Expert systems as a tool for foreign language instruction

Full Text

Введение

В последние несколько лет применение искусственного интеллекта в образовании демонстрирует устойчивый рост и привлекает значительное внимание научного и педагогического сообщества. Эволюция вычислительных технологий середины прошлого века, ознаменованная созданием программируемого компьютера, заложила основы для разработки интеллектуальных систем обработки информации. Появление экспертных систем (ЭС) стало закономерным этапом развития искусственного интеллекта, ориентированного на решение специализированных задач. С развитием информационных технологий началось активное внедрение экспертных систем в образовательный процесс. Применение таких систем в различных образовательных областях с разными образовательными целями становилось возможным по мере совершенствования искусственного интеллекта [1]. Современные экспертные системы стали более сложными и эффективными, обеспечив появление интерактивных заданий, автоматизированной проверки ошибок и индивидуализированного подхода для повышения языковых компетенций обучающегося. Эти системы используют искусственный интеллект (ИИ), машинное обучение (МО) и обработку естественного языка (НЛП) для обеспечения персонализированного опыта обучения [2]. Применение экспертных систем в образовательном процессе определяется их возможностью хранения и передачи неограниченного объема знаний. В данной статье рассматриваются ЭС как средство обучения иностранному языку.

Итак, обратимся к понятию «экспертные системы». В соответствии с классическим определением экспертная система – это программный продукт, в котором используется искусственный интеллект в виде типовых логических правил, содержащихся в заполняемой экспертами базе знаний [3]. Работа системы построена по алгоритму, имитирующему мыслительный процесс человека. В нашем исследовании рассматриваем экспертную систему (ЭС) как интеллектуальное программное обеспечение, имитирующее человеческий опыт и знания, использующее логические правила для решения сложных задач в изучении иностранных языков с применением экспертных знаний.

Современные технологии позволяют создавать интеллектуальные платформы, адаптируются под индивидуальные потребности каждого обучающегося, предоставляют персонализированные рекомендации и обратную связь. Экспертные системы способны анализировать уровень владения языком, выявлять пробелы в каждом языковом аспекте и предлагать оптимальные пути совершенствования навыков. Использование технологии интеллектуальных систем способствует развитию коммуникативных навыков, совершенствованию аудио-произносительных навыков, расширению лексического запаса и улучшению грамматической компетенции обучающихся [4].

Обзор литературы 

Актуальность рассматриваемой проблемы подкрепляется ростом числа публикаций. Материалы нашего исследования включают научные статьи, систематические обзоры и анализы, опубликованные за период 2018–2025 гг. и индексированные в базах eLibrary, КиберЛенинка (русскоязычные публикации), а также Scopus и Google Scholar (англоязычные работы). Отбор проводился по ключевым терминам: «искусственный интеллект», «экспертные системы», «обучение иностранному языку», «expert systems», «AI language instruction». В общей сложности было проанализировано около 20 работ.

Заваркки-Рихтер с соавторами провели систематический обзор исследований применения искусственного интеллекта в высшем образовании за 2007–2018 гг., проанализировав 146 статей из 2656 первоначально найденных публикаций. Авторы выделили ключевые области применения ИИ, среди которых – интеллектуальные обучающие экспертные системы, и указали на недостаточную проработку этических аспектов и педагогической теории в этой сфере [1].

Изменению традиционных методов преподавания английского языка с применением эффективных и актуальных технологических инноваций посвящена работа Ю.Д. Ермаковой [5]. М.А. Корытова, С.А. Шунайлова выявили потенциал систем искусственного интеллекта как вспомогательного средства в формировании критического мышления студентов [6].

П.В. Сысоев изучает педагогические и этические аспекты использования ИИ в обучении иностранным языкам, его влияние на когнитивную активность, а также описывает практический опыт применения чат-ботов при изучении иностранных языков [7].

С.В. Титова и К.Т. Темурян предложили типологию интеллектуальных агентов, разграничив адаптивные диалоговые системы, иммерсивные интеллектуальные среды на базе AR/VR, виртуальные помощники и комбинированные платформы, и среди их возможностей отметили персонализацию обучения, обратную связь, развитие всех видов речевой деятельности, снижение языковой тревожности и круглосуточную доступность [8]. М.Н. Евстигнеев сформулировал систему дидактических принципов обучения иностранному языку с опорой на ИИ-технологии, обозначив новые виды взаимоотношений между четырьмя участниками образовательного процесса: педагогом, обучающимся, образовательной средой и ИИ-технологией [9].

