План факультативу "Штучний інтелект"

    

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

У факультативному курсі «ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ» розглядаються методи та інструменти ефективного пошуку знань відповідної предметній галузі. Побудова простих і  складних пошукових запитів, пошук та переклад іншомовних матеріалів, аналіз запропонованого чи знайденого рішення та його структуроване використання  з подальшим спостереженням за змінами при його реалізації або впровадженні.  Курс спрямований на розвиток набутих нових компетенцій; поглиблення та зміцнення світоглядних, ціннісних орієнтацій в умовах ІКТ-насиченого середовища на основі особливих підходів до навчання старшокласників.

    Факультативний курс дуже важливий з точки зору опанування інформаційною культурою  ІКТ-сучасності, він є  потужним каталізатором в удосконаленні навчально-інформаційного процесу в освітньому закладі. Саме розвиток інформаційних  процесів, в яких застосовується експертні системи, спеціалізовані процесори  сприяє швидкому опануванню динамічних змін в модернізації обчислювальної, програмованої  та комп’ютерної техніки. У світлі сказаного не викликає сумнівів, що проникнення  експертних систем в усі сфери суспільно-корисної діяльності, вимагає від учителів інформатики оновлення змісту факультативного напряму навчання для спеціалізованих класів.  Мета даного курсу розвивати компетенції дослідницької роботи у старшокласників, а саме навчити ефективно знаходити необхідне знання або рішення з використанням комп’ютерної техніки, планувати ефективну дослідницьку діяльність відповідно до наступних етапів: 1)накопичення інформації про предметну область; 2)структурування даних; 3) збереження та аналіз структурованих даних; отримання інформації з даних, як першого продукту дослідницької роботи; 4)фаза прийняття рішення на основі аналізу;  5) виконання прийнятого рішення для отримання бажаного результату.

Програма факультативного курсу «ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ» є профільним навчальним пошуково-дослідницьким проектом  в освітньому середовищі старшої ланки загальноосвітніх шкіл-гімназій, гімназій, ліцеїв з фізико-математичним та гуманітарним  профілем навчання. Програма курсу створена у співробітництві з освітніми організаціями різних країн Польщі, Угорщини, Германії, США. Програму адаптовано до Державних освітніх стандартів України та навчальних програм, до вимог та основних положень «Концепції профільного навчання» та «Галузевої програми впровадження профільного навчання на 20016-2020 роки». Курс розрахований на 16 годин і складається з розділів:

1. Знання – джерело інтелекту (8 години).

2. Експертні системи(6 годин).

3. Узагальнення знань слухачів практикуму(2 годин).

Пошуково-дослідницька діяльність дуже зручна і корисна під час навчання, організація та управління експериментом у школі добре вивчені й детально висвітлені в працях таких вчених, як В.С.Безрукової, В.І.Загвязінського, В.В.Краєвського, А.М.Новікова, Т.Г.Новікової, Н.В.Нємової, А.Г.Сиденко, М.Н.Скаткіна, В.А.Сластьоніна, М.М.Поташника, Т.І.Шамової, І.Д.Чечель та інших. У даному курсу структура розробленої моделі формування дослідницьких умінь школярів ЗНЗ складається з трьох основних модулів: науково-теоретичного, операційно-дієвого і критеріально-оцінного. Процес формування навиків включає діагностику та аналіз вихідного рівня дослідницьких знань та вмінь, а також проектування, планування, організацію й регулювання процесу формування вмінь та оцінку досягнутих результатів.

Факультативний курс «Штучний інтелект» передбачає позна­йомити, учнів з одним із провідних складників сучасної прикладної та теоретичної галузі інформатики – інформаційним програмним забезпеченням для пошуку і дослідів, з поняттями розумна програма, архітектура бази даних(форми, запити, таблиці, модулі, звіти), умовно-логічні та контекстні моделі бази знань, маркетинговий алгоритм, джерела інформаційних процесів як сукупність алгоритмів опрацювання інформації різних форматів, програмне забезпечення комп'ютера (softwarе), комп'ютерна інтелектуальна система діагностики з службовим та прикладним програмним забезпеченням. Кус передбачає ознайомлення слухачів  з термінологією і методів створення математичного забезпечення(для формалізації виводу та рішення) експертних систем різних типів на сучасному етапі розвитку  інформаційних технологій.

