CC BY
15
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии. Том XVII, ISSN 1311 -9419 (Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv. Series C. Technics and Technologies. Vol. XVII., ISSN 1311 -9419 (Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019
СРЕДА ЗА КОМПЮТЪРНО МОДЕЛИРАНЕ НА АКУМУЛАТИВНИ ФРЕЙМОВИМОДЕЛИ ЗА Е-ОБУЧЕНИЕ Георги Пашев, Силвия Гафтасджиева, Георги Тотков Пловдивски университет „ПаисийХилендарски"
A SYSTEM FOR COMPUTER MODELING OF ACCUMULATIVE FR4ME MODELS FOR E-LEARNING Georgi PasheR SilFiaGaftaFdz hievR, Geor^ Totkov PlovdivUrnveasity „Pateii HileEdarski"
Abstract. A software environment CumuFormo for designing prototypes of frames and instances of frames with slots of different types is introduced. CumuFormo supports different databases and facilitates modeling of pedagogical scenarios in the form of e-learning workflows. The software tool Alpaca and a workflow interpreter, named EMS, are used in the development of CumuFormo.
Key words: frames in e-learning, computer modeling of frames, didactic scenarios.
Фреймовите модели, въведени в информатиката от Мински (Minsky, 1974), първоначално се ползват за представяне на знания за цели на изкуствения интелект. Според теорията на Мински, възприемането на нов феномен (факт, ситуация, явление, понятие, процес и др. под.) от човешкото съзнание, се базира на: а) установяване на сходство (прилика и разлика) със структура (фрейм), извлечен от паметта; б) евентуално адаптиране и запаметяване на последния към възприемания нов феномен. Идеята на Мински се свързва с представата, че човек възприема, осъзнава и запомня информация за наблюдавани или изучавани феномени в природата и обществото, като я разпределя, „подрежда" и запаметява на базата на вече изградени и познати елементарни и съставни когнитивни модели (вкл. с тяхно адаптиране и/или развитие). Предполага се, че съответните когнитивни модели, наричани в случая „фрейм-модели" имат сравнително проста структура, а именно: списък от двойки <име на слот, тип на стойностите на слота>, като към отделни слотове (или групи от тях) могат да се аташират и специални функции (напр. за определяне на стойността на слот при определени условия или събития, проверки за консистентност или непротиворечивост, и др.). Примери за възможни типове на стойностите могат да се приведат за различни предметни области - ПО (в математиката - цели и реални числа, вектори и матрици и др., в езикознанието - думи, синонимен ред, изречения и др., и т.н.).
Фрейм-моделът се задава със своето име и структура (фиг. 1.)._
Име на фрейм-модела:
(име на 1-ви слот: тип на стойността на 1-вия слот) (име на 2-ия слот: тип на стойността на 2-ия слот)
(име на n-тия слот: тип на стойността на n-тия слот) Лиоула 1. Фбща структура не фрейм-медев с псвота
Всяко задаване на набор от стойности (от съответния тип) за попълване на слотовете на даден фрейм-модела, определя конкретен негов фрейм-екземпляр.
Пример 1. Фрейм-модели за деклариране на данни в програмирането (Шивачева, Тотков, 2017)
№ Име на фрейм-модел Слотове
Тип Име Програмен код
1. Деклариране на променлива
2. Деклариране на масив
Пример 2. Фрейм-модел на българска словоформа
Име на слот Обяснение
Словоформа конкретна словоформа
Граматична категория глагол/съществително/прилагателно/наречие
Значение на словоформата речниково описание
Словообразувателни представки списък представки (ако са налични)
Словообразувателни наставки списък наставки (ако са налични)
Гнездо словоформа
Граматична категория на гнездото'1 глагол / съществително / прилагателно / наречие
Значение на гнездото речниково описание
Пример 3. Фрейм-екземпляр на словоформа „повлекана"
Име на слот Съдържание
Словоформа повлекана
Граматична категория съществително име
Значение тромава и развлечена, неспретната жена (неодобрително, разговорно)1
Словообразувателни представки по-
Словообразувателни наставки -на
Гнездо влече
Грам. категория на гнездото глагол
Значение нося, водя (неодобрително)2
В последните 10 - 15 години, фреймовите модели се използват широко в обучението. Специално ще отбележим монографията3 (Gurina i dr., 2007), в която фреймови модели (под формата на схеми, рисунки, таблици и др.) се използват за структуриране на знания за научни понятия, закони, задачи и практически примери в областта на физиката. В същата монография се предлагат и фреймови модели в обучението по английски език.
