CC BY
51
А.И. Феоктистова, канд. пед. наук, доцент, кафедра математических и естественнонаучных дисциплин, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище им. генерала армии В.Ф. Маргелова, г. Рязань, Россия, feokt-alla@yandex.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗНАНИЙ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
В статье рассмотрен процесс построения модели предметной области знаний, в качестве которой рассматривается содержание учебной дисциплины. Моделирование знаний дисциплины начинается с разбивки на модули, являющиеся самостоятельными в смысловом отношении частями учебного материала, которые охватывают содержание всего курса. Модули различаются внутренним строением, внутренней организацией и объемом входящих в них знаний, что позволяет производить их детализацию на элементарные модули, являющиеся неделимыми элементами знания. Для построения моделей предметной области знаний желательно использовать информационно-семантические сети. Для их представления используется граф. Структуру графа составляют вершины, которые соответствуют абстрактным или конкретным объектам, и соединяющие их дуги, определяющие связи между ними. Поэтому модель знаний учебной дисциплины можно представить в виде графа, вершины которого соответствуют информационно-семантическим объектам предметной области дисциплины, а дуги задают отношения между ними. Построение информационно-семантических сетей при изучении учебных дисциплин наиболее целесообразно для формирования знаний по темам. Такой метод дает возможность определить множество базовых информационно-семантические объектов для каждого вида занятий, а также множество составляющих элементов, их свойств и операций над ними. Моделирование знаний с помощью информационно-семантических сетей помогает организовать четкую систему контроля знаний по учебной дисциплине. Это достигается за счет перебора всех заданий, составленных по каждому информационно-семантическому объекту для занятий и тем.
Ключевые слова: моделирование, модель, информационно-семантические сети, информационно-семантический объект, граф, учебная дисциплина, предметная область.
Моделирование знаний есть процесс построения информационных моделей знаний на основе данных предметной области1. Его необходимо начинать с построения генерального содержания предметной области, в качестве которой рассматривается учебная дисциплина, с разбивкой на укрупненные модули. Модули являются относительно самостоятельными в смысловом отношении частями учебного материала, образующими содержание дисциплины (например, разделы учебной дисциплины). Они различаются внутренним строением, внутренней органи-
зацией и объемом входящих в них знаний. Данное обстоятельство позволяет производить детализацию модулей на подмодули (например, темы), каждый из которых детализируется до элементарных подмодулей -неделимых элементов знания2, - и представляет собой информационный объект или процесс, изучаемый в данной теме.
Для построения моделей предметной области знаний можно использовать информационно-семантические сети (ИСС), в которых отображаются структура и содержание изучаемой дисциплины, раздела или
№ 9(72) ОКТЯБРЬ 2016
темы3. Основной формой представления дисциплине. Первый уровень 81
семантической сети является граф, это наиболее удобно воспринимаемая человеком форма. В соответствии с теорией графов их структура включа- =
ет вершины и соединяющие вершины дуги4, то есть направленные отрезки. В этом случае математически граф можно определить как пару множеств Х и где Х - вершины графа, а & - дуги.
Для построения структурной организации семантической информации используется ориентированный граф, в котором вершины соответствуют понятиям (абстрактным или конкретным объектам), а дуги определяют отношения (связи) между ними5. На рис. 1 приведен вариант графа, вершины которого соответствуют информационно-семантическим объектам (ИСО) учебной дисциплины, а дуги задают отношения между ними. На данном рисунке 8 - множество знаний по дисциплине требуемого уровня, п - количество уровней детализации, к - количество ИСО на каждом уровне.
Корень, или нулевой уровень 80 , семантического графа образуется единицей знания, которая соответствует всей учебной
Модули являются относительно самостоятельными в смысловом отношении частями учебного материала, образующими содер жание дисциплины. Они различаются внутренним строением, внутренней организацией и объемом входящих в них знаний.