Мета факультативного курсу полягає у поглибленні знань учнів про сучасний стан і досягнення в галузі штучного інтелектуальних систем, формуванні вмінь і навичок моделювання інформаційних одиниць та констру­ювання складних інформаційних об'єктів, оволодінні способами графічного зображення моделей, засвоєнні знань про типи баз даних різної будови та призначення.

 Навчальний курс «ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ» за програмою призначений для роботи з учнями 10-11 класів школи загальноосвітніх навчальних закладів за рахунок варіативної частини навчальних планів (факультативи, курси за вибором, спецкурси). Можливе впровадження програми за рахунок годин, відведених в школі на гурткову роботу, а також для позашкільних навчальних закладів та під час навчальної практики. 

Виховні і кваліфікаційні завдання курсу:

·              формування в старшокласників умінь та навиків досліджень протиріч у предметній області, пошуків і рівнів занурення в предметну область, оперувати структурованими  знаннями  та уявленнями  про інформаційний світ, кваліфікаційні характеристики контексту інформації, про ринок праці та можливості використання інформаційно-комунікаційних технологій в різних професіях;

·              формування в старшокласників знань про джерела інформації та початкових навичок з самодіагностики, вміння ідентифікувати та визначати за допомогою тестів  свої евристики, інтереси, нахили, використовуючи для цього різноманітні ресурси (друковані ЗМІ та веб-матеріали); 

·              формування життєвих та прикладних особистісно-життєтворчих, соціалізуючих, комунікативних, інтелектуальних,  інформаційних навичок;

·              розвиток в старшокласників уміння самостійно за допомогою використання різноманітних ресурсів (Інтернет, друкований словник та електронний довідники, інші учасники курсу) опановувати комп’ютерні технології для вирішення конкретних дослідницький та проектних завдань;

·              формування в учнів умінь застосовувати інформаційно-комунікаційні технології для розв’язання проектних завдань  з дослідження проблем та виконання проектів, пов’язаних з професійним розвитком особистості та соціальних  проблем;

·              формування навичок оцінювання, само та взаємоперевірки згідно визначених та наданих критеріїв оцінювання виконаної роботи та діяльності; 

Основне практичне завдання курсу «ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ» полягає в розширенні навчального, виховного, пошуково-дослідницького та творчого досвіду старшокласників при опануванні відомостей про складну системну  організацію.  Впровадити в навчання інформаційну технологію пошуково-дослідницької діяльності, з підвищенням загальної математичної та лінгвістичної культури, яка є базовою для успішного навчання протягом усього життя.

Програма курсу «ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ» складається з двох термінів: «ЗНАННЯ – ДЖЕРЕЛО ІНТЕЛЕКТУ» (І семестр) та «ЕКСПЕРТНІ СИСТЕМИ» (ІІ семестр). 

У першій частині основна увага приділяється:

·               використанню моделювання знань як інструменту для накопичення досвіду, а також матеріальної та інформаційної бази дослідницької діяльності;

·               належної організації і технології проведення пошуків та дослідів в предметній галузі;

·               виробленню якісних критеріїв оцінювання отриманих знань, етичних та правових питань та їх розбіжностей при конфліктах;

·               доцільному використання методів конструювання та  інструментів нечіткої логіки в обраній дослідницькій проблемі в  наукових мережах(середовищах);

·               визначенню основних пошуково-дослідницьких завдань, цілей, результатів проекту(пошуку, дослідження);

·               виділенню головних складових етапів дослідницького проекту;

·               укладання творчих контрактів між учасниками дослідницького проекту;

·               укладання планів діяльності, визначенню та розподілу термінів та шляхів ефективного виконання проекту;

У другій частині основна увага звертається на:

·          різні способи організації експертних систем та спільнот або сукупного інтелекту групи спеціалістів;

·          використання службових, прикладних програмних технологій як інструменту для генерування експертиз  дослідницьких проектів з відповідних тем;

·          використання навичок і умінь кожного учня для вирішення психо-емоційних проблем, для позитивного впливу на інших учасників спільноти;

·          використання учасниками спільнот лідерських якостей та сильних сторін інших для досягнення спільної мети дослідницького проекту;

·          виявлення здатності до порозуміння на базі широких інтересів творчої спільноти;

·          вироблення соціальних навиків співіснування в різних культурних та різномовних середовищах експертних мереж;

·          розуміння потреби навчатися протягом усього життя;

·          встановлення позитивної творчої атмосфери в учнівській мережі;

·          залучення до спільної  справи, розподілення різних ролей на найвищому рівні  відповідальності за отриманий результат.

Програма курсу передбачає диференційоване та дистанційне навчання за курсом. Для кожного дослідницького завдання та пошуку передбачений базовий рівень виконання завдань та додаткові практичні завдання для учнів, які мають кращі комп’ютерні навички. 

Для викладання факультативно курсу  наставники мають володіти методикою моделювання творчої мережі учнівських спільнот і бути вправними фасилітаторами.

Дослідницька     діяльність – вища форма самоосвітньої діяльності старшокласника. Фор­мування науково-дослідниць­ких умінь у старшокласників – процес складний й тривалий. Він не виникає на порожньому місці і не розвивається сам по собі. А тому завдання вчителя-керівника:

·           поступово й методично правильно формувати пошуко­во-дослідницькі навички;

·           здійснювати постійний кон­троль за підготовкою учнями пошуково-дослідних робіт;

·           аналізувати і виправляти помилки;

·           визначати найкращі, най­ефективніші шляхи виконання роботи, розчленовувати її на певні складові та розділи, нав­чаючи учнів поєднувати дослід­ницьку діяльність з науковою;

·           з'ясовувати можливості подальшого застосування ре­зультатів роботи.

Однією з умов успішного виконання пошуково-дослідної роботи учнів є дослідження ме­тодами навчання з елементами наукових методів пізнання(дослідів над моделями), а також відповідність віковим та розумовим особливостям роз­витку школяра. Занадто складні та довготривалі для розуміння проблеми юним дослідни­ком або ж зовсім недоступні, або їх методи розв'язання настільки пробле­мні, що можуть спричинити втрату інтересу до виконання пошуково-дослідної діяльності (ПДЦ).

Одним із перших кроків учителя-керівника ПДД є вивчення науково-пізнавальних інтересів учнів, що впливає як на вибір теми дослідження, так і на саму роботу. Не секрет, що навіть надзвичайно цікава тема, зу­мовлена лише потребами часу або нав'язана учневі вчителем, не сприятиме успішному вико­нанню роботи. Пріоритетним, визначальним фактором у ви­борі теми є стійкий пізнаваль­ний інтерес до неї дослідника і його бажання внести щось нове в її розкриття.

В організації пошуково-до­слідної роботи учнів слід дотри­муватися кількох принципів:

·               дослідницька діяльність учнів наближена до науково-дослідницької діяльності, є її по­чатком і, як правило, має про­довження в подальшій науковій діяльності;

·               зміст дослідження обо­в'язково має поєднуватися з навчальною метою, загальними потребами суспільства та проб­лемами сьогодення;

·               наукове дослідження – не­перервний процес, його не можна виконати за декілька днів;

·               науково-дослідницька діяльність – обов'язково керо­ваний процес.

Учитель-наставник:

·               навчає методики дослі­дження;

·               консультує учня в процесі пошукової та дослідницької роботи;

·               визначає методику, шляхи розв'язання поставлених проб­лем, враховуючи інтелектуальні та психологічні особливості ди­тини;

·               оцінює здобуті результати.

У здійсненні продуктив­ного учнівського дослідження обов'язкове поєднання керо­ваної дослідницької діяльності із самостійною, са­моосвітньою діяльністю учня, яка є основою інтелектуального зростання дитини, формування її творчої особистості.

