), впервые позволившая с использованием в схеме МГ нового класса оценочно- продукционных правил согласования описать сложную иерархическую многоуровневую систему стратегий и программ обучения ИЯ рассматриваемого класса, реализовать оценочно-ситуационную парадигму усечения используемых продукций в грамматических моделях.

2. Отсекающий структурно-лингвистический способ направленной автоматизированной генерации (порождения) и синтаксического анализа вариантов синтаксических структур рассматриваемого класса, позволяющий  существенно (в 5-6 раз) снизить число генерируемых и анализируемых вариантов для принятия решений при выборе стратегий и программ рассматриваемого класса.

Практическая ценность диссертационной  работы

Разработанный метод позволяет оперативно, в автоматизированном режиме проводить генерацию, анализ и выбор вариантов стратегий и программ рассматриваемого класса при создании, модернизации и обеспечении функционирования АОС системы высшего профессионально- технического образования  в современных условиях.

Апробация метода при реализации конкретной АОС ИЯ показала его практические преимущества по сравнению с существующими обучающими системами. В частности, его применение позволяет сократить время решения рассматриваемого класса задач на 30-40% при сохранении требуемого качества процесса обучения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Структурно- лингвистический метод управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального  образования, позволяющий сократить время принятия управленческих решений за счет использования модели на основе оценочно-продукционных метаграмматик и ориентированного на них способа направленной генерации и синтаксического анализа. 

2. Метаграмматическая модель системы правил формирования вариантов стратегий и программ обучения на основе нового класса оценочно- продукционных метаграмматик, позволяющая адаптивно (на основе полученных текущих оценок) усекать множества используемых продукций при генерации и анализе стратегий и программ рассматриваемого класса.

3. Отсекающий структурно-лингвистический способ направленной автоматизированной генерации (порождения) и синтаксического анализа вариантов синтаксических структур рассматриваемого класса, позволяющий  существенно (в 5-6 раз) снизить число генерируемых и анализируемых вариантов для принятия решений при выборе стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального образования.

Реализация и внедрение результатов исследования 

Результаты диссертационной работы использованы реализованы в работах и учебном процессе КурскГТУ, Славянском- на Кубани педагогическом институте, ГОУ ВПО «Наука» (г.Санкт-Петербург).

Апробация и публикация

Материалы диссертационной работы обсуждались на Всероссийских и Международных научно- практических конференциях «Проблемы языковой подготовки студентов: подходы и перспективы» (Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО Воронежская гос. технологич. академия, 2006 г.), «Перспективные  системы и задачи управления» (п.Домбай, КЧР, 2007 г.), «Наука и молодежь в начале нового тысячелетия» (г.Губкин, 2007 г.), «Cовременные информационные технологии в деятельности органов государственной власти»  (КурскГТУ, 2008 г.), «Язык для специальных целей: система, функции, среда» (КурскГТУ, 2008 г.). По теме диссертационной работы опубликовано 14 работ, в том числе: 3 статьи по перечню ВАК, 1 статья в ведомственном журнале, 10 материалов докладов на научных конференциях.

Личный вклад автора

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем рассмотрены особенности применения структурно- лингвистического подхода и методов синтаксического анализа для решения рассматриваемого  класса задач [3,6,10,13], разработаны структурно- лингвистические модели  на основе предложенного класса метаграмматик, рассмотрены их конкретные особенности [2,5,9,14], проанализированы вопросы выбора стратегий и программ в системах управления безопасностью[12].

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы (93 наименования). Текст диссертации включает 134 страницы, 21 рисунок, 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследований, научная новизна, практическая ценность.

В первом разделе в рамках постановки основной научной задачи диссертационных исследований проведен анализ особенностей создания и функционирования современных АОС, решающих задачи обучения студентов технических специальностей иностранному языку с акцентом на детальное рассмотрение реализуемых в них процессов, методов и технологий управления. Показано, что реализуемые в существующих АОС методы управления выбором стратегий и программ обучения не в полной мере отвечают существующим и перспективным требованиям, в первую очередь по обоснованности и оперативности принимаемых управленческих решений в современных динамично- меняющихся условиях образовательной деятельности. Рассмотрены предпосылки решения задач управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку в АОС данного класса, выбраны основные направления исследований по решению основной задачи диссертационных исследований в рамках выбранного структурно- лингвистического подхода на основе теории метаграмматик.

