Ekspertni sustav za podučavanje elementarne algebre : doktorska disertacija - Jurković, Neven (N. Jurković ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2002)
Danas postoje mnogi softverski sustavi koji pomažu pri učenju matematike. Bez obzira na njihove ciljeve, takvi sustavi najčešće nisu uspješni s obrazovnoga gledišta. Glavni razlog njihova neuspjeha jest u različitosti između osnovnih algoritama za simboličku manipulaciju koje takvi sustavi koriste, te onih što ih učenici trebaju naučiti. Ova disertacija temelji se na premisi da obrazovni simbolički manipulator mora biti drukčije dizajniran od onoga koji će koristiti profesionalni matematičari. Takav je pristup bio prisutan u razvoju Algebratora - softverskog sustava za poduku osnovne algebre. Za razliku od većine postojećih sustava, Algebrator je razvijen u proceduralnom programskom okruženju, bez pomoći ili utjecaja biblioteka standardnih programa za simboličku manipulaciju. Algoritmi potrebni za rješavanje algebarskih problema dizajnirani su tako da podržavaju kognitivni proces nastavnika matematike, pa su stoga primarno zasnovani na selektivnom prepoznavanju uzoraka. Kako bi se dalje povećala didaktička vrijednost sustava, razvijena je originalna metoda za stvaranje objašnjenja primjerenih kontekstu, za bilo koji korak rješavanja koji izvode simbolički algoritmi. Umjesto jednostavnog identificiranja transformacije primijenjene tijekom postupka rješavanja, Algebrator generira dinamičku strukturu podataka koja sadrži pokazivače na izvorne i transformirane algebarske izraze, korištena pravila, objašnjenja, te konkretizaciju pravila u danom kontekstu. Jednostavnost interakcije između učenika i sustava važna je u bilo kojem obrazovnom softveru. Ona je međutim, apsolutno potrebna u sustavu u kojem je sposobnost složenog unosa podataka prijeko potreban preduvjet za uspješno učenje. Prirodno težak proces unosa algebarskih izraza je u Algebratoru bitno pojednostavljen uvođenjem trenutačne povratne veze prilikom pogrešnog unosa. Takav je pristup zahtijevao implementaciju dvaju paralelnih prikazivanja algebarskih izraza (niz znakova i višestruko stablo) s korisniku neprimjetnom pretvorbom, kao i učinkovite algoritme za djelomično parsiranje i dvodimenzionalno crtanje izraza. Osim mogućnosti generiranja didaktički ispravnog procesa rješavanja, Algebrator također može prepoznati uobičajene vrste studentskih pogrešaka, tzv. "kriva pravila". Dok koncept krivih pravila nije nov, njegova izvedba unutar Algebratora jest, zbog omogućavanja dinamičkog proširenja baze predložaka krivih pravila od strane nadzornika sustava. Složenost koja proizlazi iz velikog izbora mogućnosti upravljanja programom može zaprijetiti osnovnoj obrazovnoj svrsi sustava. U Algebratoru je taj eventualni konflikt riješen tako da se nazdorniku sustava omogući pristup različitim programskim okruženjima. Ona se mogu koristiti za prilagodbu karakteristika sustava različitim skupinama učenika. Programabilnost omogućuje modifikaciju jezika i sadržaja teksta objašnjenja, prikaza postupka rješavanja, stvaranja interaktivnih lekcija za poduku, kao i dodavanje audiovizualne povratne veze. Algebrator softverski sustav je cjelovito, prilagodljivo obrazovno okruženje u domeni osnovne algebre. Zasnovan je na ispravnim teorijskim načelima kognitivne i računalne znanosti, te tako daje jedinstven i praktičan alat za učenje i podučavanje elementarne matematike. Ključne riječi: simbolička algebra, simboličko računanje, prekrivni sustav, inteligentni sustav poduke, ekspertni sustav, interakcija čovjek-računalo