В общем случае под экспертной системой понимают систему, способную заменить человека-эксперта при решении некоторых задач определенной предметной области [1, с. 4]. В состав экспертной системы обычно входят компоненты, способные формировать базу знаний предметной области, правила по которым предметные знания связаны друг с другом, «решатель» различных задач и «объяснитель» решений. Такой набор составляющих экспертной системы позволяет разработчику, заполнив базу знаний, определив набор правил предложить пользователю вариант(ы) решения задачи с объяснением. Базы знаний, разработанные в ЭС, могут применяться совместно с механизмом логического вывода. Механизм логического вывода снабжен набором средств отладки для проверки и поддержки  базы знаний.

Если рассматривать применение экспертных систем в обучении, то следует учитывать методику обучения, которая должна быть заложена в правилах обработки знаний, с целью диагностировать знания учащегося и управлять процессом обучения.

Перед студентами была поставлена задача разработать оболочку экспертной обучающей системы, позволяющей изменять базу знаний и вести диалог между системой и обучаемым, чью глубину знаний и навыков необходимо оценить. Была разработана
программа (экспертная система – оболочка) для того, чтобы включить эксперта, обладающего определенными знаниями в какой-либо предметной области в разработку прикладной программы. ЭС содержит два основных компонента: во-первых, систему формирования знаний, которая позволяет экспертам конструировать базы знаний для использования в обучающих программах; и, во-вторых, механизм логического вывода, чтобы применить базы знаний для непосредственного использования (рис. 1). Интерфейс программы достаточно простой и понятный, реализован в среде Visual Basic. Система формирования знаний – это раздел программы, в котором накапливаются экспертные знания предметной области, необходимые для наполнения базы знаний без помощи инженера по знанию. Обычно при разработке прикладной программы экспертной системы сбор знания проводится вручную инженером по знанию, который задает специалистам в проблемной области ряд вопросов, чтобы сформировать базу знаний. Это – длительный и трудоемкий процесс. Экспертная система
помогает специалисту в предметной области создавать базу знаний самостоятельно, не прибегая к помощи инженера по знанию. Для этой цели используется пошаговая методология приобретения и представления знаний. ЭС
выполняет функции инженера по знаниям, позволяя пользователю сосредоточиться на структурировании своих знаний.

Рисунок 1. Экспертная система

В ЭС используются модели знаний проблемной области на разных уровнях обобщения. Наиболее общая из этих моделей образуют сеть объектов (категорию). Все, что соответствует знанию эксперта, должно быть названо как объект (термин). В ЭС, объектом (термином) может быть все, над чем производятся действия, что может рассматривать эксперт (то есть, данные, наблюдения, переменные, гипотезы, заключения, концепции, и т.д.) как знания. Каждый объект (термин) принимает набор значений (ключевых слов), определенных специалистом в данной предметной области. Таким образом, формирование базы знаний происходит в следующем порядке:

• шаг 1. создается объектная сеть объектов (терминов),
  
• шаг 2. создается сеть правил, связывающих объекты (термины) между собой.
  

Первый шаг в структурировании знания – назвать объекты (термин) и связать их вместе в сеть объектов. Объекты связаны, когда значение, связанное с одним объектом (целью) может влиять на значение, связанное с другим объектом (термин). Вместе наборы объектных связей составляют сеть объектов (категорию). Поскольку фактические значения объектов (терминов) не рассматривается, связь объектов (терминов) в сеть представляет собой очень общую модель,  иллюстрирующую область приложения (категорию), которая включается в список категорий после создания и сохранения базы знаний, причем имя категории и имя базы знаний идентичны. Таким образом, первым шагом в создании базы знаний будет – выбор преподавателем определенной категории и обозначение группы терминов, которые будут включены в эту категорию (см. рис. 1).

Следующим шагом в структурировании знаний является группировка объектов (терминов), связанных в сеть объектов – пакеты, для которых могут формироваться правила. Чтобы завершить спецификации правила, необходимо определить возможные значения, которые каждый объект (термин) должен принимать. Эти значения используются для определения как самих объектов в непосредственной реализации обучающей экспертной системы, так и точной природы зависимости между объектами (терминами) (рис. 2).