образуется модулями учебной дисциплины (разделами), второй 82 - темами учебной дисциплины, третий уровень 83 - конкретными положениями учебной дисциплины. Этот процесс структурирования можно продолжать и далее до различных типов и форм ИСО (текстов, графиков, формул и т.п.). При этом соответствующие ИСО X, Х, Хпк находятся в некотором смысловом отношении с составляющими других п-уровней. Эти отношения отображены направляющими дугами.
Исходя из такого построения, можно строить кортежи из составляющих множества Х различных уровней, формирующих в конечном итоге знания по требуемому объекту учебной дисциплины 8. Например, кортеж 8 (Х11, Х21 ..., Хп1) - первая цепочка, кортеж 8 (Х12, Х24, ..., Хпк) - другая цепочка. Набор кортежей формируется с учетом связанностей вершин графа (множество Х) через их дуги (множество &). Связи между двумя элементами множества Х осуществляются через один элемент множества При этом количество дуг всегда на единицу меньше, чем количество вершин. Важное
Х12 Х23 -~чХ24
Рис. 1. Пример информационно-семантической сети
значение имеют дуги, соединяющие между собой различные вершины графической модели. Эти дуги отображают информационно-семантические или причинно-следственные связи, используемые для построения смыслового описания ИСО.
Приведенную на рис. 1 структуру можно разложить на ряды наиболее характерных подструктур7:
- цепочка ООО" 4}
Построение информационно-семантических сетей при изучении учебных дисциплин наиболее целесообразно для формирования знаний по темам. Такой метод дает возможность определить ИСО для каждого вида занятий, конкретное их семантическое содержание и логику построения. При разработке ИСС темы необходимо определить множество базовых информационно-семантических объектов (например, ИСО1, ИСО2, ИСО3), множество составляющих элементов
каждого информационного объекта, их свойства или действия над ними (например, Р Р21, Р31 для 1-го ИСО, Р12, Р22 для 2-го и Рп,
Р23, Р33, Р43 для 3-го).
Среди различных структур ИСС наиболее наглядными являются последовательные и параллельные структуры. Особенность последовательных структур заключается в том, что тема считается усвоенной, если усвоены все входящие в нее базовые ИСО, а также параметры этих объектов или операции над ними (рис. 2).
Для усвоения темы с параллельной структурой достаточно знания хотя бы одного входящего в нее базового ИСО (рис. 3).
Естественно, такой подход является упрощенным. Однако целесообразно и более сложные структуры ИСС сводить к последовательному или параллельному соединению так называемых путей ИСС (рис. 4).
В данном случае для усвоения темы достаточно знания одной технологической операции по каждому ИСО.
Информационно-семантические сети для темы учебной дисциплины могут служить основой построения моделей знаний конкретных занятий, включающих учебный материал, подлежащий контролю.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что моделирование знаний
Рис. 2. Пример последовательной структуры ИСС
Рис. 3. Пример параллельной структуры ИСС
№ 9(72) ОКТЯБРЬ 2016
Рис. 4. Пример комбинированной структуры ИСС
по учебной дисциплине с использованием информационно-семантических сетей позволяет более детально определить содержание тем, конкретных занятий; организовать четкую систему текущего, тематического и итогового контроля по дисциплине с учетом всех заданий, составленных по каждому информационно-семантическому объекту; выявить и учесть семантические связи информационно-семантических сетей и их отношения с другими предметными областями.
Литература
1. Гаврилов Н.А. Дистанционное обучение. Структурирование знаний [Электронный ресурс]. URL: http://www.nikgavrilov.narod.ru/KursDOver1/ a2.htm (дата обращения: 20.09.2016).
2. Могилев А.В. Информатика [Электронный ресурс]. URL: http://www.studfiles.ru/preview/4050046/ page:20/ (дата обращения: 20.09.2016).
3. Феоктистова А.И. Информационный подход к компонентам технологии диагностики // Аспирантский вестник Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина. 2009. № 14. С. 71-74.
