Тел.: (812) 643-77-67*33-56 | Mail: fit.herzen.conf@gmail.com

Поиск по сайту

Матросова Н.Д.
Университет ИТМО, ГБУ ДПО «СПбЦОКОиИТ»,
ИМЦ Адмиралтейского района Санкт-Петербурга,
г. Санкт-Петербург,
n.d.matrosova@gmail.com

Штенников Д.Г.
Университет ИТМО, ИМЦ Красногвардейского района,
г. Санкт-Петербург,
dshtennikov@corp.ifmo.ru

Метод Саати как решение проблемы «холодного старта» для построения индивидуальных образовательных траекторий в системах электронного обучения


Авторы рассматривают метод анализ иерархий (метод Саати) с целью использования его в системах электронного обучения для использования в рекомендательных модулях, использующиеся для построения индивидуальных образовательных траекторий.

Matrosova N.D.
ITMO University, SFI APT «SPb CEQAIT»,
IMC Admiraltejskogo rajona Sankt-Peterburga,
Saint-Petersburg, Russia,
n.d.matrosova@gmail.com

Shtennikov D.G.
ITMO University, IMC Krasnogvardejskogo raiona
Saint-Petersburg, Russia,
dshtennikov@corp.ifmo.ru

Saaty method as a solution to the «cold start» problem for building individual educational trajectories in e-learning systems

The authors consider the method of analysis of hierarchies (Saaty method) with the aim of using it in e-learning systems for use in recommender modules used to build individual educational trajectories.

Системы электронного обучения (СЭО) достаточно распространены в настоящее время. К ним относятся и системы дистанционного обучения (например, Moodle), и системы массовых открытых онлайн-курсов (MOOC). Такие системы встречаются в корпоративном обучении, в дополнительном образовании детей и взрослых, в высшем образовании. СЭО способствуют развитию умений самостоятельной учебной деятельности (в связи с обучением на расстоянии).

В источниках можно встретить следующее определение понятия СЭО: «Система электронного обучения включает в себя программное и аппаратное решения. Она предполагает наличие специальной базы данных, где содержится учебный контент и системы мониторинга обучения» [1]. При этом СЭО позволяют разрабатывать электронные дистанционные курсы, контролировать результаты (в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режиме), использовать встроенные инструменты для обратной связи, т.е. организовывать дистанционное электронное обучение.

Кроме того, СЭО могут использоваться для построений индивидуальных образовательных траекторий (ИОТ), в связи с тем, что, как было указано ранее, СЭО позволяют контролировать результаты обучения. Построение ИОТ позволяет учитывать индивидуальные возможности и способности каждого обучающегося в СЭО пользователя («студента») и помогает достичь наиболее эффективных результатов обучения.

В данной статье под «построением ИОТ» понимается автоматически-разработанный СЭО путь достижения поставленной образовательной цели определенным «студентом» (или группы «студентов»), соответствующий его способностям, интересам и потребностям, на основании его действий и текущей и промежуточной успешности освоения элементов дистанционного электронного курса. Чаще всего такое построение ИОТ реализуется через рекомендательные механизмы, которые либо уже заложены в системе, либо могут быть специально разработаны с использование собственного программного кода или использованием дополнительных плагинов.

При появлении в СЭО нового «студента» (группы «студентов») или курса, возникает проблема «холодного старта» - то есть проблема недостатка данных для возможности построения рекомендации. Проблема «холодного старта» может быть разбита на две задачи - проблема «холодного старта» новых пользователей и проблема «холодного старта» новых курсов. Для решения этих задач могут использоваться схожих механизмы и алгоритмы, но с разными характеристиками. В дальнейшем тексте статьи рассматривается вариант решения проблемы «холодного старта» новых пользователей. Данная задача встречается чаще, так как при проблеме «холодного старта» нового курса, могут быть использованы данные со схожих или альтернативных курсов в СЭО.

Авторы статьи предлагают рассмотреть метод Саати для решения проблемы «холодного старта» новых пользователей на определенном дистанционном электронном курсе, с целью возможности построения ИОТ. Так как пользователи еще не обладают историей «активности», «успешности прохождения курсов» и подобной информацией, можно ориентироваться только на ту информацию, которая была получена из профиля «пользователя».

Метод Саати, метод анализа иерархий (МАИ), был разработан американским ученым Томасом Л. Саати в 1970 году. МАИ - это математический инструмент системного подхода к решению проблем принятия решений, т.е. метод заключается не в поиске «правильного» решения, а в поиске наиболее подходящего для решения данной задачи [2]. Задачу для МАИ можно сформулировать следующим образом: «Имеется несколько вариантов решений, каждый из которых оценивается список критериев. Необходимо найти наилучшее решение».