Также очень часто в созданных базах знаний для экспертных систем необходимо вносить дополнения или изменения, чтобы не создавать базу знаний заново. Для этого сначала необходимо просмотреть всю базу (рис. 3), а потом уже вносить изменения. Это также предусмотрено в ЭС. Преподаватель-эксперт может загрузить уже существующую базу знаний, просмотреть ее и внести необходимые изменения с сохранением. При этом корректируя базу, преподавателю (эксперту), достаточно в списке выделить необходимый термин и удалить его, а для добавления термина работает тот же алгоритм, что и при создании базы знаний (рис. 2).

Рисунок 2. Создания базы знаний

Система формирования знаний в ЭС представляет собой процесс накопления знаний эксперта предметной области. Формируемая база знаний должна быть подвергнута формализации с целью однозначной обработки с помощью правил.

Рисунок 3. Просмотр базы знаний

База знаний может содержать несколько модулей в своем составе. Обучающая функция ЭС должна включать возможности контроля и оценки знаний учащегося с целью выявлений пробелов в изученном материале. Учитывая, что система формирования знаний является ядром ЭС, необходимо сосредоточиться на последующих стадиях доступа к этим знаниям, оптимального извлечения знаний и адекватной обработке знаний. Процесс проектирования ЭС подчиняется традиционному способу поэтапной разработки информационных систем [2, с.13] .

Таким образом, автоматизация обучения с использованием ЭС является востребованным инструментом повышения уровня усвоения учебного материала учащегося и, как следствие, демонстрацией возможности самостоятельно управлять образовательным процессом с учетом особенностей обучающегося. Диалоговый способ взаимодействия ЭС и учащегося раскрывает педагогический смысл дружественного интерфейса, выхода из системы в любой момент времени, а также предоставления помощи в случае необходимости.

Различаются потребности в обучении компьютерным навыкам и разные категории слушателей: учащиеся начального, среднего и высшего образования, приобретают компетенции в сфере информационно-коммуникационных технологий  (ИКТ-компетенции) при изучении основной образовательной программы. И только некоторые из них стремятся расширить свои знания в этой области как раз за счет дополнительного образования. Работающее население также в настоящее время практически повсеместно использует в своей деятельности ПК и только карьерный рост, смена или поиск работы, общение, получение информации и услуг двигают ими в направлении приобретении дополнительных ИКТ-компетенций. Ещё одна категория потребителей компьютерных навыков – это люди пожилого возраста, неработающие пенсионеры, желающие быть в курсе и владеть современными информационными технологиями. Для каждой категории слушателей существует свой набор ИКТ-компетенций, в зависимости от курсов повышения квалификации, которые они закончили.

Представляют интерес исследования причин и мотивов, побуждающих слушателей повышать уровень компьютерных знаний, приобретать новые ИКТ-компетенции. К таким причинам относятся расширение возможностей применения ИКТ-компетенций в сферах, не связанных с работой в форме досуга, общения, взаимодействия с органами государственной власти. Также, для работающих, важным мотивом обучиться на компьютерных курсах стало положительное влияние данных курсов на их трудоустройство и карьеру. Доступность и разнообразие учебных компьютерный курсов  позволяют  приобрести  ИКТ-компетенции и  навыки  или  повысить  их  уровень независимо от возраста, уровня образования и компьютерной подготовки.

В Ярославском филиале РЭУ им. Г.В.Плеханова в центре дополнительного образования [2] работают курсы компьютерной направленности (табл. 1), которые относятся к повышению квалификации.

Таблица 1. Компьютерные курсы

Для каждого курса разработана учебная программа, включающая описание целей и задач курса, наименование разделов и тем, которые будут изучены, продолжительность и форма обучения, а также информация о том, какой документ будет выдан по окончании курсов.

Приведенные в табл. 1 программы повышения ИКТ-компетенций включают перечень знаний, умений и навыков, которые слушатель должен приобрести в процессе изучения курса. Для каждого курса он свой, специфический, отражающий требования к результатам освоения программы. Также следует различать уровни ИКТ-компетенций для разных категорий слушателей. Имеет существенное значение входной уровень потенциального слушателя компьютерных курсов, который будет базовым для прохождения курса. Для его определения проводится входное тестирование на выявление имеющихся знаний, умений и навыков с целью наиболее эффективного распределения по группам и построения траектории обучения. ИКТ-компетенции определяются как описание профессиональной деятельности по каждому курсу.