В частности, в разделе в рамках рассмотрения основных особенностей решения широкого круга задач обучения иностранному языку студентов технических специальностей с использованием перспективных информационных технологий, и, в первую очередь -АОС различных классов, показано, что их внедрение потенциально позволяет обеспечить:

  • повышение качества образовательного процесса по большинству показателей, включая показатели охвата групп обучаемых, оперативности доведения и проверки усвоения материала (тестирования, переобучения, принятия решения о достижении целей учебного процесса и т.п.);
  • реализацию стратегии системного подхода в обучении, основанной в первую очередь, на сочетании частных стратегий группового и индивидуального, сосредоточенного и дистанционного обучения;
  • автоматизацию основных этапов процессов обучения, в том числе связанных с решением трудноформализуемых задач, относящихся в большинстве случаев к задачам из области искусственного интеллекта;
  • возможность быстрой адаптации к динамичному изменению разделов программ обучения по специальности и учет этого в направленности обучения, а также к конкретным  потребностям студентов, специализирующихся в конкретных областях технических знаний;
  • возможность передачи передовых технологий обучения, добавления в АОС новых модулей, оперативной модрнизации.

Реализация данных возможностей определяет высокую научную и прикладную актуальность и, в то же время, высокую сложность внедрения современных информационных технологий и АОС в   область обучения иностранному языку студентов технических специальностей.

Анализ известных отечественных и зарубежных публикаций в данной прикладной области исследований показал, что в настоящее время получены достаточно серьезные научные и прикладные результаты, обеспечивающие решение ряда конкретных прикладных задач в АОС рассматриваемого класса.

В то же время в силу высокой сложности решения таких важных и определяющих интегральные характеристики современных АОС задач, как автоматизированное управление стратегиями (LSM- learning strategic management) и программами (LPM- learning programs management) обучения в известных работах рассмотрено лишь в постановочном плане и при реализации ряда частных автоматизированных систем обучения иностранному языку.

Показано, что основные особенности решения данных задач определяются представительным множеством разнородных факторов, что существенно затрудняет формализацию процесса ее решения в современных динамично меняющихся условиях.

С целью начальной обобщенной теоретико- множественной формализации проблемной ситуации по формированию (в первую очередь- выбору) стратегий и программ обучения рассматриваемого класса, и выявления основных факторов, влияющих на параметры этого процесса, проведена разработка обобщенной стратифицированной теоретико- множественной модели процесса управления формированием стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей, учитывающей наличие существенных факторов динамики изменения условий обучения и особенностей предметной области (технической специальности).

В модели в качестве основных уровней (страт) выделены уровни множеств предметных областей Q={Qiki}, (i=1(1)I, ki=1(1)Ki) и источников языковых предметных данных и знаний W={Wiji}, (ji=1(1)Ji), характеризующих i-ю предметную область Qiki, представляющих интерес для ji-й группы (направления, специализации) технического ВУЗа, обучающихся иностранному языку (специализирующихся)с ориентацией на данную предметную область (Ji?М, M-общее число групп).

Также в качестве основных выделены следующие уровни.

Уровень множества S={Si} решаемых АОС данного класса задач обучения иностранному языку и используемых технических средств, с разбивкой на подмножества решаемых задач обучения Рз ={Рзiji}, используемых автоматизированных технических средств (комплексов, систем) обучения Рc={Рciji}, а также на подмножества решаемых в целом АОС интегральных (комплексных) задач обучения Fзi и используемыми подмножествами средств тестирования, сбора и обработки интегрированной тестовой и др. необходимой информации, управления, связи Fсi, выполняющих интегративные функции при объединении получаемых в процессе обучения разнородных данных и знаний от различных подсистем в системе управления  (СУ) АОС.

Уровень множества Е задач центральной подсистемы управления при решении  основных классов задач обучения и формировании стратегий и программ обучения иностранным языкам с разбивкой на:

- подмножества решаемых автоматизированными компонентами подсистем СУ АОС задач Сзm и используемых технических (программных) средств Ccm, (m=1(1)M));

- подмножества задач  Dm(Hm,Gm,Vm,Xm,Zm) по формированию стратегий и программ обучения для соответствующей группы, включающее подмножества задач формирования исходных данных Hm, генерации вариантов стратегии  Gm, анализа вариантов  Vm, принятия локальных (в масштабе подсистемы СУ) решений при выборе конкретного варианта стратегии (программы)обучения Xm, локального контроля реализации стратегии (программы) в интересах группы  Zm;

- подмножество задач  Dц(Hц,Gц,Vц,Xц,Uц,Zц) по формированию стратегии (программы) соответствующего уровня, включающее помимо решения аналогичных рассмотренным выше подмножеств задач Hц,Gц,Vц,Xц,Zц, выполняемых СУ АОС, также решение подмножества  задач Uц выбора компонент тестирования, обработки данных и т.п. из множества L={Ln} (n=1(1)N) и распределения выполнения частных стратегий (программ) обучения по исполнителям (компонентам АОС, преподавателям и др. специалистам).

