1.

   Структурирование знаний для    дистанционного обучения

 

 

 

 Автор:  Гаврилов  Николай Анатольевич,  Начальник СИДО ПОИПКРО.

 Публикация: Вестник ПОИПКР №3

 

      Совокупность знаний представляет    собой   бесконечную массу  понятий,  так или иначе взаимосвязанных между собой.   Каждая наука, а также разделы науки ,либо  различные взгляды на то или иное явление  - это срез бесконечного пространства знаний

       Возникает вопрос – «для чего необходимо структурирование знаний и оформление  в виде  особого формального механизма    для дистанционного обучения с использованием ИНТЕРНЕТА?»

      Дистанционное обучение – принципиально новое явление, в котором кроме учителя и ученика  ( субъекта и объекта)  есть  нечто новое, не формулируемое единым термином. С одной стороны – это технический посредник ( компьютер ) ,с другой  , – это бесконечный источник знаний, работающий в режиме мгновенного получения любой информации ( интернет)

   В связи с этим  возникает  необходимость ,(кроме диалога учителя и ученика, контроля учителя за учеником) , создать инструмент, обеспечивающий не диалог, а общение втроем ,  когда  все стороны треугольника становятся равноценными: .учитель -интернет- ученик. Структура преподнесения учебного материала совершенно меняется по сравнению с классической схемой.

  На сегодняшний день   нет четкой концепции формирования подобных курсов.  Поэтому  их при организации   часто применяются универсальные схемы, единые для различных типов знаний.

  Это привело к тому, что  гуманитарные  дисциплины   почти  не присутствуют в курсах дистанционного обучения  ,а другие дисциплины ,оформляясь в виде КДО ( курсов дистанционного обучения), не могут довести часть знаний до учащегося, так как недостатки  компьютерного обучения  приводят к ухудшению восприятия тех понятий, которые могут  быть представлены в очном курсе. Ограниченность курса ,отсутствие живого контакта с учителем и возможность расширения определений и формулировок,   сказываются на качестве обучения.

    С другой стороны, новые информационные технологии открывают совершенно иные возможности в системе обучения. Дистанционное обучение приводит к более демократичным отношениям ученика и преподавателя, высвобождает массу времени, предполагает индивидуальный подход, возможность возвращаться к пройденному материалу бесчисленное количество раз и пр. Но, что самое главное,  возникает принципиально новый источник информации, фактически безграничный – это  мировые интернет ресурсы.

  На данный момент большинство существующих КДО являются замкнутыми системами с жесткими моделями ,не позволяющими адаптировать конкретный тип знаний к конкретному способу   представления информации.

 Нами предпринята попытка  создания  дифференцированной схемы   КДО, сформулированы принципы структурирования знаний и воплощение этих принципов на конкретных примерах и моделях. Все приведенные  способы структурирования знаний   позволят создать реальную возможность полноценного использования интернет – ресурсов в КДО.

  Принципы    структурного анализа  пространства знаний. могут использоваться также и при моделировании знаний  для создания очных курсов, правда в ограниченном варианте.

  Нами даны только наиболее общие принципы, без подробной детализации

   Пространство знаний  представляет собой бесконечное количество понятий, определений,  утверждений, умений  и  других  структурных узлов (СУ), взаимосвязанных между собой структурными связями различного характера. Структурные  узлы  могут быть образованы и так называемыми модулями  знаний ( система МРИТО) Данное пространство знаний может быть  

2.

разделено на  замкнутые области знаний, внутри которых  существуют однородные связи  однородного характера. ( см схему 1)

 Схема 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Йцйц

 

 

 

   Итак,  в общем пространстве знаний  можно выделить срезы ( области знаний),которые имеют четкую замкнутую структуру связей. Между данными областями также существуют структурные связи, объединяющие все пространство знаний. Чем больше понятий, или умений  заключается в данной области знаний, тем шире срез пространства знаний, тем больше структурных связей (СС) В вершине двустороннего бесконечного конуса содержится общее понятие – пространство знаний. Чем дальше от вершины, тем большее количество понятий либо умений  ( структурных узлов)  содержится  в данном срезе( области знаний )

   Главной задачей при изучении структурных связей  между областями, а также связей внутри области между структурными узлами    является точная дифференциация понятий, создание единой  замкнутой логической схемы. В противном случае область знаний не может быть представлена в  виде   отдельного  структурного элемента и возникнут трудности при изучении  структурных узлов.

 Интернет    пространство   есть  виртуальное отображение пространства знаний.  Главная  задача  организации дистанционного обучения является максимальное использование интернет ресурсов . Для этого необходима технология. 

