Ontological approach to managing adaptive training for specialist groups

全文:

Введение

В современном обществе существует проблема повышения эффективности процесса подготовки специалистов и его адаптации к динамично изменяющимся внешним и внутренним факторам, таким как изменение рынка труда, смена предпочтений потребителей, развитие перспективных технологий, индивидуальные особенности специалистов и др. Профессиональное образование нередко отстаёт от развития экономики, что приводит к дисбалансу подготовки специалистов и реальных потребностей общества [1].

На приобретение специалистами дополнительных компетенций, необходимых для решения поставленных работодателем задач, тратятся значительное время и материальные ресурсы. Для подготовки специалистов существует большое количество прикладных обучающих, в т.ч. интеллектуальных, систем (ИС) [2, 3], а также краткосрочных курсов переподготовки специалистов в соответствии с их устремлениями и возможностью вариации содержания [1].

Можно выделить проблему повышения эффективности подготовки специалистов организационно-технических систем (ОТС), выполняющих сложные задачи в составе групп в условиях, связанных с риском для здоровья и необходимостью адаптации процесса их подготовки к изменяющимся условиям деятельности. Осуществлять подготовку таких групп специалистов к выполнению задач в реальных условиях возможно только с использованием специальных тренажеров и технических средств.

Для повышения эффективности подготовки групп специалистов ОТС необходимо повышать качество и оперативность управления этим процессом, в т.ч. за счёт учёта индивидуальных психофизиологических особенностей (ПФО) каждого специалиста группы [4]. Учёт ПФО специалистов на этапах индивидуальной подготовки обусловливает необходимость гибкого изменения сценария подготовки специалистов непосредственно в процессе занятий.

Необходимость учёта имеющихся знаний, умений и индивидуальных особенностей каждого специалиста (различная скорость усвоения материала, потребность в различных подходах и методиках к обучению) при одновременной подготовке большого количества специалистов в составе групп обусловливает обработку руководителем занятия больших объёмов данных. С увеличением плотности потока поступающей информации, на основании которой необходимо принимать управляющее решение, психофизиологические возможности руководителя занятия снижаются [5]. Это определяет актуальность автоматизации процесса управления адаптивной подготовкой (АП) групп специалистов ОТС.

1  Автоматизация управления адаптивной подготовкой групп специалистов

Одним из путей повышения качества управления подготовкой групп специалистов является адекватный учёт индивидуальных ПФО каждого специалиста из состава группы в процессе адаптивного формирования для них управляющих воздействий [6-8].

В процессе проведения занятий наибольшие трудности возникают при адаптивном формировании учебно-тренировочных задач (УТЗ) для каждого специалиста группы с учётом их текущего уровня подготовленности и результатов выполнения предыдущих УТЗ (с учётом времени выполнения задачи, результатов её выполнения и совершённых ошибок).

Решение этих задач руководителем занятий занимает длительное время и обусловливает субъективизм оценки текущего уровня подготовленности обучаемых, на основе которой принимаются решения по формированию управляющих воздействий УТЗ, и анализа результатов их реализации и последующей корректировки.

Для обучаемых характерно забывание пройденного материала, что происходит индивидуально [7] и обусловливает неопределённость в достижении целей этапов подготовки. Изменение уровня подготовленности каждого специалиста в процессе обучения аппроксимируется соответствующей экспоненциальной функцией [8]. Руководителю занятия трудно учесть эти изменения при формировании индивидуальных управляющих воздействий в процессе занятия.

Поэтому на этапах групповой подготовки адаптивное индивидуальное управление приведёт к существенному увеличению времени на анализ, изменение и выработку управляющих воздействий в процессе подготовки обучаемых [4].

Эти факторы обусловливают необходимость автоматизации процесса управления АП групп специалистов за счёт разработки адаптивной системы управления (СУ) процессом подготовки, которая должна учитывать специфику предметной области (ПрО) и индивидуальные ПФО обучаемых специалистов (скорость приобретения и утраты знаний, умений и навыков).