В качестве важного множества при решении рассматриваемого класса задач выделено также множество управляющих задач, требований и воздействий, учитываемых при формировании стратегий и программ обучения А={a?} , поступающих со стороны вышестоящих и смежных подсистем (АОС более высокого уровня, министерств и агенств и т.п.).

Подобное разбиение на уровни при построении модели соответствует основным положениям поуровнево- множественного подхода, который обычно используется при построении аналогичных моделей систем, содержащих большое число разнородных компонентов и сложных алгоритмов, управляющих взаимодействием компонентов системы с внешней средой.

В общем случае модель представлена в виде подмножества декартового произведения соответствующих множеств: B=B(Q*W*S*E*L*A).

Анализ структурной сложности данной модели показал, что большое разнообразие элементов, существенные различия их для конкретных  предметных областей и групп, высокая мощность множеств Q и W, а также сложность их взаимосвязей, особенно при реализации комплексных методов обучения, определяют необходимость использования при формировании стратегий и программ адекватного ситуации набора взаимосвязанных методов и автоматизированных технических комплексов и средств обучения и интегральных, масштабируемых, динамично реконфигурируемых частных стратегий и программ обучения, определяемых множествами  Q,W,S,E,L,A и их подмножествами.

Высокая размерность B= B(Q*W*S*E*L*A) для реальных СУ АОС определяет необходимость поиска адекватных ситуации вариантов генерации и усечения множеств перебираемых вариантов, в том числе учитывающих возможность наращивания ряда входящих в произведение множеств и их многослойной структуризации в рамках реализации концепции создания АОС с многоуровневой расширяемой архитектурой.

Во втором разделе предложен новый класс МГ- оценочно- продукционные метаграмматики, на его основе разработана метаграмматическая модель системы правил формирования вариантов стратегий и программ обучения на основе нового класса оценочно- продукционных метаграмматик, позволяющая адаптивно (на основе полученных текущих оценок) усекать множества используемых продукций при генерации и анализе стратегий и программ рассматриваемого класса.

Класс ОП МГ является развитием общего теоретического аппарата метаграмматик путем добавления в схему метаграмматики нового класса правил согласования типа «атрибут- метка продукции» или «оценка атрибута- метка продукции» с соответствующими интерпретациями.

Оценочно- продукционная МГ представляет собой систему

G=<{Giа},Wар>,                                                                   (1)

где {Giа}- множество атрибутных грамматик определенного вида i=1(1)N,

Wар- схема метаграмматики, содержащая набор правил согласования (определенного рода отображений) между атрибутами (значениями атрибутов) и метками продукций грамматик множества {Gi}.

Таким образом, ОП МГ представляет собой систему взаимосвязанных грамматик, в которой правила согласования задают систему взаимных отображений атрибутов (значений атрибутов) в элементы множеств меток продукций грамматик {Gi}. Это существенно повышает возможности существующих МГ по управлению на основе полученных значений атрибутов процессами динамического управления выбором (ограничением) множества вариантов решений на этапах генерации и анализа вариантов принимаемых решений в процессе выбора стратегий и программ управления рассматриваемого класса.

В диссертационной работе рассмотрены основные подклассы ОП МГ, показано, что для решения рассматриваемой научно- прикладной задачи достаточно использовать регулярные (для относительно простых стратегий и программ обучения) и контекстно- свободные (КС) (для большинства решаемых задач) точечные и интервальные ОП МГ. Для точечных ОП МГ правила согласования задаются в виде  Атki®Рmj, где Атki- точечная оценка k-го унаследованного или синтезированного атрибута i-й грамматики, входящей в МГ, Рmi- m-й набор разрешенных меток продукций j-й грамматики, входящей в МГ. Для интервальных ОП МГ правила согласования задаются в виде  Втki®Рmj, где Втki- метка интервала, в который попала оценка k-го унаследованного или синтезированного атрибута i-й грамматики, входящей в МГ, Рmi- m-й набор разрешенных меток продукций j-й грамматики, входящей в МГ.

