CC BY
473ИНСТРУМЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ
УДК 004 (075)
Е.А. Еремин
КАРТЫ MIND MAPS ДЛЯ УЧЕБНИКА ИНФОРМАТИКИ
Рассмотрены технологии представления базовых концепций учебного курса под названием Mind Maps (интеллект-карты). Подробно проанализированы достоинства и недостатки метода, а также основные приемы построения таких карт с помощью известного бесплатного редактора XMind. Продемонстрировано практическое применение описанных методов построения карт терминов для различных глав учебника информатики.
Ключевые слова : Mind Map, интеллект-карта, представление знаний, термин, учебник информатики.
Введение
В настоящее время, когда компьютеры становятся все более мощными и обрабатывают все более разнообразную информацию, набирают популярность графические способы представления структуры больших массивов данных. Подобные методы существовали и раньше: схемы структур рисовались на бумаге цветными карандашами и прочими доступными пишущими средствами. Тем не менее переход к компьютерной графике сделал процесс создания и редактирования схем значительно удобнее, а его результаты - качественнее.
Пытаясь наглядно и целостно представить взаимосвязанные данные, люди придумали для этого множество способов. Например, в подробном обзоре способов изображения карт биологических знаний [18] перечислены и проанализированы следующие технологии: Cluster Maps, Webs, Mind Maps, Computer-Generated Associative Networks, Concept Circle Diagrams, Semantic Networks, Conceptual Graph, Visual Thinking Strategies. В статье [3] данный богатый перечень расширен еще несколькими видами, например, добавлены денотатный граф, причинная карта и другие. В предыдущих выпусках сборника в качестве технологий создания электронных ресурсов описывались близкие технологии Topic Map и Concept Map [6,7].
Как мы видим, разработан и активно используется большой ассортимент методов для представления структур знаний. С педагогической точки зрения, методы эти полезны и эффективны. В последнее время стало заметно стремление представить в виде таких структур содержание не только отдельных тем, но даже целых учебников.
22
© Еремин Е.А. • 2014
Наиболее распространены сейчас всевозможные способы представления базовых терминов курса и их связей между собой. Формированию и применению таких структур, часто называемых семантическими сетями или тезаурусами (математически эта структура есть не что иное, как граф), посвящено большое количество публикаций. Перечислим некоторые из них.
В первую очередь процедуры составления тезаурусов, конечно, были применены к учебникам информатики. В частности, как только появился учебник пермских авторов под редакцией И.Г. Семакина (первое издание [8] вышло в 1998 г.), в его методическое сопровождение был включен сборник структурированных конспектов [15], изображающих структуру всех тем курса. Позднее в публикации, которая была посвящена 20-летию «Пермской версии» курса информатики [14], И.Г. Семакин, называя системность учебника одним из важнейших методических принципов, привел полный граф системы знаний общеобразовательного курса информатики. Он отметил, что «данная схема была предложена в 2002 г. , но актуальности она не потеряла и сегодня».
Другим учебником информатики, в котором существенное внимание уделено структуре взаимосвязей базовых понятий, является учебник С.А. Бешенкова и Е.А. Раки-тиной [2]. Немного позднее система структурированных схем, «раскрывающих различные аспекты изучаемых тем предмета «Информатика и ИКТ» и показывающих основные понятия и их взаимосвязи», была опубликована в виде небольшого альбома [9].
Подробное исследование содержания курса информатики и его тезауруса с использованием методов искусственного интеллекта провела Т.А. Кувалдина [10].
Имеются успешные попытки построения тезаурусов и по другим предметам. Так, в монографии [5] представлены результаты для нескольких разделов математики, а статья [1] подробно описывает структурно-логическую модель, включающую в себя термины из всего школьного курса физики. В работе [21] формируется система базовых понятий для курса экологической грамотности. Последний курс, как очевидно, является гуманитарным и достаточно обобщенным, так что обсуждаемый метод пригоден не только для математически строгих дисциплин.
Подчеркивая педагогическое значение систематизации базовых понятий, финские авторы [20] даже ввели для студентов-физиков специальный предмет, целью которого служит не получение дополнительных физических знаний, а организация всего того, что уже было усвоено ими ранее.
В данной статье описывается графическое изображение взаимосвязей между терминами углубленного курса информатики для 10-11 классов [12, 13]. В качестве компьютерного метода построения подробных структур терминов использовано рисование карт Mind Map. Выбор именно этого способа был сделан довольно случайно: хотелось освоить еще одну компьютерную технологию представления знаний (в дополнение к [6,7]) и опробовать распространенное бесплатное (открытое) программное обеспечение XMind [22].