Задача управления АП групп специалистов не может быть задана в числовой форме, её цели не могут быть выражены в терминах точно определённой целевой функции, не существует общего алгоритма её решения. Это позволяет отнести названную задачу к классу слабоструктурированных или неформализованных задач [2].

Автоматизация процесса управления подготовкой может быть осуществлена с помощью ИС управления, построенной на основе модели ПрО и включающей знания о стратегиях и методах подготовки, предметах обучения и обучаемых [8-10]. Для формализации знаний ПрО АП групп специалистов ОТС целесообразно применение онтологического инжиниринга [11].

2  Метаонтология адаптивной подготовки групп специалистов

Метаонтология АП групп специалистов (MetOap) является моделью знаний и представляет собой онтологию верхнего уровня, включающую совокупность взаимосвязанных предметных онтологических моделей (ОМ): ОМ предметов АП (Op), ОМ объектов АП (Oop), ОМ ресурсов для АП (ORes), множество отношений между онтологиями (R_s), множество аксиом (Ax), позволяющих делать обобщённые выводы из совокупности атрибутов и отношений между классами (подклассами) и атрибутами.

$MetOap=⟨Stage,Goal,Op,Oop,ORes,R_s,Ax⟩$,

где $Stage$ – множество этапов АП (одиночная подготовка, подготовка в составе групп специалистов); $Goal$ – цели этапов АП групп специалистов.

Op представлена в виде (см. также рисунок 1)

Рисунок 1 – Онтологическая модель предметов адаптивной подготовки

$Op=\left\{\begin{array}{l}{P}^{\left(b\right)}=\left\{P_1^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}{P}_q^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}{P}_Q^{\left(b\right)}\right\},q=\mathrm{1,}\mathrm{...,}Q,b=\mathrm{1,}\mathrm{..,}B;\\ P_q^{\left(b\right)}\leftrightarrow \left\{\begin{array}{l}A{p}_q^{\left(b\right)}=\left\{A{p}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}A{p}_{q,c}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}A{p}_{q,C}^{\left(b\right)}\right\},c=\mathrm{1,}\mathrm{...,}C;\\ C{L}_q^{\left(b\right)}=\left\{c{l}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}c{l}_{q,p}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}c{l}_{q,P}^{\left(b\right)}\right\},p=\mathrm{1,}\mathrm{...,}P;\\ R{c}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{c}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{c}_{q,l}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{c}_{q,L}^{\left(b\right)}\right\},l=\mathrm{1,}\mathrm{...,}L;\\ R{s}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{s}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{s}_{q,m}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{s}_{q,M}^{\left(b\right)}\right\},m=\mathrm{1,}\mathrm{...,}M;\\ R{p}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{p}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{p}_{q,s}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{p}_{q,S}^{\left(b\right)}\right\},s=\mathrm{1,}\mathrm{...,}S;\end{array}\right.\\ A{p}_{q,c}^{\left(b\right)}\leftrightarrow F{p}_{q,c}^{\left(b\right)}=\left\{F{p}_{q,c_1}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}F{p}_{q,c_j}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}F{p}_{q,c_J}^{\left(b\right)}\right\},j=\mathrm{1,}\mathrm{...,}J,\end{array}\right.$

где $P^{\left(b\right)}=\left\{P_1^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}{P}_q^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}{P}_Q^{\left(b\right)}\right\}$ – множество элементов АП (предметов, тем, занятий, изучаемых понятий и отрабатываемых умений);

$P_{}^{\left(1\right)}=\left\{P_1^{\left(1\right)}\mathrm{,...,}{P}_q^{\left(1\right)}\mathrm{,...,}{P}_Q^{\left(1\right)}\right\}$;

$P_q^{\left(1\right)}\leftrightarrow P_q^{\left(2\right)}=\left\{P_{q\mathrm{,1}}^{\left(2\right)}\mathrm{,...,}{P}_{q,f}^{\left(2\right)}\mathrm{,...,}{P}_{q,F}^{\left(2\right)}\right\},f=\mathrm{1,}\mathrm{...,}F$;