Применение подобных ОП МГ позволяет адаптивно (на основе полученных текущих оценок, в частности, на этапах тестирования студентов) усекать множества используемых продукций при генерации и анализе стратегий и программ рассматриваемого класса.

Предложенный класс ОП МГ явился основой для разработки конкретной метаграмматической модели для формального описания и анализа вариантов стратегий и программ обучения. Данная модель впервые позволила с использованием в схеме МГ нового класса оценочно- продукционных правил согласования описать сложную иерархическую многоуровневую систему стратегий и программ обучения ИЯ рассматриваемого класса, реализовать оценочно-ситуационную парадигму усечения используемых продукций в грамматических моделях.

Модель на основе ОП МГ представляется в виде формальной системы:

G = <{G1а(1) ,{ Gi2а(2) }, G1а(3) ,{Gi4а(4)},{Gi5а(5)}}Wар > ,                          (2)

где G1а(1) - регулярная грамматика, описывающая общую стратегию обучения, G1а(1) I{Grа}- множеству начальных грамматик в ОП МГ;

{Gi2а(2)} - множество контекстно- свободных грамматик, описывающих структуру программ обучения, (для рассматриваемого случая i2а=1(1)25);

G1а(3) - регулярная грамматика, описывающая порядок изучения тем в программах обучения с учетом повторов и возвратов в случаях неусвоения материала;

{Gi4а(4)} - множество контекстно- свободных грамматик, описывающих возможные наборы единиц изучаемого  материала в темах с учетом повторов;

{Gi5а(5)} -множество контекстно- свободных грамматик, описывающих синтаксическую структуру   вопросов и ответов при тестировании по конкретным темам и единицам изучаемого материала;Wар- схема ОП МГ, обобщенная структура W0ар которой специфицируется следующей матрицей:

G1а(1)

{Gi2а(2)}  

G1а(3)

{Gi4а(4)}

{Gi5а(5)}

G1а(1)

{TS(1),АР,ВР}

W0=

{Gi2а(2)}  

{TS(3),АР, ВР}

{TS(1),АР, ВР}

{TS(1),АР,ВР}

G1а(3)

{TP(4),АР, ВР}

{Gi4а(4)}

{TS(1), АР, ВР}

Правила {TS(1)} задают иерархическую декомпозицию терминалов более крупных единиц изучаемого материала на цепочки более низкого уровня декомпозиции, правила ТS(3) и ТР(4) определяют порядок подстановки данных единиц в более крупные внутренние структуры, характеризующие ветви и варианты стратегии обучения, правила АР и ВР – определяют ограничения на наборы применяемых в связанных грамматиках продукций в зависимости от вычисленных значений атрибутов (точечных и интервальных тестовых оценок и т.п.).

Предложенная ОП МГ соответствует классу контекстно- свободных МГ с расширенным набором правил согласования. Это позволяет использовать предложенные в известных работах методы и алгоритмы вывода (генерации вариантов) и синтаксического анализа для анализа и выбора вариантов стратегий рассматриваемого класса, имеющие в худшем случае кубическую временную сложность.

При этом:

  • существенно снижается сложность и громоздкость используемых эталонных спецификаций за счет использования регулярных и контекстно- свободных грамматик и исключения дублирования грамматик, описывающих сходные варианты стратегий и программ обучения;
  • за счет структуризации формального описания повышается оперативность его модификации при изменении  отдельных элементов правил реализации стратегий и программ обучения;
  • обеспечивается возможность использования эффективных мето­дов полного и неполного синтаксического анализа регулярных и контекстно- свободных многоуровневых метаграмматик, используемых в качестве базовых процедур разрабатываемых методов и алгоритмов выбора стратегии обучения;
  • варьируя параметры ОП МГ (наборы правил согласования используемых грамматик), глубину декомпозиции структуры описания, становится  возможным определенным образом влиять на характеристики процедур обучения в различных условиях;
  • формализация в рамках единой ОП МГ эталонных описаний нескольких классов стратегий и программ обучения позволяет в ряде случаев синтезировать бесповторные процедуры выбора стратегий рассматриваемого класса.

Новизна разработанной эталонной продукционной модели заключается в применении аппарата ОП МГ к формализации сложных структур и параметров стратегий и программ обучения, что создает предпосылки для создания и использования в качестве продукционной основы метода управления эффективных способов направленной генерации и синтаксического анализа.

