В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Жанібекқызы Назым Сабитова на тему «Модели и методы разработки интеллектуального учебника по ИКТ» по образовательной программе «8D06102 – Информатика».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Технологии искусственного интеллекта» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Официальные рецензенты:
Кайбасова Динара Женисбековна – доктор философии (PhD), ассоциированный профессор Школы программной инженерии Astana IT University (г. Астана, Республика Казахстан);
Аканова Акерке Сапаровна – доктор философии (PhD), ассоциированный профессор, руководитель группы образовательных программ «Компьютерные науки» НАО «Казахский агротехнический исследовательский университет имени С. Сейфуллина», (г. Астана, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
Мамырбаев Оркен Жумажанович – доктор философии (PhD), профессор, заместитель генерального директора по науке РГП «Институт информационных и вычислительных технологий» (Алматы, Республика Казахстан),
Муканова Асель Сериковна – доктор философии (PhD), ассоциированный профессор, декан Высшей школы информационных технологий и инженерии Международного университета Астана (г. Астана, Республика Казахстан);
Шормакова Асем Ноябревна – доктор философии (PhD), и.о. ассоциированного профессора, заведующая кафедрой «Информационные системы» Казахского национального университета имени аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
Ниязова Розамгуль Сериковна – кандидат технических наук, ассоциированный профессор кафедры «Технологии искусственного интеллекта» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилёва (г. Астана, Республика Казахстан);
Лахно Валерий Анатольевич – доктор технических наук, профессор кафедры «Компьютерные системы, сети и кибербезопасность» Национального университета биоресурсов и природопользования Украины (г. Киев, Украина).
Защита состоится: 24 апреля 2026 года 16:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D061 – Информационно-коммуникационные технологии»(«6D070500 – Математическое и компьютерное моделирование», «8D06105 – Математическое и компьютерное моделирование») по образовательной программе «8D06102 – Информатика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Заседание диссертационного совета состоится в офлайн и онлайн формате.
Ссылка: https://surl.li/vcjxtc
Адрес: Астана, улица Сатпаева, 2, корпус №1, учебная аудитория №302
Аннотация (рус.): Аннотация (рус.) Актуальность исследования. В современной системе образования значительно возрастает роль информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Особенно пандемия COVID-19 усилила значение онлайн-платформ обучения и способствовала широкому распространению массовых открытых онлайн-курсов (МООК). Однако существующие интеллектуальные учебники не всегда в полной мере учитывают индивидуальные потребности обучающихся. Поэтому возникает необходимость интеллектуального управления образовательными ресурсами и повышения их гибкости. Проектирование интеллектуальных учебников/курсов (ИУ/ИК) и оптимизация их содержания являются важным фактором повышения эффективности образовательного процесса. Существующие методы не обеспечивают достаточных возможностей для автоматизированного структурирования и адаптации учебных материалов. В связи с этим разработка интеллектуальных учебников/курсов на основе онтологического подхода и их оптимизация являются одной из актуальных задач. Онтология позволяет определить структуру образовательных материалов и систематизировать взаимосвязи между ними. Предлагаемая система онтологизированного проектирования интеллектуальных учебников (СОПЭУ) позволяет системно формировать учебные материалы, сокращать время проектирования и уменьшать затраты. Кроме того, использование генетического алгоритма при оптимизации содержания позволяет эффективно определять траекторию обучения и структурировать образовательные материалы. Данное исследование рассматривает проблему оптимизации интеллектуальных учебников/курсов посредством автоматизированного онтологического управления. Предложенные методы позволяют повысить качество образовательных ресурсов и обеспечить их гибкое и эффективное использование. Цель исследования – развитие моделей и методов разработки интеллектуальных учебников. Задачи исследования. Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи: 1. Проведение литературного обзора и анализа моделей и методов в соответствии с темой исследования. 2. Разработка методологии проектирования интеллектуального учебника на основе онтологической модели. 3. Определение структуры предметной области на основе онтологической модели. 4. Реализация методики преобразования онтологии в системе онтологизированного проектирования интеллектуального учебника (СОПЭУ). 5. Разработка метода оптимизации содержания онтологии с использованием генетического алгоритма. Методы исследования – методы онтологического моделирования и формализации структуры знаний; – логические методы представления знаний; – методы преобразования (модификации) онтологии и структурного анализа; – методы оптимизации на основе генетического алгоритма. Научная новизна. Разработана методика преобразования структуры обучения на основе онтологии, отличительной особенностью которой является автоматизация интеллектуальных учебников с использованием системы онтологизированного проектирования (СОПЭУ), включающей метод оптимизации онтологии на стадии проектирования. Данный метод позволяет сократить затраты и время разработки интеллектуальных учебников, обеспечить соответствие содержания интеллектуального учебника современному уровню знаний в предметной области информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), а также систематизировать учебные материалы для преподавателей. Усовершенствован метод оптимизации содержания онтологии, который отличается от существующих подходов использованием генетического алгоритма (ГА). Данный метод позволяет устранять циклы в графе онтологии и находить минимальные пути в графовой структуре онтологии. Впервые предложено использование генетического алгоритма для оптимизации содержания онтологии. Данный подход позволяет выполнять ветвление онтографа и обеспечивает вычисление оптимальной траектории обучения на основе учебных материалов, а также позволяет адаптировать образовательный процесс с учетом силлабуса интеллектуального курса (ИК) и/или интеллектуального учебного комплекса (ИОК) или рабочей программы учебной дисциплины. Основные результаты, выносимые на защиту – выполнен литературный обзор и анализ по теме исследования; – разработана методология проектирования интеллектуального учебника на основе онтологической модели; – определена структура предметной области на основе онтологической модели; – реализована методика преобразования онтологии в системе онтологизированного проектирования интеллектуального учебника (СОПЭУ); – разработан метод оптимизации содержания онтологии с использованием генетического алгоритма. Объект исследования. Процесс автоматического дополнения и последующей оптимизации онтологии по дисциплинам ИКТ. Предмет исследования. Методы применения генетических алгоритмов для оптимизации структуры онтологии с целью динамической адаптации содержания учебной дисциплины ИКТ. Методология исследования. Методологической основой диссертационного исследования является изучение способов сохранения и повторного использования коллективного образовательного опыта на основе применения онтологий, анализ эффективности расширения системы онтологизированного проектирования интеллектуальных учебников/курсов (СОПЭУ), применение методов оптимизации онтологий, а также автоматизация разработки интеллектуальных учебников/курсов (ИО/ИК), сокращение затрат и времени разработки, обеспечение актуальности знаний в предметной области ИКТ и оптимизация процесса систематизации учебных материалов для преподавателей. Обзор работ. Исследование основывается на ряде научных работ, посвященных разработке автоматизированных обучающих систем и их роли в образовательном процессе. Карпенко А.П. и Добряков А.А. [1] рассматривают особенности модельного обеспечения автоматизированных обучающих систем, описывая их структурные и функциональные возможности. Данное исследование подчеркивает важность модельного подхода в совершенствовании образовательных технологий. Цепковская Т.А. и Чопорова Е.И. [2] анализируют основные трудности, возникающие при создании автоматизированных обучающих систем, и предлагают пути их решения. Авторы отмечают необходимость совершенствования алгоритмической базы для повышения эффективности обучающих систем. Ягафарова Г.А. и соавторы [3] исследуют роль игровых автоматизированных обучающих систем как инновационного метода образования. Они показывают значимость игровых элементов для повышения мотивации обучающихся и улучшения качества усвоения учебного материала. Кудинов Д.Н. [4] изучает перспективы развития автоматизированных обучающих систем и определяет их будущие направления развития. В данном исследовании особое внимание уделяется персонализации образовательного процесса и анализу образовательных данных. Ильина Е.А. [5] рассматривает эффективность применения автоматизированных обучающих систем при организации самостоятельной работы студентов в высших учебных заведениях. Автор анализирует системные подходы, способствующие повышению качества самостоятельной работы обучающихся. Казахстанские исследователи Сейфуллина А.О. и Тажибай Л.К. [6] исследуют практику применения автоматизированных обучающих систем в высших учебных заведениях Казахстана. Они оценивают вклад данных систем в совершенствование образовательного процесса и их влияние на уровень подготовки обучающихся. Методология разработки интеллектуальных автоматизированных обучающих систем рассматривается в работе Большакова А. [7]. Данное исследование анализирует основные принципы и методы разработки интеллектуальных систем и показывает их значимость для повышения качества образования. Алтухов А.И. и соавторы [8] предлагают методику оценки времени, необходимого для освоения учебных курсов при использовании автоматизированных обучающих систем. Данное исследование направлено на анализ эффективности усвоения учебного материала. Палагин А. и соавторы [9] рассматривают особенности использования систем, ориентированных на знания, при разработке интеллектуальных учебников и учебных курсов. Авторы описывают методы структурирования и систематизации содержания обучения. Давлетбаева А.Р. [10] исследует роль онтологического подхода в обеспечении качества дистанционного обучения. Данное исследование анализирует возможности повышения качества образовательного процесса за счет применения онтологических моделей. Палагин А.В. и Петренко Н.