$P_{q,f}^{\left(2\right)}\leftrightarrow P_{f_q}^{\left(3\right)}=\left\{P_{f_q\mathrm{,1}}^{\left(3\right)}\mathrm{,...,}{P}_{f_q,i}^{\left(3\right)}\mathrm{,...,}{P}_{f_q,I}^{\left(3\right)}\right\},i=\mathrm{1,}\mathrm{...,}I$;

$P_q^{\left(b\right)}=⟨N_q,G{Z}_{kz}^{\left(q\right)},G{U}_{ku}^{\left(q\right)},w_q⟩$,

где N_q – имя q-го элемента АП;

$G{Z}_{kz}^{\left(q\right)}=\left\{g{z}_{kz\mathrm{,1}}^{\left(q\right)}\mathrm{,...,}g{z}_{kz,n}^{\left(q\right)}\mathrm{,...,}g{z}_{kz,N}^{\left(q\right)}\right\},$$kz=\mathrm{1,}\mathrm{...,}KZ,n=\mathrm{1,}\mathrm{...,}N$ – множество обобщённых гранул знаний, содержащихся в q-м элементе АП;

$g{z}_{kz,n}^{\left(q\right)}$ – атомарная гранула знаний, представляющая собой семантически неделимое понятие ПрО (например, определение);

$G{U}_{ku}^{\left(q\right)}=\left\{g{u}_{ku\mathrm{,1}}^{\left(q\right)}\mathrm{,...,}g{u}_{ku,v}^{\left(q\right)}\mathrm{,...,}g{u}_{ku,V}^{\left(q\right)}\right\},$$ku=\mathrm{1,}\mathrm{...,}KU,v=\mathrm{1,}\mathrm{...,}V$ – множество обобщённых гранул умений, содержащихся в q-м элементе АП;

$g{u}_{ku,v}^{\left(q\right)}$ – атомарная гранула умений, представляющая собой элементарную операцию, являющуюся составной частью действий, выполняемых специалистом при решении задач.

Множество обобщённых гранул знаний и умений формируется в результате процесса информационной грануляции содержания АП и группирования атомарных гранул знаний и умений на различных ${\alpha }_i$-уровнях по семантической близости [12, 13]. Полученная таким образом иерархическая структура является основой при построении дерева целей АП.

$w_q$ – степень влияния элемента АП на достижение частной цели подготовки, определяемая с помощью модели, разработанной на основе метода анализа нечётких иерархий с адаптивным согласованием данных [14];

$g{z}_{kz,n}^{\left(q\right)}=⟨N_{kz,n}^{\left(q\right)},T_{kz,n}^{\left(q\right)},Re{s}_{kz,n}^{\left(q\right)},w_{kz,n}^{\left(q\right)}⟩$, $g{u}_{ku,v}^{\left(q\right)}=⟨N_{ku,v}^{\left(q\right)},T_{ku,v}^{\left(q\right)},Re{s}_{ku,v}^{\left(q\right)},w_{ku,v}^{\left(q\right)}⟩$,

где $\raisebox{1ex}{${\displaystyle N_{kz,n}^{\left(q\right)}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\displaystyle N_{ku,v}^{\left(q\right)}}$}\right.$  – имя n-й гранулы знаний/v-й гранулы умений;

$\raisebox{1ex}{${\displaystyle T_{kz,n}^{\left(q\right)}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\displaystyle T_{ku,v}^{\left(q\right)}}$}\right.$  – время, необходимое для изучения n-й гранулы знаний/v-й гранулы умений;

$\raisebox{1ex}{${\displaystyle Re{s}_{kz,n}^{\left(q\right)}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\displaystyle Re{s}_{ku,v}^{\left(q\right)}}$}\right.$ – ресурсы, необходимые для изучения (отработки) n-й гранулы знаний/v-й гранулы умений;

$\raisebox{1ex}{${\displaystyle w_{kz,n}^{\left(q\right)}=\left[\mathrm{0...1}\right]}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\displaystyle w_{ku,v}^{\left(q\right)}=\left[\mathrm{0...1}\right]}$}\right.$ – степень влияния n-й гранулы знаний/v-й гранулы умений на достижение частной цели подготовки нижнего уровня иерархии;