Как выяснилось в процессе работы, осваиваемая технология Mind Map не такая замечательная, как ее часто пытаются представить, но построить задуманные схемы учебных терминов все же удалось. Частично это связано с тем, что программный продукт XMind содержит дополнительные возможности по сравнению с классическими картами
Mind Map. В связи с возникшими трудностями предварительно рассмотрим подробнее сам метод построения карт и выясним его сильные и слабые стороны.
Теоретические основы метода Mind Map
Теория Mind Maps (интеллект-карт1) была впервые представлена весной 1974 г. в книге Тони Бьюзена «Use Your Head» [16]. Автор весьма энергично пропагандировал идеи улучшения запоминания, в результате чего технология получила широкую известность. Наиболее подробно и систематически метод изложен в книге Т. Бьюзена и его брата «The Mind Map Book», известной нашему читателю под интригующим названием «Супермышление» [4].
Помимо просветительских целей, активная пропаганда технологии преследует и некоторые коммерческие интересы. Так, Т. Бьюзен создал «официальный» редактор iM-indMap и продает его через свой сайт в Итернете [19]. По счастью, имеется и бесплатное программное обеспечение под названием XMind, которое уже упоминалось ранее во введении.
В поддержку распространения «учения Бьюзена» создано Общество пользователей интеллект-карт. Как подчеркивается во введении к [4], «конечной целью общества является ознакомить к 2010 г. все население земного шара с идеями радиантного мышления, интеллект-карт и ментальной грамотности». В общем в скромности поклонников данной технологии не упрекнешь.
Понятно, что столь амбициозному методу рекомендовано множество применений, вплоть до «взятия под контроль эмоций» и даже «организации своей жизни». Большую роль Т. Бьюзен, естественно, уделяет применению метода в бизнесе - «интеллект-карты могут использоваться лицом, занятым в бизнесе или профессиональной деятельности, в любой ситуации, в которой в ином случае потребовалась бы «линейная» запись информации» [5].
Не забыто и образование. Т. Бьюзен рекомендует студентам рисовать интеллект-карты перед написанием сочинений, сдачей экзаменов, выполнением проектных работ, а также заменить ими все свои конспекты. Не меньше применений он называет и для преподавателей: подготовка лекций, планирование каждого дня, семестров и целого учебного года, занятия и презентации, экзамены, курсовые и дипломные работы и т.д. - это просто заголовки из соответствующей главы [4].
Таким образом, отчетливо видно, что прежде чем начать работать с методом, необходимо, прежде всего, освободить его от «рекламной обертки» и внимательно проанализировать, что после этого останется. Попробуем это сделать.
Безусловным достоинством интеллект-карт является их целостность. Т. Бьюзен справедливо подчеркивает, как важна целостность восприятия знаний о мире (в психологии для этого часто используется термин «гештальт»). Он пишет: «Интеллект-карты ... предоставляют возможность иметь перед глазами целостную картину, отражающую систему знаний по предмету, обеспечивая сбалансированное и всестороннее суждение о предмете» [4].
1 Встречается множество переводов термина Mind Map на русский язык: карта ума, карта сознания, карта памяти, диаграмма связей, интеллектуальная карта, ментальная карта; об особенностях перевода можно почитать по ссылке [11]
Другое несомненное достоинство метода заключается в его наглядности. Обосновывая эту строну своего учения, Т. Бьюзен подчеркивает, что при построении интеллект-карт активно работают оба полушария мозга: левое, ответственное за речевое представление знаний и логику, а также правое, доминирующее при восприятии цвета, размеров и обеспечивающее целостность восприятия предметов и явлений. Из этих справедливых посылов и делается, в общем-то, правильный вывод о пользе интеллект-карт. Проблема в том, что интеллект-карты - это не единственная форма наглядности, а в чем именно ее революционность по сравнению с другими наглядными формами представления материала, Т. Бьюзен не обсуждает. Он даже не упоминает о существовании других карт представления знаний (см. перечень во введении), так что предложенный метод неявно представляется автором как нечто уникальное.
Стоит отметить также полезность некоторых наблюдений Т. Бьюзена по вопросам запоминания и анализа материала. Например, при составлении карт он рекомендует обращать внимание на следующие важные обстоятельства [4]:
• базовые вопросы - как?/когда?/где?/почему?/что?/кто?/ который?
