Сегодня многие исследователи отмечают увеличение информационного потока (увеличение количества информации на одного человека в единицу времени) [1, 7, 10]. Это вызвано различными процессами и явлениями, имеющими разнородную структуру. Кроме того, стечение обстоятельств привело к развитию целого ряда иных проблем, напрямую или косвенно связанных с обозначенной. К примеру, увеличение количества информации тесно связано не только с процессом генерации новых знаний, но и с процессом обновления уже имеющихся, причем настолько быстро, что информация, дошедшая до потребителя порой сразу же становится неактуальной. Другой проблемой является то, что такой рост количества информации не всегда сопровождается соответствующим улучшением ее качества. В связи с этим важно поднять вопрос информационной безопасности, то есть предоставления только достоверных и актуальных сведений и предостережение от внедрения заведомо ложной, неполной, искаженной или несвоевременной информации. Одной из основных проблем, сопутствующей названным, является проблема финансирования информационных разработок в образовательных целях: для постоянной поддержки актуальным растущего объема информации, его хранения и переработки необходимо иметь соответствующие ресурсы. Важно иметь не только финансовые ресурсы, но и людские, а, следовательно, необходимо воспитывать специалистов для работы в информационной сфере.
Прежние методы работы с информацией сегодня показывают свою несостоятельность. Все чаще можно слышать такие понятия, как «информационный бум», «информационный взрыв». Поэтому в настоящее время ощущается необходимость в создании новых методов работы с данными, знаниями, информацией. Весьма актуален вопрос создания нового эффективного инструментария для накопления, обработки, хранения и предоставления информации.
В статье будем придерживаться следующих определений.
Информация – различные сведения об объектах, фактах, событиях, явлениях и процессах вне зависимости от формы их представления [5, с. 266].
Данные – информация, представленная в цифровом виде, доступном для компьютерной обработки [4, с. 159].
Метаданные (данные о данных) - в СУБД (см. ниже) — описания характеристик данных в хранилище данных. Используются для просмотра данных, их трансформации, а также необходимы средствам инструментальных пакетов, имеющихся у пользователя [4, с. 399].
Знания – совокупность фактов и отношений между ними, используемая для решения проблемы [4, с. 357].
Метазнания - в искусственном интеллекте (ИИ) — часть базы знаний, описывающая её структуру [4, с. 399].
Искусственный интеллект (ИИ) – область компьютерной науки, занимающаяся автоматизацией разумного поведения [3, с. 23].
Базой данных (БД) называют электронные хранилища информации, доступ к которым осуществляется с помощью одного или более компьютеров. Обычно БД создается для хранения и доступа к данным, содержащим сведения о некоторой предметной области, то есть некоторой области человеческой деятельности или области реального мира [8, с. 23].
Системы управления базами данных (СУБД) – это программные средства, предназначенные для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных [8, с. 23].
База знаний (БЗ) - набор знаний, касающийся определённой предметной области и записанный на каком-либо языке представления знаний. БЗ обычно является частью экспертной системы или других основанных на знаниях систем [4, с. 357].
Экспертная система (ЭС) - система, использующая базу знаний для решения задач (выдачи рекомендаций) в некоторой предметной области, например, в медицине, диагностике неисправностей, выборе конфигурации сложной компьютерной системы, планировании последовательности действий и др. Она должна обладать способностью «объяснить», почему предложено то или иное решение и доказать его обоснованность. ЭС — одно из направлений ИИ [4, с. 357].
Представленные определения далеко не окончательны, по поводу многих из них ведутся споры. В данном случае подобраны наиболее удачные, по мнению автора, определения, дающие достаточно конкретное представление о существе того или иного объекта. Следует отметить, что существует тенденция употребления понятий «данные», «информация» и «знания» в качестве синонимов. В реальности порой бывает трудно провести грань между этими понятиями, однако существуют некоторые специфические характеристики, позволяющие их разделять, что было показано в приведенных определениях и будет раскрыто ниже.
Увеличение информационного потока планомерно пронизывает всю историю развития социума. Однако начало информационного бума, по-видимому, следует связывать со 2-ой половиной XX века, когда накопился достаточно большой багаж разнородной информации, причем настолько большой, что в ней стало тяжело ориентироваться. Именно поэтому на 60-70 годы XX века приходится большое количество теоретических разработок по базам данных [6, с. 5], призванных удовлетворить потребность в управлении растущими объемами информации. Базы данных были призваны автоматизировать процессы упорядочения накопившейся информации, ее дальнейшего поиска и обработки.
Параллельно с процессами создания и развития баз данных развивались с переменным успехом процессы исследования искусственного интеллекта. Предпосылки развития ИИ корнями уходят далеко в глубь веков (еще к работам Аристотеля). Однако лишь к 50-м годам XX века эти предпосылки вылились в относительно самостоятельную ветвь информатики, получившую название «искусственный интеллект».