$A{p}_q^{\left(b\right)}=\left\{A{p}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}A{p}_{q,c}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}A{p}_{q,C}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество атрибутов элементов АП (имя элемента АП, множество атомарных гранул знаний и атомарных гранул умений, степень влияния элемента АП на достижение частной цели подготовки, время, необходимое для овладения элементом АП);

$C{L}_q^{\left(b\right)}=\left\{c{l}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}c{l}_{q,p}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}c{l}_{q,P}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество частных целей, соответствующих элементам АП, образующих дерево целей (например, занятию, входящему в определённую тему, соответствует частная цель, а предмету подготовки может соответствовать конечная цель подготовки).

$сl_{q,p}^{\left(b\right)}=⟨N{c}_p,F{c}_p,w{c}_p⟩$,

где $N{с}_p$ – имя p-й частной цели;

$F{c}_p:P_q^{\left(b\right)}\to c{l}_{q,p}^{\left(b\right)}$ – функция отображения элементов АП частным целям;

$w{c}_p$ – степень значимости p-й частной цели нижнего уровня иерархии цели более верхнего уровня иерархии, определяемая с помощью модели, разработанной на основе метода анализа нечётких иерархий с адаптивным согласованием данных [14];

$R{c}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{c}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{c}_{q,l}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{c}_{q,L}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество иерархических отношений (отношение «часть-целое») между элементами АП на различных уровнях;

$R{s}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{s}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{s}_{q,m}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{s}_{q,M}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество отношений причинно-следственной зависимости между элементами АП на b-м уровне иерархии (последовательное изучение и отработка тем, занятий, понятий и умений);

$R{p}_q^{\left(b\right)}=\left\{R{p}_{q\mathrm{,1}}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{p}_{q,s}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}R{p}_{q,S}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество отношений влияния элементов АП нижнего уровня на элементы более высокого уровня;

$R{p}_{q,s}^{\left(b\right)}=\left\{rp{l}_{q,s}^{\left(b\right)},rp{m}_{q,s}^{\left(b\right)},rp{s}_{q,s}^{\left(b\right)}\right\}$,

• где $rp{l}_{q,s}^{\left(b\right)}$ – отношение слабого взаимовлияния между элементами АП (означает, что для достижения родительской вершины желательно владеть знаниями и умениями дочерней вершины, но не является обязательным), степень влияния элемента АП на достижение частной цели подготовки w_q < 0.4;
• $rp{m}_{q,s}^{\left(b\right)}$ – отношение среднего взаимовлияния между элементами АП (означает, что для достижения родительской вершины желательно владеть знаниями и умениями дочерней вершины), при этом степень влияния элемента АП на достижение частной цели подготовки лежит в интервале 0.4 ≤ w_q < 0.7;
• $rp{s}_{q,s}^{\left(b\right)}$ – отношение сильного взаимовлияния между элементами АП (означает, что для достижения родительской вершины необходимо владеть знаниями и умениями дочерней вершины), при этом степень влияния элемента АП на достижение частной цели подготовки лежит в интервале 0.7 ≤ w_q ≤ 1.

Критерии взаимовлияния между элементами АП определены на основе метода экспертных оценок и не противоречат программам подготовки и накопленному опыту подготовки групп специалистов.

$F{p}_{q,c}^{\left(b\right)}=\left\{F{p}_{q,c_1}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}F{p}_{q,c_j}^{\left(b\right)}\mathrm{,...,}F{p}_{q,c_J}^{\left(b\right)}\right\}$ – множество ограничений атрибутов элементов АП.

$Oop$ представлена в следующем виде (см. также рисунок 2).