Ученые отмечают широкие возможности применения ЭС в образовательной сфере, так как они «способны взять на себя рутинные операции», например ознакомление с учебной информацией и мониторинг результатов [10].

Работы в области ИИ в образовании рассматривают основные направления применения искусственного интеллекта в обучении языкам, включая персонализированное обучение, чат-боты, распознавание речи и инструменты автоматизированной обратной связи, и указывают на их дидактические возможности. Авторы подчеркивают, что ИИ уже повышает индивидуализацию обучения и поддержку учащихся, но его эффективность зависит от педагогического дизайна и корректной интеграции в учебный процесс. В перспективе исследователи видят развитие ИИ в языковом образовании через более точную адаптацию к потребностям учащихся, расширение аналитики обучения и усиление роли преподавателя как организатора и интерпретатора цифровой поддержки. Итак, совокупность проанализированных данных позволяет утверждать: в настоящее время ИИ представляет собой доказанно эффективное дополнительное средство обучения, а ЭС – результативный вспомогательный инструмент языкового образования.

Материалы и методы

Методологическую основу исследования составили общенаучные и специальные методы теоретического познания. В качестве материалов исследования использовались отечественные и зарубежные научные публикации, монографии, диссертационные исследования, нормативные документы и методические разработки, посвященные рассматриваемой проблематике. Основными методами исследования выступили анализ, синтез, сравнение, обобщение и систематизация научных данных, а также контент-анализ научной литературы. Применение данных методов позволило выявить современные научные подходы к исследуемой проблеме, определить основные тенденции ее развития, уточнить понятийно-категориальный аппарат и сформулировать теоретические положения, составляющие основу авторской концепции.

Результаты исследования

На первом этапе исследования был проведен теоретический анализ научных статей, систематизация и обобщение научных данных, сравнительный анализ российских и зарубежных подходов.

Исследователи отмечают, что ЭС, несомненно, обладают рядом свойств, которые делают их особенно востребованными в образовательной практике, а именно:

• обучение и тренировка без ограничений;
• высококачественный опыт и экспертиза;
• возможности прогнозирования;
• институциональная память [11].

Во-первых, ЭС обеспечивают круглосуточный доступ к учебным материалам и тренировочным заданиям, что снимает временные и пространственные барьеры традиционного обучения. Студенты могут повторять упражнения в собственном темпе, получать мгновенную обратную связь и возвращаться к сложным темам неограниченное количество раз, что важно для изучения языка: систематическая практика произношения, отработка грамматических и лексических навыков в сочетании с мгновенными корректировками ускоряет закрепление навыков. Однако следует учитывать, что отсутствие взаимодействия с реальным человеком может снижать мотивацию у некоторых учащихся и ограничивать развитие коммуникативных навыков.

Несомненным достоинством ЭС является то, что разработчики инкапсулируют в обучающие платформы, чат-боты и приложения накопленные знания экспертов и лучшие педагогические практики, что позволяет передавать проверенные стратегии решения задач и объяснения сложных вопросов. В языковом обучении это выражается в предоставлении точных грамматических объяснений, контекстуальных примеров и рекомендаций по самообразованию. Такой «опыт в коробке» уменьшает зависимость от индивидуальных вариаций уровня преподавателя и способствует стандартизации качества обучения. Тем не менее существенным недостатком может является то, что качество системы напрямую зависит от качества исходных экспертных данных.

Следующее положительное свойство заключается в том, что модели и правила, заложенные в экспертных системах, позволяют прогнозировать траекторию обучения студента: уровень сложности тем, перспективы прогресса, типичные ошибки конкретного учащегося. Это дает возможность заранее корректировать программу и оптимизировать план обучения. Прогнозы также помогают формировать адаптивные тесты и рекомендательные системы для индивидуализации контента. Среди рисков можно наблюдать ошибочные прогнозы при недостаточных данных или изменении внешних условий (мотивация, нагрузка студента), поэтому прогностические выводы лучше использовать совместно с периодическим контролем преподавателя.

ЭС выступают хранилищем накопленных знаний и практик: методики, успешные сценарии обучения, типичные ошибки студентов и эффективные способы их коррекции фиксируются и остаются доступными преподавателям и администраторам учебного процесса. Это ускоряет внедрение проверенных педагогических решений и облегчает масштабирование программ. Институциональная память также поддерживает анализ эффективности программ во времени. Однако необходимо обеспечить регулярное обновление таких баз знаний и контролировать их соответствие современным методикам.

Рассмотрим ключевые характеристики ЭС, адаптированные для конкретной образовательной области (в нашем случае – изучения иностранных языков), которые позволяют сделать учебный процесс максимально эффективным.