В общем виде исследователей ИИ можно разделить на две большие группы. Первая группа преследует чисто научные цели – исследование процессов мышления, восприятия и т.д. Направленность второй группы исследователей носит более практический характер: они стремятся расширить сферу применения компьютеров и облегчить человеку решение возникающих проблем [2, с. 10].
В результате развития ИИ и его направлений сегодня можно говорить о создании определенного инструментария, позволяющего решить или значительно упростить решение некоторых проблем, связанных с увеличением количества информации. В первую очередь под разработанными инструментами необходимо понимать базы знаний и основанные на них экспертные системы. Особенно важно решение проблем управления информационными потоками в образовательной среде, а, следовательно, необходимо развивать применение баз знаний, а затем и надстроенных над ними экспертных систем в обучении.
Прежде всего может возникнуть вопрос о различии баз знаний и баз данных, а также о целесообразности применении БЗ. В упрощенном виде вся система образования направлена на генерацию новых знаний, передачу уже накопленных знаний и исправление ошибок, допущенных по различным причинам (зачастую просто из-за отсутствия необходимой информации) в прошлом. Базы данных удовлетворяют лишь потребность в сборе достаточно разрозненных данных, их некоторой структуризации, хранении и поиске. В результате создания подобных баз, получаются более крупные, но все еще разрозненные информационные модули, так как ни перед одной БД не стоит задача описать предметную область наиболее полно.
Целью создания баз данных, как разновидности информационной технологии и формы хранения данных, является построение системы данных, не зависящих от принятых алгоритмов (программного обеспечения), применяемых технических средств и физического расположения данных в компьютере; обеспечивающих непротиворечивую и относительно целостную информацию при не регламентируемых запросах. При этом БД предполагает многоцелевое ее использование (несколько пользователей, множество форм документов и запросов одного пользователя) [6, с. 32].
Базу знаний (БЗ) можно представить, как совокупность знаний, метазнаний, связанных определенной структурой, а также используемых правил, полученных от лиц, принимающих решения (ЛПР) или экспертов. В отличие от БД, БЗ характеризуется стремлением к завершенности, то есть наиболее полному и всестороннему описанию предметной области. Если абстрагироваться от технологических особенностей, понятие «база знаний» является неким эволюционным развитием понятия «база данных», которое благодаря ряду идеологических нововведений приобретает совершенно иную функциональность. По этим причинам нельзя отождествлять данные и знания, а также базы данных и базы знаний. Тем более, что для выполнения функций одной единственной базы знаний, характеризующей какую-либо предметную область, в зависимости от необходимости, может использоваться информация огромного количества баз данных (необходимого для всестороннего описания изучаемой предметной области).
Применение баз знаний в повседневной преподавательской практике, в будущем может коренным образом изменить сложившиеся отношения в образовательной среде. База знаний может выступить в роли посредника (промежуточного звена) образовательной системы (например, между преподавателем и студентами или между преподавателями), в том числе и в глобальном плане, достаточно сильно сократив дистанцию между ее субъектами. В конечном итоге, используя возможности глобальных сетей, можно говорить о создании супербаз знаний (глобальных баз знаний), объединяющих опыт многих ученых и экспертов в определенной области. Подобные эксперименты уже сегодня имеют место. В качестве одного из примеров можно привести проект Connexions, начатый в 2000 году на базу Университета Райса (Rice University). Идея проекта состоит в создании единого репозитария знаний из отдельных модулей, собираемых на базе Университета. Далее из них, как из кирпичиков собираются готовые учебные курсы [9, с. 72]. Таким планомерным образом, набирается определенная база знаний по разнородным направлениям, а также отслеживаются всевозможные взаимосвязи между этими направлениями. В дальнейшем, при достижении определенной минимальной избыточности, которая позволит использовать эти данные в одном или более приложений, на ее основе можно создать обучающую систему или различные обучающие системы, в том числе и с применением средств искусственного интеллекта.
Имеют место единые информационные пространства для обмена мнениями в той или иной сфере в международном масштабе. Все они, в основном, базируются на применении современных информационных технологий и компьютерных сетей. Примером международного сообщества может послужить Международный Форум "Образовательные технологии и Общество" (http://ifets.ieee.org). На базе такого сотрудничества также могут быть созданы единые базы знаний, используемые не только для накопления передового опыта, но и для его передачи обучающимся.
Таким образом, на сегодняшний день, используя преимущества баз знаний, имеется возможность создать уникальное средство накопления, хранения, передачи, обмена, а в будущем и автоматической генерации новых знаний на основе заложенных. Данный процесс, прежде всего, должен быть осознан, как необходимый, а далее воплощен в жизнь.
В реальности неформализованный процесс создания «баз знаний»* уже давно запущен, поскольку любое образовательное учреждение ведет определенную работу по консолидации, группировке, генерации знаний, иное дело, что происходит это в произвольной форме, которую на практике тяжело использовать. На сегодняшний день имеются лишь разрозненные модули (отрывки несвязанных знаний), при объединении которых в единую базу можно получить новый системные свойства, что в свою очередь может стать новой ступенью развития системы образования.