Рассмотрим два учебных курса «Введение в Web -дизайн» и «Графика и Web -технологии», имеющих общую составляющую – Web–технологии. По результатам освоения данных курсов слушатель должен знать и уметь:

• Планировать концепт дизайна шаблона, страниц и каркаса сайта;
• Создавать, редактировать и оптимизировать изображения для Web -формата;
• Разрабатывать различные визуальные решения;
• Создавать эффективную и интуитивно понятную навигацию сайта;
• Создавать схему сайта по сетке и выстраивать оптимальное соотношение текста и графики;
• Оптимально применять необходимые элементы дизайна.

Проверить полученные ИКТ-компетенции можно в результате выполнения самостоятельной работы по итоговым темам курсов. Если разработанный проект дизайна какого-либо объекта получился и соответствует требованиям данной технологии, то преподаватель отмечает наличие конкретных умений и навыков слушатели и может их оценить. Оценка происходит в процессе контроля и проверки самостоятельной работы. Насколько слушатель умеет анализировать Интернет-пространство, имея в распоряжении сведения и материалы по заданию, сможет разработать готовое решение. Каждый этап самостоятельного задания оценивается по баллам. Набрав определенное количество баллов по каждому критерию можно оценить уровень освоения тем каждого из курсов.

В период с 18.02.16 по 12.05.16 по курсу «Введение в Web -дизайн» прошли обучение 10 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 2.

Таблица 2. Результаты освоения курса «Введение в Web -дизайн»

Анализ табл. 2 показывает, что большинство (60-70 %) слушателей успешно справились с учебным курсом. 30% слушателей имеют некоторое отставание по различным темам, связанным с оптимизацией сайта и его дизайном.

В период с 18.02.16 по 25.04.16 по курсу «Графика и Web -технологии» прошли обучение 7 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 3.

Таблица 3. Результаты освоения курса «Графика и Web -технологии»

Анализ табл. 3 показывает, что большинство (75-85 %) слушателей успешно справились с учебным курсом и только 15-25% слушателей имеют некоторое отставание по различным темам, связанным с навигацией сайта и его дизайном.

В результате освоения курса «Основы компьютерной грамотности» слушатель должен освоить ИКТ-компетенции, связанные со знанием основ работы с информацией, устройств обработки, ввода, вывода и хранения информации, виды устройств передачи информации, разновидности программного обеспечения. В ходе выполнения итогового задания на проверку требуемых практических знаний слушатель должен уметь:

• запускать различные программы,
• набирать текст в текстовом редакторе, редактировать (форматировать) текст, используя возможности текстового редактора,
• открывать и сохранять документы в различных программах,
• корректно завершать работу с программами и операционной системой,
• создавать таблицы и диаграммы в редакторе электронных таблиц.

Профессиональные компетенции должны позволить слушателю, успешно окончившему курс, иметь навыки работы с компьютером как средством получения, обработки и управления информацией, а также уметь работать с традиционными носителями информации, распределенными базами данных и знаний. В случае неполного выполнения самостоятельной работы по курсу, преподаватель отмечает, какие компетенции не были поняты слушателем и дополнительно объясняет необходимый материал. Повторная сдача задания улучшает качество передачи знаний, демонстрирует индивидуальный подход.

В период с 11.04.16 по 26.04.16 по курсу «Основы компьютерной грамотности» прошли обучение 15 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 4.

Таблица 4. Результаты освоения курса «Основы компьютерной грамотности»

Анализ табл. 4 показывает, что большинство (60-70 %) слушателей успешно справились с учебным курсом и получили базовые навыки работы с компьютером, но 30-40% слушателей не очень хорошо научились завершать работу с программами, имелись случаи выхода из программ без сохранения данных. Также надо отметить, что расчетные данные в электронных таблицах также вызывали затруднения у слушателей. Можно сделать вывод о том, что по данной программе следует разработать отдельный курс.

Слушатель, освоивший программу «Основы информационной безопасности», должен: обладать профессиональными компетенциями, включающими в себя способность:

• Разрабатывать и реализовывать политики информационной безопасности;
• Устанавливать технические средства защиты.

Он должен владеть технологиями защиты информации, уметь:

• Разрабатывать требования к уровню защиты данных в компьютерных системах;
• Устанавливать средства защиты информации, такие как межсетевые экраны, средства антивирусной защиты, средства криптографической защиты данных при хранении и передаче  т.д.;
• Выявлять уязвимости в компьютерных системах.

Оценка качества освоения данной программы строится на следующих знаниях:

• Базовые понятия и теоретические основы информационной безопасности;
• Основные классы методов и средств защиты информации в компьютерных системах;
• Основные стандарты, связанные с информационной безопасностью.