Рисунок 2 – Онтологическая модель объектов адаптивной подготовки

$Oop=$$\left\{\begin{array}{l}O{P}^{\left(d\right)}=\left\{O{P}_1^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}O{P}_v^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}O{P}_V^{\left(d\right)}\right\},v=\mathrm{1,}\mathrm{...,}V,d=\mathrm{1,}\mathrm{..,}D;\\ O{P}_v^{\left(d\right)}\leftrightarrow \left\{\begin{array}{l}Ao{p}_v^{\left(d\right)}=\left\{Ao{p}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ao{p}_{v,r}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ao{p}_{v,R}^{\left(d\right)}\right\},r=\mathrm{1,}\text{\hspace{0.33em}}\mathrm{...,}R;\\ Ro{c}_v^{\left(d\right)}=\left\{Ro{c}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ro{c}_{v,u}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ro{c}_{v,U}^{\left(d\right)}\right\},u=\mathrm{1,}\mathrm{...,}U;\end{array}\right.\\ Ao{p}_v^{\left(d\right)}\leftrightarrow Rv{p}_v^{\left(d\right)}=\left\{Rv{p}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Rv{p}_{v,g}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Rv{p}_{v,G}^{\left(d\right)}\right\},g=\mathrm{1,}\mathrm{...,}G,\end{array}\right.$

где $O{P}^{\left(d\right)}=\left\{O{P}_1^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}O{P}_v^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}O{P}_V^{\left(d\right)}\right\}$ – множество объектов АП (отдельные специалисты, группы специалистов);

$Ao{p}_v^{\left(d\right)}=\left\{Ao{p}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ao{p}_{v,r}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ao{p}_{v,R}^{\left(d\right)}\right\}$ – множество атрибутов объектов АП;

$Ro{c}_v^{\left(d\right)}=\left\{Ro{c}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ro{c}_{v,u}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Ro{c}_{v,U}^{\left(d\right)}\right\}$ – множество иерархических отношений (отношение «часть-целое») между объектами АП;

$Rv{p}_v^{\left(d\right)}=\left\{Rv{p}_{v\mathrm{,1}}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Rv{p}_{v,g}^{\left(d\right)}\mathrm{,...,}Rv{p}_{v,G}^{\left(d\right)}\right\}$ – множество отношений соответствия между атрибутами объектов АП и элементами АП онтологии предметов подготовки.

$ORes$ имеет следующий вид (см. также рисунок 3).

Рисунок 3 – Онтологическая модель ресурсов для адаптивной подготовки

$ORes=$$\left\{\begin{array}{l}Res=\left\{Re{s}_1\mathrm{,...,}Re{s}_i\mathrm{,...,}Re{s}_I\right\},i=\mathrm{1,}\mathrm{...,}I;\\ Re{s}_i\leftrightarrow \left\{\begin{array}{l}A{r}_i^{}=\left\{A{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}A{r}_{i,kr}^{}\mathrm{,...,}A{r}_{i,KR}^{}\right\},kr=\mathrm{1,}\mathrm{...,}KR;\\ Ro{r}_i^{}=\left\{Ro{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}Ro{r}_{i,qn}^{}\mathrm{,...,}Ro{r}_{i,QN}^{}\right\},qn=\mathrm{1,}\mathrm{...,}QN;\end{array}\right.\\ A{r}_i^{}\leftrightarrow \left\{\begin{array}{l}Rv{r}_i^{}=\left\{Rv{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}Rv{r}_{i,gt}^{}\mathrm{,...,}Rv{r}_{i,GT}^{}\right\},gt=\mathrm{1,...,}GT;\\ F{r}_i^{}=\left\{F{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}F{r}_{i,e}^{}\mathrm{,...,}F{r}_{i,E}^{}\right\},e=\mathrm{1,...,}E,\end{array}\right.\end{array}\right.$

где $Res=\left\{Re{s}_1\mathrm{,...,}Re{s}_i\mathrm{,...,}Re{s}_I\right\}$ – множество ресурсов, необходимых для отработки элементов АП;

$Re{s}_i=\left\{Ire{s}_{i,rs},Mre{s}_{i,re}\right\},rs=\mathrm{1,}\mathrm{...,}RS,re=\mathrm{1,}\mathrm{...,}RE$,

где $Ire{s}_{i,rs}=\left\{Ire{s}_{rs\mathrm{,1}}\mathrm{,...,}Ire{s}_{rs,nm}\mathrm{,...,}Ire{s}_{rs,NM}\right\},nm=\mathrm{1,}\mathrm{...,}NM$ – множество информационных ресурсов (литература, видеоматериалы и т.п.);