   Технология структурного анализа интернет  пространства и   выделение отдельных областей знаний и служит способом составления курсов ДО. Срезы информационных ресурсов ИНТЕРНЕТА представляют области знаний. А  структура области знаний представляет  характер организации дистанционного обучения и составления информационных модулей ( понятий ) в логическую структуру курса 

      При структурировании пространства знаний можно выделить несколько способов    отличных  друг от друга  способом выделения областей знаний из общего пространства знаний.  Сам конус  представляет  собой выделенную область знаний в общем пространстве знаний. В

 

3.

вершине конуса – основной СУ ( основное понятие) Круговые срезы конуса - это  группы  структурных узлов ( категории понятий)

 

Схема 2     Способ 1

 

 

 

 

 

 

 

Способ 1, соответствует принципу кругового наслоения:

-         связи,  существующие между областями знаний и умений не являются жесткими

-         выделение производится только в одном направлении

-         срез выполняется по  структурным узлам одной категории

 

 

Схема 3 Способ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Способ 2 соответствует  принципу расширения:

 

-         связи,  существующие между областями либо не являются жесткими, либо отсутствуют

-         выделение областей производится по нескольким направлениям.

-         срез выполняется по структурным узлам одной категории

 

Схема 4  Способ 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 Способ 3, соответствует принципу последовательных ступеней:

 

-         связи,  существующие между областями являются жесткими

-         выделение производится только в одном направлении

-         срез выполняется по структурным узлам одной категории

 

 Схема 5 Способ 4

 

 Представляет  модификацию всех вышеперечисленных принципов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Способ 4  представляет  модификацию всех вышеперечисленных принципов

 

-         связи,   существующие  между  областями   являются  смешанными, 

-         выделение областей производится по нескольким направлениям.

-         срез выполняется по структурным узлам  разных категорий

 

Ниже приводится примерная таблица выбора принципа логического структурирования.

 

1.Принцип кругового наслоения Характер структуры Детерминированный Либо условно детерминированный	Естественнонаучные дисциплины: Физика Биология География И др.
2. Принцип  расширения Характер структуры Недетерминированный Либо условно детерминированный	Гуманитарные дисциплины История Философия Литература И др.
3. Принцип последовательных ступеней Характер структуры Строго детерминированный Либо детерминированный	Жесткие информационно-насыщенные области знаний: Математика Экономика, Бух.учет И др.
1.     Смешанные схемы Характер структуры В зависимости от типа схемы	Для  областей знаний, не подлежащих  четкому  отнесению   Смежные науки

 

   

    Одним из  важных критериев при      структурировании областей знаний (ОЗ) и пространства знаний при использовании новых информационных  технологий – это принцип адекватности, который заключается  в создании таких принципов структурирования,  которые бы органично выписывались  в способы и методы работы интернета и поисковых систем. То есть  области знаний должны быть  представлены таким образом, чтобы   их компьютерная обработка и способы представления информации  соответствовали требованиям интернет -технологий.

         Другой важный критерий является логическое структурирование областей знаний.

          В соответствии с теоремой Геделя о неполноте любая система ( аксиом, понятий и пр) либо противоречива, либо неполна Хотя расширение теоремы Геделя на различные системы ( языковые, социальные и пр.) и не является окончательно доказательным ( существует масса научных работ по данному вопросу), наше построение структуры пространства знаний будет основываться именно на положениях этой теоремы

             Почему выбрана именно эта схема?

  Пространство ИНТЕРНЕТ – бесконечно изменяющаяся структура, постоянно наполняющаяся информацией. Выделяя  непротиворечивую область знаний из общего пространства интернет, мы предполагаем, что область постоянно наполняется  новыми понятиями, дополняющими систему знаний и данный процесс бесконечен.

  Принцип же непротиворечивости важен именно для средств обучения, когда четкая структура области знаний позволяет иметь завершенные блоки знаний, пригодные для обучения.

    Во многих  существующих системах моделирования знаний    выбор    между неполнотой и противоречивостью  склоняется в сторону   противоречивости  . В итоге создаваемый курс  ДО представляет собой замкнутую структуру, представляющую собой полный набор научных понятий, определений и умений. Однако  при ближайшем рассмотрении   можно увидеть, что подобные курсы ДО  содержат множество противоречивых понятий, которые не могут  быть объяснены в рамках данного курса  и  этот недостаток усиливается отсутствием живого учителя, который мог  бы  внести обучаемому ясность на   смысл тех или иных  научных понятий ( структурных узлов).