• разделы - главы/уроки/темы;
• свойства - характеристики кого-либо или чего-либо;
• история - хронологическая последовательность событий;
• структура - форма и ее сочетания;
• функция - роль или назначение кого-либо или чего-либо;
• процесс - ход развития явлений той или иной природы;
• оценка - насколько хорошим/ценным/полезным кто-либо или что-либо является;
• классификация - как соотносятся друг с другом те или иные объекты;
• определения - что собой представляет кто-либо или что-либо;
• личности - роли/характеры людей.
Приведенный перечень, несомненно, поможет нам при анализе любого учебного материала.
Теперь переходим к недостаткам учения.
Т. Бьюзен провозглашает в качестве важнейшего принцип радиантного мышления. Хотя автор постоянно использует эти красивые слова, четкого определения он не дает. Вот как выглядит наиболее конкретное описание термина.
«Термин «радиантное мышление» (от «радианта» - точки небесной сферы, из которой как бы исходят видимые пути тел с одинаково направленными скоростями, например, метеоритов одного потока) относится к ассоциативным мыслительным процессам, отправной точкой или точкой приложения которых является центральный объект» [4].
Как мы видим, должно быть выделено некоторое центральное понятие, к которому ассоциативно присоединяются остальные ключевые слова карты (мы увидим в дальнейшем, что именно так карта и строится!) Строго говоря, не видно убедительных причин, по которым другие входящие в интеллект-карту важные понятия не могут служить радиантами, так что есть некоторая проблема, что взять в качестве первичного «суперпо-
нятия». Т. Бьюзен не приводит каких-либо серьезных обоснований, почему мышление радиантно - он вообще очень часто постулирует теоретические основы своей теории аксиоматическим образом, прикрываясь красивыми рассуждениями об устройстве мозга вроде нижеследующего:
«В результате использования этой многоканальной системы обработки и хранения информации ваш мозг в любой момент времени содержит «информационные карты», сложности которых позавидовали бы лучшие картографы всех времен, будь они в состоянии эти карты увидеть.
Мышление, таким образом, можно представить себе в виде большой ассоциативной машины (БАМ!), а ваш мозг сверхмощным биокомпьютером, в котором мысли, подобно лучам, расходятся от практически бесконечного числа информационных узлов. Подобная структура отвечает строению нейронных систем, составляющих физическую архитектуру мозга» [4]
Другая неприятность заключается в глубокой индивидуальности интеллект-карт. Т. Бьюзен пишет так:
«Теория и практика радиантного мышления утверждают обратное: чем больше люди повышают свое образование, тем более отчетливым становится своеобразие мира их личных ассоциаций»
Из этого немедленно следует логический вывод - интеллект-карты для одного и того же понятия у разных людей трудносопоставимы. А это значит, что они очень полезны для систематизации собственных знаний, но малопригодны для передачи знаний от одного человека к другому. Все было бы по-другому, если бы рассматривались важные установленные наукой связи между объектами, но в цитате отчетливо говорится о личных ассоциациях3.
Наконец, серьезным недостатком теории интеллект-карт является ее аксиоматический характер - об отсутствии серьезных обоснований уже неоднократно говорилось выше. Более того, как ни удивительно, практически нет экспериментальных публикаций, исследующих достоинства и недостатки применения интеллект-карт4. Обычно все (в том числе и сам Т. Бьюзен на своем сайте) ссылаются на одну и ту же статью [17]. В ней описан следующий эксперимент. Студентам-медикам второго и третьего года обучения университета Лондона предлагалось запомнить текст из 600 слов. Одна группа случайно выбранных студентов пользовалась для запоминания интеллект-картами, а другая (тоже подобранная случайным образом, - контрольная группа) метод для запоминания выбирала самостоятельно. Проверка того, что сумели запомнить студенты, проводилась дважды: в процессе эксперимента и через неделю.
2 Уже здесь чувствуется противоречивость объяснений: с одной стороны, интеллект-карта, по определению, имеет выделенную центральную радианту, а с другой - «мысли, подобно лучам, расходятся от практически бесконечного числа информационных узлов»; т.е. получается, что карт очень много и они как-то незаметно переходят друг в друга?
3 Представьте себе, как сложно описать, что такое «цвет мокрого асфальта» жителю из отдаленной деревни или «запах свежепойманной рыбы» горожанину.
4 Хотя Интернет полон восторженных высказываний людей, которым рекомендации Т. Бьюзена позволили существенно улучшить память!
В итоге при немедленном воспроизведении особых различий в группах не было обнаружено, а через неделю группа, работавшая с Mind Maps, продемонстрировала преимущество долговременного запоминания примерно в 10-15% случаев. Таким образом, эффект был, но едва ли его можно назвать революционным.
