СОВРЕМЕННЫЙ  ПОДХОД  К  СТРУКТУРИЗАЦИИ  ПРЕДМЕТНОЙ  ОБЛАСТИ  ПРИ  РАЗРАБОТКЕ  ИНФОРМАЦИОННЫХ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ

Стебеняева  Татьяна  Викторовна

к.э.н.,  гл.  спец.  АНО  ВПО  АМУ,  г.  Москва

E-mail:  perl77717@rambler.ru

Лазарева  Лариса  Юрьевна

к.э.н.,  референт  ООО  «НикаСтрой»,  г.  Москва

Основной  особенностью  реформирования  системы  образования  в  России  является  расширение  практики  использования  информационных  образовательных  технологий  (ИОТ).  Современный  образовательный  процесс  основан  на  принципах  систем  искусственного  интеллекта,  структуризации  знаний  и  разработки  ИОТ,  основанных  на  знаниях.  Однако  используемые  в  настоящее  время  ИОТ  имеют  жесткую  структуру,  они  не  ориентированы  на  модель  конкретного  пользователя  и  не  всегда  эффективны.  Кроме  того,  пока  еще  не  решены  и  многие  другие  концептуальные  вопросы  разработки  ИОТ.

Для  повышения  эффективности  образовательного  процесса  необходимо  решить  ряд  проблем,  основными  из  которых  являются:  что  представлять  (состав  знаний)  и  как  представлять  (модель  представления  знаний).  Их  решение  возможно  при  проектировании  ИОТ  на  основе  интеллектуальных  адаптивных  семантических  моделей,  продукционных  правил,  объединения  процедурный  и  декларативный  подход  к  представлению  знаний  [1,  с.  627].  Практическую  реализацию  этого  подхода  можно  осуществить  при  помощи  эвристических  моделей  представления  знаний,  которые  отличаются  широким  набором  средств  для  передачи  специфических  особенностей  предметной  области  конкретной  образовательной  дисциплины.

При  этом  под  предметной  областью  будем  понимать  совокупность  классов  реальных  объектов,  подлежащих  модельному  отражению  в  рамках  конкретной  образовательной  дисциплины  с  целью  ее  изучения  под  вполне  определенным  углом  зрения,  который  также  входит  в  понятие  предметной  области.

В  модели  предметной  области  образовательной  дисциплины  обычно  представлены  описательная  и  функциональная  части.  Описательная  часть  отражает  совокупность  базовых  понятий,  однозначно  определяющих  в  рамках  модели  предметной  области  объекты  и  отношения  между  ними.  В  описательной  части  имеются  именная  и  модельная  составляющие.  Именная  составляющая  отражает  совокупности:  имен  базовых  модельных  объектов  и  отношений  между  ними;  имен  характеристик,  посредством  которых  эти  объекты  специфицируются;  правил  образования  из  этих  имен  высказываний,  понятных  в  рамках  предметной  области.  Модельная  составляющая  отражает  совокупность  структурированных  (математических,  формально-логических,  продукционных  и  др.)  отношений  между  отдельными  элементами  именной  составляющей,  которые  отражают  модельное  представление  предметной  области.

Функциональная  часть  содержит  принятые  в  ней  правила  и  способы  манипулирования  объектами  для  решения  задач  обучения.

В  модели  предметной  области  можно  выделить  три  непересекающихся  подобласти,  которые  будем  называть  уровнями  модели  предметной  области.  Именная  часть  модели  предметной  области  образует  семантический  уровень,  а  модельная  часть  –  формальный  и  алгоритмический  уровни.  Внутри  каждого  из  уровней  для  моделирования  объектов  и  исследования  этих  моделей  используется  своя  система  понятий,  структур  и  операций  функциональной  составляющей  модели  предметной  области.  Относящуюся  к  одному  уровню  систему  понятий,  структур  и  операций  называют  аппаратом  этого  уровня.

Аппарат  семантического  уровня  содержит  понятия  о  моделируемых  объектах  предметной  области,  характеристики  и  термины,  которыми  описываются  объекты  и  их  возможные  взаимосвязи.  В  аппарат  этого  уровня  включены  операции  формирования  семантических  моделей  конкретных  объектов  предметной  области  в  его  контексте. 

Аппарат  формального  уровня  в  качестве  основных  понятий  использует  переменные  различного  типа  и  значения.  Его  структурами  выступают  множества  отношений  разных  типов  и  систем,  представляющих  формальные  модели,  которые  используются  в  этой  предметной  области.  К  основным  операциям  этого  аппарата  относят  построение  конкретных  отображений,  порождаемых  исследуемыми  отношениями  и  системами,  а  так  же  их  всевозможные  преобразования.

Аппарат  алгоритмического  уровня  оперирует  со  структурами  данных  и  программными  модулями,  реализующими  в  совокупности  или  по  частям  алгоритмы  отображений  формального  уровня.  Структуры  данных  этого  уровня  определяют  возможности  и  правила  сопряжения  модулей,  позволяющие  формировать  алгоритмы  и  программы  решения  конкретных  задач  обучения,  а  операции  представляют  собой  способы  формирования  образовательных  программ  путем  сопряжения  модулей  и  их  привязки  к  полям  данных  конкретных  модулей.

