УДК 004.94

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В РАЗРАБОТКЕ АДАПТИВНОГО ОБУЧАЮЩЕГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Евсеева Юлия Игоревна1, Гудков Алексей Анатольевич2
1Пензенский государственный университет, аспирант кафедры «Системы автоматизированного проектирования»
2Пензенский государственный университет, кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы автоматизированного проектирования»

Аннотация
В данной статье рассматривается возможность применения технологии моделирования изменчивости в процессе автоматизации проектирования адаптивного обучающего программного обеспечения. Приводится описание данной технологии, а также обобщенная модель адаптивного обучающего приложения, разработанного на ее основе. Делается вывод о возможности дальнейшей работы в данном направлении.

Ключевые слова: автоматизация проектирования, модели характеристик, обучающее программное обеспечение


APPLICATION OF VARIABILITY MODELS IN THE DEVELOPMENT OF ADAPTIVE LEARNING SOFTWARE

Evseeva Yulia Igorevna1, Gudkov Alexei Anatolyevich2
1Penza State University Architecture and Construction, Postgraduate student of the CAD Department
2Penza State University Architecture and Construction, PhD in Technical Sciences, Assistant Professor of the CAD Department

Abstract
This article discusses the possibility of using variability modeling technology in the process of adaptive learning software automation design. Article provides a description of the technology, as well as a generalized model of adaptive learning application developed on its basis. It was concluded about the possibility of further work in this direction.

Keywords: computer-automated design, feature models, learning software


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Евсеева Ю.И., Гудков А.А. Применение моделей изменчивости в разработке адаптивного обучающего программного обеспечения // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 9. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/09/38292 (дата обращения: 02.06.2017).

Проблема автоматизации разработки обучающего программного обеспечения является немаловажной при решении ряда вопросов, связанных с областью электронного обучения. Эффективное решение данной проблемы позволит получить некоторые преимущества организациям, использующим в процессе своей работы или предоставляющим электронные образовательные технологии: сокращение времени на разработку необходимого для определенного учебного курса виртуального тренажера; возможность относительно простой реализации в разрабатываемых тренажерах свойства адаптивности, что позволит сделать процесс обучения более гибким и в меньшей степени требовательным к педагогическому контролю; возможность разработки обучающих программ без привлечения сторонних специалистов в области программирования.

Автоматизация синтеза обучающих программ, обладающих свойствами интеллектуальности и адаптивности, в настоящее время является одним из наиболее перспективных направлений в области разработки образовательного программного обеспечения (включая технологии дистанционного обучения). В области дистанционного обучения эти свойства особенно важны, так как обучающиеся проходят учебный курс без непосредственного контроля преподавателя. Свойство адаптивности обеспечивает индивидуализацию образовательного процесса.

В случае разработки программной платформы для синтеза и запуска адаптивного обучающего программного обеспечения, технология моделирования изменчивости [1, с.106] может быть весьма полезной. С помощью нее возможна реализация непосредственно самого свойства адаптивности. Все поведенческие вариации конкретного синтезируемого системой программного продукта могут быть определены с помощью моделей изменчивости (статически заданных заранее или динамически генерируемых), а сам продукт в состоянии определенной поведенческой реакции может быть представлен как отдельный экземпляр линейки программных продуктов [2, с. 225]. Сама же линейка программных продуктов – это некоторое множество всех реализованных в форме конкретного состояния программного продукта поведенческих реакции.

Модель линейки программных продуктов содержит информацию об изменчивости предметной области, которая чаще всего оценивается с точки зрения некоторых характеристик, которыми обладают продукты. Данные характеристики, как правило, рассматриваются пользователями как важные в описании и различении между собой продуктов линейки. Модель характеристик определяет характеристики линейки продуктов и их допустимых комбинаций. Данная модель имеет иерархическую структуру: у каждой модели характеристик есть одна корневая характеристика, и у каждой характеристики могут быть свои подхарактеристики.

Подхарактеристики могут быть обязательными или дополнительными, могут быть в группе Или-характеристик или альтернативных характеристик. Характеристику называют составной, в случае если она имеет подхарактеристику, в противном же случае характеристика называется примитивной.