И еще об одном опасении, связанном с призывом полностью заменить текстовые конспекты интеллект-картами. Если перейти от текста к рисункам, включающим отдельные ключевые слова, то не приведет ли это у современных учеников к еще большей потере способностей к написанию и пониманию текста?
Как строится Mind Map?
«Интеллект-карта имеет четыре существенные отличительные черты:
а) объект внимания/изучения кристаллизован в центральном образе;
б) основные темы, связанные с объектом внимания/изучения, расходятся от центрального образа в виде ветвей;
в) ветви, принимающие форму плавных линий, обозначаются и поясняются ключевыми словами или образами. Вторичные идеи также изображаются в виде ветвей, отходящих от ветвей более высокого порядка; то же справедливо для третичных идей и т. д.;
г) ветви формируют связанную узловую систему» [4].
Отсюда немедленно следует совсем несложная общая стратегия построения интеллект-карты. Сначала в центре карты располагается образ всей проблемы/задачи/области знания. Затем от центра рисуются толстые основные ветви с подписями - они означают главные разделы диаграммы. Основные ветви далее делятся на более тонкие и т.д. Все ветви подписаны ключевыми словами, заставляющими вспомнить то или иное понятие.
Один из простейших примеров интеллект-карты, не обремененной особым оформлением, приведен на рис. 1.
Рис. 1. Простейшая интеллект-карта (http://ru.-w ikipedia.org/w ¡И/файл :Mindmap.jpg5)
К этому несложному алгоритму необходимо добавить рекомендации автора методики по использованию цвета, рисунков, взаимному расположению ветвей и т.д. После освоения стандартных приемов, рекомендуется переходить к формированию собственного стиля рисования карт.
5 Отсутствует информация об обладателе авторских прав
До сих пор речь шла о рисовании интеллект-карты на листе бумаги от руки. Но существует и программное обеспечение для автоматизации этого процесса. Как уже упоминалась ранее, имеется редактор «от Тони Бьюзена» (платный) и несколько бесплатных редакторов, из которых довольно заметно выделяется XMind 2013.
Дополнительные возможности XMind
По сравнению с «классическими» интеллект-картами, редактор XMind позволяет использовать целый ряд дополнительных средств. В частности, помимо карт с традиционными скругленными ветвями, можно новые термины присоединять следующими дополнительными способами:
1) расставить подразделы наверх;
2) дерево направо;
3) логическая схема направо;
4) fishbone («рыбная кость») направо;
5) fishbone налево;
6) логическая схема налево;
7) дерево налево;
8) расставить вниз.
Все эти и некоторые другие возможности продемонстрированы на рис. 2.
Рис. 2. Возможности редактора Mind Map
Конечно, разнообразие формы ветвей не самое главное достоинство редактора. Очень существенно, что между ветвями можно устанавливать произвольные соединения (см. ветви 2 и 6 на рис.) - это позволяет создавать структуры не только в виде дерева, но и в виде сети. Другая важная особенность - возможность разрабатывать плавающие разделы, т.е. разделы, которые не являются частями общего дерева. К сожалению, такие разделы XMind часто «по собственной инициативе» переносит с одного места карты в другое, поэтому лучше всего их создавать на завершающем этапе работы.
Из более мелких особенностей можно отметить ярлычки с короткими подписями (см. под «Центральным разделом») и резюме (слева от ветви 8), связи - контур вокруг некоторой области (как вокруг ветви 1), а также маркеры - маленькие значки в виде номеров, звездочек, флажков, смайликов и т.п. (маркеры ставятся слева от названия раздела, например, у «Центрального раздела» имеется сразу два маркера).
И, конечно, можно регулировать цвета, форму фигур, шрифты и некоторые другие параметры оформления.
Как видите, возможности XMind шире, чем те, что предлагаются в классических интеллект-картах, что и позволило успешно использовать редактор при рисовании карт терминов для учебника информатики.
Составление карт для учебника
Теперь, когда основные принципы создания интеллект-карт стали понятны, перейдем к составлению карт базовых понятий для учебника информатики [12, 13]. Строить будем по главам, объединяя все главы каждого тома (в [12, 13] их по 4-5) в одном файле. Как показал опыт, объем XMind-файла в этом случае будет составлять примерно 1 Мб.
Рассмотрим для примера карту понятий для первой главы учебника для 10-го класса. Глава называется «Информация и информационные процессы». В нее входят четыре параграфа:
1. Информатика и информация.
