УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

Заявленное устройство контроля знаний относится к техническим средствам обучения и контроля знаний, может использоваться для создания автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта, в том числе - для самостоятельного, заочного или дистанционного обучения.
Известен контроль знаний преподавателем. Студент в назначенное время приходит на экзамен и получает экзаменационный билет с вопросами. Затем он беседует с преподавателем, обсуждает с ним вопросы экзаменационного билета. Преподаватель ставит оценку, исходя из полноты и правильности ответа на вопросы экзаменационного билета. Такая форма контроля знаний используется во многих ВУЗах. Недостаток этой формы контроля знаний - большие затраты времени преподавателя, возможность психологического давления на студента, умышленного «занижения» или «завышения» оценок и т.д.
Известен контроль знаний по системе тестов. Студенту предлагают вопрос и 4-5 вариантов ответа, среди которых есть правильные и неправильные. Студент выбирает один ответ из 4-5 возможных вариантов. Если он выбрал правильный ответ, тест ему засчитывается. Такая форма контроля знаний используется в средней школе при проведении ЕГЭ (единый государственный экзамен). Контроль знаний по системе тестов широко используется в автоматизированных обучающих системах, где вопросы экзаменационного билета и варианты ответов выводятся на экран компьютера, а ответ выбирается с помощью ручного манипулятора типа «мышь» или вводится с помощью клавиатуры.
Например, известно устройство для контроля и самоконтроля знаний обучаемых /Л.-1/, содержащее блок ввода ответных действий обучаемого, входами которого являются клавиши клавиатуры, блок режимов работы, формирователь пароля, блок индикаторов, коммутатор, первый, второй, третий, четвертый, пятый блоки памяти и блок равенства.
Известна также индивидуальная автоматизированная система для обучения и контроля знаний /Л.-2/, содержащая: блок управления, блоки ввода информации, процессор с программным обеспечением, клавиатуру персонального компьютера, монитор, блок изменений с матрицей, блок регистрации изменений, аудиоустройство с микшером, блок контроля с
принтером, блок преобразований и устройство контроля, отличающаяся тем, что блок контроля выполнен в виде ассоциативно - запоминающей среды.
Недостаток этих устройств контроля знаний - контролируется выбор ответа, а не глубина знаний и степень понимания предмета.
Технический результат заявленной полезной модели - разработка средств автоматизированного контроля знаний студентов, который по качеству близок к работе преподавателя.
Предлагается устройство контроля знаний с использованием ассоциативной памяти.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является индивидуальная автоматизированная система для обучения и контроля знаний /Л.-2/. Она принята в качестве прототипа.
Заявленное устройство контроля знаний, где используется устройство ассоциативной памяти, выполненное на нейронной сети. Нейронная сеть состоит из нейронов, коммутаторов и доменов. Нейрон имеет один вход и один выход. Нейрон выполняет прием, хранение, обработку и передачу информации. Коммутатор имеет много входов и много выходов, к которым подсоединены входы и выходы доменов, нейронов и коммутаторов. Коммутатор содержит таблицу коммутации и устройство, которое принимает, передает и перераспределяет информацию на основе этой таблицы. Фрагменты большой нейтронной сети объединены в домены. В домен входят: шлюз, внутренние коммутаторы, нейроны и домены более низкого уровня. Домен имеет один вход и один выход, которые образуют соответственно внешний вход и внешний выход шлюза. Шлюз имеет один внешний вход и один внешний выход, а также много внутренних входов и выходов. Шлюз состоит из таблицы шлюза и устройства, которое принимает, передает и перераспределяет информацию на основе этой таблицы. Шлюз обеспечивает соединение одного внешнего входа и одного внешнего выхода с некоторым числом внутренних входов и выходов, к которым подсоединены внутренние коммутаторы, нейроны и домены более низкого уровня.
Ячейки ассоциативной памяти выполнены на доменах большой нейронной сети. Домен реализует функции приема, хранения, и обработки информации о некотором объекте или совокупности свойств объекта.
При обучении нейронной сети происходит запись информации в комбинации возбудитель-отклик о свойствах объекта в ячейку ассоциативной памяти, которая реализована на домене нейронной сети.
В процессе работы ассоциативной памяти на входы доменной нейронной, сети поступает информация-возбудитель об объекте. При этом на выходе нейронной сети формируется
информация-отклик о свойствах объекта, которая была записана в домен сети в процессе обучения.
Схема заявленного устройства контроля знаний приведена на рис.1.