Във връзка с развитието на е-обучението и опитите за автоматизиране на преподавателския труд, в (Totkov i dr., 2014) е въведено понятието „акумулативна тестова единица" (АТЕ). На тази база се оказва възможно проектиране на автоматизирани системи за създаване и провеждане на тестове в е-обучението, както и генериране на различни типове тестови единици (ТЕ) в процеса на е-обучение. Ще отбележим, че АТЕ от отворен тип могат да се разглеждат като специфични фреймови модели, а генерираните в процеса на оценяване тестови единици - като съответни фрейми-екземпляри. В последния случай, с една особеност - съдържанието на някои слотове може да не е адекватно (например, ако е създадено от обучавани в процеса на изучаване на дадена ПО). Така въведените специфични фреймови модели ще наричаме акумулативни фреймови модели (АФМ). В ПУ „П. Хилендарски" са проведени редица изследвания, свързани с използване на АФМ в е-обучението (Atanasova, Totkov, 2015; Atanasova, Totkov, 2017; Aтанасова, 2018). Оказва се, че АФМ могат да се разглеждат като относително самостоятелни, логически обособени
1 Според (Bylg. tylkoven rechnik, 2001)
2 4-то значение на глагол „влече" според (Bylg. tylkoven rechnik, 2001)
3 Вж. и цитираните там публикации.
дидактически единици, които (заедно със създавани на тяхната основа съответни фрейми-екземпляри (вкл. и неадекватни за ПО) могат да се ползват в различни етап на процеса на обучение.
Обучение (за изучаване на дадена ПО), построено на базата на АФМ и на техни фрейми-екземпляри, може да използва следните педагогически сценарии:
A. Запознаване на обучаваните с АФМ, типични за ПО;
Б. Проучване на информационни материали, вкл. учебни (задължителни, препоръчвани, допълнителни и др.) текстове с цел откриване (и запаметяване) на подходящо съдържание на слотовете на фрейми-екземпляри на известни АФМ (от А.), а така също предлагане и обсъждане на други (различни от А.);
B. Оценяване на знанията на обучаваните с използване на налични АФМ и техни фрейми-екземпляри (вж. Б.), едновременно съпроводено с изграждане на БД от тестови единици (от различен тип) на базата на идеята за АТЕ;
Г. Целенасочено откриване на нови знания за обекти и процеси на ПО, конкретизирайки
съдържанието на подходящи АФМ (от А. и Б.) под формата на фрейми-екземпляри; Д. Самостоятелно разработване на теми (напр. под формата на курсови работи),
използвайки АФМ за ПО и техни екземпляри; В случая на обучение по програмиране, сценарии А. - Д. могат да станат част от самия процес на обучение, и се оказват адекватни (Shivacheva, Totkov. 2017).