1. Компетентность – экспертные системы демонстрируют способность к качественному применению предметных знаний для генерации решений с временными характеристиками, сопоставимыми с человеческой экспертизой, сохраняя при этом точность выводов. ЭС способны обеспечивать высокий уровень точности, качества рекомендаций и обратной связи. Благодаря интегрированным знаниям искусственного интеллекта учащиеся получают поддержку от виртуального преподавателя, сопоставимого по уровню квалификации с настоящим экспертом-лингвистом. Это повышает качество усвоения материала и снижает вероятность появления ошибочных стереотипов в изучении иностранного языка [12].
2. Символические рассуждения – система оперирует формализованными символическими репрезентациями, концептами целевой предметной области, обеспечивая логическую согласованность выводов. Способность экспертной системы имитировать человеческое мышление и логически рассуждать позволяет ей учитывать различные аспекты контекста и глубины вопроса. Так, студенты получают развернутые объяснения сложных грамматических правил, оттенков значений отдельных выражений и нюансов культуры, характерных именно для конкретного случая.
3. Глубина обработки – функционирование системы оптимизировано для конкретной предметной области с высокой степенью сложности и обладает возможностью делать выводы даже на основе неполных или противоречивых данных. Глубокая обработка данных гарантирует детальное понимание высказываний обучающихся и выявление возможных ошибок. Вместо поверхностного подхода система учитывает контекст и семантику текста, помогая выявить причины возникновения трудностей и скорректировать коммуникацию [13]. Учащиеся приобретают привычку глубже думать и точнее формулировать мысли, что повышает общий уровень освоения языка.
4. Рефлексивность (метакогнитивные способности) – система должна обладать архитектурой, позволяющей осуществлять мониторинг и анализ собственных процессов принятия решений, включая валидацию выводов и оценку достоверности используемых знаний. Система помогает студентам развивать осознанность и критичность, предупреждая о случаях, когда самостоятельно принять решение было бы эффективнее или полезнее. Такая характеристика позволяет формировать у обучающихся чувство ответственности и самостоятельности, развивая умение оценивать свои силы и искать дополнительные ресурсы для обучения.

Использование экспертных систем в обучении иностранному языку имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами. Перечисленные характеристики делают ЭС важным инструментом самостоятельного обучения иностранному языку, а также незаменимыми помощниками преподавателей.

Нами были проанализированы аспекты работы ЭС, которые позволяют рассматривать их как эффективный инструмент обучения иностранному языку.

1. Индивидуализированный подход: ЭС анализируют уровень знаний и потребности каждого студента, чтобы адаптировать материалы и упражнения в соответствии с конкретными запросами, пробелами в знаниях и требованиями.
2. Адаптивное обучение определяется возможностью автоматического подбора заданий и тестов на основе успешности выполнения предыдущих упражнений.
3. Использование диалоговых систем и чат-ботов на изучаемом языке может имитировать разговор с носителем, предоставляя возможности для практики устной речи и аудирования.
4. Технические возможности ЭС предлагают широкий вариатив интерактивных упражнений, которые помогают студенту закрепить материал и отработать требующиеся навыки.
5. Обратная связь и возможность самооценки по выполненным заданиям в режиме реального времени позволяют студенту понять ошибки и определить проблемные области.
6. Контекстное обучение – ЭС используют ситуативные задания, которые моделируют реальные сценарии общения на изучаемом языке.
7. Интегрированные мультимедийные ресурсы в различных медиа-форматах – текст, аудио, видео и графика – позволяют сделать обучение увлекательным и эффективным.
8. Использование статистики и анализа данных на основе алгоритмов машинного обучения определяет наиболее успешные методы и подходы в обучении на основе больших объемов данных о студенте и его прогрессе.
9. Возможности современных интерактивных ЭС предлагают интегрированную функцию социального взаимодействия, что позволяет пользователям общаться друг с другом, создавая «группы по интересам» [14].

Таким образом, применение ЭС в обучении иностранному языку обладает рядом достоинств и становится все более распространенным. Существует множество инновационных решений для изучения иностранного языка. Так, для следующего этапа эксперимента были отобраны популярные приложения, обучающие платформы и технологии на основе ЭС, выделены их преимущества и недостатки.

