Подання понять дисципліни "Інформаційні технології в галузі" за допомогою інформаційних моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подання понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” за допомогою інформаційних моделей

Вельма С.В.

Анотація

Проведено порівняльний аналіз найпоширеніших моделей репрезентації понять в пам'яті людини. На основі проведеного аналізу обрана узагальнена модель репрезентації та формування понять, основою якої є ієрархічна структура понять та семантичні відношення між ними. На основі використання узагальненої моделі обрана та адаптована методика створення моделей репрезентації та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”.

Аннотация

Проведен сравнительный анализ наиболее распространенных моделей представления понятий в памяти человека. На основе проведенного анализа выбрана обобщенная модель представления и формирования понятий, в основе которой лежит иерархическая структура понятий и семантические отношения между ними. На основе использования обобщенной модели выбрана и адаптирована методика создания моделей представления и формирования понятий дисциплины «Информационные технологии в отрасли».

Abstract

The comparative analysis of prelate models to represent concepts in person's memory is carried out. The generalized model to represent and to form concepts is chosen on the basis of the analysis; this model is based on hierarchical concepts structure and semantic relations between them. The technique of creation models to represent and to form concepts of the subject “Information Technologies of the Branch” is chosen and adapted on the basis of the usage of the generalized model.

Постановка проблеми. Зміст будь-якої навчальної дисципліни періодично зазнає змін, здебільшого це відбувається внаслідок потреби узгодити його з сучасними досягненнями науки, техніки та технології. Не обходить цей процес і дисципліну “Інформаційні технології в галузі”, бо комп'ютерна наука швидко розвивається: оновлюється як комп'ютерна техніка, так і програмне забезпечення до неї, з'являються нові пакети комп'ютерних програм, тобто збільшуються обсяги навчальної інформації. Беручи до уваги, що зміст навчальної дисципліни базується на системі понять та семантичних відношень між ними [1], можна зробити висновок про збільшення, розростання системи понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”. Постає проблема розробки спеціальних, об'єктивних та ефективних методів репрезентації та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”.

Аналіз досліджень з визначеної проблеми. Проблема розробки ефективних моделей репрезентації понять в пам'яті людини розроблялася психологами протягом довгого часу [2-5]. На сьогодні існує досить велика кількість різноманітних моделей репрезентації понять, але, на превеликий жаль, ці моделі розроблялися окремо від процесу навчання, бо в літературі майже відсутня інформація про системне їх застосування в педагогічних технологіях.

Постановка завдання. Метою роботи є розробка узагальненої моделі репрезентації та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” та методики формування моделей конкретних понять на її основі.

Розглянемо найуживаніші моделі репрезентації понять з існуючих в навчальному процесі. Традиційно в навчальному процесі використовують три види репрезентації понять в пам'яті людини: множинну репрезентацію, репрезентацію за допомогою прототипу та репрезентацію за допомогою ознак.

Модель множинної репрезентації понять. “Поняття є узагальненням множини об'єктів, тому зберігання деякого поняття в пам'яті потребує такої форми репрезентації, яка б характеризувала не один конкретний об'єкт, а всю множину об'єктів, які належать йому” [3, С.65]. Можна зробити припущення про те, що в пам'яті людини впорядковано зберігаються приклади конкретного поняття, які зустрічала ця людина протягом життя. Звідси модель множинної репрезентації являє собою впорядковану множину конкретних об'єктів, яка має вигляд:

Поняття = {(об'єкт 1), (об'єкт 2), ..., (об'єкт N)},

де (об'єкт 1), (об'єкт 2), ..., (об'єкт N) - поняття конкретного фізичного об'єкту на деякій стадії його вивчення.

Розглянемо модель множинної репрезентації на прикладі одного з базових понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” - поняття “Меню”:

(Меню) = {(головне меню), (системне меню), (контекстне меню), (основне меню програми), (піктографічне меню)}.

Модель множинної репрезентації належить до образних моделей, а тому адекватно відображає початковий, образний етап формування поняття. З іншого боку ця модель адекватно відображає й кінцеві цілі процесу навчання - створення узагальнених образних комплексів понять, характерною рисою яких є висока швидкість ідентифікації реальних об'єктів. Потреба в моделях множинної репрезентації понять в процесі навчання не викликає сумніву, але ця модель майже не бере участі в процесі формування поняття, тому не може стати основою для узагальненої моделі репрезентації і формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”.

Іншою моделлю репрезентації понять, що також часто використовується в навчальному процесі, є модель репрезентації понять за допомогою прототипів (репрезентація множини об'єктів в формі однієї когнітивної одиниці). Ця модель відображає декларативний механізм представлення інформації людиною, спрямований на мінімізацію об'єму інформації за рахунок узагальнення, групування об'єктів за подібними ознаками навколо так званих прототипів. Прототип - це об'єкт, “який в найбільш чіткій формі відображає структуру класу як цілого і який можна представити сукупністю ознак, що найкраще відрізняють цей клас понять від інших” [3, с.76].