2. Что можно делать с информацией?
3. Измерение информации.
4. Структура информации.
Первый параграф дает понятие о том, что такое информатика и что изучает эта наука. Рассказывается об основном предмете курса - информации, ее свойствах и получении из внешнего мира. Обсуждаются вопросы, связанные с обработкой информации человеком и компьютером, сопоставляются знания человека и компьютерные данные. Дается самое общее понятие об информационных технологиях и информационном обществе.
Второй параграф описывает информационные процессы, главными из которых являются передача информации и ее обработка. Подчеркивается важность материальных носителей для хранения информации и их роль в информационных процессах. Вводится понятие кодирования информации (подробнее об этом пойдет речь в главе 2) и излагаются основы передачи сигналов, содержащих информацию.
Третий параграф посвящен измерению информации. Подчеркивается, что поскольку смысл информационных сообщений люди пока измерять не научились, то изме-
ряется объем информации. Во многих компьютерных приложения такой подход является очень естественным: легко определить, сколько места займет на диске текст, рисунок или видеофильм; сколько времени потребуется на передачу файла по компьютерной сети и т. п. Вводится понятие единицы измерения информации - бита и обсуждается, как вычисляется количество бит в простейших случаях. Подробно разъясняется, как вводится более крупная единица - байт, при этом подчеркивается связь байта с ячейками ОЗУ, о чем подробнее пойдет речь в главе 5. Поясняется, как строится система производных единиц: килобайт, мегабайт и т.д.
Наконец, в четвертой главе подробно рассматривается один из важных способов обработки информации - ее структурирование. Объясняется, что благодаря структурированию информации существенно облегчается ее обработка, и подробно рассказывается, какие структуры данных используются в информатике (множество, список, иерархия, граф).
Все эти перечисленные выше главные положения должны быть обязательно отражены на нашей интеллект-карте.
Добавим, что вопросы, связанные с информацией и информационными процессами, будут повторно (более глубоко) рассматриваться в главе 1 курса 11 -го класса. О содержании материала 11-го класса мы поговорим позднее, сейчас нам важно обеспечить необходимые ссылки с интеллект-карты данной главы на карты последующих глав.
Обратимся теперь к рис. 3, где приведена итоговая интеллект-карта главы 1 учебника для 10-го класса. Ее сопоставление с приведенным выше описанием содержания главы позволяет легко найти перечисленные ранее части учебного материала. Так, правый нижний угол карты немедленно отождествляется с §4, а левая часть в центре - с §3.
Несколько комментариев по поводу того, как строилась карта. Сначала внимательно перечитывался текст учебника и составлялся его электронный конспект, отражающий основные термины, определения, объекты, процессы и т.д. Кроме того, конспектировались наиболее важные поясняющие абзацы, которые позднее будут включены в комментарии, скрытые внутри узлов карты. На этом этапе работа шла исключительно с текстом, никакие карты пока не рисовались. Разделение процессов отбора материала и рисования карты автор считает очень важным, поскольку на предварительном этапе нужно как можно глубже вникать в материал, не теряя важных мыслей и не отвлекаясь на графическое оформление.
Когда конспект был готов, из него выбирались базовые понятия, которые необходимо отразить на будущей карте (удобнее выписывать их на листок бумаги, чтобы ничего не забыть).
Наконец, после всей этой предварительной подготовки можно переходить к рисованию карты.
теоретическая вычислительная алгоритмизация и прикладная искусственный
информатика техника программирование информатика интеллект
информационные
Рис 3 Карта понятий главы 1 учебника 10 класса
Гч
л. £
с
а: &
кЭ
а
Ъг,
I
Ч; ^
(й о\ а:
¡г §
¡г а:
Как учил Т. Бюьзен, начинать построение карты надо с радианты - центрального понятия. Тут мы сразу же наталкиваемся на препятствие: радианту выделить очень трудно. Действительно, уже само название главы «Информация и информационные процессы» намекает на то, что есть как минимум два центральных термина6. Причем они взаимосвязаны, так что идея построить карты для каждого из них выглядит неудачно. По-видимому, с идеей радиантности мышления все же что-то не так.
Чтобы как-то удовлетворить требованию программы и поставить в центре ради-антное понятие, было решено взять в качестве такового номер главы. В результате в центре этой и всех последующих карт стоит «искусственная» радианта с номером главы.
