Цикл уроков по теме Экспертные системы(серия уроков)

Версия 08:45, 15 декабря 2007

Название темы урока,предмет, ФИО автора

«Экспертные системы. Создание учебных экспертных систем» Информатика и ИКТ. Анодина Анна Анатольевна.

Цели урока

Учебные цели урока № 1 «Основные понятия и предметная область экспертных систем». Учащийся:

• дает определение экспертной системы;
• называет структуру экспертной системы;
• знает основные функции коллектива разработчиков экспертной системы;
• понимает значимость экспертных систем для общества.

Учебные цели урока № 2 «Инструментарий и технология разработки экспертных систем. Знакомство с малой экспертной системой». Учащийся:

• перечисляет программные средства для создания экспертных систем;
• называет основные этапы разработки экспертных систем;
• умеет самостоятельно (с помощью справки) изучать программное средство;

Учебные цели урока № 3 «Создание учебной экспертной системы». Учащийся:

• применяет полученные знания по теме «экспертные системы» в практической деятельности;
• учиться давать объективную оценку своему поведению;
• учиться учитывать возможности других людей и устанавливать с ними контакты;

Форма урока

Урок №1: фронтальная;

Урок №2: фронтальная, индивидуальная;

Урок №3: групповая;

Оборудование для урока

Урок №1: ПК (ПО: Microsoft Office), проектор.

Урок №2: ПК (ПО: Microsoft Office, Малая экспертная система 2.0).

Урок №3: ПК (ПО: Microsoft Office, Microsoft Visual Basic).

Ход урока

Урок №1 «Основные понятия и предметная область экспертных систем»(в логике развития критического мышления).

1.Организационный момент

2.Постановка целей урока

3.Реализация стадии вызова

Для актуализации имеющихся знаний и пробуждения познавательного интереса используется прием «Таблица З-Х-У». Учащиеся в течение 5 минут заполняют первые два столбца данной таблицы. Таблица З-Х-У Файл:Tab1 1.jpg

В данном случае происходит реализация первой составляющей вводного учебного занятия – мотивации.

4. Изучение новой темы, реализация стадии осмысления.

В процессе изучения нового материала учащийся отвечает на вопросы учителя и заполняет таблицу (прием «I.N.S.E.R.T.»). Файл:Tab2 2.jpg

При ответе на вопросы и маркировке учебного материала происходит реализация таких этапов вводного учебного занятия как: образное представление об изучаемой теме, а также осмысление практической и социальной значимости. В ходе изложения нового материала учитель задает проблемные вопросы, активизирующие и побуждающие познавательную активность и интерес у учащихся. Например:

1.привести примеры областей деятельности, где используются экспертные системы;

2.предположить какие компоненты должна включать в себя экспертная система;

3.определить может ли один человек совмещать функции эксперта и инженера по знаниям;

4.предположить сможет ли в будущем искусственный разум превзойти человеческий.

5.Подведение итогов, реализация стадии рефлексии.

Учащимся в течение 5 минут необходимо заполнить последний столбец «Таблица З-Х-У», функциональное назначение которого связано с соотнесением новой информации и имеющихся знаний. В этом случае происходит реализация последнего этапа вводного учебного занятия – рефлексии.

6. Запись домашнего задания.

Домашнее задание состоит из двух частей:

1.Прочитать лекцию

2.Самостоятельно, используя рекомендуемые учителем источники, изучить материал по теме «классификация экспертных систем» и представить его в виде схемы. Работа должна быть выполнена в одном из графических редакторов (Paint, Corel, Adobe PhotoShop и т.д.).

Рекомендуемые источники:

1.Информатика: Учебник.-3-е перераб. Изд./Под ред Н.В.Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2005

2.Электронная энциклопедия Википедия http://ru.wikipedia.org

3.Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник.-СПб.: Питер, 2000

4.Электронный глоссарий http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?Rdqxvlwyt:l!xoxyls:

Урок №2 «Инструментарий и технология разработки экспертных систем. Знакомство с малой экспертной системой»(в логике развития критического мышления).

1.Организационный момент

2.Постановка целей урока

3.Реализация стадии вызова

Для активизации деятельности и мотивации к предстоящей работе учащимся предлагается заполнить пустые «кружки» и в случае необходимости дополнить (лучами и/или кружками) представленный учителем кластер. Данное задание выполняется в течение 5 минут. Файл:Tab3 3.jpg

4. Изучение новой темы, реализация стадии осмысления.

Изучение теоретического материала учащимися происходит самостоятельно на основе подготовленной учителем информации. В процессе освоения материала учащимся необходимо:

1.заполнить Концептуальную таблицу «Инструментальные средства создания экспертных систем», состоящую из столбцов : инструментальное средство, достоинство, недостаток.