Для применения данного метода выполняются следующие этапы:
1. Ранжируются критерии в порядке убывания.
2. Заполняется матрица в соответствии с попарным сравнением критериев по девятибалльной шкале. Используемая Т. Саати шкала превосходства содержит следующие значения:
   1 - равноценность,
   3 - умеренное превосходство,
   5 - сильное превосходство,
   7 - очень сильное превосходство,
   9 - высшее (крайнее) превосходство.
3. Рассчитываются компоненты нормализованного вектора приоритетов (НВП), которые являются оценкой важности критерия, и проверяется согласованность локальных приоритетов. В случае если оценка согласованности (ОС) больше 15%, оценки в матрице необходимо пересмотреть [3].
4. Аналогично пункту 2-3, сравниваются варианты по каждому критерию и производится расчет согласованности.
5. Строится таблица итоговых значений критериев и определяется наилучшее решение, для которого значения критериев максимально.

Авторы предлагают рассмотреть полученный результат. В качестве критериев использовались следующие (проранжированы в порядке убывания): время входа, уровень образования, сфера деятельности, возраст, география входа, пол. Также предлагаются три варианта: «Показать элемента курса 1» (Вариант 1), «Показать элемента курса 2» (Вариант 2), «Показатель элемента i» (Вариант i).

На первых этапах была получена таблица (матрица), содержащая в себе шесть критериев. Матрица имела размерность (6*6+ дополнительные столбцы для расчета). После расчета ОС авторы получили результат в 6,19% - это означает, что можно продолжить расчеты, так как матрица согласованна (Рисунок 1).


Рисунок 1. Метод Саати: таблица сравнения критериев

На следующем этапе происходило сравнение трех вариантов по каждому критерию. То есть, в случае использования шести критериев и трех вариантов, необходимо было построить шесть таблиц, каждая из которых была размерностью (3*3+дополнительные столбцы для расчета). Для сокращения места на Рисунке 2 представлена только одна такая таблица, которая содержит в себе сравнения трех вариантов по критерию «Время входа». Для проверки достоверности решения также подсчитывался ОС (который для каждой таблицы оказался меньше 15%).


Рисунок 2. Метод Саати: таблица сравнения вариантов по критерию «Время входа»

На последнем этапе была построена таблица итоговых значений, которая содержала в себе общий приоритет для каждого варианта. На основании полученного значения было выдвинуто предположение о наилучшем варианте. ОС, и в данном случае, должен быть меньше 15% для того, чтобы решения можно было считать достоверным.

В результате вычислений (ознакомиться с ними можно по ссылке:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/194VbxBg56oBtMLbkepOdLgXUra7VQpI3xQ3diCzdZz0/edit?usp=sharing или в сокращенном виде http://clc.to/metodSaati) с использованием определенных представленных экспертных оценок и предпочтений, был получен результат, что наиболее предпочтительным является вариант 2 - «Показать элемент курса 2» - с итоговым значением приоритетов альтернатив равным 0,46; менее предпочтительным оказался вариант 1 «Показать элемент курса 2» с итоговым значением приоритетов альтернатив - 0,41 (см. Рисунок 1). Надо понимать, что в приведенных вычислениях не был указан определенный курс и определенные элементы, то есть оценки эксперта носили приблизительный характер.


Рисунок 3. Метод Саати: таблица расчета итоговых значений приоритетов

В конце проведенных вычислений и полученных итоговых значений приоритетов альтернатив необходимо проверить согласованность локальных приоритетов. Такая проверка проводится на каждом этапе МАИ. В приведенном исследовании отношение согласованности на каждом этапе не более 10-15%, как и требуется для прохождения проверки. В случае, если бы значения оказались выше, было бы необходимо пересмотреть экспертные оценки и перестроить таблицы.

Из вышеприведенного текста статьи можно сделать вывод, что метод Саати (МАИ) возможно использовать для решения проблем «холодного старта», когда данных еще недостаточно. Результат можно использовать в работе, но в дальнейшем, при получении недостающих данных, корректировать его, используя другие методы и алгоритмы.

Недостатком метода является необходимость получения большого количества экспертных оценок, которыми в случае СЭО могут выступать авторы курса. К тому же, надо заметить, что предлагаемые оценки экспертов количественные, а не качественные, что усложняет постановку данных оценок и может влиять на качество оставленных экспертом оценок. А от качества экспертных оценок может зависеть результат применения метода.

Литература:
1. Электронное обучение // Информатизация и образование. URL: http://hotuser.ru/distanczionnoe-obuchenie/1142--e-learning (дата обращения: 11.03.2019).
2. Т. Саати «Принятие Решений. Метод анализа иерархий». Пер. Р. Г. Вачнадзе // М.: «Радио и связь», 1993.
3. Метод анализа иерархий: процедура применения // Оценка экономических величин и управление предприятием: теория и практика для студентов и исследователей. URL: http://vamocenka.ru/metod-analiza-ierarxij-procedura-primeneniya/ (дата обращения: 11.03.2019). [vamocenka]
4. Рекомендательная система: введение в проблему холодного старта // Habr URL: https://habr.com/ru/company/surfingbird/blog/168733/ (дата обращения: 07.03.2019).
5. Савинова Наталья Алексеевна. Проектирование индивидуальных образовательных маршрутов учащихся на основе образовательных потребностей // ЧиО. 2015. №4 (45). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/proektirovanie-individualnyh-obrazovatelnyh-marshrutov-uchaschihsya-na-osnove-obrazovatelnyh-potrebnostey (дата обращения: 15.03.2019).

Комментарии

Оставьте свой комментарий