К ней присоединяются самые важные понятия, которые имеют наиболее высокий семантический уровень. В случае главы 1 это, без сомнения, информация, информационные процессы, а также информатика. К трем перечисленным стоит добавить важные термины компьютер и человек - они работают с информацией. В итоге получаем 5 понятий самого высокого уровня, которые мы непосредственно присоединяем к «радианте» глава 1.
Далее, внимательно читая текст конспекта, тщательно систематизируем его и присоединяем понятия к уже имеющимся на карте. Особо подчеркнем, что мы стараемся руководствоваться при этом логикой и научным анализом, а не личными ассоциациями, как учит в своих книгах Т. Бьюзен.
Опыт работы показывает, что на этом этапе лучше пока не углубляться в оформ-
у
ление (шрифты, цвета, форма фигур, связи и т.п.) - все это лучше сделать позднее . В пользу этой рекомендации свидетельствует и особенности устройства самого редактора ХМтё. Типичная ситуация, в которую попадаешь при попытке все оформлять сразу, выглядит так. Пусть, например, составляется небольшая полная ветвь, например, для понятия информатика. Казалось бы, ее уже можно окончательно оформить - рискнем сделать это. Затем продолжим построение остальных ветвей карты. И вдруг в какой-то момент мы с ужасом обнаруживаем, что редактор, повинуясь своему внутреннему алгоритму «балансирования» карты, вдруг меняет ветви местами! И наша «окончательно» оформленная ветвь с левой половины карты переносится в правую, так что все те структуры, которые мы так тщательно строили с левой стороны, приходится переориентировать направо и наоборот. Поэтому стоит сначала построить полный общий каркас карты и только потом переходить к его оформлению. По этой же самой причине все «плавающие» разделы тоже рекомендуется ставить только после полного завершения каркаса.
Обратим внимание читателя на некоторые более мелкие особенности карты рис. 3.
Сопоставляя рис. 3 с рис. 2 можно заметить, что для более компактного расположения данных используются различные способы размещения терминов. Помимо уменьшения площади карты, данный прием еще делает ее более разнообразной, что облегчает зрительное восприятие.
6 похожая ситуация встретилась и в некоторых других главах.
7 конечно, если данный раздел очевидным образом важен, можно его сразу как-нибудь выделить; только не задумывайтесь пока обо всех нюансах оформления: это уведет мысли в сторону и нарушит процесс создания карты.
На карте используются рисунки: приводится схема передачи данных и важный график для уменьшения неопределенности знаний.
Для выделения наиболее важных значков применяется дополнительный фигурный контур, который в терминологии редактора называется «связь» (см. окружающий нас мир, информационное общество и важнейшие принципы информации - нематериальность, разнообразие и уменьшение неопределенности).
Аналогичным образом выделяются и связи с другими главами, только в этом случае в левом верхнем углу дополнительно пишется номер главы, на которую делается ссылка. Разумеется, гиперссылки тоже поддерживаются редактором.
Стрелками изображаются связи между отдельными ветвями карты (например, информация - это предмет изучения науки информатики, информатика изучает автоматическую обработку с помощью компьютера и является аналогом computer science). При тщательном построении стрелок карта начинает «подсказывать» смысловые связи. Так, на рис. 3 сформировалась непредусмотренная заранее цепочка: окружающий мир -получение информации через органы чувств - собственно информация - ее анализ, который проводится человеком с использованием знаний. А далее видно, что знания человека для обработки на компьютере превращаются в данные путем записи на некотором языке. В итоге мы видим определенную информационную картину, а не просто классификацию понятий!
На карте использованы «плавающие» разделы. В первую очередь, это важнейшие понятия окружающий мир и информационное общество. Кроме того, это еще базовое понятие материальный носитель информации. Оно встречается в нескольких местах главы. Во-первых, информация, будучи нематериальной, непременно нуждается в материальном носителе для фиксации. Во-вторых, суть информационных процессов состоит в изменении свойств носителя (примеры: составление конспекта книги на листе бумаги; обработка данных, находящихся в ОЗУ, или файла на внешнем носителе). В-третьих, канал передачи данных есть материальный носитель (бумага, на которой написано письмо, электрический или оптический кабель, электромагнитное поле при беспроводной передаче). Конечно, можно было бы «встроить» носитель в одно из трех перечисленных мест иерархии, а из двух других нарисовать стрелки. Тем не менее использование «плавающего» раздела делает карту более выразительной и выделяет данное фундаментальное понятие среди других, что должно способствовать лучшему запоминанию этого важного термина.
Наконец, почти ко всем понятиям карты добавляются комментарии, которые были подготовлены на этапе конспектирования.