Г. [11] изучают методы системно-онтологического анализа и описывают способы их применения при структурировании предметной области и разработке моделей знаний. Данный подход предлагается как эффективный инструмент для систематизации и структурирования образовательного содержания. Перечисленные исследования охватывают актуальные вопросы разработки и применения автоматизированных обучающих систем. Они имеют важное значение для совершенствования современных образовательных технологий, повышения эффективности обучения и оптимизации образовательного процесса. Теоретическая значимость исследования. Онтология может служить основой для организации эффективного образовательного процесса на всех уровнях системы образования. Применение онтологического подхода позволяет разрабатывать удобные для обучающихся интеллектуальные учебные средства (ИУС) и интеллектуальные учебники (ИУ), а также обеспечивает интуитивно понятную навигацию по учебному материалу. Внедрение интеллектуальных учебников в образовательный процесс способствует развитию творческого и интуитивного мышления обучающихся, а также позволяет совершенствовать эстетическое воспитание за счет использования графики и мультимедийных возможностей, развивать коммуникативные способности, формировать информационную компетентность и адаптировать обучающихся к эффективному использованию информационных технологий на протяжении всей жизни. Актуальность новых научных исследований по теме диссертации определяется необходимостью разработки эффективных методов архитектурно-структурной организации интеллектуальных учебных материалов на основе онтологий. Особенно актуальным является синтез содержания интеллектуальных курсов и интеллектуальных учебников по дисциплинам информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) для обучающихся средних школ. Предложенные методы позволяют всем заинтересованным участникам образовательного процесса – от школьных и колледжных преподавателей до коммерческих организаций, предлагающих интеллектуальные курсы и интеллектуальные учебники на рынке образовательных услуг – проектировать релевантные интеллектуальные учебные материалы на основе обработки предметных знаний. Кроме того, данные методы способствуют оптимизации процесса цифровизации образовательного контента за счет анализа и обработки больших объемов текстовой информации. Практическая значимость исследования. Разработан прототип программного обеспечения для оптимизации структуры обучения на основе онтологии. Прототип реализован на алгоритмическом языке C# в среде программирования Visual Studio. В результате исследования предложены теоретические и методические основы, необходимые для разработки полноценного инструмента, учитывающего процесс преобразования OWL-описания онтологии в компьютерное представление графа, соответствующего онтографу. Кроме того, предложен алгоритм работы программного средства, объединяющего машинные методы работы с онтологиями и графами. Это позволяет в дальнейшем автоматизировать процесс оптимизации структуры обучения на основе онтологии и интеграции данной технологии в образовательные системы. Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на следующих международных конференциях: 1. VІІ Міжнародної науково-практичної конференції до 30-ти річчя кафедри кібербезпеки та програмного забезпечення "Інформаційна безпека та комп’ютерні технології" конференциясына «The use of ontological modeling in the preparation of electronic courses in the field of information and communication technologies(2023). 2. «Ғылым, білім, инновация: өзекті мәселелері мен болашағы» атты халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясына «АКТ пәні бойынша интеллектуалды курстар мен оқулықтардың онтологиясын оңтайландыру процедуралары» (2023, желтоқсан – 1). 3. «Инновационные методы разработки электронных курсов в области информационно-коммуникационных технологий с использованием онтологических моделей» атты мақала «Жаһандық цифрландыру дәуірінде жасанды интеллекттің білім беру үдерісіне интеграциясы: стратегиялар, инновациялар және киберқауіпсіздік мәселелері» атты халықаралық ғылыми-практикалық конференциясы (2024, сәуір). 4. «Оптимизация компьютерных онтологий для создания эффективных электронных курсов в области информационно-коммуникационных технологий: методология и примеры применения» атты мақала «Жаһандық цифрландыру дәуірінде жасанды интеллекттің білім беру үдерісіне интеграциясы: стратегиялар, инновациялар және киберқауіпсіздік мәселелері» атты халықаралық ғылыми-практикалық конференциясы (2024, сәуір). Обсуждение и внедрение результатов исследования. В научных журналах, входящих в перечень научных изданий, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, опубликовано 4 статьи: 1. АКТ бойынша интеллектуалды курстардың онтологиялық жобалау жүйесі // ҚазККА Хабаршысы. – 2024. – №1(130). 2. Интеллектуалды білім беру АКТ курстары үшін онтологиялардың құрылымын жетілдіру // ҚазККА Хабаршысы. – 2024. – №2(131). 3. Онтология негізінде АКТ пәндік саласындағы интеллектуалды курстарды дайындау моделі // Қазақстан Республикасы Ұлттық инженерлік академиясының хабаршысы (2024. – №2. – Б. 124). 4. Многокритериальный анализ методов предоставления знаний для разработки интеллектуального учебника по ИКТ // Қазақстан Республикасы Ұлттық инженерлік академиясының хабаршысы (2024. – №4). 3 статьи в журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science: 1. The use of ontological modeling in the preparation of electronic courses in the field of information and communication technologies // Journal of Theoretical and Applied Information Technology (2023. – №15; Computer Science, Scopus - 13%). 2. Modification of the ontology using the teacher’s personal materials to increase the degree of automation of EC preparation // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies (2023. – №6(126); Computer Science сериясы, Scopus - 34%). 3. Optimization of computer ontologies for e-courses in information and communication technologies, // International Journal of Electronics and Telecommunications (2024; Computer Science сериясы, Scopus - 26%, Web of Science – Q4).
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=J55E_g0E5TE&t=3s