Оценка ИКТ-компетенций по данному курсу осуществляется путем решения практической задачи, состоящей из тестовых заданий. Для выполнения поставленной практической задачи  слушатель должен владеть знаниями теоретических и практических вопросов по курсу обучения и использованию полученных результатов.

В период с 05.05.16 по 10.05.16 по курсу «Основы информационной безопасности» прошли обучение 15 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 5.

Таблица 5. Результаты освоения курса «Основы информационной безопасности»

Анализ табл. 5 показывает, что большинство (50 %) слушателей успешно справились с учебным курсом. Считается, что курс достаточно сложный, требуется увеличение количества часов на его освоение, т.к. вопросы безопасности данных для любого пользователя всегда актуальны.

Таким, образом, в целях развития системы непрерывного профессионального образования всё большее значение приобретает дополнительное профессиональное образование, в основу которого заложен компетентностный подход. Преимуществами здесь выступают вариативность содержания и форм обучения, а также ориентация на приобретение знаний, необходимых для профессиональной деятельности. Представляет интерес развитие компьютерных курсов по системе ДПО с использованием электронного обучения и сетевого взаимодействия, особенно это актуально в настоящее время, когда в РФ происходит процесс импортозамещения во многих областях и сферах, в том числе и в программном обеспечении [3]. Обучение в любое удобное время, мобильность курсов, возможности онлайн и офлайн имеют большие перспективы, т.к. реализуются и для углубленного изучения ИКТ-компетенций и с помощью средств информационных технологий. Такой инновационный подход, заключающийся в комплексном сочетании сетевой организации обучения, подстраивания под заказ потребителя курсов будет способствовать развитию системы ДПО, повышению конкурентоспособности слушателей на рынке труда.

Возможность расширить свои знания, освоить новые технологии, смежные профессии позволяет любому слушателю выйти на новый уровень своей жизни как профессиональной, так и социокультурной. Человек, имеющий широкий кругозор по нескольким направлениям, интересен не только окружающим, но и привлекает внимание своего работодателя, как потенциальный работник на новую должность, предполагающий более широкие полномочия. Подобных высот можно достичь только способом непрерывного образования через всю жизнь. Такой вид дополнительного образования реализуют многие образовательные учреждения, предлагая слушателям актуальные программы подготовки/переподготовки по различным направлениям. Востребованность этого вида образования обусловлена постоянно меняющимися требованиями, как к основным профессиям, так и к сотрудникам предприятий и организаций, чьи работодатели идут в ногу со временем и новыми технологиями.

В Ярославском филиале РЭУ им. Г.В.Плеханова в центре дополнительного образования предлагаются компьютерные курсы, реализующие ИКТ-компетенции. В данной работе исследуется содержание этих курсов, выполнен анализ приобретения ИКТ-компетенций слушателям курсов в период обучения [2]. По результатам анализа предлагается внести изменения в содержание некоторых курсов, что значительно повысит качество усвоения материала, и, как следствие, ИКТ-компетенции слушателей курсов.

Развитие системы ДПО компьютерной направленности связано с новыми технологиями предоставления учебного материала, такими как «электронное обучение» и сетевое взаимодействие.

В настоящей работе в качестве объекта исследования выступает центр дополнительного образования Ярославского филиала РЭУ им. Г.В.Плеханова [3]. Основной целью деятельности Центра является организация обучения слушателей и создание условий для получения, обновления знаний. Сотрудники Центра совместно с преподавательским составом кафедр и подразделений разрабатывают образовательные программы подготовки и переподготовки по востребованным видам профессиональной деятельности, которая позволяет получить дополнительные знания, умения и навыки, необходимые для ведения нового вида профессиональной деятельности, а также обучение новым профессиям на базе уже имеющегося профессионального образования (высшего или среднего специального). По окончании выдается диплом, который дает право на ведение нового вида профессиональной деятельности.

В качестве предмета исследований в данной работе выступают ИКТ-компетенции, приобретаемые слушателями в процессе обучения на курсах дополнительного образования.

В Ярославском филиале РЭУ им. Г.В.Плеханова в центре дополнительного образования работают курсы компьютерной направленности (табл. 1), которые относятся к повышению квалификации [3].

Таблица 1. Компьютерные курсы

Для каждого курса разработана учебная программа, включающая описание целей и задач курса, наименование разделов и тем, которые будут изучены, продолжительность и форма обучения, а также информация о том, какой документ будет выдан по окончании курсов.