Велике значення у вивченні навчального матеріалу і проб­лематики курсів за вибором має самостійна робота учнів, що є однією з форм навчаль­но-дослідницької діяльності. Вона ґрунтується  на вивченні навчальної, наукової, науково-популярної літератури, мемуа­ристики, публікацій у газетах, журналах, архівних, музейних матеріалів.

Завдання дослідницької роботи  – не лише дати учням  певні знання, а й навчити їх викорис­товувати, а в разі необхідності  – творчо опрацьовувати, аналі­зувати отриману інформацію. У зв'язку з цим здійснення пошу­кових досліджень у творчій мережі до­цільно поєднувати з розвитком творчої особистості.

Пошуково-дослідницька діяльність учнів у гімназії здій­снюється за трьома основними напрямами.

Перший – це розвиток нау­кового та інтелектуального мис­лення учня і майбутнього спе­ціаліста, що досягається низкою спеціальних заходів, методів і дій під час навчального проце­су: відповідні завдання, різноманітні формати творчої співпраці учнів і вчителів в гімназії тощо.

Другим напрямом розвит­ку наукової роботи слід вва­жати позаурочну діяльність: олімпіади, інтелектуальні ігри, конкурси, екскурсії тощо. Так здійснюється постійний розвиток колектив­ного наукового мислення, який значною реалізує творчий потенціал обдарованих дітей гімназії.

Третім самостійним напря­мом пошуково-діяльності шко­лярів, є їхня участь у конферен­ціях та роботі МАНу. Тут ідеться вже про індивідуальну наукову діяльність, яку треба вважати найвищим рівнем вияву творчості для гімназис­тів. Вона регламентована спе­ціальними вимогами.

Четвертий – це досліджен­ня в галузі педагогічного про­цесу моделювання лабораторій та інформаційно-дослідницького середовища, де об'єктами вивчення є креативні якості вчителя і творчий потенціал обдарованої дитини. Створення портфоліо дитини і учителем за результами досліджень.

Отже, концептуально пошу­ково-дослідницьку діяльність слід розглядати як цілісну гнучку індивідуальну педагогічно-ви­ховну систему, в процесі функ­ціонування якої здійснюється розвиток творчих здібностей, самостійного здобування знань, реалізація особистістю права на становлення, значущість і вплив.

Педагогічне керівництво організацією пошуково-дослід­ної роботи в гімназії визначене Положенням про індивідуальну пошуково-дослідницьку діяль­ність учнів гімназії і побудоване на принципах:

·      мотиваційно-цільовому, що ґрунтується на важливості вияву бажання пізнавати нове самими вчителями та учнями. Для цього необхідно спиратися на їхні потреби та інтереси;

·      гуманізації та рівноправ­ності у спілкуванні педагогів та гімназистів – «іду на Ви», вихо­вання взаємоповаги, взаємо-довіри, віри в значущість пошу­ково-дослідницької діяльності, довіри особистості, прийняття її особистих поглядів, запитів та інтересів, створення макси­мально сприятливих умов для розкриття та реалізації здібнос­тей кожної дитини;

·      самореалізації та само­визначення особистості – зо­середження зусиль на мобілі­зації самостійної активності гімназистів, здатності визнача­ти мету та завдання найбіль­ше відповідають її внутрішній сутності, реалізувати свої здіб­ності, таланти та індивідуаль­ність;

·      розвивальної зорієнтованості – спрямованості всіх ком­понентів освітнього процесу на досягнення   найефективнішого розвитку пізнавальних, пошуко­вих і дослідницьких можливос­тей дитини з урахуванням рів­ня її особистісного розвитку та особливостей;

·      зустрічних зусиль учителя та учня в процесі пошуково-дослідницької діяльності  –  перетворення вчителя (наукового керівника) на партнера, який допомагає і навчає дитину пошуково-дослідницької діяль­ності: визначати мету і зміст діяльності, способи досягнення мети, напрями пошуку необхід­ної інформації з теми та шляхів її отримання;