Репрезентація конкретного поняття за допомогою прототипу починається з його порівняння з прототипом, а вже потім відбувається його визначення як елемента більш високого чи більш низького рівня ієрархії. За рахунок цього суттєво скорочується час ідентифікації поняття людиною. Таким чином, вміння формувати прототипи понять допоможе зменшити витрати навчального часу на засвоєння навчального матеріалу, а отже підвищити ефективність процесу навчання в цілому.

В процесі комп'ютерної підготовки відбувається збільшення кількості конкретних об'єктів та кількості їх ознак, тому актуальним стає процес аналізу збільшеної кількості інформації. Саме процес аналізу більш адекватно відображають моделі репрезентації понять за допомогою ознак. В загальному випадку ці моделі мають такий вигляд:

Поняття = {(ознака 1), (ознака 2), ..., (ознака М)},

де (ознака 1), (ознака 2), ..., (ознака М) - система ознак, що характеризують різні сторони поняття.

Основною проблемою використання в процесі навчання моделей репрезентації понять за допомогою ознак є відсутність розробленої методики формування необхідної множини ознак.

Наприклад, у І.Хофмана [3] можна побачити таку структуру множини ознак:

Поняття = {(слово), (a), (b), (c), (d)},

де (слово) - слово чи словосполучення, що позначає поняття;

(a) - множина комплексних ознак;

(b) - множина необхідних ознак;

(c) - множина випадкових ознак;

(d) - множина характерних відношень.

Порівняємо між собою три розглянуті форми понятійної репрезентації. На рис. 1 ці форми репрезентації показані на прикладі поняття дисципліни “Інформаційні технології в галузі” “Вікно”. Множинна репрезентація припускає, що поняття “Вікно” існує у вигляді сукупності прикладів.

Множинна репрезентація:

(Вікно) = {(діалогове вікно), (вікно програми), (вікно документу), (вікно папки)}.

Репрезентація за допомогою прототипу:

Репрезентація за допомогою ознак:

(Вікно) = {(прямокутна форма), (наявність заголовку), (меню), (елементи керування)}.

Рис. 1. Різні види репрезентації поняття: множинна, за допомогою прототипу та за допомогою ознак

Репрезентація за допомогою прототипу показана на прикладі конкретного вікна. Репрезентація за допомогою ознак представлена у формі списку ознак. Розглянемо ці форми репрезентації відносно їх інформаційного вмісту. З цього погляду множинна репрезентація суттєво відрізняється від інших видів, бо зовсім не містить інформації щодо всіх об'єктів в цілому. Інформаційний вміст репрезентацій за допомогою прототипу та ознак однаковий, бо обидві ці форми зберігання інформації базуються фактично на ознаках (відрізняється лише засіб передачі тієї ж самої інформації).

Основним недоліком моделей репрезентацій за допомогою прототипу та ознак є те, що вони представляють структуру вже сформованого поняття, а не поняття, яке потрібно формувати в процесі навчання. Центральними елементами при формуванні поняття повинні бути дидактичні цілі. Тобто кожне конкретне поняття повинно формуватися не випадково, а з погляду на поставлені конкретні дидактичні цілі.

Поняття будь-якої дисципліни не є ізольованими одне від одного, а являють собою досить складну, ієрархічну за будовою мережу [6]. Не є виключенням і поняття дисципліни “Інформаційні технології в галузі”. Взагалі, навчальна інформація дисципліни “Інформаційні технології в галузі” характеризується великою кількістю понять і логічних відношень між ними, наявністю багаточисельних класифікацій та великою кількістю прототипів. До того ж в процесі засвоєння навчальної інформації студентами відбувається значне розширення змісту понять, а також включення понять у все більшу кількість семантичних відношень. Тому необхідною умовою для узагальненої моделі представлення понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” є відображення ієрархічної структури понять, що пов'язані логічними відношеннями.

Прикладом подібної моделі можуть бути мережеві моделі [4]. Відмінною особливістю мережевих моделей є така побудова, яка в якісному вигляді враховує ієрархічну структуру понять предметної області, і це є їх суттєвою перевагою. Основу цих моделей складає поняття “мережа”. Вершинами мережі є поняття (об'єкти, процеси, явища, закони, параметри тощо), а дугами - відношення між ними.

Одним із засобів покращення характеристик мережевих моделей є використання фреймів. Фрейм [5] являє собою структуру даних, яка описує стереотипну, “стандартну” ситуацію. Фрейм можна зобразити в якості системно-структурного опису об'єктів, процесів, дій предметної області, який містить набір пустих позицій для розміщення основних семантичних ознак. Після заповнення слотів конкретними даними фрейм починає описувати фрагмент декларативних чи процедурних знань. За допомогою семантичних відношень окремі фрейми утворюють фреймові мережі.

