Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов и алгоритмов, обеспечивающих количественную оценку метапредметных и метакогнитивных навыков и умений на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых.

Номер контракта: 14.577.21.0135

Руководитель: Карпенко Анатолий Павлович

Должность: заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
интеллектуальная обучающая система; метапредметные, метакогнитивных и метакреативных умения и навыки; методы машинного обучения; модель поведения; ментально структурированный подход к обучению; модели стилей учения и способов мышления

Цель проекта:
Целью проекта является исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание системы количественной оценки метапредметных и метакогнитивных навыков и умений на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых

Основные планируемые результаты проекта:
В целом, разработанные в результате выполнения ПНИ подходы к целенаправленному формированию метапредметных, метакогнитивных и метакреативных умений и навыков в процессе обучения предназначены для совершенствования как отдельных типов навыков и умений обучающихся, так и целых комплексов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения прикладных научных исследований (ПНИ) ожидается получение следующих результатов:
- методика сбора данных о поведении обучаемых в различных пользовательских средах;
- методы, обеспечивающие количественную оценку метапредметных метакогнитивных и метакреативных навыков и умений обучаемых на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых;
- комплекс научно-технических решений в составе математических моделей и алгоритмов автоматизированной количественной оценки метакомпетенций обучаемых , типологии форм поведения обучаемых в образовательных средах, классификации обучаемых на основе их познавательных стилей и способов мышления, формирования предметно ориентированных групп обучаемых;
- реализация разработанных методов, моделей и алгоритмов в экспериментальном образце программного комплекса автоматизированной количественной оценки метакомпетенций обучаемых;
- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции на основе полученных технических решений с учетом технических возможностей и особенностей организации – Индустриального партнера.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Ожидаемые в результате выполнения ПНИ результаты могут быть использованы в интеллектуальных автоматизированных обучающих системах.
Ожидаемые результаты ПНИ явятся научно-методической основой для разработки интеллектуальной обучающей программной системы, предназначенной для автоматической оценки метапредметных, метакогнитивных и метакреативных навыков и умений обучающихся, а также для формирования и совершенствования этих умений и навыков в процессе обучения.
Применение разрабатываемых методов и алгоритмов, обеспечивающих количественную оценку метапредметных и метакогнитивных навыков и умений на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых, позволят повысить качество образования за счет предоставления обучаемым возможности самооценивания и самосовершенствования.
Планируется разработка технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка программного комплекса автоматизированной количественной оценки метапредметных,метакогнитивных и метакреативных умений и навыков обучаемых»

Текущие результаты проекта:
Выполнены теоретические исследования в области создания методов и алгоритмов, позволяющих осуществлять автоматизированную количественную оценку метапредметных, метакогнитивных и метакреативных умений и навыков пользователей на основе анализа моделей их поведения в различных обучающих средах.
Осуществлена разработка типологии метапредметных, метакогнитивных и метакреативных умений и навыков с точки зрения подходов к их автоматизированной количественной оценке.
Выполнена разработка карты метапредметных, метакогнитивных и метакреативных навыков и умений, раскрывающей различные отношения между ними и образуемые ими устойчивые комплексы.
Проведена разработка типологии моделей поведения, направленных на совершенствование как отдельных типов навыков и умений, так и целых их комплексов.
Осуществлена разработка методов, обеспечивающих количественную оценку метапредметных и метакогнитивных навыков и умений на основе применения методов искусственного интеллекта при анализе данных о поведении обучаемых.
Выполнены сбор и обработка статистического материала, необходимого для обеспечения построения модели объекта исследований.
Реализовано участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов ПНИ (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).
Определены основные понятия проекта: метапредметность, метакогнитивность и метакреативность. Предложен подход к выработке квантитативной метрики для объективного оценивания сложности изучаемых учебных единиц. Выработана мера структурной сложности учебных единиц, единая для всех иерархических уровней, с помощью которой выполнена оценка сложности специально выделенных типов деятельности обучаемых. Разработана типология метапредметных, метакогнитивных и метакреативных умений и навыков с точки зрения подходов к их автоматизированной количественной оценке, представленная в виде матрицы индикаторов метакомпетенций и уровней их освоения, которая позволяет проектировать тестовые задания для количественной оценки значений указанных индикаторов, а также разрабатывать методы и алгоритмы оценки метакомпетенций обучаемых. Выполнен аналитический обзор математических моделей и алгоритмов машинного обучения, которые могут быть использованы при решении задач ПНИ. Исследована возможность применения нового перспективного класса искусственных нейронных сетей – спайковых нейронных сетей – для решения задачи классификации многомерных временных рядов, возникающей при обработке информации о поведении обучаемых, извлекаемой из различных источников. Выполнен аналитический обзор алгоритмов нечеткой кластеризации объектов, которые могут быть использованы в ПНИ. Предложен онтологический подход к тестированию уровня владения обучающимся метапредметными знаниями.
Проведен обзор свободно распространяемого ПО, реализующего методы машинного обучения, которые предполагается использовать при разработке комплекса научно-технических решений, направленных на создание системы количественной оценки метапредметных, метакогнитивных и метакреативных компетенций учащихся.
Проведен сравнительных анализ рассмотренного ПО с точки зрения целесообразности его использования в экспериментальном образце программного комплекса автоматизированной количественной оценки метапредметных, метакогнитивных и метакреативных навыков и умений учащихся на основе анализа поведения пользователей в различных обучающих средах.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015616572 «Программа для модуля контроля понятийных знаний обучаемого на основе онтологии предметной области», правообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана», заявка № 2015613628, дата поступления 30 апреля 2015 г., дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 15 июня 2015 г., РФ.
- Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620913 «База данных для модуля контроля понятийных знаний обучаемого на основе онтологии предметной области», правообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана», заявка № 2015620458, дата поступления 30 апреля 2015 г., дата государственной регистрации в Реестре баз данных 15 июня 2015 г., РФ.