·      індивідуалізації та пер­соніфікації — навчання й набут­тя необхідних знань за індиві­дуальною програмою віднос­но особистісних успіхів учнів, орієнтованої на мету, поставле­ну перед дослідником, його ін­дивідуальні потреби, яка врахо­вує досвід та рівень підготовки дитини, її здібності та інші особистісні чинники;

·      розвитку творчого потен­ціалу особистості — становлен­ня та розвитку цілісної особис­тості, для якої творче ставлення до обраної справи є органічною складовою, що поєднує процес навчання й самостійного набут­тя знань з розвитком пошуково-дослідницьких умінь, емоційної сфери, вихованням та виявом почуттів, абсолютною свобо­дою творчих дій, рішень тощо;

·      розвитку морально-вольо­вої сфери особистості — здатності самостійно вирішувати поставлені завдання, визна­чати проблему, бачити найоптимальніші шляхи її реалізації, брати на себе відповідальність за обрану справу, її кінцевий результат, володіти своїми по­чуттями як у разі перемоги, так і в разі невдачі.

Психологічний аспект керівництва науково-дослід­ницькою діяльністю полягає у вихованні особистості, станов­ленні її самоствердження. Саме в основі психологічного аспекту виявляється розвиток індивіду­альних особливостей дитини, які формуються протягом пошу­ково-дослідницької діяльності учня.

Інтелектуальний аспект становлення юного дослідника визначається через такі цін­ності, як уява, аналітичність, критичність, уміння порівнюва­ти і робити особисті висновки й т. ін., що, безперечно, впливає на результати всіх етапів до­слідження.

Емоційно-мотиваційний аспект перетворює пізнаваль­ний дослідницький інтерес на стимул, який допомагає гімна­зистові свідомо та емоційно за­лучатися в процес пошукового дослідження.

З метою визначення та аналізу інтересів та захоплення гімназистів, мотивації й стиму­лювання їхньої пошуково-до­слідницької діяльності на по­чатку і наприкінці навчального року здійснюється психолого-педагогічне спостереження та аналіз, що передбачає:

·               Анкетування   (тестування).

·               Визначення інтересів та за­хоплень ліцеїста.

·               Діагностику.

·               Мотивацію діяльності та обраної теми.

·               Прогнозування резуль­татів.

·               Спостере­ження за про­цесом дослід­ження.

·               Консульта­тивну допомогу.

·               Корекцію процесу та ос­новних моментів дослідження.

Формування пошуково-до­слідницьких умінь учнів 10 – 11-х  класів   ліцею  – процес  копіткий, складний і тривалий, тому його успіх значною мірою залежить від самоорганізації  школярів.  Зазначимо, що завдання вчителя  –  під­готувати дитину до значущої процесуальності дослідження. Зрозуміло, педагог-керівник, повинен не тільки володіти су­купністю сучасних знань, добре   орієнтуватися   в   сучасних методиках і технологіях, знати історію й нинішні тенденції роз­витку предмета дослідження, а й передусім бути вправним со­ціальним психологом, що вміло вибудовує свої стосунки з школярами.

Від стосунків, які склада­ються між керівником та до­слідником,  залежить емоційне самопочуття, психофізіологічна адаптація до нового виду діяль­ності –  пошуково-дослідниць­кої, формування працездат­ності, самостійності, пізнаваль­них інтересів, прагнення дити­ни до досягнення найкращого результату, що активізує вибір напряму дослідної роботи.

Зауважимо, що у процесі розвитку ІКТ-компетентності старшоклаників у пошуково-дослідній співпраці у колективі, найбільш важливою формою роботи є практичні заняття, які проводяться після осмислення теоретичного матеріалу. На практичних заняттях реалізується як дослідницька інструкція так і організоване керівництво навчальною діяльністю слухачів з боку наставника, так і управління освітньою діяльністю слухачами курсів заради підвищення  умінь і навиків. У ході практичного заняття можуть бути «зруйновані установки», стереотипне мислення і поведінка, що перешкоджають розвитку ІКТ-компетентності слухача, а також обґрунтовані і сформульовані новітні цілі.