2.написать «Проспект», отражающий все вопросы, на которые нужно ответить, чтобы всесторонне осветить тему. Компоненты проспекта: тема, цель, вопросы.

5.Знакомство с малой экспертной системой.

Для удовлетворения познавательного интереса к изучаемой теме, а также формирования навыков работы в экспертных системах учащимся предлагается изучить программу «Малая экспертная система 2.0», использующую байесовскую систему логического вывода. Данная программа распространяется бесплатно, и ее можно «скачать» с домашней страницы автора Алексея Бухнина (http://www.chat.ru/~bukhnin/). Программа «Малая экспертная система 2.0» осуществляет консультации пользователей в конкретной предметной области, база данных которой загружена на данный момент. Выбор данной программы для знакомства, в качестве оболочки экспертных систем, обусловлен рядом достоинств:

a.наличием графического интерфейса;

b.возможностью загрузки уже созданной базы данных (для знакомства);

c.возможностью создания и применения собственной базы данных;

Учащимся необходимо изучить алгоритм работы в данной экспертной системе, используя при этом меню «Справка». Причем данная программа состоит из двух приложений:

1.«Малая экспертная система 2.0», предназначенная для загрузки уже созданных баз данных

2.«Редактор баз данных 1.0», предназначенная для создания собственной базы данных.

6. Подведение итогов, реализация стадии рефлексии.

При реализации стадии рефлексии учащимся предлагается вернуться к кластеру и дополнить с учетом того, что узнали.

7. Запись домашнего задания.

Домашнее задание состоит из нескольких частей: 1.Составить тезаурус по теме «Экспертные системы», используя при этом программное средство Microsoft PowerPoint.

2.Изучить § 5.11 [6]

3.Определить предметную область для создания учебной экспертной системы.

Урок № 3 «Создание учебной экспертной системы» (деловая игра)

1.организационный момент

2.постановка целей урока

3.проведение деловой игры

3.1.разделение на группы, объявление ролей

После разъяснения целей урока учитель разделяет учащихся на команды по 4 человека. Каждому ученику выдается заранее подготовленный бейдж, на котором указаны фамилия, имя, отчество ученика и занимаемая должность (роль). Выполнение функций, в соответствии с заданной ролью, определяется должностной инструкцией. Затем поясняется цель и проблема деловой игры, обговариваются правила игры и регламент.

Описание проблемы: в НИИ «автоматизации и информатизации» обратилась фирма N с просьбой предоставить следующую услугу - разработать экспертную систему определения карбоновых кислот. Руководство института объявило конкурс между отделами на создание лучшей экспертной системы. Логично предположить, что тот отдел, который сумеет предложить продукт наивысшего качества может рассчитывать на дополнительное материальное вознаграждение (премию). Но не менее важным приобретением в этой ситуации будет безусловный рост авторитета победившего отдела. Кроме этого все участники конкурса получают замечательную возможность испытать свои силы, попытаться открыть в себе что-то новое, и в полной мере реализовать свой интеллектуальный и творческий потенциал.

Примечание: выбор предметной области экспертной системы может зависеть от профиля учащихся.

Цель игры: коллективу разработчиков, включающему эксперта, инженера по знаниям, программиста, пользователя разработать экспертную систему определенной предметной области. Регламент: на разработку и создание экспертной системы отводится 45 минут.

Правила игры:

• каждый участник группы работает только в рамках заданной роли;

• коллективная «Мы» группы складывается из множества уникальных «Я»;

• результат нашей работы - мозаика. Если мы действуем не согласованно и каждый помешает имеющийся фрагмент мозаики туда, куда хочет он, то мы никогда не получим целостного изображения. Если мы собираем мозаику советуясь друг с другом и уважаем мнение другого, то картинка складывается быстро и легко.

3.2.разработка экспертной системы

На данном этапе каждая группа разрабатывает экспертную систему. В случае затруднения учащиеся могут обратиться к учителю за консультацией и воспользоваться различными источниками информации (книги, справочники, Internet).

3.3.выполнение отчета о проделанной работе, самооценка

После завершения разработки и реализации экспертной системы каждой группе необходимо подготовить отчет о проделанной работе. Отчет представляется в виде таблицы, соответствующие строки которой заполняют все члены группы.

Файл:Tab4 4.jpg

3.4.выставление оценок членам группы

Каждому участнику группы предлагаются оценочные листы в которых представлены критерии оценки работы каждого члена коллектива разработчиков (эксперта, инженера по знаниям, программиста, пользователя). На этапе выставления оценок учитель предлагает каждому из учащихся, используя оценочные листы, оценить работу трех других участников группы (например, работу эксперта оценивает инженер по знаниям, программист, пользователь). Итоговая оценка деятельности каждого участника группы определяется как среднее арифметическое оценок из трех оценочных листов.