Існує два механізми репрезентації понять в пам'яті людини - декларативний та процедурний. Як показали дослідження [3], в процесах ідентифікації та формування понять одночасно функціонують обидва механізми. Декларативний та процедурний механізми сприйняття та обробки інформації характеризуються різкими відмінностями у витратах часу. Врахування обох механізмів дозволяє адекватно визначати витрати часу на сприйняття та засвоєння навчальної інформації. Саме на врахуванні в моделях репрезентації понять одночасно декларативного та процедурного механізмів сприйняття та обробки інформації побудована універсальна, узагальнена модель репрезентації понять на основі семантичних ознак [7], що має вигляд:

P = {R, S, D, H},

де P - слово чи словосполучення, що означає ім'я поняття;

R (R₁, R₂, …, R_l) - множина ієрархічних ознак, які представляють призначення та використання об'єкту (ознаки призначення);

S (S₁, S₂, …, S_х) - множина ієрархічних ознак, які представляють структуру, склад, побудову або конструкцію об'єкту (ознаки складу);

D (D₁, D₂, …, D_v) - множина ієрархічних ознак, які представляють принципи і механізми дії та функціонування об'єкту (ознаки принципу дії);

H (H₁, H₂, …, H_n) - множина ієрархічних ознак, які представляють параметри, характеристики та властивості об'єкту (ознаки параметрів).

Обрана модель містить набір множин ознак (R, S, D, H), а послідовність їх вивчення та кількість на кожному кроці дидактичного процесу визначається конкретними дидактичними цілями.

Наведемо приклад фрагменту опису загального поняття “Вікно”, що є одним з базових понять при роботі з операційною системою Windows: (Вікно) = {R, S, D, H} (рис. 2).

Таблиця 1. Опис фрагменту поняття “Вікно”

Для формування системи понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” необхідно для кожного поняття розробити модель, подібну моделі рис. 2. Методика розробки моделі конкретного поняття дисципліни “Інформаційні технології в галузі” базується на методиці, що була розроблена М.І. Лазарєвим [7], та містить такі основні етапи:

1) Визначення для конкретного поняття у відповідності з дидактичними цілями множини загальних ознак та формування з них множин ознак R (призначення), S (складу), D (принципів дії) та H (параметрів).

(Вікно) = { R , S , D , H } =

Рис. 2. Модель фрагменту поняття "Вікно"

2) Для одержання ознак другого рівня ієрархії проведення декомпозиції ознак R_i, S_j, D_l, H_n по відповідним критеріям.

3) Проведення наступних кроків декомпозиції для одержання ознак наступних рівнів ієрархії, по можливості.

4) Визначення семантичних відношень між ознаками різних множин.

5) Запис моделі поняття дисципліни “Інформаційні технології в галузі” у формі множини ознак чи структурно-логічної схеми.

Запропоновані моделі представлення та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” були використані в процесі викладання цієї дисципліни в Національному фармацевтичному університеті. Практичне використання моделей дозволило скоротити час формування понять при одночасному збільшенні їх об'єму.

1. На основі проведеного аналізу найуживаніших в навчальному процесі моделей репрезентації понять в пам'яті людини була обрана узагальнена модель репрезентації та формування понять, основою якої є ієрархічна структура понять та семантичні відношення між ними.

2. Обрана та адаптована методика створення моделей репрезентації та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі” на основі використання узагальненої моделі.

3. Практичне використання моделей репрезентації та формування понять під час викладання дисципліни “Інформаційні технології в галузі” показало їх ефективність по скороченню часу формування понять при одночасному збільшенні їх об'єму.

Проведені дослідження не вичерпують всіє повноти розробки моделей представлення та формування понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”. Напрямами подальшої розробки є:

- створення ієрархічної структури моделей всіх понять дисципліни “Інформаційні технології в галузі”;

- розробка психолого-дидактичного опису навчальних елементів цих моделей.

репрезентація пам'ять ієрархічний навчальний

Література

1. Диалоговые системы и представление знаний /Л.В. Кокорева, О.Л. Перевозчикова, Е.Л. Ющенко. - Киев: Наук. думка, 1992. - 448 с.

2. Зинченко Т.П. Память в экспериментальной и когнитивной психологии. - СПб.: Питер, 2002. - 320 с.

3. Хофман И. Активная память. - М.: Прогресс, 1986. - 312 с.

4. Искусственный интеллект: В 3-х кн. / Под ред. Э.В. Попова, Д.А. Поспелова, В.Н. Захарова, В.Ф. Хорошевского. - М.: Радио и связь, 1990. Кн. 1. - 464 с.; Кн. 2. - 304 с.; Кн. 3. - 368 с.

5. Минский М. Фреймы для представления знаний. - М.: Энергия, 1979. - 152 с.

6. Гончаренко С.У., Фролова Т.М. Багаторівневе структурування і методичні особливості його застосування в навчанні фізики // Педагогіка і психологія. - 1996. - №2. - С. 41-51.

7. Лазарєв М.І. Узагальнена модель представлення та формування понять інженерних дисциплін в технологіях навчання // Наукові записки: Збірник наук. статей Національного педагогічного університету ім. М.П. Драгоманова. - К.: НПУ, 2002. - Випуск L (50). - С.119-131.

Размещено на Allbest.ru