4. Архангельский С.И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы: учеб.-метод. пособие. М.: Высшая школа, 1980. 368 с.
5. Макарова Н.В., Волков В.Б. Информатика: учеб. для вузов. СПб.: Питер, 2012. 576 с.
6. Аляев Ю.А., Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика: учеб. М.: Финансы и статистика, 2006. 368 с.
7. Соболева Т.С., Чечкин А.В. Дискретная математика: учеб. для вузов. М.: Академия, 2006. 256 с.
KNOWLEDGE MODELING IN STUDYING DISCIPLINE
A.I. Feoktistova, Candidate of Pedagogy, Docent, The department of mathematic and natural disciplines, Ryazan Higher Airborne Command School, Ryazan, Russia, feokt-alla@yandex.ru
This article considers the model's construction process of objective field of knowledge, where the content of educational discipline is considered. Discipline knowledge modeling starts with sharing into modules, which can be considered as separated ones concerning parts of educational material, which embrace all content of the course. Modules are distinguished with internal construction, internal organization and volume of knowledge; and it allows making of detailed elaboration into elementary modules. They are indivisible elements of knowledge. For constructing models of discipline's field it is recommended to use information and semantic networks. For its representation a graph can be used. The graph's structure consists of apexes corresponding abstract or exact objects, and linking arcs for uniting between each other. That is why a knowledge model of educational discipline can be shown as the graph, the apexes of which correspond to information and semantic objects of a discipline's field and the arcs define relations between them. Constructing information and semantic networks for investigation of study disciplines is more reasonable for forming knowledge of these disciplines. This method gives an opportunity to define a great number of basic information and semantic objects for each sort of knowledge, and also many constituent elements, theirs properties and operations over them. Knowledge's modeling with a help of information and semantic network allows organization of strict control system over a discipline. It is achieved by means of examination of all tasks, collected for each information and semantic object for knowledge and topics.
Key words: modeling, model, information-semantic networks, information and the semantic object graph, the discipline, subject area.
References
1. Gavrilov N.A. Distantsionnoe obuchenie. Strukturi- metod. posobie [The educational process in the rovanie znanii [Distance learning. Structuring know- higher school, its natural bases and methods. Ucheb. ledge]. Available at: http://www.nikgavrilov.narod.ru/ method. allowance]. Moscow, Vysshaia shkola Publ., KursDOver1/a2.htm (accessed 20.09.2016). 1980. 368 p.
2. Mogilev A.V. Informatika. [Informatics]. Available 5. Makarova N.V., Volkov V.B. Informatika: ucheb. at: http://www.studfiles.ru/preview/4050046/page:20/ dlia vuzov [Computer science: proc. for universities]. (accessed 20.09.2016). St. Petersburg, Piter Publ., 2012. 576 p.
3. Feoktistova A.I. Informatsionnyi podkhod k kom- 6. Aliaev Iu.A., Tiurin S.F. Diskretnaia matematika ponentam tekhnologii diagnostiki [Information ap- i matematicheskaia logika: ucheb. [Discrete proach to the components of diagnostic technology]. mathematics and mathematical logic: proc]. Moscow, Aspirantskii vestnik Riazanskogo gosudarstvennogo Finansy i statistika Publ., 2006. 368 p. universiteta imeni S.A. Esenina - Graduate Bulletin 7. Soboleva T.S., Chechkin A.V. Diskretnaia of Ryazan state University named for S. A. Yessenin, matematika: ucheb. dlia stud. vuzov. [Discrete 2009, no. 14, pp. 71-74. mathematics: proc. for stud. universities]. Mos-
4. Arkhangel'skii S.I. Uchebnyi protsess v vysshei cow, Izdatel'skii tsentr «Akademiia» Publ., 2006. shkole, ego zakonomernye osnovy i metody. Ucheb.- 256 p.