$Mre{s}_{i,re}=\left\{Mre{s}_{re\mathrm{,1}}\mathrm{,...,}Mre{s}_{re,zs}\mathrm{,...,}Mre{s}_{re,ZS}\right\},zs=\mathrm{1,}\mathrm{...,}ZS$ – множество материальных ресурсов (реальная техника, технические средства обучения и т.п.);

$A{r}_i^{}=\left\{A{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}A{r}_{i,kr}^{}\mathrm{,...,}A{r}_{i,KR}^{}\right\}$ – множество атрибутов ресурсов для АП;

$Ro{r}_i^{}=\left\{Ro{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}Ro{r}_{i,qn}^{}\mathrm{,...,}Ro{r}_{i,QN}^{}\right\}$ – множество иерархических отношений (отношение «часть-целое») между ресурсами для АП;

$Rv{r}_i^{}=\left\{Rv{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}Rv{r}_{i,gt}^{}\mathrm{,...,}Rv{r}_{i,GT}^{}\right\}$ – множество отношений соответствия между атрибутами ресурсов для АП и элементами АП онтологии предметов подготовки;

$F{r}_i^{}=\left\{F{r}_{i\mathrm{,1}}^{}\mathrm{,...,}F{r}_{i,e}^{}\mathrm{,...,}F{r}_{i,E}^{}\right\}$ – множество ограничений атрибутов ресурсов для АП.

$R_s=\left\{R_{s_1}\mathrm{,...,}{R}_{s_{jn}}\mathrm{,...,}{R}_{s_{JN}}\right\},jn=\mathrm{1,}\mathrm{...,}JN$ – множество отношений соответствия между предметными онтологиями;

$Ax=\left\{A{x}_1\mathrm{,...,}A{x}_h\right\}$ – множество аксиом, позволяющих делать обобщённые выводы из совокупности атрибутов и отношений между классами (подклассами) и атрибутами метаонтологии.

3  Практическое применение

Для практического решения задач управления АП групп специалистов разработанная метаонтология реализована в среде Protégé. С помощью запросов на языке SPARQL осуществляется процесс получения необходимой для руководителя занятий информации об обучаемых специалистах для планирования мероприятий их АП.

Пример запроса о составе группы и выполняемых функциях специалистов в группе представлен на рисунке 4. Результаты запроса выводятся в виде таблицы, что позволяет руководителю занятия оперативно планировать мероприятия АП независимо от специфики задач, выполняемых группой обучаемых. Для руководителя занятия имеется возможность с использованием запросов к метаонтологии уточнять информацию о наличии определённых знаний и умений у обучаемых.

Рисунок 4 – Пример запроса к метаонтологии о составе группы

На рисунке 5 приведён пример запроса к метаонтологии о специалистах, изучивших требования безопасности. По результатам запроса руководителю занятия выводится информация о членах группы, изучивших этот вопрос.

Рисунок 5 – Пример запроса к метаонтологии о специалистах, изучивших требования безопасности

Для автоматического обновления информации о пройденных этапах АП в разработанной метаонтологии сформированы правила на языке SWRL. Правила позволяют автоматически обновлять информацию о полученных каждым обучаемым знаниях и умениях в процессе АП и представлять информацию (перечень атомарных гранул знаний и умений) руководителю занятия об оставшихся этапах для каждого обучаемого группы.

На рисунке 6 представлен пример правила, которое определяет требуемые знания для продолжения подготовки согласно сформированному дереву целей.

Рисунок 6 – Пример правила, которое определяет требуемые знания для продолжения подготовки

На рисунке 7 представлены результаты АП специалиста (оценки атомарных гранул знаний и умений в соответствии с деревом целей).

Рисунок 7 – Результаты адаптивной подготовки специалиста

Документирование полученных результатов позволяет руководителю занятия делать выводы о процессе АП, динамике овладения знаниями и умениями каждым обучаемым группы и дифференцированно формировать для них управляющие воздействия с учётом текущих результатов.