Накратко ще представим софтуерна среда CumuFormo за проектиране и поддържане на БД от АФМ и съответни фрейми-екземпляри за обучение в различни ПО. Основни функционалности на CumuFormo са:
- проектиране на фрейм-модели със слотове от различен (краен брой) „вградени" тип;
- създаване на фрейм-екземпляри за съществуващи фрейм-модели;
- поддържане на БД от фрейм-модели (по А.) и на БД от фрейми-екземпляри (по Б.);
- моделиране и реализиране на педагогически сценарии от типа на А. - Д. за набори от фрейм-модели и фрейм-екземпляри
Фигура 1. Структурна диаграма на CumuFormo
Софтуерната рамка за реализация на слой „Генератор на ГПИ" от фиг. 1 е базирана на генератора на формуляри Alpaca (http://www.alpacajs.org/tutorial.html) и на PHP Maker (https://www.hkvstore.com/phpmaker/). Реализацията на входно-изходния ГПИ за уеб браузър ползва JSON схеми и JSON обекти, съответно представящи фрейм моделите и фрейм екземплярите. Мрежовият слой захранва „Генератора на ГПИ" с JSON схеми и JSON обекти. като предоставя уеб методи за достъп до функционалности на интер^етатс^ EMS на процеси (Pashev, Totkov, 2018) с ползване на данни за фрейм модели и фрейм екземпляри,
CumuFormo
Slots Projects
Frame Specimens
Frame models Slot Types Scenarios
Frame Specimens list
a г-
Search
ID Slot Content Explanation Slot Name Frame Model
13 повлекана конкретна словоформа Словоформа AM словоформа Р / / ft Ü
17 сыцесгвително словоформа Граматична категория AM словоформа Р // ft Ö
18 тромава и развлечена, неспретната жена (неодоб[ )., разг.) речниково описание Значение на словоформата AM словоформа Р / / ftfi
19 по- списък представки Словообразувателни представки AM словоформа Р f ft fi
20 -на списък наставки Словообразувателни наставки AM словоформа Р / / ftfi
21 влече словоформа Гнездо AM словоформа Р / / ftfi
22 глагол гнездо Граматична категория на гнездото AM словоформа Р / / ft fi
23 нося, водя (неодобр.) речниково описание Значение на гнездото AM словоформа Р / / ft о
Records 1 to 8 of 8 + + ffl 0
Фигура 2. Изглед от екран за дефиниране на фрейм модели
Педагогически сценарии се моделират и осъществят сравнително просто с EMS. Нещо повече, някои по-прости по структура и логика сценарии могат да бъдат зададени и инициирани само с посочване на фрейми от БД. Например: сценарий Б. за създаване на фрейм-екземпляри от обучавани може да се инициира само с указване на фрейм-модела от Пример 2. (фиг. 2.); сценарий В. за решаване на ТЕ - с указване на фрейм-екземпляр от БД, в който съдържанието на някои слотове формира основата на ТЕ и се очаква обучаваните да попълнят съдържанието на други (някои слотове на екземпляра може и да не участват при формирането на ТЕ).
Работата е подкрепена от проект МУ17-ФФ-023 „Акумулативни фреймови модели за извличане и агрегиране на данни за знания и процеси в обучението" към Фонд „Научни изследвания" на ПУ „Даисий Хилендарски".
Литература
1. (Atanasova, Totkov, 2015) Atanasova М., Totkov G. Cognitive-didactic model when generating testing items in physics. 8th National conference "Education and research in the information society", 28.5 -29.5.2015, Plovdiv, 43 - 50.
2. (Atanasova, Totkov, 2017) Atanasova M., G. Totkov, Frame Models in Physics and English Language, Journal of Physics and Technology, Volume 1 (2017), Number 2, 48-50.
3. ^танасова, 2018) Atanasova M., Metodika za proektirane i systaviane na testovi edinici po Blum (s prilozhenie v e-obuchenieto), Disertacionen trud, Plovdiv, 2018.
4. (Bylg. tylkoven rechnik, 2001) Bylgarski tylkoven rechnik, 4-to izdanie, dop. и1 preraboteno ot D. Popov, Izd. Nauka i izkustvo, Sofia, 2001.
5. (Gurina i dr., 2017) Gurina R., E. Sokolova, O. Litvinenko, А. Tarasevich, S. Fedorovа, А. Uadilova, Frejmovie opori. Moskva, 2007 (in Russian).
6. (Minsky, 1974) Minsky, M., A frameworkfor representing knowledge, in Artificial Intelligence Memo No. 306, M.I.T. &Artificial Intelligence Laboratory, 1974.
7. (Pashev, Totkov. 2018) Pashev G., G. Totkov. EMS-A Workflow Programming Language and Environment." Journal Technology Educational Management Informatics 7.3 (2018): 638-644.
8. (Shivacheva i dr., 2017) Shivacheva G., G. Totkov, R. Doneva, Chetene s razbirane na programen kod, Nauchni trudove na SUB-Plovdiv, Seria B. Technika i technologii, tom XV, 2017, 58-62.
9. (Totkov i dr., 2014) Totkov G., M. Sokolova, Hr. Kostadinova, Testyt v e-obuchenieto, Rakursi, Plovdiv, 2014.