А теперь посмотрим на рис. 4, где приведена карта для главы 1 учебника для 11-го класса, которая является логическим продолжением предыдущей карты. Это видно, прежде всего, из ссылки на учебник 10-го класса, расположенной около центральной радианты глава 1. Заметим, что правая часть карты, где было изображено содержимое нового материала из §4 «Информация и управление», на рис. 4 не показана.
Еще одна ссылка на главу 1 (точнее, на ее §3) касается единиц измерения (см. правую верхнюю часть карты). Наконец, в разделе о помехоустойчивости кодирования сделана ссылка на §79, где ранее обсуждалась проверка правильности данных с помощью контрольной суммы.
В связи с тем что школьники к 11 -му классу уже изучили логарифмы, становится возможным перейти от «облегченной» формулы 2 = N к более строгой формуле Р. Хартли I = log2 N (здесь I - это количество информации в битах, а N - количество возможных вариантов). А дополнительное привлечение математического понятия вероятности (см. «плавающий» раздел в правой верхней части карты) позволяет изучить фор-
«-» 8 мулу К. Шеннона, которая является более общей, чем формула Хартли . Все это служит
главным содержанием §1. Параграф §3 подробно рассматривает основы сжатия данных; понимание этого материала имеет большое практическое значение; §4, как уже отмечалось ранее, посвящен вопросам управления; а в §5 ученики знакомятся с основными идеями об информационном обществе.
Наконец, на рис. 5 приведена еще одна карта для главы 3 учебника для 10-го класса. Глава называется «Логические основы компьютеров». Поскольку техника создания карт уже понятна, мы не будем подробно рассматривать структуру карты, а сразу посмотрим на нее с позиций оценки той концептуальной информации, которая описывается в этой главе.
В §2 рассмотрены два новых связанных понятия, которых не было в материале 10-го класса: скорость передачи и пропускная способность. Но основной новый материал связан с изучением проблем помехоустойчивого кодирования.
Важнейшие идеи главы 3 состоят в следующем. При конструировании компьютеров используются несколько разделов логики, наиболее важным из которых является алгебра логики (левая часть карты).
На ее основе проектируются логические элементы (правая часть). На карте отра-
9
жено, что для теоретического рассмотрения принято использовать полную систему из элементов И, ИЛИ, НЕ. На практике же применяется комбинированный логический элемент И-НЕ, который один образует полную систему. На базе логических элементов строятся различные логические схемы. В школьном курсе рассматриваются применяемые в вычислительной технике триггер и сумматор.
Обратим также внимание читателей на важную «смычку», отраженную на карте, между обработкой двоичных данных (значения 0 и 1) и логических высказываний (значения «истина» и «ложь»).
Таким образом, в статье подробно рассмотрен способ представления структур знаний, называемый интеллект-карты (Mind Map). Показано, что мощность этого метода в литературе необоснованно преувеличена. Тем не менее, если не увлекаться чрезмерно популистскими идеями о «суперметоде», то вполне удается построить карты для каждой главы учебника. Подчеркнем еще раз, что при рисовании карт надо не столько руководствоваться личными ассоциациями, сколько логикой и научным анализом. Опробованный редактор интеллект-карт XMind вполне подошел для рисования структуры основных понятий, но, по мнению автора, описанный в предыдущей публикации [8] редактор CmapTools ему ни в чем не уступает.
8 заметим, что все формулы на карте - это рисунки, поскольку редактор XMind поддерживает только простейшие возможности форматирования текста.
9 полная система - это такая, на основе которой можно реализовать любую сколь угодно сложную логическую функцию.
признаки [=1
Рис 4 Карта понятий главы 1 учебника 11 класса
Гч
л. £
с
а: &
кЭ
а
Ъг,
I
Ч: ^
(й о\ а:
¡г §
¡г а:
и) сл
глава Зшв
1
формализация 11 формальная
логика
обрабатывает двоичные юнные
логика предикатов
алгебра щ логики
оперирует с —1 высказываниями
^аннь
состоит из логических' схем
|Глвэ 1, §3|
|предикаты §[ I кванторы |5 [
законы © алгебры логики
логическое выражение
(формула)
----------»| выI
высказывание @
истина ложь
I бит ИI
логические элементы
выражения логическая
бывают: операция
теория, языки программирования
стандартные микросхемы|
ш
другие представления:
типичные логическая
задачи: переменная
НЕ В'
и В —
А ШЛА'
0 1
1 о
А ВА- В
а с о О 1 о
0
1
таблица истинне сти
диаграммы
Вен на " ^ ^
1 О 1 1
или Ш"-
А ВА+В
а о о
0 1 1
1 С1 1 1 1 1
исключающее ИЛИ
А В А хог В 0 0 О
0 1 1
1 0 1 11 О
логические схемы
применяется на
практике
импликация 0 ®
ер В |
| применение
полусумматор
[1
эквивалентность @ е
А в А | В
Шефферэ
И в
О О 1
0 1 1
1 О 1 1 1 о
I ГЛЗВ^У.......