Описанный  подход  к  структуризации  предметной  области  включает  в  себя  несколько  аппаратов  моделирования  и  решения  задач,  каждый  из  которых  формирует  и  поддерживает  модель  предметной  области  конкретной  образовательной  дисциплины  в  контексте  определенного  уровня.

Отличительными  особенностями  ИОТ,  использующих  в  качестве  модели  представления  знаний  семантические  сети,  являются:  глубокая  структуризация  изучаемых  понятий  предметной  области  и  их  представление  в  виде  иерархической  модели;  идентификация  знаний  обучаемого,  его  личностных  характеристик  и  способностей;  адаптация  процесса  обучения  к  особенностям  обучаемого;  повышение  качества  обучения  на  основе  личностно-ориентированного  подхода.  В  качестве  исходного  материала  для  моделирования  семантической  сети  используются  тематические  планы  образовательных  дисциплин  и  профессиональные  знания  преподавателей. 

Основными  преимуществами  использования  семантических  сетей  для  структуризации  предметной  области  образовательной  дисциплины  и  непосредственно  самого  процесса  обучения  является  наглядность  описания  предметной  области,  гибкость,  адаптивность  к  цели  обучаемого.  Однако  с  увеличением  размеров  и  усложнением  связей  базы  знаний  предметной  области  ее  наглядность  теряется.  Преодолеть  эту  проблему  позволяет  метод  иерархического  описания  сетей,  который  используется  при  разработке  многоуровневых  семантических  моделей  представления  и  контроля  знаний  в  ИОТ.  При  этом  на  верхнем  уровне  располагаются  классы  понятий,  на  среднем  уровне  размещаются  обобщенные  понятия,  а  на  нижнем  уровне  -  конкретные  элементарные  понятия.  Число  уровней  иерархической  модели  знаний  определяется  уровнем  детализации  понятий  предметной  области.  Моделирование  предметной  области  образовательной  дисциплины  на  основе  иерархической  семантической  сети  позволяет  логически  структурировать  последовательность  изложения  учебного  материала.  Такой  подход  к  организации  знаний  при  разработке  ИОТ  позволяет  значительно  уменьшить  объем  памяти,  занимаемый  базами  данных,  и  сократить  время  обучения.

Основными  критериями  структуризации  понятий  предметной  области  образовательной  дисциплины  являются:  классификация  объектов  по  типам  и  выделение  фундаментальных  видов  связей  между  ними.  Не  смотря  на  то,  что  процесс  структуризации  знаний  при  разработке  модели  иерархической  семантической  сети  достаточно  трудоемок,  она  более  наглядно  отражает  логическую  структуру  учебного  материала  и  позволяет  комплексно  видеть  все  понятия  изучаемой  дисциплины  и  их  взаимосвязи,  что  имеет  важное  значение  при  разработке  ИОТ.

Для  структуризации  предметной  области  и  построения  ее  модели  в  виде  иерархической  семантической  сети  используется  следующий  алгоритм:

1.         Классификация  всех  понятий  рассматриваемой  предметной  области  на  классы,  обобщенные  и  элементарные  понятия.

2.         Выявление  общих  свойств  и  признаков,  присущих  каждому  уровню  понятий.

3.         Выделение  отличительных  признаков  каждого  уровня  понятий.

4.         Установление  связей  между  понятиями  одного  уровня.

5.         Выделение  межуровневых  связей.

Предлагаемый  подход  к  структуризации  предметной  области  образовательной  дисциплины  позволяет  организовать  эффективный  контроль  знаний  обучаемых,  поскольку  он  подразумевает  построение  модели  знаний  обучаемого  на  основе  изучаемых  понятий  семантической  сети  и  ее  сравнение  с  моделью  знаний  по  конкретной  образовательной  дисциплине.  При  такой  организации  контроля  знаний  обучаемые  анализируют  базовую  структуру  изучаемых  понятий  и  представлений,  связывая  с  ними  новые  понятия,  что  способствует  повышению  качества  обучения.

Таким  образом,  структуризация  предметной  области  образовательной  дисциплины  путем  формирования  иерархической  семантической  сети  при  разработке  ИОТ  дает  возможность  не  только  наглядно  отражать  логическую  структуру  образовательной  дисциплины,  значительно  уменьшить  объем  памяти,  занимаемой  базами  данных,  и  сократить  время  обучения,  но  и  организовать  эффективный  контроль  знаний  обучаемых.  Практическая  реализация  преимуществ  предлагаемого  подхода  будет  способствовать  повышению  качества  обучения  с  использованием  современных  ИОТ.

Исследование  выполнено  при  финансовой  поддержке  Российского  гуманитарного  научного  фонда,  проект  №11-06-00054а  «Модели  и  методы  формализации  содержания  образовательных  дисциплин  и  контроля  его  усвоения  на  основе  понятийной  сети  знаний».

Список  литературы:

1.Стюарт  Рассел,  Питер  Норвиг.  Искусственный  интеллект:  современный  подход.  2-е  изд.:  пер.  с  англ.  [Текст]  /  Ст.  Рассел,  П.  Норвиг.  -  М.:  Изд.  дом  «Вильямс»,  2008.  -  1408  с.