Рассмотрим подробно тематику каждого курса, приведенного в табл. 1.

В курсе «Компьютер PRO» слушатели получают знания повышенной сложности в сравнении с курсом «Основы компьютерной грамотности». В данном курсе необходимо освоить ИКТ-компетенции, связанные с профессиональным владением операционной системы Windows, папками, файлами, прикладными программами, дополнительными возможностями управления и настройки программ, работу с фотографиями. Также в курсе предлагается освоить программы для общения в социальных сетях.

В период с 12.05.16 по 19.05.16 по курсу «Компьютер PRO» прошли обучение 15 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 2.

Таблица 2. Результаты освоения курса «Компьютер PRO»

Анализ табл. 2 показывает, что практически все слушатели успешно справились с учебным курсом. Курс интересен тем, что раскрывает дополнительные возможности социализации слушателей.

Слушатели, освоившие курс «Мой навигатор по качеству жизни», приобретают в процессе обучения ИКТ-компетенции, которые позволят:

• уверенно общаться с персональным компьютером,
• самостоятельно создавать и форматировать текстовые документы и сохранять их в памяти компьютера,
• работать с устройствами внешней памяти компьютера (флэш-память),
• работать с электронной почтой,
• быстро находить в Интернете необходимую информацию и сохранять ее на жестком диске компьютера.

Слушатели также получат представление:

• об устройстве компьютера;
• об основных программах, необходимых домашнему пользователю;
• о файлах и папках, о способах подключения к сети Интернет,
• о возможностях общения в Интернете,
• об основных полезных Интернет ресурсах,
• об основных поисковых системах.

В период с 23.05.16 по 30.05.16 по курсу «Мой навигатор по качеству жизни» прошли обучение 15 человек. По результатам освоения программы курса и приобретения ИКТ-компетенций были получены данные, представленные в табл. 3.

Таблица 3. Результаты освоения курса «Мой навигатор по качеству жизни»

Анализ табл. 3 показывает, что практически все (более 80%) слушатели успешно справились с учебным курсом. Курс предоставляет возможности пожилым людям общаться посредством сети Интернет со своими близкими, живущими в других городах, пользоваться интересующей их информацией, развивать творческие способности. Все это в комплексе способствует улучшению качества жизни людей старшего поколения. Материал курсов разработан с учетом возрастных особенностей слушателей: обучение проходит в небольших группах, что создает возможность индивидуально заниматься с каждым, более подробно отвечать на вопросы, возникающие во время занятия. Предусмотрен оптимальный объем предлагаемой информации и методы подачи: изложение материала простым, доступным языком без профессиональной терминологии, визуальное сопровождение материала в виде презентации на большом экране, а также наличие учебного компьютера, на котором выполняются практические задания. В ходе обучения преподаватели рассказывают слушателям курсов о том, как пользоваться компьютером, набирать и редактировать текст, осуществлять самые распространенные действия в сети Интернет – отправлять и получать электронную почту, искать нужную информацию, оформлять подписку на новости и др. Люди старшего поколения осваивают, как при помощи современных интернет-технологий можно решать свои повседневные задачи, например, получать свежие новости, общаться с близкими и друзьями, следить за изменениями в пенсионном законодательстве и многое другое.

Повышение ИКТ-компетенций населения должно базироваться на использовании новых методов и средств, используемых в информационных технологиях. К ним относятся:

• Переход от стационарных компьютеров с локально хранимыми и используемыми прикладными программами  к мобильным устройствам  с закрытой операционной системой и виртуальными средами хранения данных;
• Упрощение пользовательского интерфейса, заключающегося в отсутствии возможности настраивать операционную систему и приложения;
• Перенос в облачные среды, как данных, так и средств их настройки.

Подобные изменения потребуют от пользователей в области ИКТ знаний и навыков в области обслуживания создаваемых ИКТ-ресурсов и систем.

Чтобы приблизить работу учащегося и автоматизированную обучающую систему (АОС) к естественному общению, в АОС  добавляют элементы искусственного интеллекта, тогда система приобретает вид экспертной системы (ЭС). В работе [1] рассмотрена ЭС, функции которой можно разделить на две части: преподавателя (эксперта) и учащегося (рис. 1). Преподаватель конструирует базу знаний, а учащийся в процессе диалога с системой проходит контроль усвоения специальных терминов предметной области. На базе этого контроля система определяет уровень знаний учащегося и выдает соответствующие рекомендации. Программа написана на языке Visual Basic, имеет теоретический материал и лабораторный практикум, также имеется встроенная система помощи для учащегося.