Все данные об обучаемом, получаемые из метаонтологии, хранятся в цифровом двойнике объекта подготовки $S{P}_q$

$S{P}_q=⟨I{D}_{S{P}_q},L{K}_{S{P}_q},Y_{te{k}_m}^{S{P}_q}\left(t\right),C{S}_{S{P}_q},T{R}_{S{P}_q}⟩$,

где $I{D}_{S{P}_q}$ – идентификатор q-го специалиста;

$L{K}_{S{P}_q}$ – индивидуальные ПФО специалиста, определяемые моделями приобретения и утраты навыков [15];

$Y_{te{k}_m}^{S{P}_q}\left(t\right)$ – текущий уровень подготовленности q-го специалиста на m-м этапе подготовки, оцениваемый в соответствии с руководящими документами об организации подготовки групп специалистов и методиками оценки;

$C{S}_{S{P}_q}$ – цифровой след q-того специалиста (результаты прохождения этапов подготовки по различным дисциплинам);

$T{R}_{S{P}_q}$ – эталонный сценарий подготовки q-того специалиста.

Эталонный сценарий подготовки формируется на основе дерева целей, где каждой частной цели соответствуют обобщённые гранулы знаний и обобщённые гранулы умений. Выбор цели и эталонного сценария зависит от заданного времени на подготовку групп специалистов. Поэтому целью АП может быть цель не самого верхнего уровня α_n, а частная цель уровня α_(n-1). В этом случае содержание подготовки определяется в соответствии с отношением влияния элементов АП нижнего уровня на элементы более высокого уровня.

Получаемый с помощью метаонтологии в соответствии с деревом целей перечень необходимых знаний и умений используется при формировании сценарно-информационной модели процесса АП в виде упорядоченной последовательности элементов для прогнозного моделирования достижимости цели АП. Сценарно-информационная модель представляет собой множество возможных сценариев АП для каждого специалиста и группы в целом путём объединения индивидуальных сценариев отдельных специалистов группы. В результате моделирования выбирается рациональный сценарий и осуществляется процесс подготовки специалистов. Сценарий представляет собой структуру процесса АП групп специалистов в виде последовательности атомарных гранул знаний и атомарных гранул умений с учётом уже имеющихся у специалиста знаний и умений в усовершенствованной нотации ARIS, предназначенной для моделирования бизнес-процессов.

При отработке сценария АП групп специалистов фиксируются полученные результаты в виде оценок по четырёх бальной шкале и ошибки, допускаемые специалистами группы при выполнении алгоритма деятельности, которые учитываются при адаптации сценария к текущим результатам.

Заключение

Предложен подход к решению задач управления процессом АП групп специалистов, который позволяет учитывать изменяющиеся внешние и внутренние факторы, а также динамику изменения уровня качества подготовки специалистов и изменять сценарий обучения с учётом текущей ситуации. Для реализации предложенного подхода разработана мета-онтология - модель знаний ПрО, отражающая взаимосвязи между предметами, объектами АП и ресурсами, необходимыми для проведения АП.

Разработанная метаонтология позволяет повысить качество решения задач поиска, сбора, агрегирования и анализа исходной информации для процесса интеллектуального управления АП групп специалистов ОТС за счёт сформированных SWRL-правил и SPARQL-запросов.

作者简介

Igor Frolov

编辑信件的主要联系方式.
Email: igor-frolov-81@mail.ru

Cand. Sci. (Tech.), Lecturer of the department

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

2. Figure 1 - Ontological model of adaptive training subjects

下载 (491KB)

索引源数据

3. Figure 2 - Ontological model of adaptive training objects

下载 (243KB)

索引源数据

4. Figure 3 - Resource ontological model for adaptive training

下载 (203KB)

索引源数据

5. Figure 4 - An example of a meta-ontology query about the composition of a group

下载 (232KB)

索引源数据

6. Figure 5 - An example of a meta-ontology query about specialists who have studied security requirements

下载 (256KB)

索引源数据

7. Figure 6 - An example of a rule that defines the required knowledge to continue training

下载 (459KB)

索引源数据

8. Figure 7 - The results of adaptive training of a specialist

下载 (402KB)

索引源数据