Существуют, однако, проблемы различного характера, препятствующие внедрению баз знаний и других средств искусственного интеллекта в систему образования. Среди них, в первую очередь, можно выделить социально-психологические, ресурсные и технологические.
Уже сегодня взаимодействие «ИИ – образование» может дать определенные возможности для эволюционного развития данной связки. Этот процесс можно представить следующим образом:
Таким образом, внедрение средств искусственного интеллекта в образование – обоюдополезное явление. Одновременно решаются проблемы образования и набирается позитивный опыт для дальнейшего развития ИИ. Некоторый опыт в применении средств ИИ в обучении уже имеется. К примеру, Уразаева Л.Ю. доцент кафедры ПиВМ Башкирского государственного педагогического института, в статье «Методологические основы разработки и применения систем искусственного интеллекта в образовании» [12] отмечает положительные результаты использования системы для обучения детей чтению. На последнем этапе обучения сам обучаемый выступает в виде педагога, обучая чтению некоторый игровой объект. Таким образом, ребенок, используя возможности персонального компьютера, сам обучается чтению, затем пробует обучить тому, что уже понял некую компьютерную модель. Одновременно с выполнением основной функции – обучения, система накапливает позитивный опыт для дальнейшего развития своих возможностей, а ее создатели для усовершенствования работы подобных экспертных систем. Строится рассмотренная программа на специально разработанной базе знаний, детально и всесторонне характеризующей предметную область.
Внедрение практики создания баз знаний для образовательной системы – лишь один из начальных шагов интеграции образования и ИИ, представляющий, однако, огромную значимость и требующий решения большого количества связанных проблем и принятия сложных управленческих решений. Дальнейшее развитие данное направление, по-видимому, получит в виде проектирования и создания экспертных и других систем, использующих средства искусственного интеллекта.
Целями создания экспертных систем (ЭС) являются упрощение процедуры принятия решений пользователями в трудноформализуемых предметных областях, улучшение качества и повышение эффективности принимаемых решений, тиражирование знаний экспертов, автоматизация некоторых рутинных направлений деятельности экспертов. К задачам, которые успешно решаются ЭС уже сегодня, относятся прогнозирование в социальных системах и системах управления, диагностика, мониторинг, проектирование технологических процессов, аудит и консалтинг, поддержка принятия решений в менеджменте и маркетинге и др. Решения, рекомендуемые ЭС, по обоснованности не уступают решениям эксперта-человека и обладают “прозрачностью”, то есть пользователь в случае необходимости может получить исчерпывающее объяснение, каким образом ЭС приняла решение. Это качество ЭС отличает их от алгоритмических способов решения задач и, в частности, от широко используемых статистических методов. Другой отличительной особенностью современных ЭС является их способность обновлять свои знания в результате взаимодействия с экспертами и наличия специальных инструментальных средств, позволяющих эффективно взаимодействовать с базами знаний [11].
Методология и инструментальные средства, апробированные в ЭС, могут в дальнейшем оказаться полезными, например, для тиражирования авторских методик ведущих ученых и педагогов-практиков, как в дистантных формах обучении через Интернет, так и других форм обучения. Эффективным представляется также применение ЭС в коротких формах обучения – таких, как повышение квалификации, стажировка, профессиональная переподготовка, нацеленных на быстрое освоение слушателями (студентами) учебного материала из относительно узкой предметной области [11].
Одним из основных преимуществ технологии баз знаний и экспертных систем по сравнению с традиционными информационными технологиями является возможность построения в процессе обучения индивидуальной модели обучаемого субъекта. Система, как бы настраиваясь под уровень знаний и психологические особенности пользователя, индивидуализирует подаваемую информацию и обучающие воздействия, повышая эффективность обучения. Таким свойством не обладают применяемые сегодня мультимедийные системы, зачастую представляющие собой лишь справочник или энциклопедию гипертекстового характера [11].
Подводя итог, можно отметить, что на сегодняшний день, имеется достаточно мощный инструмент интеллектуального характера, применение которого в образовательных целях может качественно повысить уровень работы с информацией и позитивно повлиять на отношения в образовательной среде. Однако следует подчеркнуть, что для внедрения баз знаний и экспертных систем в образование, необходимо решить ряд проблем. В первую очередь, это социально-психологические проблемы (людей необходимо научить использовать имеющиеся информационные технологии и способствовать разрушению неверных стереотипов относительно них), проблемы безопасности, подготовка специалистов в информационной сфере, выделение ресурсов на развитие данного направления и другие. Без преодоления указанных барьеров воспользоваться преимуществами рассмотренных в статье средств, увы не удастся.
* Термин «база знаний» в данном случае заключен в кавычки по причине того, что результат данного процесса не является базой знаний в том смысле, который был отражен в определении в начале статьи. Здесь имеется ввиду гипотетическая база знаний, которую можно создать, используя весь накопленный образовательным учреждением опыт, а в перспективе и опыт всей системы образования страны и даже мира. В данном контексте термин «база знаний» скорее надо понимать, как «багаж знаний».