ОБУЧАЮЩАЯ ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА РЕШЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ДВИЖЕНИЕ

Ключевые слова: обучающая экспертная система, математические задачи на движение, Python, алгоритмы автоматической проверки.

Задачи на движение являются одними из наиболее сложных тем в школьном курсе математики. Они требуют от учеников не только знания формул и алгоритмов решения, но и умения анализировать условие задачи, выделять необходимые данные и применять их в правильной последовательности. Многие ученики испытывают трудности на каждом из этих этапов из-за сложности понимания условий и применения соответствующих формул, что приводит к ошибкам и неправильным решениям. Поэтому обучение решению задач на движение по математике является важным аспектом подготовки школьников к экзаменам и развития их математических навыков. Для преодоления этих проблем и повышения эффективности обучения, предлагается использование обучающей экспертной системы [1].

Предложенная система может значительно повысить эффективность обучения и помочь ученикам преодолеть трудности при решении таких задач.

Система будет включать в себя:

• База знаний с теоретическим материалом по теме движения, формулами и примерами решения задач
• Банк заданий по нескольким различным темам
• Интерактивные обучающие модули, которые помогут ученикам пошагово разобрать решение типовых задач
• База задач с возможностью автоматической проверки решений и предоставления обратной связи

Использование описанной системы позволит ученикам:

• Лучше понимать теоретический материал по теме движения
• Отрабатывать навыки решения задач на движение с обратной связью от системы
• Повышать уровень знаний и решать все более сложные задачи
• Готовиться к экзаменам и контрольным работам с помощью большого количества тренировочных задач

В ходе реализации учебной системы было необходимо реализовать интерфейс, который содержит различные визуальные компоненты взаимодействия с пользователем, а также продумать и написать логику работы программного обеспечения на одном из языков программирования.

Рисунок 1. Диаграмма классов

Также были выделены необходимые классы, их методы и поля для хранения или отображения каких-либо данных. Схема взаимодействия классов между собой представлена на диаграмме классов выше.

Следующим шагом, опираясь на поставленные задачи, было необходимо определиться, какой язык программирования использовать для реализации программного обеспечения.

Чтобы решить этот вопрос, ещё раз перечислим, что необходимо реализовать:

1. Пользовательский современный и удобный интерфейс
2. Логику работы программного обеспечения
3. Базу данных
4. Обеспечение взаимодействия ПО и базы данных

Будет плюсом, если выбранные технологии разработки окажутся простыми в написании кода, расширяемыми и гибкими, а также не конфликтующими между собой.

Исходя из всего вышеперечисленного, был выбран такой язык программирования, как Python в сочетании с библиотекой PySide6 для создания интерфейса и его программирования [2][3]. На начальных этапах система не хранит большой объём данных, поэтому для хранения тем задач, теоретического материала, схем, типов задач и остальной необходимой обучающей информации, к которой также относится и системная – был выбран текстовый формат обмена данными JSON, представляющий из себя набор пар «ключ: значение». Он легко читается людьми и может использоваться почти любым языком программирования [4].

Для представления о том, как выглядит разработанная обучающая система на данный момент, на Рисунок 2- Рисунок 6представлены основные окна, использующиеся в процессе его работы, а именно – первоначальное окно, окно выбора раздела системы, окно выбора темы теории или практики, окна с теоретическим и практическим материалом по выбранной теме.

Таким образом, описанная обучающая система может внести большой вклад в развитие навыков ребёнка, касающихся решения различных математических задач на движения. Конечный продукт способен усложнять алгоритмы автоматической проверки, подсказки, расширять как свой функционал, так и базу обучающего материала в виде теоретических сведений и банка задач.

Рисунок 2. Первоначальное окно обучающей системы

Рисунок 3. Окно выбора раздела системы

Рисунок 4. Окно выбора доступных тем

Рисунок 5. Окно с теоретическим материалом по выбранной теме

Рисунок 6. Окно с практическим материалом по выбранной теме