 В третьем разделе в рамках решения третьей задачи исследований на основе предложенной метаграмматической модели разработан структурно- лингвистический метод управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального  образования, а также составляющий его процедурную основу отсекающий структурно-лингвистический способ направленной автоматизированной генерации (порождения) и синтаксического анализа вариантов синтаксических структур рассматриваемого класса.

Суть предложенного структурно- лингвистического метода управления заключается в направленной (по текущим оценкам и результатам тестирования обучаемых и групп обучаемых) автоматической генерации вариантов структур стратегий и программ обучения по правилам, заложенным в ОП МГ, их синтаксического анализа в соответствии с текущей ситуацией  грамматического разбора, выделения продукций и атрибутов, соответствующих правилам и параметрам управления на текущем шаге и их реализации в процессе обучения. Контроль за принятыми в процессе генерации и синтаксического анализа решениями осуществляется автоматически при реализации последующих шагов синтаксического анализа в ОП МГ.

Метод ориентирован на использование разработанных во втором разделе регулярных и контекстно- свободных ОП МГ, его новизна в первую очередь определяется использованием правил согласования типа «атрибут- метка продукции» или «оценка атрибута- метка продукции», позволяющих на каждом шаге генерации и синтаксического анализа динамически, в соответствии с полученными оценками, отсекать в множестве возможных продукций грамматик в ОП МГ ограниченный набор, применяемых на текущем шаге разбора, и, таким образом, существенно сократить число операций (повысить оперативность) процедур управления.

Предложенный структурно- лингвистический метод управления включает выполнение следующих основных процедур.

1.Ввод исходных данных для принятия решения, актуализация начальных правил и атрибутных зависимостей в модели на основе ОП МГ.

2.Генерация в соответствии с текущими продукциями, атрибутами и правилами согласования в ОП МГ G = <{G1а(1) ,{ Gi2а(2) }, G1а(3) ,{Gi4а(4)},{Gi5а(5)}},Wар >  текущей структуры стратегии (программы) обучения.

3.Вычисление атрибутов (оценок, результатов тестов, времени реализации программы и т.п.) для представленного варианта дерева разбора.

4. Проверка соответствия атрибутов текущим ограничениям. При выполнении ограничений- выдача терминалов и атрибутов, соответствующих управляющим воздействиям и их параметрам на продолжение реализации данного варианта стратегии ( программы). Пересчет атрибутов, актуализация текущих правил и продукций- возврат на шаг 2. Если ограничения не выполняются- проверка на завершение анализа. Если анализ завершен- переход на шаг 5. В противном случае- возврат по правилам ОП МГ на шаг назад, исключение проверенных продукций и правил согласования, возвращение значений соответствующих атрибутов- возврат на шаг 2.

5. Выдача терминалов и атрибутов, реализованного дерева разбора для контроля принятых управленческих, дообучения системы и т.п. решений. завершение цикла управления для данной группы обучаемых (обучаемого).

В данном методе использование атрибутной компоненты и предложенных правил согласования в ОП МГ позволяет учесть временные оценки и оценки результативности реализуемых процессов обучения для формализованного (автоматизированного) выделения последующих этапов обучения.

Для реализации процедур на шагах 2 и 3 структурно- лингвистического метода управления предложен отсекающий структурно-лингвистический способ направленной автоматизированной генерации (порождения) и синтаксического анализа вариантов синтаксических структур рассматриваемого класса.

Суть данного  способа заключается  в выполнении рекурсивной процедуры нисходящей по TS, АР(ВР) правилам согласования генерации и последующего грамматического разбора с последовательным предсказанием терминалов в грамматиках всех уровней, кроме самого нижнего (уровень М). Для выбора очередных шагов синтаксического анализа применяются АР(ВР) правила согласования.  Определяемые в ходе синтаксического анализа значения отдельных параметров стратегий (программ) обучения соответствуют синтезированным или унаследованным атрибутам терминальных или нетерминальных символов отдельных грамматик, входящих в ОП МГ. Эти символы подаются на выход синтаксического анализатора, который после вычисления синтезированных атрибутов начального нетерминала, соответствующих основным параметрам качества синтезированного варианта стратегии (программы) обучения, используются для сравнения с ограничениями, задаваемыми выбранным критерием. Если выполняются все ограничения и основной показатель превосходит соответствующие показатели для ранее сгенерированных и проверенных вариантов структур, то он включается в список допустимых вариантов с наивысшим приоритетом.