Распознавание образов как основа экспертизы. Распознавание образов представляет собой  работу  учащегося с ЭС. Она состоит из трех этапов. На первом этапе учащийся определяет категорию, в какой он собирается работать.  Это как раз и есть сеть объектов, созданных преподавателем. На втором этапе по ходу работы ЭС происходит диалог учащегося и программы. На этом этапе учащийся дает определения перечисленных терминов, а система определяет этот термин.  Для лучшего понимания системы учащимся и наоборот, программой предусмотрены  два подхода.

1. Система содержит образец работы учащегося и ЭС, его учащийся может просмотреть, нажав на кнопку «Образец».
2. Система содержит список с ключевыми словами, через которые даются определения (рис. 2).

Итак,  учащийся дает определение. Если определение дано верно, то оно появляется в поле для ввода, а также  отображается в столбце с терминами, которым учащийся  уже дал определение. Если определение дано неточно, или возможно, что такая трактовка подойдет  не к одному определению, то программа просит уточнить учащегося. Если определение неверно, то программа предлагает учащемуся попробовать еще раз. Если же определение в корне не верное, то ЭС просит учащегося перейти к другому определению. При этом программа исключает вариант неверного орфографического написания определения, проверяя орфографию определения.

Распознавание, ориентированное на факты. Одновременно работая с обучаемым, программа определяет уровень знаний учащего.

Во-первых, учащийся работает с терминами строго ограниченное время, из расчета 50 секунд на определение для одного термина (время просмотра образца работы не учитывается); во-вторых, также дается определенное количество попыток (две попытки на одно определение). По окончанию работы учащегося:

1. даны все определения;
2. закончилось время;
3. исчерпаны все попытки;

система выдает результат работы учащегося (его уровень знаний в данной предметной области). Появляется окно комментирования знаний учащегося. Возможны 4 варианта результатов по числу существующих оценок учащегося.

Высокий уровень знаний (рис. 3) – далее учащемуся за отлично выполненную работу предлагается  «поощрение» (разрешается просмотр видео фильмов) (рис. 4).

Хороший уровень знаний (рис.5) – учащемуся предлагается пополнить свои знания, неопределенных терминов, найдя их понятие через поисковую систему (рис. 6) и систему помощи (рис. 7).

Низкий уровень знаний – учащемуся советуется  найти значение неопределенных терминов в системе поиска, а также предоставляется возможность просмотра лекций по данной предметной области (рис. 8)

 Очень низкий уровень знаний – учащийся должен изучить лекции и проделать курс лабораторных работ по данной предметной области (рис. 9).

Рисунок 9.Обучающая система

Критерии оценки знаний в ЭС распределяются следующим образом:

• <= 50 % верно данных определений – очень низкий  уровень знаний;
• (50 ÷ 75) %  верно данных определений – низкий уровень знаний;
• (75 ÷ 90) % верно данных определений – хороший уровень знаний;
• (90 ÷ 100) % верно данных определений – высокий уровень знаний.

Управление процессом обучения представляет собой механизм взаимодействия учащегося и ЭС, при котором преподаватель конструирует базу знаний, а учащийся в процессе диалога с системой проходит контроль усвоения специальных терминов предметной области. На базе этого контроля система определяет уровень знаний учащегося и выдает соответствующие рекомендации.

Разработанный прототип ЭС включает в себя базу знаний по предметной области, методику обучения на основе диагностики знаний обучаемого, выявления и анализа ошибок. ЭС адаптирована под различные предметные области,   имеется возможность замены базы знаний. В процессе работы  с ЭС учебный материал предлагается в соответствии с уровнем полученных знаний, умений и навыков учащегося. Такой процесс обучения позволяет выбирать способ взаимодействия с системой, организовать помощь обучаемому на каждом этапе по его запросу, комментировать и советовать учащемуся действия выбора метода обучения.  При таком подходе индивидуализируется процесс обучения, ЭС является своего рода средством интенсификации образовательного процесса.

Взаимоотношение человека, общества и природы – одна из наиболее острых и актуальных проблем современности. Результатом все усиливающегося техногенного воздействия на природу и человека является возникновение зон чрезвычайной экологической ситуации. Одной из таких зон является г. Братск, где экологические проблемы начали решаться в конце 80-х годов XX века, когда были проведены основные научно-исследовательские работы по оценке воздействия источников загрязнений на природную среду и здоровье населения [1].