      Для примера можно привести  классический логический парадокс, который возникает внутри   систем с полным набором аксиом. Это ,например, парадокс ЛЖЕЦА. Если лжец говорит: Я – ЛЖЕЦ, он вступает в логическое противоречие с самими собой. ,так как он в данном случае говорит правду и не является лжецом. ,но на самом деле – он Лжец и то, что он говорит – неправда. И тд. Подобных противоречий в замкнутых логических курсах масса.  Например, в одном из курсов по физике  есть определение Массы: Масса – это мера инертности тела. В этом же курсе  имеется следующее определение инертности Инертность – это характеристика массы тела. То есть масса определяется через инертность, а инертность – через массу. Возникает логическая ловушка, когда в пределах курса невозможно  найти точное определение  понятия и необходимо выходить за его пределы.

  Само понятие структурирования предполагает разделение общего на составные части и выявление  равнозначных частей. Иначе построения структуры не получается .Невозможно построить  здание из кирпичей разного размера. Именно этот фактор является одной из предпосылок   для  создания определенных схем структурирования.  СУ делятся на категории, в зависимости  от емкости включенных в СУ понятий ,умений и пр.

  При структурировании знаний   СУ объединяются между собой  структурными связями(СС)

В процессе структурирования   между понятиями (   СУ) как в пределах категории, так и между категориями возникает два типа связей – вертикальные и горизонтальные

 

Горизонтальные основные  связи   – это связи между   категориями СУ. Горизонтальные связи носят причинно следственный характер и предполагают логическое  продолжение одного понятия по отношению к другому от общего к частному. Вершиной горизонтальных связей всегда является основное понятие области знаний  (  Основной  СУ), окончанием   понятие  самой последней категории. Горизонтальные связи объединяют более крупные СУ  со СУ меньших категорий. Необязательно процесс деления СУ  должен происходить по правилам логического деления. Это может быть механическое деление предмета на составные части , деление  групп предметов на классы, и так далее

  

 Пример горизонтальных связей на примере устройства автомобиля

 

                                                                                                       Деталь А

                         Карбюратор                                                       Деталь В           

Двигатель                                                                         Деталь А

                         Камера сгорания                                     Деталь В           

                                                                                                        Деталь А

                        Система подачи топлива(бензонасос)               Деталь В           

        

                       

Основное               СУ 1 категории                                       СУ 2 категории

понятие

 

     Вертикальные  основные связи – это связи между понятиями в пределах одной категории. Началом вертикальных связей всегда  служит основное понятие ( основной СУ), окончанием – конечная цель при изучении области знаний .Вертикальные связи позволяют  замыкать часть курса в  логическую структуру. При отсутствии вертикальных связей  невозможно  достигнуть полностью конечной цели  структурирования области знаний. Отличие вертикальных связей от горизонтальных в том, что они не обязательно должны носить причинно-следственный характер. Вертикальные связи объединяют между собой   обязательные структурные узлы ( ОСУ).Если такого объединения не происходит,то вертикальные связи не считаются выстроенными.

 

Пример вертикальных связей:

 

      Возьмем простейший пример – такое понятие, как автомобиль. Проструктурируем данное понятие в  СУ первой категории:

Основное понятие – автомобиль. Вертикальные связи:

 

          Автомобиль

                                                        А1 – колеса

                                                                                                                          А2 – корпус

                                                                                                    А3 – двигатель

                                               А4 – руль (система управления)

Знание устройства автомобиля

 

   Очевидно, что мы указали все обязательные понятия данного определения. Без любого из этих СУ Понятие автомобиль не будет окончательно раскрыто. Если же мы  задаем вопрос, что за предмет, имеющий колеса ,укрепленные на корпусе, способный самостоятельно передвигаться и управляемый с помощью руля – любой поймет, что это автомобиль. Достаточно убрать одно из звеньев, понятие автомобиль рассыпается и превращается в тележку( без двигателя),либо в агрегат, вырабатывающий тепло( без колес),либо  в неуправляемый снаряд ( без руля),либо в набор запчастей ( без корпуса)

 

  При структурировании ОЗ  возникает множество  перекрестных связей.  В   интернете и в пределах компьютера они носят характер гиперссылок как в пределах одного СУ, так и  в пределах всей  ОЗ и  ПЗ. При создании перекрестных  связей не существует определенных правил, они могут  создаваться произвольно.

 Совокупность горизонтальных и вертикальных  основных  связей и представляет собой структурное  строение  ОЗ.

   При создании КДО для средств обучения необходимо учитывать    все типы  СС.

     Одной из  задач структурирования ОЗ является создание такой структуры, которая обладала  бы  всеми возможностями, предоставленными  современными техническими средствами -  программным обеспечение,  компьютерной  техникой,  пространством ИНТЕРНЕТ. Создание  КДО  не должно сводиться к  механическому перенесению лекционного материала на магнитные носители. Именно процесс структурирования этого материала и есть новая, еще не отработанная образовательная  технология, требующая детального изучения.