کاربرد 30 سال سرمايهگذاري در حوزه هوش مصنوعي را جبران نمود.
رباتيک: رباتهاي کوچکي در پزشکي به درون بدن انسان فرستاده ميشود و جايگزيني يک عضو مصنوعي را انجام ميدهند.
درک زبان و حل مسئله: برنامههاي رايانهاي که جدول کلمات متقاطع را بهتر از اکثر انسان‌ها انجام ميدهند (راسل و نوريک، 1385).
به طور خلاصه هوش مصنوعي با توسعه سيستمهاي رايانهاي سر و کار دارد که دانش را ذخيره ميکنند و از آن براي حل مسائل و انجام کارها بهره ميگيرند. اين هدفي است که سيستمهاي آموزشي هم آن‌را دنبال ميکنند. به عبارتي سيستم آموزشي هم از دانشآموز/ دانشجو ميخواهد، دانشي کسب کند و اين دانش را در راستاي حل مسائل يا انجام کاري استفاده کند. با عنايت به کاربردهاي متنوع و مهيج هوش مصنوعي در حل مسائل مختلف بشري به نظر مي‌رسد توانمندي اين دانش در موضوعات مربوط به آموزش به طور عام و تکنولوژي آموزشي به طور خاص ناشناخته باقي مانده است. اين پژوهش در صدد استفاده از هوش مصنوعي در حوزه پيش بيني موفقيت و افت دانشجو در تحصيل الکترونيکي است. با مقدمهاي که از هوش مصنوعي و کاربردهاي آن در حوزههاي مختلف مطرح شده، نگاهي دقيقتر به کاربردهاي هوش مصنوعي در آموزش ضروري است.
2-4-3 کاربردهاي آموزشي هوش مصنوعي
همان‌طور که بحث آن گذشت، هوش مصنوعي شاخهاي از علوم رايانهاي و اطلاعاتي به نظر مي‌رسد. تمرکز عمده هوش مصنوعي بر ساخت نرمافزار و سختافزارهايي براي حل مسائل و انجام کارهايي است که اگر توسط انسان انجام شود، نياز به استفاده از هوش دارد. حوزه هوش مصنوعي شامل ساخت ماشينهايي مانند رباتها، خلبانهاي اتوماتيک براي هواپيماها و فضاپيماها و جنگافزارهاي نظامي هوشمند است. يافتههاي علم هوش مصنوعي منجر به توسعه ابزارهاي متعددي شده است که برخي از آن‌ها تحت هدايت انسان و برخي ديگر به طور مستقل و بدون مداخله و نظارت انسان کار ميکنند. در طول پنجاه سال گذشته، هوش مصنوعي و پيشرفتهاي صورت گرفته در حوزههاي مختلف آن يافتههاي بسيار مهمي براي يادگيرندگان، مدرسان و به طور کلي براي سيستمهاي آموزشي داشته است. در اين مبحث سعي ميشود به مهم‌ترين حوزههاي کاربردي هوش مصنوعي در آموزش اشاره شود.
سيستمهاي خبره113:
سيستمهاي خبره يکي از مهم‌ترين و قديميترين زيرمجموعههاي هوش مصنوعي است که در حل بسياري از مسائل بشري کارآمد بودهاند. سيستم خبره، دانش و تجربه يک يا چند فرد خبره را کامپيوتري ميکند؛ به عنوان مثال يک سيستم خبره ميتواند دانش پزشک، تعميرکار رايانه و يا حتي يک معلم با تجربه را کامپيوتري کند.
سيستمهاي خبره کاربر را قادر به مشاوره با سيستمهاي کامپيوتري در مورد يک مسئله و يافتن دلايل بروز مسئله و راهحلهاي آن ميکند. مجموعه سختافزار و نرمافزارهاي تشکيلدهنده سيستم خبره مانند فرد خبره اقدام به طرح سؤالات مختلف و دريافت پاسخ‌هايي کاربر، مراجعه به پايگاه دانش (تجربيات قبلي) و استفاده از يک روش منطقي براي نتيجهگيري و نهايتاً ارائه راه حل مي‌نمايد (عسکرزاده،1388).
تمام سيستمهاي خبره از چهار جزء تشکيل شدهاند:
1. پايگاه دانش: دانش موجود در سيستم خبره را شکل ميدهد، اين دانش به روشي کد دهي ميشود که توسط سيستم قابل استفاده باشد. پايگاه دانش ممکن است از ترکيب دانش انسان (مثلاً دانش مهندس) و سيستم يادگيري اتوماتيک (به عنوان مثال، سيستم خبره ميتواند دانش خود را از تحليل بهترين نمونه مسائلي که حل کرده است به دست آورد) شکل گيرد.
2. حلکننده مسئله: شامل مجموعه روش‌هايي الگوريتمي و ابتکاري است که از دانش موجود در پايگاه دانش براي حل يک مسئله خاص استفاده ميکند.
3. رابط: براي تسهيل تعامل مناسب کاربر يا توليد کنندگان با سيستم خبره طراحي ميشود.
4. تشريح و کمک114: براي کمک به کاربر طراحي شده است و “چيستي و چرايي” راهحلهاي ارائه شده سيستم خبره را تشريح ميکند (مورساند، 2006).
مصاديق فراواني از سيستمهاي خبره در تشخيص پزشکي وجود دارد. خانا، کوشيک و بارنِلا115(2010) کاربردهاي سيستمهاي خبره در آموزش را در سه دسته تلخيص کردهاند: 1) برنامهريزي درسي و تصميم گيري، مديريت رکوردهاي يادگيرندگان، مشاوره دانشجويي و برنامه آموزشهاي ويژه؛ 2) تربيت معلم به ويژه تشخيص نيازهاي آموزشي آن‌ها و استفاده از آموزش مبتني بر رايانه براي آموزش مهارتها و دانش مورد نياز معلمان؛ 3) سيستمهاي آموزشي هوشمند که بر اساس نقاط قوت و ضعف دانشجويان به هدايت آن‌ها مي‌پردازد. نمونه‌اي از کاربرد آموزشي سيستمهاي خبره، ارائه مشاوره جهت انتخاب رشته دانشجويان است. يک سيستم خبره مجموعه سؤالاتي از پيشينه تحصيلي دانشجو، برنامه شغلي، علايق و انگيزههاي دانشجو ميپرسد و سپس برنامه درسي مطلوب را با توجه به وضعيت دانشجو به او پيشنهاد ميکند (فدزيل و مونيرا116،2008). سيستمهاي خبره بخش جداييناپذير سيستمهاي آموزشي هوشمند است، آسپره و اينگويا117(2012)، يک سيستم خبره براي آموزش مبتني بر تلفن همراه طراحي کردهاند که زمينه يادگيري فردي شده از طريق تلفن همراه را براي دانشجويان فراهم ميکند. در ادامه به تشريح سيستمهاي آموزشي هوشمند خواهيم پرداخت.
سيستمهاي آموزشي هوشمند
قبل از ورود به بحث سيستمهاي آموزشي هوشمند، مقدمهاي کوتاه بر آموزش انفرادي و اشکال اوليه آموزش به کمک رايانه ضروريست. ايده آموزش انفرادي118يا انطباق آموزش با دانش و مهارت موجود يادگيرنده، اهداف، تواناييها و علايق فرد از دير باز مورد توجه نظريهپردازان و صاحب‌نظران آموزشي چون بلوم119و اسکينر120بوده است. آموزش برنامهريزي شده121با مشخصههايي چون 1) بيان مشخص و دقيق اهداف؛ 2) قابهاي کوچک آموزش؛ 3) متناسب با سرعت يادگيري فرد؛4) فعال بودن يادگيرنده در پاسخ به سئوالهاي مطرح شده در قابها؛ و 5) بازخورد سريع به صحت و سقم پاسخ‌هايي يادگيرنده؛ از اواسط قرن بيستم طراحي و توسعه يافته‌اند. اين نوع از آموزشها هم به صورت جزوههاي چاپي و هم در قالبهاي کامپيوتري توسعه يافتند. ماشين آموزشي اسکينر پيشگام آموزشهاي برنامهاي ماشيني است.
در اواخر دهه 1970، با فراگير شدن رايانههاي شخصي، علاقه به پياده سازي آموزشهاي انفرادي از طريق رايانه افزايش يافت، اما آغاز به‌کارگيري کامپيوتر در آموزش به دهه 1950 بر مي‌گردد. بيشترين پژوهشهاي اين حوزه توسط شرکت آي بي ام صورت گرفته است که اولين زبان تأليف آموزش به کمک رايانه را توسعه و يکي از اولين برنامههاي آموزش به کمک رايانه را در مدارس عمومي به کار بردند (ريسر122، 1987، ص 38).
به‌کارگيري نظريهها و روش‌هايي هوش مصنوعي در آموزشهاي به کمک رايانه در روند تاريخي ارائه شده توسط کاسکمن123(1996) به وضوح مشخص است. در اين روند، سيستمهاي آموزشي هوشمند دومين مرحله از تکامل آموزش مبتني بر رايانه است (جدول 2-2).
جدول 2-2: آموزش به کمک رايانه و سيستمهاي آموزشي هوشمند
رويکرد آموزشي
نظريه يادگيري
تاريخ توسعه
توضيحات
آموزش به کمک رايانه
رفتار گرايي
1960
به ياد سپاري حقايق، تکرار و تمرين
سيستمهاي خود آموز هوشمند124
شناخت گرايي
1970
بر اساس مدلهاي ذهني يادگيرنده، فرايند يادگيري را تحليل ميکند. ديدگاه رفتارگرايي را که به فرايندهاي ذهني توجه نميکند را رد مي‌نمايند. مدلهاي رايانهاي ايجاد شدند که فرايندهاي ذهني يادگيرنده را مدلسازي کرده و بر روي ماشين پياده ميکنند.
لوگو به عنوان لاتين125
سازنده گرايي
1980
محيطهاي شبيهسازي رايانهاي126 که يادگيرنده با جستجو در محيط شبيه به واقعيت دانش خود را مي‌سازد.
يادگيري هميارانه به پشتيباني رايانه
سازنده گرايي اجتماعي و نظريه گفتمان
1990
يادگيري در گروه هاي کوچک و يادگيري در کنار هم از طريق شبکه و فناوري-هاي ارتباطي.
همان‌طور که در جدول 2-2 آمده است، سيستمهاي آموزشي هوشمند، با نظريههاي يادگيري شناختي که در فرايند يادگيري، بر ذهن و به فرايندهاي ذهني توجه دارند؛ درهم تنيده است؛ روند تاريخي آن نيز چيزي حدود بيست سال بعد از پايه گذاري علم هوش مصنوعي است.
با مقدمهاي که بر آموزش انفرادي و روند توسعه آموزش به کمک رايانه گذشت، ميتوان سيستمهاي آموزشي هوشمند را تعريف و عناصر و اجزاء آن‌را تشريح کرد. سيستم آموزشي هوشمند که از نامش پيداست، يک سيستم آموزشي است که از روشها و تکنيکهاي هوش مصنوعي براي طراحي، اجرا و ارزشيابي تدريس استفاده ميکند. اين سيستم ممکن است يک نرمافزار چندرسانهاي تعاملي، بازي رايانهاي يا يک ربات آموزشگر باشد. تنيسون و پارک (1987) آموزش به کمک رايانه هوشمند را اين‌گونه توصيف ميکنند:
“سيستمهاي آموزش به کمک رايانه هوشمند127 به اشکال مختلف قابل ارائه است، اما آن‌ها اساساً عناصر مختلف يک سيستم آموزشي را با به‌کارگيري اصول و فنون هوش مصنوعي ساماندهي ميکنند به روشي که هم براي يادگيرندگان و هم برنامه امکان انعطاف فراهم ميشود. محيط يادگيري بيشتر شبيه آن چيزي است که فراگيران و معلمان يک به يک مينشينند تا با هم ياد بگيرند. بنابراين يک سيستم آموزشي به کمک کامپيوتر هوشمند خوب، نه تنها قادر به طرح سؤالات خاص است بلکه قادر است از دانش ذخيره شده در سيستم خود در راستاي پرسش سؤال و پاسخ به سؤالات فراگيران استفاده نمايد، از لحاظ نظري، [بر خلاف آموزش به کمک رايانه] سيستم آموزش به کمک کامپيوتر هوشمند بر مبناي سؤالات از پيش تعيين شده، پاسخ‌هاي پيش بيني شده، شاخههاي از پيش تعيين شده و مواردي از اين قبيل، عمل نميکند بلکه بر مبناي دانشي عمل ميکند که در زمان يادگيريِ يادگيرنده حاصل ميشود (فيجن بام128،1977). اين سيستمها، مجموعه معيارها و رهنمودهاي روندي کلي دارند که به ساختار دانش سيستم و همچنين به وقايع اخير آن، همچون پاسخ گذشت? يادگيرنده، بستگي دارد. يک ويژگي مهم بيشتر سيستمهاي آموزش به کمک کامپيوتر هوشمند اين است که چه در طرح سئوال و چه در پاسخ‌هايي مربوطه قادر به گفتگو به زبان طبيعي با فراگيران هستند. توانايي استفاده از گفتگو به زبان طبيعي امکان تعامل يادگيرنده با کامپيوتر در سؤالات و پاسخ‌هايي مطرح شده از دو طرف را فراهم مي‌آورد (تنيسون و پارک،1987، ص 321).”
همان‌طور که در توصيف يک سيستم آموزش هوشمند مشاهده ميشود، اين سيستمها در مقابل سيستمهاي آموزش به کمک رايانه صرف، ويژگيها يا برتريهاي زير را دارند:
1. انعطاف در ارائه و ارزشيابي.
2. مبتني بر يک ديالوگ (محاوره) بين يادگيرنده و سيستم است.
3. بر سئوال و پاسخ‌هايي از پيش تعيين شده مبتني نيست.
4. سيستم يادگيرنده است، يعني از سئوال و جوابهاي خود با يادگيرنده، ياد ميگيرد.
5. نه تنها از روش‌هايي الگوريتمي بلکه از تکنيکها و فنون ابتکاري هوش مصنوعي نيز بهره ميگيرد.
6. پايگاه دانش غنياي داشته که تاريخچه تعاملات خود با يادگيرندگان را ذخيره و در موقع لزوم از آن‌ها بهره ميگيرد.
موارد مذکور مهم‌ترين ويژگيهاي يک سيستم آموزشي هوشمند است؛ البته بايد مدنظر داشت که هوشمندي مفهوم نسبي است؛ چه بسا سيستمي از يک يا دو تکنيک مربوط به هوش مصنوعي استفاده نمايد و در رده سيستمهاي آموزشي هوشمند قرار گيرد. آنچنان که از شرح تنيسون و پارک (1987) برداشت ميشود، سيستم خبره، پردازش گفتار طبيعي129، يادگيري ماشيني و دادهکاوي آموزشي از جمله حوزههاي پرکاربرد هوش مصنوعي براي پياده سازي سيستمهاي آموزشي هوشمند است.
بخشهاي (اجزاء، ماژول‌هاي) تشکيل دهنده يک سيستم آموزشي هوشمند با توجه به نسبي بودن هوشمندي سيستم، ممکن است متفاوت باشد؛ لذا منابع و توسعهدهندگان سيستمهاي آموزشي هوشمند، با توجه به سيستمي که توسعه دادهاند، ممکن است اجزاء يک سيستم آموزش هوشمند را متفاوت گزارش نمايند. به عنوان مثال تنيسون و پارک (1987) اجزاء تشکيل دهنده يک سيستم آموزشي هوشمند را در سه دسته قرار دادهاند: 1) ماژول‌هاي خبره130؛ 2) ماژول‌هاي مدلسازي يادگيرنده131؛ 3) ماژول تدريس132. براي اينکه نگاهي جامعتر داشته باشيم و جايگاه پژوهش حاضر و کاربرد آن را در يک سيستم آموزشي هوشمند بشناسيم، اجزاء يک سيستم آموزشي هوشمند با محوريت پژوهش انجام شده توسط پروسيلو وسکي و پيلو133(2003)