К настоящему времени сформировался научный задел результатов исследований экологических проблем г. Братска по направлениям:

• создание мониторинговой системы состояния окружающей среды;
• рациональное природопользование и возможность управления функционированием зоны чрезвычайной экологической ситуации.

Город Братск относится к крупным промышленным узлам Восточной Сибири. В нем расположено более 40 крупных и мелких промышленных предприятий деревообрабатывающей, металлургической промышленности и предприятий энергетики. По данным центра мониторинга загрязнения окружающей среды Иркутского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды г. Братск находится в списке городов России с наиболее высоким уровнем загрязнения воздуха около 10 лет. В атмосферу выбрасывается сложная смесь загрязняющих веществ, в том числе 1 и 2 класса опасности. Показатели загрязнения воздуха – это содержание в атмосфере выбросов бензаперена, формальдегида, диоксида азота и взвешенных веществ. Необходимо разрабатывать мероприятия по снижению уровня воздействия антропогенных факторов на окружающую среду, что входит в задачу мониторинга.

Управление природоохранной деятельностью, связанных с системой экологического мониторинга, включает проведение следующих мероприятий [2]:

- текущий учет изменений и контроль качества окружающей среды;

- прогноз изменений окружающей среды.

Экологический мониторинг представляет собой систему повторных наблюдений за элементами окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с определенными обстоятельствами.

Экологический мониторинг должен включает звенья разного уровня:

1.     Глобальный мониторинг, основан на международном сотрудничестве.

2.     Национальный мониторинг – общегосударственная система наблюдений.

3.     Региональный мониторинг – система наблюдений в регионах с острой экологической ситуацией.

4.     Локальный (импактный) мониторинг – наблюдения в зоне влияния предприятий.

5.     Фоновый мониторинг – наблюдения в районах, где исключена всякая хозяйственная деятельность.

Наиболее актуальными представляются следования, посвященные изучению влияния промышленных предприятий г. Братска на окружающую среду, т.е. импактному мониторингу.

Система мониторинга является информационным средством для принятия правильных решений по регулированию качества среды.

Составной частью комплексного мониторинга является мониторинг источников загрязнения (антропогенного воздействия). Под данным мониторингом понимаются наблюдения, оценка и прогноз количества и качества загрязнений, поступающих в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности природопользователей. Цель этого вида мониторинга – выявление антропогенных загрязнений. Мониторинг выявляет критические ситуации, критические факторы воздействия, наиболее подверженные этим воздействиям элементы биосферы. На рис.1 приведена классическая функциональная схема мониторинга [3], где показаны отдельные блоки системы мониторинга и связи между ними.

Рис. 1. Функциональная схема мониторинга.

Блоки “Наблюдения“ и “Прогноз состояния“ тесно связаны между собой, т.к. прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета.

С другой стороны, направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь). Одним из важнейших блоков является блок “Регулирование качества среды“, позволяющий активно влиять на экологическую ситуацию.

Система экологического мониторинга включает различные блоки, имеющие свои задачи и базу обеспечения:

а) мониторинг источников воздействия;

б) мониторинг факторов воздействия (химических, физических, биологических);

в) мониторинг состояния биосферы:

Экологическое состояние воздушного бассейна характеризуется содержанием выбросов в атмосфере. Выбросы в свою очередь претерпевают процесс рассеивания в атмосфере, который представляет собой сложную взаимосвязь множества параметров, имеющих различную физико-биологическую основу. При изменении различных параметров изменяется и характер рассеивания выбросов в атмосфере. Таким образом, воздушный бассейн в условиях длительного антропогенного воздействия можно рассматривать как сложную взаимосвязанную систему управления.

Начальным этапом экологического мониторинга является создание автоматизированной системы мониторинга, которая осуществляет сбор и представление достоверной информации о состоянии воздушного бассейна окружающей среды в пределах города. Представляемая информация формируется из данных необходимых заказчику системы мониторинга. Для данной разработки предполагается использование до 6 аналоговых параметров, представляемых для отчётной системы. Собираемые данные обрабатываются и представляются заказчику в удобном виде для дальнейшего анализа. Для мгновенных значений используется круговые диаграммы. Для накопленных данных система трендов.