Способ, реализующий выполнение генерации и синтаксического анализа ОП МГ заключается в последовательном выполнении следующих основных шагов для всех грамматик  и правил согласования в схеме Wар,m=1(1)М :

1. В грамматике  уровня m производится поиск наиболее вероятного (при использующейся записи-самого левого) из еще не использовавшихся контекстно- свободных правил подстановки вида  , где –текущее состояние вектора разбора ОП МГ. Осуществляется вычисление унаследованных атрибутов и, если возможно, ряда синтезированных атрибутов, которые заносятся в вектора  и .

2. Если в грамматике  уровня m есть входящие АР(ВР) правила согласования из грамматики  уровня (m–1), то также проверяется выделение множеств или одного правила подстановки (р) в грамматике , где –текущее состояние вектора .

3. Производится определение TS правила согласования вида , где –начальный нетерминал грамматики  n–го уровня, M > n > m.

4. В грамматике  производятся операции, аналогичные операциям, выполняемым на шагах (1)–(3) для грамматики .

5. Выполнение подобных операций продолжается для всех грамматик, связанных TS и АР(ВР) правилами согласования вплоть до достижения уровня М, т.е. после перехода .

6. Грамматика уровня М используется для генерации и анализа соответствующей цепочки, характеризующей структуру стратегии (программы) обучения, при этом используются количественные характеристики унаследованных атрибутов, занесенные в вектор .

7. В случае возможности генерации и разбора проводится предсказание по меткам продукций, допустимых по АР(ВР) правилам в грамматике следующего состояния  и продолжение анализа вплоть до достижения заключительного состояния в грамматике. Вычисляются и синтезированные атрибуты для терминалов и нетерминалов данной грамматики, выдается сигнал в грамматику  об успешном выполнении разбора. Синтезированные атрибуты,, и позиция конца последней разобранной цепочки заносятся в соответствующие вектора ,, , ,  далее процесс продолжается, начиная с этого состояния, анализ цепочки в соответствии с шагами (1)–(7).

Входная цепочка считается сгенерированной и разобранной, если возможны ее генерация и анализ, начиная с исходного состояния , и в случае, если . Использование векторов состояний позволяет производить возвраты в случае неудачи с разбором очередной части цепочки и проверить новую ветвь разбора. Для реализации записи векторов состояний использованы магазины со специальной стековой организацией доступа к содержимому ячеек.

С целью оценки применимости предложенного способа синтаксического анализа для решения рассматриваемой   задачи проведена оценка показателей  его временной () и емкостной () сложности.

В общем случае, временная сложность предложенного способа синтаксического  анализа представлена следующим образом

,

(3)

где  и  – коэффициенты, характеризующие максимальное число шагов, выполняемых при генерации и анализе вариантов в грамматиках  схемы ОП МГ;

 – коэффициент, определяющий максимальное число шагов при анализе одного элемента, входящего в конкретную грамматику ОП МГ;

 – коэффициент, определяющий максимальное число шагов при повторных обращениях к одной из грамматик, которая уже была использована при попытке анализа конкретного варианта стратегии (программы);

 –число грамматик соответствующих уровней ОП МГ.

Такой алгоритм имеет в общем случае кубическую вычислительную сложность, так как коэффициенты -,  не зависят от длины цепочки. Для однозначных грамматик- , т.е сложность снижается до квадратичной. Рассмотрение емкостной сложности алгоритма синтаксического приводит к линейному соотношению:

,,

(4)

            где  – коэффициент, задающий максимальное число записываемых в память цепочек соответствующих грамматик и схем грамматик в скобочной форме;

 – коэффициент, определяющий максимальное число элементов, описывающих состояние эталонной ОП МГ;

 – число грамматик соответствующих уровней.

Все это создает основу для практической реализации на существующей вычислительной базе предложенного метода управления и составляющих его компонент (ОП МГ и способа направленной генерации и синтаксического анализа).

В четвертом  разделе проведена реализация предложенного структурно- лингвистического метода, проведены апробация и экспериментальные исследования реализующего его способа генерации и синтаксического анализа.

На рис. 1 представлена блок-схема подсистемы синтаксического анализа, являющаяся ядром разрабатываемой системы управления. Основным отличием от известных схем синтаксического анализа является использование дополнительных блоков, реализующих моделирование, генерацию и синтаксический анализ ОП МГ.