3.5.защита проекта

Ученики представляют свой проект и доказывают, что такое решение в большей мере соответствует поставленной задаче (коллективу разработчиков разработать и создать экспертную систему определения карбоновых кислот), предъявляют учителю отчет о проделанной работе, обосновывают экономическую эффективность разработанного проекта. Учитель рассматривает отчет как составляющую часть работы (этап рефлексии) по разработке и реализации экспертной системы.

4.подведение итогов

На этапе подведения итогов урока учитель оценивает получившиеся проекты, кратко характеризует достоинства и недостатки каждого, объявляет оценки за урок как отдельному ученику, так и всей группе, намечает перспективы использования таких проектов в жизни учащихся.. Педагог еще раз напоминает учащимся о значимости данной области научного знания для дальнейшего развития информатики и современных ИТ.

Межпредметные связи

химия, искусственный интеллект, педагогика, психология.

Используемые ресурсы

Литература для учителя:

1.Брюшинкин В.Н. Критическое мышление и аргументация//Критическое мышление, логика, аргументация/Под ред. В.Н. Брюшинкина, В.И. Маркина. Калининград: Изд-во Калинингр. гос. ун-та, 2003. С.29-34.

2.Семакин И.Г. Информатика 10-й класс/И.Г.Семакин, Е.К.Хеннер – 2-е изд. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 139 с.: ил.

3.Семакин И.Г. Информатика 11-й класс/И.Г.Семакин, Е.К.Хеннер – 2-е изд. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 139 с.: ил.

4.Семакин И.Г. Информатика базовый курс. 7-9 классы/И.Г.Семакин, Л.А.Залогова, С.В.Русакова, Л.В.Шестакова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 390 с.: ил.

5.Технология обучения студентов в ВУЗе: Учебное пособие для студентов магистратуры. Под ред. Г.И.Синицыной. –Омск, 2002

6.Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов/Н.Д.Угринович. – 2-е изд. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.- 511 с.: ил.

7.М.М.Поташник. Требование к современному уроку. Методическое пособие. – М.: Центр педагогического образования., 2007

ПО «Малая экспертная система 2.0» http://www.chat.ru/~bukhnin/

Электронная энциклопедия Википедия http://ru.wikipedia.org

Электронный глоссарий http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?Rdqxvlwyt:l!xoxyls:

Литература для учащегося:

1.Информатика: Учебник.-3-е перераб. Изд./Под ред Н.В.Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2005

2.Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник.-СПб.: Питер, 2000

3.Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов/Н.Д.Угринович. – 2-е изд. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.- 511 с.: ил.

Электронная энциклопедия Википедия http://ru.wikipedia.org

Электронный глоссарий http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?Rdqxvlwyt:l!xoxyls:

Образовательные результаты, которые буду достигнуты учащимися

В результате изучения цикла уроков по теме «Экспертные системы. Создание учебных экспертных систем» учащиеся должны

иметь представление о:

• экспертных системах и областях их использования;

• функциях выполняемых каждым членом коллектива разработчиков экспертных систем;

• социальной значимости экспертных систем;

знать:

• определение экспертной системы;

• инструментарий для создания экспертных систем;

• этапы разработки экспертной системы;

уметь:

• создавать учебную экспертную систему;

• составлять кластер, проспект, тезаурус;

• графически организовывать информацию;

Почему ваш урок можно назвать "Уроком будущего"?

Многие педагоги-исследователи, рассуждая об особенностях урока будущего, сходятся во мнении, что одной из главных черт такого урока будет преобладание развивающей функции, ориентация на создание взаимосвязанной и целостной картины мира в сознании ребенка. [7]. Данная серия уроков наряду с формированием у ученика представления об экспертных системах и особенностях их применения и т.д. (конкретные знания по конкретной теме) способствует также развитию у учащихся навыков критического мышления, анализа, синтеза и совершению других логических операций (надпредметные общеучебные умения). Кроме этого, обязательный этап рефлексии на каждом уроке способствует развитию самосознания личности (способность к рефлексии является необходимой для строительства ребенком своей жизненной программы), а проведение заключительного занятия в форме деловой игры помимо развития ключевых компетенций способствует также социализации ребенка. Использование учителем активных методов обучения, которые характеризуются принудительной активизацией мышления учащихся, длительным по времени вовлечением обучающихся в учебный процесс, повышением степени мотивации и эмоциональности учеников, позволяет привести учащихся к самостоятельной творческой выработке решения и служат развитию личности ребенка.

На основании всего вышеперечисленного мы полагаем, что наш цикл уроков может быть уроками будущего.