Устройство контроля знаний, в которое входит ассоциативная память на базе нейронной сети. Нейронная сеть реализована на древовидной иерархической компьютерной сети персональных компьютеров (ПК). Домены и коммутаторы нейронной сети реализованы на ПК. Компьютерная сеть включает: доменные ПК (1), коммутаторные ПК (2) и базы знаний (3).
Доменный ПК (1) реализует функции домена и используется при контроле знании для вывода экзаменационных вопросов и ввода ответов студента.
Коммутаторный ПК (2) реализует функции коммутатора, формирует таблицы коммутаторов и таблицы шлюза. Коммутаторный ПК (2) используется при обучении нейронной сети для ввода информации в форме «возбудитель-отклик». Коммутаторный ПК имеет много входов и выходов, к которым подсоединены доменные ПК (1), коммутаторные ПК (2) и базы знаний (3).
База знаний (3) содержит таблицы коммутаторов и таблицы шлюза для одного, нескольких или всех обученных доменов нейронной сети.
Коммутаторный ПК (2) используется для приема-передачи информации по компьютерной сети между доменными ПК (1), коммутаторными ПК (2) и базами знаний (3).
При обучении нейронной сети используется коммутаторный ПК. При обучении нейронной сети происходит запись информации в таблицы коммутации и таблицы шлюза в комбинации «возбудитель-отклик» в форме «вопрос-ответ» на естественном языке. После обучения нейронной сети таблицы коммутаторов и таблицы шлюза для каждого обученного доменного ПК копируются по компьютерной сети в одну, несколько или во все базы знаний.
При контроле знаний студента используется обученный доменный ПК. Таблицы коммутации и таблицы шлюза обученного доменного ПК копируется из базы знаний по компьютерной сети в память доменного ПК. Доменный ПК выводит экзаменационные вопросы и вводит ответы студента.
Контроль знаний студента выполняет обученный доменный ПК, который определяет качество, полноту и содержание ответа на поставленный вопрос.
Контроль знаний студента можно проводить на одном доменном ПК, последовательно по нескольким специальностям, учебным дисциплинам, предметам или темам, используя разные базы знаний.
Контроль знаний студентов можно проводить по одному предмету одновременно, на всех доменных ПК, используя одну и ту же базу знаний.
Заявленное устройство контроля знаний (рис.1) работает следующим образом. В заявленное устройство контроля знаний входит ассоциативная память на базе нейронной сети, которая включает домены и коммутаторы. Домены и коммутаторы нейронной сети реализованы, соответственно, на доменных ПК (1) и коммутаторных ПК (2).
- Доменный ПК(1), в состав которого входит системный блок, монитор и устройства ввода/вывода информации (клавиатура, ручной манипулятор «мышь», «световое перо», наушники, микрофон, принтер и др.). Доменный ПК используется для вывода экзаменационных вопросов и ввода ответов. Экзаменационные вопросы выводятся в символьном или в графическом виде на экран монитора или на принтер, в звуковой форме - через наушники. Ответы вводятся в компьютер в символьном или в графическом виде с помощью клавиатуры, ручного манипулятора «мышь», «светового пера» или в звуковой форме - через микрофон. В отличие от известных устройств контроля знаний, вопросы и ответы формулируются на естественном языке.
- Коммутаторный ПК (2), в состав которого входит системный блок, монитор, клавиатура и др. устройства. Коммутаторный ПК используется для обучения доменного ПК, а также для приема-передачи информации по сети между доменными ПК (1), коммутаторными ПК (2) и базой знаний (3) Коммутаторный ПК (2) имеет много входов и выходов, к которым подсоединены выходы и входы доменных ПК(1), других коммутаторных ПК (2) и база знаний (3).
- База знаний (3), которая формируется в процессе обучения доменных ПК. База знаний (3) содержит копии таблиц коммутаторов и таблиц шлюза для обученных доменных ПК.
Доменные ПК (1) и коммутаторные ПК (2) объединены в древовидную компьютерную сеть, на которой реализовано устройство ассоциативной памяти.