Ті чи інші методи навчання наставник обирає з урахуванням вікових обставин і умов навчального процесу. Вибір розвивального навчання залежить, насамперед, від цілей  навчання, які є основним критерієм вибору. Наступними факторами, що впливають на вибір способу є: особливості дидактичного матеріалу, що вивчається; кількість відведеного часу на вивчення матеріалу; рівень підготовленості слухачів; їх вікові і психологічні особливості; матеріально-технічна і програмна оснащеність кабінету; рівень теоретичної і практичної підготовленості самого викладача. 

Орієнтовне календарно-тематичне планування

факультативного курсу «Штучний інтелект»

№	ТЕМА ТА ЗМІСТ ЗАНЯТЬ	Кількість годин	Дата
	1.ЗНАННЯ – ДЖЕРЕЛО ІНТЕЛЕКТУ	12
1	Класичні моделі представлення знань. Представлення знань у вигляді правил (продукційна модель). Переваги  та недоліки продукційної моделі представлення знань.	1	12.01
2	Фреймова модель представлення знань. Представлення знань у вигляді атрибутів та їх значень (фреймова модель). Переваги  та недоліки фреймової моделі представлення знань.	1	19.01
3	Модель семантичної  мережі. Представлення знань у вигляді семантичної мережі. Представлення знань у вигляді орієнтованого графа, об’єктів(вершин), відношення між ними(ребер) (семантична модель). Переваги  та недоліки семантичної моделі представлення знань.	1	26.01
4	Представлення знань у вигляді логічної моделі(моделі резолюцій). Представлення знань у вигляді резолюцій, формальних виводів (логічна модель). Переваги  та недоліки логічної моделі представлення знань.	1	02.02
5	Множинне визначення інтелекту. Його відмінності від алгоритму.	1	09.02
6	Історія розвитку систем штучного інтелекту.	1	16.02
7	Характеристики інтелектуальних задач систем штучного інтелекту. Основні напрями в розвитку систем штучного інтелекту	1	23.02
8	Підходи до побудови систем штучного інтелекту. Логічний підхід до побудови систем штучного інтелекту	1	02.03
9	Підходи до побудови систем штучного інтелекту. Структурний підхід до побудови штучного інтелекту.	1	09.03
10	Підходи до побудови систем штучного інтелекту. Еволюційний підхід побудови систем штучного інтелекту.	1	16.03
11	Підходи до побудови систем штучного інтелекту.  Імітаційний підхід побудови систем штучного інтелекту	1	23.03
12	Допоміжні системи нижнього рівня в створенні систем штучного інтелекту. Нейробонічна позиція науковців створення систем штучного інтелекту.	1	06.04
	2. ЕКСПЕРТНІ СИСТЕМИ	6
13	Історія виникнення і методи створення експертних систем. Практика використання експертних систем.	1	13.04
14	Визначення та призначення експертних систем. Класифікація експертних систем. Порівняння відмінностей експертних систем від традиційних. Поняття експерта.	1	20.04
15	Статистичні і динамічні експертні системи їх особливості. Типи задач, що розв'язуються експертними системами. Структура експертної системи. Основні підсистеми.	1	27.04
16	Послідовність виконання етапів розробки експертної системи. Основні режими роботи експертних систем. Вимоги до розробки експертних систем.	1	04.05
17	Поняття генетичного алгоритму. Еволюційна теорія. Поняття природного відбору в генетичному алгоритмі. Основні поняття генетики живих організмів і їх аналогії в технічній реалізації у алгоритмі.	1	11.05
18	Модель штучного нейрону. Поняття штучних нейронних мереж. Будова клітини нейронної системи живих організмів, принципи її роботи.	1	18.05
19	Узагальнення та систематизація знань слухачів факультативного курсу.  Методи класифікації знань і розпізнавання образів.	1	25.05