Система мониторинга может использоваться для сбора информации о систематическом загрязнении окружающей среды промышленными предприятиями города, а также может использоваться в качестве предупреждающей системы о техногенных катастрофах.  Данная информация будет обновляться каждую минуту, что соответствует режиму реального времени. Система будет предоставлять достоверную информацию в пределах класса точности датчиков и будет независима от данных представляемых промышленными предприятиями.

Автоматизированная система мониторинга состоит из аппаратного и программного комплексов.

В аппаратный комплекс системы входят: датчики, устройство связи с объектом, приемо-передающее устройство, запоминающее устройство, источники бесперебойного питания (ИБП). Программный комплекс представляет собой серверную часть и язык программирования сбора данных.

Система предоставляет подробную информацию о загрязнении окружающей среды, поэтому используется аналоговые датчики. Использование приборов переведённых в разряд индикаторов возможно только при необходимости обоснованной заказчиком. При выборе аналоговых или дискретных датчиков отдаётся предпочтение отечественным разработкам в области приборостроения (метран, сапфир).

Устройство связи с объектом (УСО) обеспечивает снятие показаний с датчиков. Предполагается не более 8 датчиков, рекомендуемое значение 6 датчиков. Один из каналов предполагается зарезервировать для индикации целостности контура.

Приемо-передающее устройство снимает с УСО подготовленную для передачи на сервер информацию. Для систем мониторинга предпочтительно использование GSM сетей мобильной связи. При использовании системы для мониторинга окружающей среды с возможностью радиационного заражения в виду вероятности отказа GSM сети необходимо использование резервного канала связи. Таковым, возможно, использовать широкополосный доступ в Интернет, которым оснащены учебные заведения по президентской программе. Это возможно при условии расположения аппаратного комплекса в учебном заведении. Основной накопитель информации расположен на сервере. При передаче или сохранении информации на сервер может возникнуть кратковременный сбой. Во избежание потери данных при передаче будут использованы внутренние накопители данных, входящие в состав аппаратуры сбора данных, рассчитанные для хранения данных объёмом накопленных данных за 4 дня. Период времени достаточный для производства ремонтно-восстановительных работ. При выставлении жёстких требований необходимо использовать энергонезависимую память.

Для питания аппаратуры сбора данных (+5, -5, +12, -12 В) необходимо использование ИБП. В рабочем режиме ИБП питаются от рабочей сети напряжением 220 В. В аварийном режиме, должны переходить на аккумуляторную поддержку. Технические характеристики ИБП позволят поддерживать необходимый уровень напряжения во время отсутствия рабочего напряжения, а также при скачках напряжения и искажении, помехах в питающей сети.

Для представления информации заказчику необходимо аренда сервера. Для хранения данных их последующей работы с ними предлагается использование системы управления базами данных (СУБД) MySQL, так как данная СУБД не требует покупки лицензий. В качестве языка программирования РНР, так же относящегося к категории не требующих лицензий на использование. Данный выбор обеспечит требуемый уровень обработки и представления информации.

Для обеспечения опроса датчика или группы датчиков (в зависимости от требований заказчика), первичной обработки (для сохранения на внутреннем накопителе), передачи данных на сервер по каналам GSM сетей или шлюзов в Интернет, сбора внутренней информации об ошибках и сбоях в работе предлагается использование языка ассемблера для конкретных типов программируемых микроконтроллеров семейства PIC.

Для удобного представления мгновенных данных системы используется карта города с нанесённым на неё расположением датчиков. Показания датчиков представляются в виде круговых диаграмм. Количество секторов соответствует количеству датчиков. Цвета секторов: зеленый – показатели не превышают ПДК; красный – показатели превышают ПДК; желтый – наличие неисправности датчика либо отсутствие обмена данных (неверная контрольная сумма) (рис 2). В результате работы системы будут накоплены большие объёмы данных. Для удобного использования разработаны 24, 12 и 8 часовые тренды соответствующие требуемой дате (рис. 3 и 4)

Рис. 4. Пример тренда.

 Предложенную систему мониторинга окружающей среды можно считать универсальной, т.к. её применение будет зависеть только от используемых датчиков. Количество может быть увеличено в зависимости от требований заказчика. При наличии достаточного количества материальных средств возможно применение датчиков, измеряющих более одного параметра.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что в целях получения оперативной и достоверной информации о количестве выбросов, необходимо оснащать стационарные источники выбросов средствами их контроля. Система мониторинга может применяться не только для решения экологических проблем, но и использоваться для технологического мониторинга источника выбросов.