Основные процедуры предложенного метода управления были реализованы с использованием программного комплекса GRAMMAR, что позволило провести его экспериментальную  проверку.

Ряд полученных экспериментальных зависимостей, характеризующих оперативность решения задач управления с использованием предложенного метода и его сравнения с известными методами синтаксического анализа  представлены на рис.2,3.

Проведенные экспериментальные исследования предложенного  отсекающего структурно-лингвистического способа генерации и синтаксического анализа показали, что он имеет для однозначных ОП МГ квадратичную  временную и линейную емкостную сложность и позволяет при управлении формированием реальных стратегий и программ в 5-6 раз сократить число операций генерации и анализа вариантов стратегий и программ управления по сравнению с лучшим из известных методов. синтаксического анализа.

Это позволяет в целом на 30-40% сократить время принятия управленческих решений при сохранении требуемого уровня качества управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального  образования. 

В заключении приводятся основные результаты диссертационного исследования.

 



Рисунок  2. Зависимости времени синтаксического анализа до выбора варианта стратегий и программ с использованием КС ОП МГ

Рис. 3. Сравнительная оценка предложенного и известных методов синтаксического анализа

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

С единых позиций аппарата теории оценочно- продукционных метаграмматик решена важная научно-практическая задача по разработке метода управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального образования. В ходе проведенных исследований получены следующие основные результаты.   

1.С целью начальной обобщенной теоретико- множественной формализации проблемной ситуации по формированию стратегий и программ обучения рассматриваемого класса, и выявления основных факторов, влияющих на параметры этого процесса, проведена разработка стратифицированной теоретико- множественной модели процесса управления формированием стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей, позволяющая учесть наличие существенных факторов динамики изменения условий обучения и особенностей предметной области (технической специальности).

2.Предложен и исследован новый класс метаграмматик- оценочно-продукционные метаграмматики, позволяющие проводить усечение по результатам оценки атрибутов множества правил подстановки в связанных по правилам согласования грамматиках.

3. Разработана метаграмматическая модель системы правил формирования вариантов стратегий и программ обучения на основе нового класса оценочно- продукционных метаграмматик, позволяющая адаптивно (на основе полученных текущих точечных и интервальных оценок атрибутов) усекать множества используемых продукций при генерации и анализе стратегий и программ рассматриваемого класса.

4. Разработан структурно- лингвистический метод управления выбором стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального  образования, позволяющий на 30-40% снизить время  принятия управленческих решений при сохранении требуемого уровня качества процесса обучения.

5. В качестве продукционной основы метода управления разработан отсекающий структурно-лингвистический способ направленной автоматизированной генерации (порождения) и синтаксического анализа вариантов синтаксических структур рассматриваемого класса, позволяющий  существенно (в 5-6 раз) снизить число генерируемых и анализируемых вариантов для принятия решений при выборе стратегий и программ обучения иностранному языку студентов технических специальностей в автоматизированных обучающих системах высшего профессионального образования.

6. Синтезирована блок-схема подсистемы синтаксического анализа, являющаяся основной компонентой разрабатываемой системы управления и отличающаяся от известных схем синтаксического анализа использованием дополнительных блоков, реализующих моделирование, генерацию и синтаксический анализ ОП МГ. Реализация метода управления, подсистемы синтаксического анализа, их экспериментальная проверка подтвердили правильность положений и выводов диссертационного исследования.

Список основных публикаций

Статьи, входящие в перечень ВАК РФ

1. Атакищева,  И.В.Общие особенности концептуальной модели процесса управления формированием структуры курсов обучения иностранному языку студентов технических специальностей [Текст]/ И.В.Атакищева,//Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая систематика. Вып.15-Тула:Изд-во ТулГУ,2006.-С.23-29.

2.     Емельянов,   С.Г.Основные особенности применения метаграмматик для формального описания вариантов сложноструктурированных стратегий автоматизированного обучения [Текст]/ С.Г.Емельянов, О.И. Атакищев, И.В.Атакищева,[и др.]// Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая систематика. Вып.15-Тула: Изд-во ТулГУ, 2006.-С.48-55.

3.Атакищева, И.В.Эталонная модель двойственно-атрибутной транслирующей метаграмматики и структурно-лингвистический способ обработки сложноорганизованных данных [Текст]/ И.В.Атакищева, С.Г. Емельянов, В.Ю.Мудрик [и др.]//Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая систематика.Вып.14-Тула:Изд-во ТулГУ,2006.-С.24-28.