; | регистр [т]|
стрелка Пирса
В Ф
!
1]
5 | АЛУ [т] |
Рис 5
понятий главы 3 учебника 10 класса
£
1 о -к г:
0
а:
а: £
<5
РЧ
1
а о* 5
2
а:
3
а
§
о
¡г ¡г а
о ^
8 о
Ой
о а г: г:
СО
го
0 н
1
я
£
<
М Е 5
Список литературы
1. Баяндин Д.В., Мухин О.И. Структурно-логическая модель школьного курса физики в электронных средствах образовательного назначения // Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия «Информационные компьютерные технологии в образовании». Вып. 9. - Пермь: ПГПУ, 2013, С.28-45.
2. Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Информатика. Систематический курс: учебник для 10 класса. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. 432 с.
3. Босова Л.Л. Об использовании графических схем в курсе информатики и ИКТ. Информатика и образование 2008, № 5, С.16-25
4. Бьюзен Т., Бъюзен Б. Супермышление. Минск: Попурри, 2007. 320 с.
5. Гейн, А.Г., Некрасов, В.П. Математические модели формирования понятийных связей. Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2011. 110 с.
6. Еремин Е.А. Технология Topic Map — новое компьютерное средство представления структуры знаний. - В сб. Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия Информационные компьютерные технологии в образовании. Вып. 5. - Пермь: ПГПУ, 2009. С.6—14
7. Еремин Е.А. Представление учебного материала с помощью редактора концепт-карт CmapTools. // Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия «Информационные компьютерные технологии в образовании». Вып. 6. - Пермь: ПГПУ, 2010. С.98—109
8. Информатика. Базовый курс: учебник для 7-9-х классов / Семакин И.Г., Залогова Л.А., Русаков С.В., Шестакова Л.В. М.: Лаборатория базовых знаний, 1998. 464 с.
9. Информатика в схемах // Н.Е. Афанасьева, С.А. Гаврилова, Е.А. Ракитина, О.В. Вязовова М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 48 с.
10. Кувалдина Т.А. Тезаурус как дидактическое средство систематизации понятий курса информатики. Информатика и образование 2003. № 11. С.2-6
11. Особенности перевода и выбор русского варианта. Электронный ресурс. URL http://www.mindmap.ru/stat/perevod.htm (дата обращения: 20.08.2014)
12. Поляков К.Ю., Еремин Е.А. Информатика. Углублённый уровень : учебник для 10 класса : в 2 ч. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.
13. Поляков К.Ю., Еремин Е.А. Информатика. Углублённый уровень : учебник для 11 класса : в 2 ч. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.
14. Семакин И.Г. Пермской версии школьной информатики 20 лет: с чего начинали и до чего дошли. // Информатика. 2013. № 10, С.28-42.
15. Семакин И.Г., Вараксин Г.С. Информатика. Структурированный конспект базового курса. М: Лаборатория базовых знаний, 2001. 168 с.
16. Buzan T. Use Your Head. London: BBC Books, 1974. 157 p.
17. Farrand P., Hussain F., Hennessy E. The efficacy of the 'mind map' study technique. Medical Education, 2002, Vol. 36(5). P.426-431.
18. Fisher K.M. Overviee of Knowledge Mapping. In: Mapping Biology Knowledge // Science and Technology Education Library. 2002. Vol.11. P.5-23.
19. iMindMap Mind Mapping Software. Электронный ресурс. URL http://thinkbuzan.com/products/imindmap/ (дата обращения: 03.08.2014)
20. Koponen I. T., Mäntylä T. Lavonen J. Challenges of Web-based education in physic teachers' training. In: Proceedings of International Conference on Information and Communication Technologies in Education. Badajoz, Spain, 2002, P. 291-295.
21. Loubser C.P., Swanepoel C.H., Chacko C.P.C. Concept formulation for environmental literacy // South African Journal of Educatio. 2001. Vol. 21(4). P. 317-323.
22. XMind [Электронный ресурс]. URL http://www.xmind.net (дата обращения: 20.07.2014).