При обучении нейронной сети происходит запись информации в ассоциативную память в комбинации «возбудитель-отклик» в форме «вопрос - ответ» на естественном языке. Обучение нейронной сети производится по доменам. Для обучения доменов нейронной сети используются коммутаторные ПК. При обучении доменов нейронной сети изменяются таблицы внутренних коммутаторов и таблица шлюза домена. После обучения домена указанные таблицы копируются в базу знаний (3), которая подсоединена к доменному ПК (2). Обучение доменов, можно проводить последовательно, по нескольким дисциплинам (например, по русскому языку, математике, физике, химии и т.д.). После окончания обучения по одной
дисциплине, результат обучения (в форме таблицы коммутаторов и таблицы шлюза домена) копируется в базу знаний (3), подсоединенную к коммутаторному ПК(2). Затем домен инициализируют и обучают уже по другой дисциплине и т.д. При инициализации домена в таблицы коммутаторов и таблицу шлюза домена заносят начальные значения, соответствующие необученному домену.
Устройство контроля знаний реализовано на обученной нейронной сети, в которой выполняется экспорт, импорт и тиражирование базы знаний домена.
Экспорт базы знаний домена происходит следующим образом. Преподаватель создает перечень типовых вопросов и ответов по конкретной специальности (дисциплине, предмету, теме). Вопросы и ответы даются на естественном языке (русском, английском и т.д.). После этого проводят обучение нейронной сети. Обучение нейронной сети проводят по отдельным доменам. Каждый домен соответствует отдельной специальности (дисциплине, предмету, теме). Для обучения домена нейронной сети используют один из коммутаторных ПК. При обучении домена нейронной сети происходит запись информации в комбинации «возбудитель-отклик» в ассоциативную память в форме «вопрос-ответ». В процессе обучения нейронной сети формируется его база знаний. Эта база знаний содержит таблицы коммутаторов и таблицу шлюза домена. Коммутаторный ПК подсоединен к базам знаний для всех подключенных к нему доменных ПК и коммутаторных ПК более низкого уровня.
Импорт базы знаний происходит следующим образом. По мере необходимости проведения контроля знаний по конкретной специальности (учебной дисциплине, предмету, теме) выбирается соответствующая база знаний, подсоединенная к одному из коммутаторных ПК. Коммутаторный ПК передает базу знаний по компьютерной сети в доменный ПК. Эта база знаний копируется в память доменного ПК, на котором происходит контроль знаний студентов.
Тиражирование имеющихся баз знаний домена происходит следующим образом. Копии имеющихся баз знаний передаются по компьютерной сети в один, во все или в некоторую группу коммутаторных ПК. Коммутаторный ПК получает информацию по компьютерной сети и затем обновляет содержимое одной или нескольких подсоединенных к нему баз знаний. Для передачи информации между коммутаторными ПК и доменными ПК используются локальные или глобальные компьютерные сети.
При необходимости проведения контроля знаний студента используют предварительно обученный домен ассоциативной памяти. База знаний обученного домена копируется в память доменного ПК. При этом на экран компьютера, на принтер или в звуковой форме через подключенные к компьютеру наушники выводится текст вопроса. Затем студент дает ответы
на вопросы на естественном языке. Ответы он может вводить в символьном виде с помощью клавиатуры, или в звуковой форме, через подключенный к компьютеру микрофон, рисовать на экране с помощью «мыши», «светового пера» и т.д. Качество, полноту и содержание ответа определяет домен обученной нейронной сети.
Отличие заявленного устройства от известных автоматизированных систем обучения:
- Вопросы и ответы формулируются на естественном языке.
- Качество, полноту и содержание ответа на поставленный вопрос определяет обученная нейронная сеть.
- Возможность проводить контроль знаний последовательно по всем курсам на одном персональном компьютере (доменном ПК), используя импорт содержимого баз знаний по разным специальностям (учебным дисциплинам, предметам, темам). Это позволяет проводить контроль знаний на дому (например, для инвалидов), или в свободное от основной работы время (как при заочной форме обучения).
- Возможность проводить контроль знаний одновременно на всей территории страны, используя единую базу знаний (при проведении ЕГЭ, выпускных экзаменов в школе, вступительных экзаменов и сессии в ВУЗе).
- Возможность тиражирования базы знаний. Базу знаний создают один раз, а затем при необходимости ее можно дополнять, изменять и копировать неограниченное число раз на доменные ПК.
Заявленное устройство контроля знаний может использоваться для дистанционного обучения людей, проживающих в удаленных населенных пунктах, для обучения людей с ограниченными возможностями (пониженное зрение, глухих, немых, инвалидов и т.д.), для самообучения, для репетиторства и т.д.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. Шевелев М.Ю., Шевелев Ю.П,, Пермяков О.Е,, Донских Л.П, Устройство для контроля и самоконтроля знаний обучаемых. Патент №2260853.
2. Корчак A.M. Индивидуальная автоматизированная система для обучения и контроля знаний. Патент №2005132062.