Основные публикации в ведомственных изданиях и материалах

конференций

4. Атакищева,  И.В.Концептуальная модель процесса управления формированием стратегии обучения иностранному языку студентов технических специальностей[Текст]/И.В.Атакищева.//Методы и средства систем обработки информации. Вып.4- Курск: Изд-во КурскийГТУ,2007.-С.105-111.

5.    Атакищева,  И.В. Метаграмматические модели для описания вариантов сложноструктурированных стратегий автоматизированного обучения английскому языку [Текст]/И.В.Атакищева, С.Г. Емельянов, О.И.Атакищев.//Проблемы языковой подготовки студентов: подходы и перспективы: сб.материалов Всероссийской научно-практической конференции-Воронеж.-2006.-С.8-10.

6.   Атакищев,      О.И.Особенности применения структурно-лингвистического подхода на основе метаграмматик при управлении выбором стратегии обучения английскому языку [Текст]/С.Г.Емельянов, Е.Г.Баянкина, И.В.Атакищева,[и др.]// Проблемы языковой подготовки студентов:подходы и перспективы: сб.материалов Всероссийской научно-практической конференции-Воронеж.-2006-.С.6-8.

7.    Атакищева,  И.В.Особенности применения структурно-лингвистического подхода при управлении выбором стратегии обучения[Текст]/И.В.Атакищева.//Наука и молодежь в начале нового тысячелетия :сб.материалов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых-Губкин.-2007.-С.34-36.

8.   Атакищева,  И.В.Особенности структурно-лингвистических моделей для описания вариантов реализации сложноструктурированных стратегий автоматизированного обучения английскому языку [Текст]/И.В.Атакищева.// Наука и молодежь в начале нового тысячелетия : сб.материалов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых-Губкин.-2007.-С.42-44.

9.   Емельянов,   С.Г. Метаграмматические модели  для описания вариантов сложноструктурированных стратегий управления[Текст]/С.Г.Емельянов, И.В.Атакищева//Перспективные системы и задачи управления: сб.материалов ко 2-й Всероссийской научно-практической конференции-КЧР Домбай.-2007.-С.23-26.

10.   Емельянов,   С.Г.Особенности применения структурно-лингвистического подхода на основе метаграмматик при выборе стратегии управления сложноструктурированными объектами и системами [Текст]/С.Г.Емельянов,  О.И.Атакищев, И.В.Атакищева.//Перспективные системы и задачи управления: сб.материалов ко 2-й Всероссийской научно-практической конференции-КЧР Домбай.-2007.-С.27-29.

11. Атакищева,  И.В.Особенности использования структурно-лингвистического метода для решения задач управления в автоматизированных системах обучения иностранному языку[Текст]/И.В.Атакищева.//Язык для специальных целей: система, функции, среда: сб.материалов ко 2-й Всероссийской научно-практической конференции-Курск.-2008.-С.34-35.

12.   Елагин, В.В.Вопросы обеспечения безопасности персональных данных при межведомственном взаимодействии органов власти [Текст]/В.В. Елагин, В.Н. Зимовцев, И.В.Атакищева,//Cовременные информационные технологии в деятельности органов государственной власти: сб.материалов 1-й Всероссийской научно-технической конференции –Курск.-2008.Секция 1.-С.22-24.

13.   Емельянов,   С.Г.Особенности применения структурно-лингвистического подхода на основе метаграмматик при выборе сложноструктурированных стратегий и программ управления[Текст]/ С.Г. Емельянов, И.В.Атакищева, С.В.Малюк [и др.]//Cовременные информационные технологии в деятельности органов государственной власти: сб.материалов 1-й Всероссийской научно-технической конференции –Курск.-2008.Секция 3.-С.90-92.

14.  Емельянов,   С.Г. Метаграмматические модели для описания сложноструктурированных стратегий управления и оценки рисков их реализации [Текст]/ С.Г. Емельянов, И.В.Атакищева, А.К.Семенов [и др.]//Cовременные информационные технологии в деятельности органов государственной власти: сб.материалов 1-й Всероссийской научно-технической конференции –Курск. 2008. Секция 3.-С.92-94.

Соискатель                                                                              Атакищева И.В.

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 20.04.2008. Формат 60х84 1/16.

Печ. л.  1,0. Тираж 100 экз. Заказ            .

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр

Курского государственного технического университета.

305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.