В качестве  примера, иллюстрирующего описательные возможности моделей характеристик, приведем обобщенную поведенческую модель характеристик обучающего приложения, генерируемого с помощью системы синтеза адаптивных обучающих приложений (рис. 1). Как видно из рисунка, изменчивость в приложениях такого класса выражается в двух основных аспектах – геометрическом и поведенческом. В случае геометрической изменчивости речь идет о разном уровне детализации тех или иных трехмерных объектов в обучающем приложении.  Примером обучающего приложения, в котором немаловажную роль может играть геометрическая изменчивость, служит виртуальный операционный стол (обучаемому на разных уровнях сложности необходимо работать с разными уровнями детализации моделей внутренних органов).  Поведенческий аспект затрагивает алгоритмическую основу обучающего приложения. Например, на более высоких уровнях сложности приложение будет использовать дополнительные программные функции, отвечающие за поведение отдельных объектов в обучающем приложении. Примером использования такой изменчивости может послужить автосимулятор, в котором с возрастанием уровня сложности усложняется и делается более разнообразным поведение посторонних объектов на дороге.

Рисунок 1 -  Обобщенная поведенческая и геометрическая модель характеристик обучающего приложения

Существующие типы отношений между дочерними и родительскими  характеристиками представлены в табл.1.

Помимо иерархической структуры, многие нотации допускают также введение перекрестных ограничений. Перекрестное ограничение – это дополнительное ограничение (часто произвольная пропозициональная формула), накладываемое на характеристики модели. Даже если модель характеристик содержит несколько перекрестных ограничений, все они должны быть выполнены.

Модель характеристик может быть переведена в соответствующую пропозициональную формулу, которая оценивается как истинная только в том случае, если комбинация характеристик правильна. Формула, соответствующая всей модели характеристик, составляется путем объединения в единое выражение пропозициональных формул каждой конструкции в модели (см. табл. 2), перекрестных ограничений и формулы корневой характеристики. Итоговая пропозициональная формула является семантическим описанием модели характеристик, т.е. допустимых комбинаций функций.

Таблица 1 -  Типы отношений между родительскими и дочерними характеристиками в модели характеристик

Обозначение Наименование Описание
  Обязательная характеристика Дочерняя характеристика является обязательной
  Опциональная характеристика Дочерняя характеристика не является обязательной
  ИЛИ По меньшей мере, одна из представленных дочерних характеристик должна присутствовать в конечной конфигурации
  Исключающее ИЛИ Одна из представленных дочерних характеристик должна присутствовать в конечной конфигурации
  А требует В Реализация в конечном продукте характеристики A требует реализации характеристики B

Таблица 2 – Соответствие типа отношений характеристик в модели характеристик пропозициональной формуле

Элемент модели характеристик Пропозициональная формула
Дополнительная характеристика  
Основная характеристика  
Или-группа  
Альтернативная группа  

Соответственно, можно сказать, что модели, изображенной на рисунке 1, соответствует следующая пропозициональная формула:

Представление структуры обучающей программы в форме пропозициональной формулы имеет некоторые преимущества. Так, в дальнейшем возможна минимизация полученной формулы и, таким образом, оптимизация самой структуры составленной пользователем программы.

Другое преимущество подобного подхода заключается в возможности организации автоматического поиска противоречий в составленной структуре программы. С этой целью возможно, например, использование алгоритмов LTMS [3, c. 150].

За счет использования технологии моделирования изменчивости при построении платформы для синтеза и запуска адаптивных  обучающих систем достигается высокая модульность разрабатываемых в системе программных продуктов; обеспечивается возможность оперирования высокоуровневыми понятиями при разработке обучающего приложения; значительно снижается время, затрачиваемое на создание обучающей программы. Кроме того, рассмотренная методика при ее использовании в целях адаптации обучающего приложения к работе с конкретным пользователем позволяет обучающему приложению достаточно гибко приспосабливаться к индивидуальным особенностям каждого обучаемого.


Библиографический список
  1. J. Liebig, S. Apel, C. Lengauer, C. Kastner, and M. Schulze, “An Analysis of the Variability in Forty Preprocessor-Based Software Product Lines,” in Proc. Int’l Conf. Software Engineering (ICSE).  IEEE Computer Society, 2010.
  2. S. Apel, C. Kastner, and C. Lengauer, “FeatureHouse: Language-Independent, Automated Software Composition,” in Proc. Int’l Conf. Software Engineering (ICSE). IEEE Computer Society, 2009.
  3. McAllester, D.A. A three-valued truth maintenance system. MIT AI Lab. Memo 473, 1978.


Все статьи автора «Евсеева Юлия Игоревна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: