Реферат: Модель компетенций

Раздел 1. МОДЕЛЬ КОМПЕТЕНЦИЙ 1.1. Введение
В данном документе под компетенцией понимается совокупность (интегральная характеристика) нескольких компонент, необходимых для эффективного выполнения задач профессиональной деятельности.

Модель компетенции в зависимости от степени ее проработанности может включать такие компоненты, как: кругозор, знания, умения, навыки, личные качества, способности и другие индикаторы.

Компетенция является не только многокомпонентной, но иерархической структурой, т.е. укрупненные компетенции можно декомпозировать на более мелкие составляющие1. Четкое разграничение компетенций между собой в общем случае является трудоемкой задачей, поэтому целесообразно описывать либо модель укрупненной компетенции, либо единую модель сразу нескольких компетенций.

Приведенная ниже модель компетенций максимально приближена к структуре макета государственного образовательного стандарта третьего поколения (ГОС-3) и включает в себя следующие основные ракурсы:

Профессиональный, который дает определение компетенции через область применения, объекты, виды и задачи профессиональной деятельности;

Когнитивный, который дает определение компетенции через модель знаний-умений-навыков, дополненную требованиями к кругозору;

Личностный, который содержит перечень личных качеств и способностей, приобретаемых в ходе изучения УМК.

Табл. 1.1. Описание компонент компетенции.

Компоненты
компетенции

Описание

1. Кругозор

Иметь представление о предмете, процессе, явлении. Способность его выделить, назвать, привести пример (теоретическое экстенсиональное декларативное знание).

2. Знания

Знать, понимать содержание предмета, процесса, явления. Способность дать определение через структуру и связи с другими понятиями (теоретическое интенсиональное декларативное знание).

3. Умения

Уметь решать задачи, выполнять действия, владеть методиками (теоретическое процедурное знание).

4. Навыки

Иметь навыки по решению задач, применения знаний и умений на практике (опытное, практическое знание).

5. Личные качества

Личностные характеристики, необходимые для наиболее эффективной работы в определенной ситуации.

6. Свойства, классификационные характеристики

Служебная информация, необходимая для структурирования компетенции и представления их в виде онтологий или других иерархических структур.
^ 1.2. Профессиональный ракурс 1.2.1. Сфера и область применения компетенций
Сферой применения компетенций являются информационно-коммуникационные технологии (ИКТ), используемые на различных стадиях жизненного цикла (ЖЦ) информационных систем (ИС).

Область применения компетенций представлена в Таблица 1.2 и определяется через про­цессы ЖЦ ИС (в соответствии с ГОСТ ИСО МЭК 12207), предметную область и класс ИС.

^ Таблица 1.2. Область применения компетенций для УМК «Представлений знаний в ИС»

Процессы ЖЦ ИС

Область применения

^ Предпроектные процессы




научное исследование




обследование и анализ

Широкий класс ИС

формирование требований

разработка концепции

техническое задание

^ Основные процессы




Заказ




Поставка




Разработка:

анализ требований к системе;

проектирование системной архитектуры;

анализ требований к программным средствам;

проектирование программной архитектуры;

техническое проектирование программных средств;

программирование и тестирование программных средств;

сборка программных средств;

квалификационные испытания программных средств;

сборка системы;

квалификационные испытания системы;

ввод в действие программных средств;

обеспечение приемки программных средств.

Системы поддержки принятия решений

Экспертные системы

Информационно-аналитические системы

ситуационные центры

другие интеллектуальные системы

Эксплуатация

Сопровождение

^ Вспомогательные процессы




документирование

Персональные ИС

управление конфигурацией




обеспечение качества;




верификация




аттестация




совместный анализ




аудит




решение проблем




^ Организационные процессы




управление




создание инфраструктуры




усовершенствование




обучение



^ 1.2.2. Объекты профессиональной деятельности
Объектами профессиональной деятельности являются инструменты, источники и результирующие артефакты профессиональной деятельности, которые представлены в Таблица 1.3.

^ Таблица 1.3. Объекты профессиональной деятельности

Группы объектов профессиональной деятельности

Объекты профессиональной деятельности

Информационные сети

Сети Интернет и Интранет

Программное обеспечение

Среды программирования (Delphi, C++ Builder, PHP, Net)

СУБД (Paradox, Access, MySQL)

Интерфейсы взаимодействия с БД (BDE, ADO, ODBC)

Средства документирования (Word, Visio)

Операционная система Windows

Техническое обеспечение

Компьютеры PC

Периферийные устройства (принтер, внешние накопители данных)

Организационное и правовое обеспечение

—

Методическое обеспечение

Методы инженерии знаний

Метода проектирования и разработки экспертных систем

Методы обучения нейронных сетей

Методы решения задач с помощью генетических алгоритмов.

Математическое обеспечение

Математические модели представления знаний и данных в интеллектуальных системах

Математические модели и методы нейронных сетей и генетических алгоритмов.

Информационное обеспечение

Знания экспертов и другие информационные источники о предметной области.

Лингвистическое обеспечение

Лингвистические модели представления знаний

Языки представления знаний

Языки инженерии знаний

Эргономическое обеспечение

Интерфейсная компонента экспертных систем (подсистемы диалога и объяснения)

Редактор базы знаний ЭС



^ 1.2.3. Виды и задачи профессиональной деятельности
Задачами профессиональной деятельности являются информационные процессы, в рамках которых создаются или используются объекты профессиональной деятельности. В Таблица 1.4.4 они сгруппированы по нескольким видам деятельности.

^ Таблица 1.4. Виды и задачи профессиональной деятельности

Виды
профессиональной
деятельности

Задачи
профессиональной деятельности

Аналитическая и
научно-исследовательская

Извлечение знаний:

Интервьюирование экспертов предметной области;

Работа с документами предметной области;

Обследование предметной области;

Документирование результатов.

Концептуализация, формализация и моделирование знаний:

Выбор моделей и систем представления знаний;

Построение и описание моделей объектов, процессов и ситуаций в предметной области.

Проектно-конструкторская

Разработка концепции и технических заданий для информационных систем;

Проектирование, разработка, тестирование, внедрение и сопровождение экспертных и других интеллектуальных систем.
^ 1.3. Личностный ракурс
Личностные качества, под которыми часто также понимают некоторые способности, являются одной из основных компонент модели компетенции, которой в последнее время уделяют особое внимание. Для УМК «Представление знаний» выбраны следующие личностные качества, которые косвенным или прямым образом развиваются при изучении теоретического материала и выполнения практических занятий.

^ Таблица 1.5. Личные качества

Личные качества

Комментарий-обоснование

Внимание к деталям

Изучение математических методов, программирование

Новаторство

Наличие факультативных и недетерминированных заданий

Гибкость

Методы ИИ направлены на решение нестандартных задач

Обучаемость

Изучаются принципы, и методы организации знаний, а также методы и системы обучения

Мысленная визуализация

Проектирование интерфейсов ЭС, разработка моделей и баз знаний

Самооценка

Наличие множества различных факультативных заданий и системы накопления кредитов позволяет самостоятельно выбирать тип учебной нагрузки и оценивать свои возможности

Логическое мышление

Модели представления знаний, программирование ЭС

Творческое мышление

Факультативные задания, возможность самостоятельно выбрать предметную область при разработке ЭС

Коммуникабельность

При разработке ЭС необходимо осуществлять взаимодействие с экспертом, групповое выполнение домашнего задания

Инициативность

Выполнение дополнительных заданий поощряется получением зачетных единиц

Внешняя осведомленность

Для выполнения факультативных заданий необходимо само­стоя­тельно изучать дополнительные внешние источники информации
^ 1.4. Когнитивный ракурс 1.4.1. Знания и умения учебного пособия
Учебное пособие, как правило, содержит теоретический материал, который может быть впоследствии закреплен путем упражнений, выполнения лабораторных или других практических заданий, поэтому в Таблица 1.6 представлены только теоретические знания. В одном из столбцов таблицы размещаются разделы, пункты и подпункты содержания, а в других – соответственно кругозор, знания и умения.

Таблица 1.6. Знания и умения учебного пособия УМК

^ Пункт содержания

Декларативные знания (Что?)

Процедурные знания (Как?)

^ Кругозор
(иметь представление)

Знания

Умения

Формализация знаний в интеллектуальных системах

Основные понятия и определения




Картина мира,

Предметная область.

Данные и знания.

Формальные языки.

Базы знаний и СУБЗ.

Языки (модели) представления знаний.




Свойства и классификация знаний




Способы формализации знаний. Свойства и отличительные черты знаний.

Формы представления знаний.

Процедурные и декларативные знания.

Экстенсиональные и интенсиональные знания.




Модели представления знаний




Классификация моделей знаний и данных.




Формально-логические модели

Алетическая логика

деонтическая логика

эпистемическая логика

Темпоральные логики

Немонотонные логики Псевдофизические логики

Онтологии

Формальная система

Классификация формально-логических систем

Достоинства и недостатки формально-логических систем

Дедуктивные модели

Индуктивные модели

Правдоподобный вывод

Модальные логики




Логика высказываний




Алфавит логики высказываний (ЛВ)

Операторы и правила построения формул ЛВ

Атомарные и общезначимые формулы ЛВ

Теоремы и формальное доказательство в ЛВ

Аксиомы ЛВ,

Основные законы ЛВ

Правила вывода ЛВ.

Исчисление высказываний

Описание предметной области с помощью ЛВ

Логика предикатов




Лингвистические переменные и константы

Предикат, местность предиката

Кванторы всеобщности и общезначимости

Формулы и термы логики предикатов

Преимущества логики предикатов

Описание предметной области с помощью логики предикатов

Нечеткая логика

Трехзначная логика современных СУБД

Многозначные логики





Нечеткие множества




Аналитическое и графическое представление нечеткого множества (НМ).

Степень вхождения (уровень принадлежности) элемента в НМ.

Основа НМ

Описание предметной области с помощью НМ

Операции над нечеткими Множествами

Специфические операции над НМ

Основные операции над НМ

Достоинства и недостатки методов для выполнения основных операций над НМ

Невыполнимость операций классической логики в нечеткой.

Операция пересечения НМ

метод Min Combination

пересечение НМ методом «мягких вычислений»

Операция Объединения НМ

метод Max Combination

метод Sum Combination

Объединение НМ мето­дом «мягких вычислений»

Операция отрицания НМ

Нечеткий вывод




Структура и этапы нечеткого вывода


Правило фазификации

Нечеткие правила вывода:

Метод "минимума" (correlation-min encoding)

Метод "произведения" (correlation-product encoding)

Правило агрегации

Методы дефазификации:

метод центра тяжести,

методы крайне левого, крайне правового и среднего максимума.

Метод взвешенного среднего

Сравнение Моделей выводов Mamdani и TVFI




Достоинства и недостатки моделей нечеткого вывода

модель вывода Мамдани (Mamdani)

модель вывода Truth Value Flow Inference (TVFI)

Нечеткость и вероятность




Отличие нечеткости и вероятности




Продукционные модели







Описание предметной области с помощью







Продукция, консеквенты и антецеденты

Достоинства и недостатки продукционных систем




Вероятностные продукции




Гипотеза, факт, свидетельство

коэффициенты уверенности Шортлифа.

Формулы Байеса и Байесовская стратегия вывода.

Метод цен свидетельств

Метод вывода с коэффициентами уверенности Шортлифа

Смешанные модели










Сетевые модели




Сетевая модель представления знаний

Классификация сетевых моделей

простые и иерархические сети

однородные и неодно­род­ные сети

Достоинства и недостатки сетевых моделей




Функциональные сети







Описание предметной области с помощью функциональных сетей

Ассоциативные сети.




Сети Квилиана.

Механизм ассоциации нейронных клеток




Семантические сети




Основные отношения в семантических сетях.

Описание предметной области с помощью семантических сетей

Фреймовая модель




Фреймы Минского, слоты.

Виды фреймов.

Фрейм-прототип.

Процедурный фрейм.

Процедура-демон

Процедура-слуга

Описание предметной области с помощью фреймов

Сценарии




Сценарии Шенка.

Каузальные отношения.

Описание предметной обла­сти с помощью сценариев

Что такое искусственный интеллект




Понятие интеллекта. Интеллектуальные системы.




Сравнения искусственного интеллекта

Когнитивная модель и методы для изуче­ния когнитивной модели Интеллекта

Рациональное мыш­ле­ние и формальные системы

Рациональный агент

Подходы к определению системы ИИ

Тест Тьюринга, Общий тест Тьюринга





Цели искусственного интеллекта




Цели и основные принципы информационного направления в ИИ.

Цели и основные принципы Бионического направления в ИИ

Цели и основные принципы Эволюционного направления в ИИ.




Возможность искус­ст­вен­ного интеллекта




возможность искусственного интеллекта




Возражения против ИИ.

Возражения против возможности созда­ния ИИ на более низ­ком уровне развития материи (в неживой среде).

Возражение о нераз­ло­жи­мости процесса мышления на про­стейшие логические операции.

Возражение о неспо­собности искусствен­ной системы к твор­ческой и инновацион­ной деятельности

Возражение, осно­ван­ное на гипотезе о возникновении созна­ния только в общест­вен­ной среде.

Наличие чувств как атрибут интеллек­туаль­ности сознания и мышления

Другие возражения

Возражения против теста Тьюринга как критерия Интел­лектуальности (Джон Серл)

Возражения против бионического подхода как стратегии редукционизма (Роджер Пенроуз)

Эмерджентные свойства Интеллекта и возражения против бионического подхода на базе гипотезы об уникальности развития нейронных ансамблей (Джералд Эделмен)






Область искусственного интеллекта




Структура и динамика развития области ИИ.

Этапы развития ИИ

Условность выделения направлений в ИИ




Начальный этап — эвристические программы




Эвристика и эвристические программы

Смена парадигмы ИИ в сторону решения сложных вычислительных задач




Второй этап — интегральные роботы




Формирование парадигмы ИИ как интегрального робота

Основные проблемы создания интегральных роботов




Третий этап — экспертные системы




Преимущества эргатических интеллектуальных систем

Выделение класса экспертных систем

Вклад экспертных систем в развитие области ИИ

Преимущества и недостатки ЭС




Четвертый этап — нейронные сети




Возникновение искус­ствен­ных нейронных сетей (НС)

Причины спада интереса к НС на начальном этапе развития ИИ

Преодоление ограничений однослойных НС и рост интереса к НС

Область применения НС

Достоинства и недостатки НС




Пятый этап — нечеткая логика

теория нечетких множеств Заде

Теорема FAT (Fuzzy Approximation Theorem)

Фаззи-контроллеры.







Шестой этап — эволюционный подход




Основные принципы эволюционного подхода

Ключевые направления эволюционного подхода

Принципы построения генетических алгоритмов

Достоинства и недостатки ГА




Тенденции дальнейшего развития области искусственного интеллекта

Тенденции дальнейшего развития области искусственного интеллекта







Экспертиза и экспертная информация




экспертная система

Основные подходы к определению ЭС

Функции ЭС

Экспертиза

Процедура извлечения знаний:

идентификация,

концептуализация,

формализация,

реализация,

испытание

реструктуризация

Процедура предъявления знаний в ЭС




Структура, классификация и тенденции развития ЭС




Структура ЭС

База знаний и данных;

Машина вывода;

Интерфейс с пользователем;

Модуль извлечения знаний и обучения;

Компонент приобретения и объяснения знаний.

Классификация ЭС:

По решаемой задаче

ЭС интерпретации данных

ЭС диагностики

ЭС мониторинга

ЭС проектирования

ЭС планирования

ЭС обучения

ЭС синтеза и анализа

По связи с реальным временем

Статические ЭС

Квазидинамические ЭС

Динамические ЭС

По степени интеграции

Автономные ЭС

Интегрированные (гибридные) ЭС

По степени сложности

Поверхностные ЭС

Глубинные ЭС

По стадии реализации

Демонстрационный прототип

Исследовательский прототип

Действующий прототип

Промышленная стадия

Коммерческая система

По типу языковых средств

символьные языки программирования

языки инженерии знаний

системы, автомати­зирующие разработку (проектирование) ЭС

оболочки ЭС

тенденции развития ЭС




Компонента извлечения знаний




Модель знаний эксперта

Модель знаний инженера по знаниям

процесс приобретения знаний




Методы извлечения знаний




режимы взаимодействия инженера по знаниям с экспертом-специалистом

стратегии интервьюирования:

разбиение на ступени,

репертуарная решетка

подтверждение сходства.

Этапы взаимодействия инженера по знаниям с экспертом-специалистом

Подготовительный этап

Установление лингвистического альянса

Гносеологический этап




Машинно-ориентированное получение знаний




Ассоциативная модель обучения

Лабиринтная модель обучения

Получение знаний по примерам:

Простейшее прогнозирование

Идентификация (синтез) функций.

Расшифровка языков.

Индуктивный вывод.

Синтез с дополнительной информацией

Этапы гипотетико-дедуктивного подхода


Задача проектирования интерфейсной компоненты интеллектуальных систем




Естественно-языковой (ЕЯ) и визуальный интерфейс взаимодействия с ИС

Способы организации взаимодействия ЭС с пользователем:

Недостатки использования ЕЯ-интерфейсов

Требования к интерфейсу взаимодействия ЭС

требования к средствам проектирования интерфейса взаимодействия




Формализация задачи проектирования интерфейсной модели




Формализованная модель проектирования интерфейсной компоненты ЭС



^ 1.4.2. Навыки и другие индикаторы
Навыки приобретаются опытным путем в результате выполнения упражнений, лабораторных работ, домашних заданий, тренингов и т.д. Как правило, во время обучения приобретаются не только навыки, связанные с тематикой дисциплиной (УМК), но и ряд вспомогательных навыков. Например, подготовка отчетов развивает навыки создания технической документации, а разработка алгоритмов задач с помощью компьютера дает опыт программирования. В связи с этим навыки можно разбить на две группы: основные и дополнительные.

Для решения учебных задач и приобретения навыков необходимо предварительно получить соответствующие теоретические знания и умения. В связи с этим каждое упражнение может быть направлено либо на закрепление имеющихся, либо на приобретение новых знаний и умений.

Таблица 1.7. Навыки и другие индикаторы УМК

^ Пункт лабораторной работы, домашнего задания и т.д.

Умения/ Навыки основные
(по дисциплине)

Умения/ Навыки дополнительные

Знания (необходимые и приобретаемые)

^ Разработка прототипа и базы знаний ЭС с правилами вывода

Выбрать предметную область и задачу, которая может быть решена с помощью ЭС.

Оценка возможности и необходимости применения ЭС для решения задач

Анализ информации

принятие решений

Область применения ЭС

Разбить процесс решения задачи на следующие этапы

Извлечение знаний:

идентификация,

концептуализация,

формализация,

реализация,

испытание

реструктуризация

Анализ и модели­ро­вание предметной области

Поиск и структури­рование информации



Виды знаний

Языки представления знаний

Разработать вопросы к пользователю
и граф диалога

Разработка графа диалога ЭС

Проектирование пользовательского интерфейса ЭС







Разработать БД для хране­ния исходных, промежу­точ­­ных и результирую­щих данных.

Проектирование и Разработка БД ЭС




Объектные и реляционные БД

СУБД


Разработать вопросно-ответную компоненту БЗ

Проектирование и разработка БЗ







Разработать правила и машину вывода

Разработка продукцион­ных правил и систем вывода

стратегии и методы вывода


Проектирование, про­грам­мирование и тес­ти­рование компьютер­ных программ в син­так­сический разбор ло­гических и мате­ма­тиче­ских выражений.

Чтение и написание запросов SQL

Продукции

Сложные правила вывода


Содержание отчета




Разработка технической и пользовательской документации




^ Разработка базы знаний с использованием сетевых ЯПЗ2

Разработка ЭС с использованием семантических сетей и фреймов

Применение объект­но-ориентированного подхода и механизмов наследования

Семантические сети

Фреймы

^ Решение задач с помощью генетических алгоритмов

Решение задач с помощью генетических алгоритмов (ГА)

Методы и алгоритмы селекции, редукции, кроссинговера и мутации

Проектирование и разработка интеллектуальных систем с использованием ГА

Передача и маршру­тизация данных в компьютерных сетях

Решение оптимиза­цион­ных задач (задачи поиска кратчайшего маршрута)

Оценка сходимости и эффективности алгоритмов

Проведение экспе­ри­мен­тов

Основные понятия ГА:

популяция

хромосома

гены

поколение


^ Решение задач с помощью нейронных сетей

Решение задач обучения и распознавание с помощью нейронных сетей (НС).

Алгоритм обучения персептрона

Проектирование и разработка интеллектуальных систем с использованием НС.

Распознавание изображений

Компьютерное обучение

Основные понятия НС:

модель искусственного нейрона

функции активации НС

персептрон

Персептронная представляемость

^ Обучение нейрона с помощью ГА

Обучение нейронной сети с помощью генетических алгоритмов

Использование вещественных чисел в ГА

Интеграция интеллектуальных систем




^ Домашнее Задание и дополнительные лабораторные работы

Разработка онтологии предметной области

Формализация предметной области и постановки задач

Обследование и анализ объекта автоматизации

Онтология

Модели представления знаний

^ Домашнее Задание и дополнительные лабораторные работы

Разработка ЭС с поддержкой вероятностного вывода

Разработка ЭС с поддержкой нечеткого вывода




Теория вероятности

Теорема и формулы Байеса

Нечеткая логика

Теория уверенности, коэффициенты уверенности

^ Домашнее Задание и дополнительные лабораторные работы

Разработка следующих компонент ЭС:

интеллектуальный редактор

объяснения

обучения

самообучения

Методы автоматизированного и автоматического обучения

Отладка программ

Управление изменениями

Режимы объяснения ЭС:

Что?

Как?

Почему?

Что если?

Трассировка правил вывода

^ Домашнее Задание и дополнительные лабораторные работы

Разработка следующих компонент ЭС:

программный интерфейс взаимодействия с ЭС

генерации исходных данных (подсистема моделирования).

Распределенные информационные системы

Интеграция программных систем

Моделирование систем




^ Дополнительные лабораторные работы

Сравнение и оценка эффективности использования ГА с другими подходами

Решение типовых задач с использованием ГА, возникающих при передаче пакетов данных в компьютерных сетях:

задача коммивояжера

передача широко­ве­ща­тельных запросов

оптимизация пропуск­ной способности

другие.

Методы и алгоритмы Теории исследования операций

Передача данных в компьютерных сетях

Область применения ГА