Қосыбаева умітжан аманкелдықызы жоғары оқу орнында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру

ӘӨЖ 371.13:004.8 Қолжазба құқығында

13.00.08 – Кәсіби білім беру теориясы мен әдістемесі

Қазақстан Республикасы

Қарағанды, 2009
Жұмыс Е.А.Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университетінде орындалған

Ғылыми жетекші: педагогика ғылымдарының докторы Мәлібекова М.С.

Ресми оппоненттер: педагогика ғылымдарының докторы, профессор Абдраман Ш.А.
педагогика ғылымдарының

кандидаты, доцент Көккөз М.М.

Жетекші ұйым: С.Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Диссертация 2010 жылы «___» ___________ сағ._____ Е.А.Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті жанындағы БД 14.50.05 біріккен диссертациялық Кеңесінің мәжілісінде қорғалады (100028, Қарағанды қаласы, Университет көшесі, 28, бас корпус, №1 кеңейтілген дәрісхана).

ғалым хатшысы Мыңжанов Н.Ә.

Ақпараттық технологиялар дамуының белсенділігінің артуы мен олардың қоғам салаларына тереңінен енуі дайын өнімдерді, интеллектуалды міндеттерді жеңілдетудің сапалы дамуын талап етеді. Жаңа технологиялардың оқыту процесіне енгізілуін студенттің шығармашылық, интеллектуалды дамуын арттыру деп түсінеміз. Толық жетілген жасанды интеллект құру адамзат алдына қоғамның барлық бағыттарында жаңа мүмкіндіктер береді. Жасанды интеллект – мақсаты қолданушыға компьютер көмегімен өз мәселелерін шешуге мүмкіндік беретін аппараттық–бағдарламалық құрал жасау болып табылатын информатиканың бір саласы болғандықтан, жасанды интеллектуалды жүйелер құрудан және оларды игеруде сапалы білім беру бүгінгі талап. Даярлау – қандай да бір сала бойынша қажет білім беру, оқыту болса, ал жетілдіру – білімді, шеберлікті арттыру, артық жасау. Сонда бұл екі процесс барлық жаңашылдықтарды оқу процесінде ескеру керек екендігін меңзейді.

Компьютерлік жүйелерді бағдарламалауда жасанды интеллект әдістері жиі қолданылып келеді. Жасанды интеллектіні іске қосу адам интеллектісінің айтарлықтай жеңісі деп саналады. Интеллектуалды бағдарламалар құру қарапайым бағдарламалар жазылуынан айтарлықтай ерекшеленіп, жасанды интеллект жүйелерін құру жолымен жүзеге асырылады. Жасанды интеллект жүйелерінің негізгі айырмашылық белгісі - біліммен жұмыс істеу болып табылады. Егер өзге бағдарламалар үшін алгоритмнің берілгендерін сипаттау бағдарламалау тілі деңгейінде шешілсе, жасанды интеллект жүйелері үшін біліммен жұмыс жасау кешенді мәселелерге әкеледі: қандай білім қолданылады, жүйеде база түрінде қандай білімдер сақталған, оларды қалай қолдану керек, қалай толықтыру керек, т.б. Қазақстанның жоғары оқу орындарында жасанды интеллект және оның салалары бойынша мамандықтар ашу немесе пән ретінде жетілдірілген түрде оқыту елдің өнеркәсібін, ақпараттандыру саласын дамытуға айтарлықтай ықпал етеді.

Жасанды интеллект технологияларымен жұмыс iстеу, тек алгоритмдiк процедурамен ғана шектеліп қоймай, сонымен қатар ЭЕМ мен студенттiң коммуникативтiк байланысын, студенттiң өзiн-өзi басқару белсендiлiгi мен жауапкершiлiгiн дамытуға ықпал ете отырып, оның интеллектуалдылық дәрежесінің қалыптасу процесiне әсер етеді. Оқу процесімен қатар, өндірістің бар салаларында кең қолданыс тапқан бұл жүйе әлі де зерттеулерді, тәжірибе жасап, оларды қоғамда тереңдеп енгізуді талап ететіні анық.

Интеллектуалды жүйелердің адам қызметiнде кеңiнен қолданылуы педагогика ғылымында да «кәсiби бағыттылық мәнiнiң» кешендi анықтамасына педагогикалық, психологиялық тұрғыдан қарап, оның ақпараттық мәнiн қарастырады. Оқытудың дәстүрлi принциптерi мен заңдылықтарын қазiргi нақты талаптар, мүмкiндiктер мен жағдайларға оңтайландыра және шығармашылықпен қолдану арқылы негiздей отырып, кәсiби даярлығы жоғары, нарықтық қатынас жағдайында еңбек етуге қабiлеттi, қоғамда маңызды интеллектуалды мәдени позицияда тұратын мамандарды даярлау жоғары мектеп алдындағы көкейкестi мәселе. Осы орайда интеллектуалды жүйелер бойынша жоғары оқу орнында даярлау мәселесі ерекше мәнге ие болады.

Бүгінгі таңда Қазақстан Республикасының еңбек нарығындағы кәсіби қызметтің әр салалары үшін болашақ кәсіби мамандар даярлау процесі аспектілерін ашу бойынша бірқатар ғылыми зерттеу еңбектері бар. Отандық және шетелдік ғалымдар еңбектері арасынан барынша танымал деп Қ.М.Арынгазин, Ю.К. Бабанский, Е.И. Бурдина, Н.А. Завалко, С.Т. Каргин, К.М. Кертаева, С.З. Қоқанбаев, Г.Ж. Меңлібекова, Ж.Ж. Наурызбай, Н.Д.Хмель, С.И. Архангельский, Қ.Ж.Аганина, т.б. еңбектері бар. Ақпараттық қоғамдағы орын алған өзгерістер маңыздылығына өз еңбектерін арнаған ғалымдар: Т.Т. Галиев, И.Н. Куроносов, А.И. Ракитов, Д.М.Джусубалиева, К.А.Зуев, т.б. Кәсіби даярлықты ақпараттандырудың ғылыми-теориялық және қолданбалы мәселелерін Ш.А. Абдраман, Р.Ч. Бектұрғанова, Л.А. Шкутина, Я.А. Ваграменко еңбектерінен көреміз. Оқу процесінде ақпараттық және коммуникациялық технологиялардың қолданылуы жайындағы ғылыми еңбектер арасынан Е.К. Балапанов, И.Р. Высоцский, А.М. Коротков, Д.Ш.Матрос, М.С. Мәлібекова, И.В. Роберт, Г.О. Тәжіғұлова, М.М. Көккоз, А.Беляева еңбектерін бөліп қарауға болады. Білім саласында компьютерлерді қолданудың дидактикалық мүмкіндіктерін қарастырған ғылыми жұмыстар арасынан А.А. Жолдасбеков, Л.В. Нефедова, Е.С. Полат, В. Рубцов, Ю.Астратов, И. Дробышеваның еңбектерін атауға болады. Бағдарламалау тілдерін жоғары оқу орындарында оқытуға Г.Д. Жангисина, В.А. Криворучко, Н.А.Антонова, т.б. зерттеу жұмыстары арналған. Ал интеллект бойынша ғылыми еңбектерді әр саладан кездестіреміз. Шығармашылық интеллектінің мәселелерін К.А. Абульханова-Славская, интеллектті дамыту мәселелерін Дж.Гильфорд, У.Б. Жексенбаева зерттесе, логикалық ойлау тарапынан А.М. Матюшкин, оқушылар интеллектісін дамыту үшін интеллектуалды есептерді шешу технологиясын қолдану мәселелеріне В.А. Ломова, М.И. Меерович, И.В. Сартаков, А.В. Шевырев, Л.И. Шрагина, т.б. өз еңбектерін арнаған. Жалпы интеллектуалды жүйелер, жасанды интеллект, эксперттік жүйелер бойынша жоғары оқу орындарында болашақ мамандарды даярлау жағдайы тұрғысынан алғанда мәселе жан-жақты зерттеулерді қажет етеді. Аталған мәселе бойынша жазылған ғылыми еңбек ретінде А.А. Широкихтің «Методическая система подготовки учителя информатики по основам искусственного интеллекта» атты еңбегін ерекше атауға болады.

1. 
   жоғары оқу орындарында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлаудың негіздерін және жағдайын анықтау;
   
2. 
   интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің моделін жасау, оның компоненттерін, критерийлері және көрсеткіштерін анықтау;
   
3. 
   интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің моделін жүзеге асыратын педагогикалық жүйе жасау;
   
4. 
   студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіруді оқу-әдістемелік қамсыздандыру;
   
5. 
   студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің педагогикалық жүйесінің тиімділігін тәжірибелік-эксперименттік жұмыстар жүргізу арқылы жүзеге асыру.
   

- екінші кезеңде (2005-2007ж.ж.) мамандықтар бойынша оқу жұмыстық бағдарламалары жасалды, интеллектуалды жүйелер бойынша студенттерді даярлауды жетілдірудің моделі, модельді жүзеге асыратын педагогикалық жүйе жасалды, студенттердің интеллектуалды жүйелер бойынша білімдерін, іскерліктерін және дағдыларын қалыптастыру деңгейлері анықталды және негізделді, студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің педагогикалық жүйесін қолдану және енгізу тиімділігі бойынша қалыптастырушы эксперимент өткізілді.

• 
  жоғары оқу орындарында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлаудың негіздері анықталды;
  
• 
  интеллектуалды жүйелер бойынша студенттерді даярлауды жетілдірудің моделі жасалды және компоненттері, критерийлері мен көрсеткіштері айқындалды;
  
• 
  интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің педагогикалық жүйесі жасалды және жүзеге асырылды;
  
• 
  студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің оқу-әдістемелік негіздері жасалды;
  
• 
  студенттерді интелектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің педагогикалық жүйесінің тиімділігі тәжірибелік-эксперименттік жұмыстар жүргізу арқылы негізделді.
  

• 
  «Эксперттік жүйелер», «Логикалық бағдарламалау» арнайы курстары;
  
• 
  «Интеллектуалды жүйелер» оқу құралы;
  
• 
  «Жасанды интеллект және интеллектуалды жүйелер негіздері» электронды оқу құралы;
  
• 
  «Информатика негіздері» электронды оқу құралы;
  
• 
  интеллектуалды жүйелер, жасанды интеллект бойынша теориялық материалдар берілген Интернет-сайт (www.ai.nxt.kz/lectures адресі бойынша);
  
• 
  «Ai–интеллектуалды жүйелер» Интернет-форумы (www.ai.nxt.kz адресінде) ұсынылды.
  

1. 
   жоғары оқу орындарында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлаудың негіздері;
   
2. 
   жоғары оқу орнында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің моделі, оның компоненттері, критерийлері және көрсеткіштері;
   
3. 
   интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру моделін жүзеге асыратын педагогикалық жүйе;
   
4. 
   студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің оқу-әдістемелік негіздері;
   
5. 
   студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдірудің тәжірибелік-эксперименттік жұмыстар нәтижелері.
   

050602 «Информатика» мамандығы бойынша Қазақстан Республикасы мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандартындағы мамандықтың сипаттамасында «деректер базаларын басқару жүйесін, сұрыптау жүйелерін және жасанды интеллект жүйелерін жобалау және дайындау» кәсіптік қызметтің жұмыстары ретінде көрсетілген және бітірушілердің білімділік дәрежесіне қойылатын талаптар ретінде «әртүрлі компьютерлік жүйелерде жұмыс істеу тәжірибесі болу керек, алгоритмдік тілдерді қолдана білу, жуық әдістерді және қолданбалы есептерді шығару үшін стандартты программалық қамсыздандыру, қолданбалы программалар пакеттерін және деректер базаларын, машиналық графика құралдарын, эксперттік жүйелер және білім базаларын қолдану» деп жазылған. Ал 050703 «Ақпараттық жүйелер» мамандығы бойынша Қазақстан Республикасы мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандартындағы кәсіптік қызмет бағыттары қатарында «эксперттік жүйелерді жасау, іске қосу және пайдалану» деп берілген.

Кәсiби даярлығы жоғары, еңбек нарығының қатаң талаптары жағдайында еңбек етуге қабiлеттi даярланған мамандар қашанда сұранысқа ие болады. Осы орайда жоғары оқу орындарында интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру мәселелері туындайды. Кейінгі кезде жиі айтылып жүрген жасанды интеллект адам миымен бәсекелесетін, не одан да асып түсетін ойлауыш машинамен байланыстырылады. «Интеллект» ұғымына әр ғылым саласында анықтама берілген. Педагог өзіндік пікір білдірсе, математик үшін бұл ұғымның ашылу қыры мүлдем басқа болуы мүмкін, психолог адам психологиясы тұрғысынан алып қарастыруға құқылы. Қалай дегенмен де, біз бұл ұғымға педагогикалық тұрғыдан берілген анықтамаға тоқталамыз. Интеллект - әр жеке адамның ақыл ой болмысының тұрақты көрінісін бейнелейтін, яғни сол жеке адамның ми қызметінің үнемі жоғары дәрежеде болып, не нәрсені шешуде ақылдық асқан шеберлікпен үстемдік етуі.

Тарихи даму жолы бар жасанды интеллект бөлімдері бүгінде бірнеше бағыттарға бөлінеді: теоремаларды дәлелдеу, бұл бөлім математикалық аумақтармен шектеседі; роботтық техниканың проблемаларын шешу; ойындар моделі, шахматқа көп көңіл бөлінеді; образдарды тану, көру немесе есту қасиеттеріне, медициналық диагностикаға, ауа райын болжауға, т.б. байланысты; табиғи тілді қолдану, сұрақ-жауап жүйесіне және аутоматтандырылған аударма жүйесіне көңіл бөлінеді; эксперттік жүйелер, эксперт-адамның біліміне және компьютердің құрылымына сүйенген жүйе; білімнің инженериясы, білімді көрсете білу, оны қолданушыға түсінікті жеткізе білу және оны кеңейту аумағы.

Интеллектуалды жүйелер және оның бағыттарының бірі эксперттік жүйелердің жоғары оқу орындарында пән ретінде оқытылуы - мақсаты қалыптасқан күрделі есептерді аутоматтандыру саласында мамандар даярлау болып табылады. ХХ ғасырдың 70-жылдар ортасында есептерді шығару үшін білімді көрсетудің әртүрлі әдістерін қолданатын алғашқы қолданбалы интеллектуалды жүйелер - эксперттік жүйелер шыға бастады. Алғашқы эксперттік жүйелердің бірі Станфорд университетінде құрылған, спектралдық анализ негізінде химиялық қоспалардың формулаларын туындатуға арналған DENDRAL болды. Қазіргі уақытта эксперттік жүйелер құру және жүзеге асыру өз алдына сала болып отыр. Интеллектуалды жүйелер ол мәліметтер мен білімнің негізінде мақсатты талдай алатын, әрекет жайлы шешім шығара алатын, мақсатқа қол жеткізу үшін тиімді әдістер таба алатын, адам немесе автономмен біріге жұмыс атқаратын ақпараттық процессордың техникалық құралдар мен бағдарламалық қамтамасыз ету жиынтығымен бірігуі.

Біздің зерттеу жұмысымызда жоғары оқу орнында интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды белгілі бір оқыту жүйесінің мазмұны мен әдістеріне негіздеп енгізу мақсаты қойылды. Ең алдымен мамандықтардың оқу жұмыс бағдарламаларына сараптама жасалды. Жоғары оқу орындарындағы 050111-Информатика мамандығы үшін «Жасанды интеллектінің негіздері» пәні 90 сағ., «Эксперттік жүйелер және деректер базасы» пәні 135 сағ., 050703–Ақпараттық жүйелер мамандығы үшін «Интеллектуалдық жүйелер», «Логикалық бағдарламалау» пәндері 135 сағ., 050602-Информатика мамандығы үшін «Эксперттік жүйелер және мәліметтер қорын басқару жүйелері» пәні 225 сағ., «Жасанды интеллект жүйелері» пәні 90 сағ. арналған. Осы мамандықтар бойынша мемлекеттік жалпыға міндетті жоғары білім беру стандартының міндетті компоненті құрамындағы пәндер мазмұнын ескере отыра және оқытылып келген арнайы курстардың тақырыптарына талдау жасай келе, қамтылған тақырыптардың қазіргі өмірде, ақпараттық салада кең қолданылып келе жатқан эксперттік жүйелер тақырыбын қайта қарау қажет болды. Аталған мамандықтар арасында 050703-Ақпараттық жүйелер мамандығының Қазақстан Республикасы мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандарты бойынша міндетті компонеттер құрамына жасанды интеллект, интеллектуалды жүйелерге қатысты пәндер енбейтіндігін ескере отыра арнайы курс мазмұны құрылды. Десек те, бұл мамандық ақпараттық технологиялар бағытындағы түлектер дайындауда үлкен сұранысқа ие болатын мамандықтардың бірі екенін ескерсек, интеллектуалды жүйелерге қатысты пәндер тек таңдау компоненті болып шектелмеуі керек деп есептейміз. Мамандықтардың оқу жоспарларын талдау олардың бүгінде кең қолданысқа ие болып, ертеңіне үлкен сенім арттыратын интеллектуалды жүйелер бойынша студенттерге берілетін тақырыптар жеткіліксіз екендігін байқатады. Сондықтан да жоғары оқу орындарында осы салада мамандар даярлауды әлі де жетілдіру қажеттігі туады.

Эксперттік жүйелер жасанды интеллектінің бір бағыты болып табылатындықтан, 050602-Информатика мамандығында «Эксперттік жүйелер және мәліметтер қорын басқаратын жүйелер» пәнінің «Жасанды интеллект жүйелері» пәнінен бұрын оқытылуы да студенттерге теориялық материалдарды игеруде біршама қиындықтар туғызады. Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпы білім беру стандартында «Жасанды интеллект жүйелері» пәнінің мазмұнында Жасанды интеллектіге қатысты ұғымдармен қатар Эксперттік жүйелердің архитектурасы, оларды құру технологиялары берілуі тиіс. Сонда «Эксперттік жүйелер және мәліметтер қорын басқаратын жүйелер» пәнінде берілетін кейбір материалдардың «Жасанды интеллект жүйелері» пәнінде қайталанатындығына көз жеткіземіз. Біз құрастырған «Эксперттік жүйелер» арнайы курсының лабораториялық сабақтар жоспары лекция сабақтарының мазмұнына негізделді.

Біз зерттеу жұмысымызда теориялық материалдарды, интеллектуалды жүйелердің қоғамдағы маңыздылығын, интеллектуалды жүйелердің жоғары оқу орындарында оқытылу жағдайын, өткізілген форум нәтижелерін ескере отыра, студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша жоғары оқу орнында даярлаудың моделін құрдық (сурет 1). Модель зерттеу жұмысымыздың аясындағы бағыттар бойынша жоғары оқу орнындағы оқу процесін, болашақ мамандардың даярлығын жетілдіруге бағытталды. Модель міндеттері нормативтік құжаттарға сүйене отыра, жоғары оқу орнындағы интеллектуалды жүйелерге оқыту жағдайын анықтау және сол бағыт бойынша даярлықтың мәні мен орнын ашу болса, мазмұнының элементтері модельді жүзеге асыратын педагогикалық жүйе арқылы ашылады. Оқытудың дәстүрлі және дәстүрлі емес әдістері болып лекция, практикалық, лабораториялық сабақтар, студенттің өзіндік жұмысы, оқытушының жетекшілігімен орындалатын студенттердің өзіндік жұмыстары және Интернет беттеріне арнайы орналастырылған тапсырмалар таңдалды. Оқыту құралдары ретінде арнайы курстар, практикалық тапсырмалар, тест тапсырмалар, интеллектуалды жүйелерге бағдарламалау орталары, бағдарламалау тілдері, «Ai–интеллектуалды жүйелер» Интернет форумы алынды. Формалары болып табылатын аудиориядан тыс жұмыстар студентерге аудиториялық сабақтарда алған білімдерін толықтыруға, қосымша материалдармен танысуға мүмкіндік береді. Осы орайда жасалған www.ai.nxt.kz/lectures адресіндегі теориялық материалдарды аудиториядан тыс жұмыс ретінде меңгеру студенттерге тапсырылды. Өзіндік жұмыс ретінде студенттерге «Жасанды интеллект және интеллектуалды жүйелер негіздері» электронды оқу құралында берілген практикалық тапсырмаларды, тест тапсырмаларды орындау тапсырылды. Жоғары оқу орындарында студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру әрқашан назарда ұсталынуы тиіс.

Сурет 1 - Студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру моделі

Осы мақсатқа қол жеткізу үшін бірқатар жоғары оқу орындарында интеллектуалды жүйелерді оқытудың теориялық негіздеріне талдау жасап, оқытылу жағдайын анықтадық. Еліміздегі өзге де жоғары оқу орындарындағы оқу процесіндегі жағдайларды анықтау мақсатында «Ai-интеллектуалды жүйелер» тақырыбында Интернет-форум ұйымдастырылды (http:www.ai.nxt.kz адресінде). Студенттерді интеллектуалды жүйелер бойынша даярлауды жетілдіру моделін жасап, интеллектуалды жүйелер бойынша студенттер даярлығын жетілдірудің компоненттерін, критерийлерін, көрсеткіштерін анықтадық (кесте 1).