1. Интерактивная языковая платформа Duolingo. Одно из самых популярных в мире приложений как для изучения языков, так и для тестирования. О популярности этого приложения говорит множество исследований, посвященных изучению его функционала [15]. Это приложение в игровой форме помогает пользователю любого уровня изучать язык. Каждый урок состоит из заданий по аудированию, переводу, практики разговорной речи и грамматики. Все упражнения сопровождаются теоретическим материалом, что помогает студенту усовершенствовать произносительные навыки, улучшить знание грамматики, увеличить словарный запас. Среди преимуществ можно выделить выбор языков, задания по аудированию, наличие учебных материалов. Основным недостатком считаем отсутствие обновления лексического состава приложения.
2. Чат-боты для практики языка HelloTalk и Tandem. Эти приложения предлагают общение с носителями языка через текстовые сообщения, голосовые сообщения и видео. Преимуществами приложений являются фильтр поиска, широкий выбор языков, обратная связь от носителей языка, встроенный переводчик, неограниченное время практики. К недостаткам можно отнести лимит бесплатного доступа и нестабильное качество общения, отсутствие эмоционально окрашенных высказываний, эмотивного восприятия общения [16].
3. Платформы для тестирования и оценки iTalki. Платформа соединяет студентов с преподавателями иностранного языка. Несомненными достоинствами приложения являются возможность общения с преподавателями, гибкое расписание занятий, индивидуализированный подход. Среди недостатков отметим высокую стоимость уроков, отсутствие фиксированной программы и гарантий качества знаний преподавателя.
4. Обучение с использованием виртуальной реальности (VR) Immersive VR Language Learning. Существуют обучающие платформы, которые используют виртуальную реальность для погружения в языковую среду. В них студенты могут взаимодействовать с виртуальной окружающей средой и практиковать язык в контексте реальных ситуаций в различных областях знаний. Таким образом, иммерсивная виртуальная реальность может рассматриваться как образовательная технология, в том числе в изучении иностранных языков [17]. Преимуществами такого метода можно считать погружение в среду, интерактивность, доступность разнообразного контента, эффективное развитие навыков. Среди минусов можно выделить необходимость специального технического обеспечения, отсутствие взаимодействия с реальными людьми, необходимость навыков работы с технологиями виртуальной реальности.

В нашем эксперименте по изучению иностранного языка с применением экспертных систем участвовали 42 студента неязыкового вуза. На констатирующем этапе эксперимента было проведено входное тестирование для оценки исходного уровня владения языком в соответствии с Общеевропейской системой оценки знания иностранных языков (CEFR).

На формирующем этапе эксперимента в течение трех месяцев обучающиеся занимались изучением языка с использованием выбранного приложения или платформы. Ребята самостоятельно выбрали приложение и навыки, на которые требовалось сделать упор. Необходимыми условиями эксперимента были непрерывность и систематичность обучения, необходимость самооценки.

На заключительном этапе эксперимента все студенты прошли итоговый контрольный срез, а также опрос по удовлетворенности использованием ЭС. Полученные данные свидетельствуют об улучшении языковых навыков от 19 до 47 % и удовлетворенности обучающихся использованием ЭС.

Среди педагогических преимуществ использования ЭС в изучении иностранного языка участники отметили:

• персонализированную обратную связь, соответствующую принципам когнитивной нагрузки;
• адаптивную последовательность задач на основе производительности;
• геймификацию, повышающую мотивацию и интерес к обучению;
• социальное обучение через взаимодействие со сверстниками или единомышленниками (например, HelloTalk);
• контекстное обучение через симуляции (например, среды виртуальной реальности).

Результаты эксперимента с использованием ЭС приводятся в таблице. Данные приведены в соответствии с результатами тестирования и отзывами участников эксперимента.

Результаты эксперимента с использованием экспертных систем / 
Results of the experiment using expert systems

Обсуждение и заключение

Результаты эксперимента показывают, что традиционные методы обучения имеют такие ограничения, как низкая индивидуализация и вовлеченность обучающихся, а также отсутствие адаптивности и оперативной обратной связи. Обучение с использованием экспертных систем предлагает более гибкий, персонализированный интерактивный подход, который учитывает индивидуальные потребности студентов при помощи использования современных технологий для улучшения результатов. Применение ЭС при изучении иностранных языков представляет собой перспективное направление, способствующее повышению эффективности образовательного процесса. Они превосходят традиционные методы по скорости обратной связи, автономности обучающегося и обучению на основе экспертных данных. Несмотря на значительные достижения в данной области, остается ряд нерешенных вопросов, связанных с интеграцией экспертных систем в традиционные методы обучения и оценкой их влияния на мотивацию учащихся.

About the authors

Svetlana G. Menshenina

Author for correspondence.
Email: Menshenina.mail@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5794-5342

Cand. Ped. Sci., Associate Professor at the Department of Foreign Languages

References

Supplementary files