CC BY
25
ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ПРАГМАТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СЕМАНТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
А. С. Снегур (КамчатГТУ)
В любой системе обучения, в т. ч. в системе обучения специалистов на тренажерных средствах, контроль уровней знаний обучаемых на всех этапах играет огромную учебную, воспитательную и организующую роль. В настоящей статье представлены особенности основных методов прагматической оценки семантической информации на основании модельных форм представления знаний и умений, применяемых в современной дидактике.
In any system of training, including the training specialists on the simulators, the control of trainees, knowledge on all steps has the great teaching, educational and organizing role. The article includes the particulars of the main methods ofpragmatic value of semantic information on the basis of models, showing the knowledge, used in the modern didactics.
Введение
Современный процесс обучения характеризуется объективным и глобальным противоречием: объем знаний, которые необходимо передать следующему поколению, стремительно растет, а способность человека усваивать новые знания остается неизменной.
Вышесказанное позволяет утверждать, что в настоящее время назрела необходимость кардинального повышения эффективности обучения за счет каких-то дополнительных резервов. Таким резервом, в частности, может являться внедрение в практику процесса подготовки специалистов флота новых информационных технологий (НИТ): всевозможных автоматизированных обучающих систем (АОС), автоматизированных обучающих курсов (АОК), автоматизированных обучающих занятий (АОЗ), тренажерных адаптивных систем (ТАС). В настоящее время в вузах степень использования средств электронной вычислительной техники в образовательном процессе становится одним из основных показателей при оценке деятельности профессорско-преподавательского состава (ППС). При этом, согласно опросу, проведенному среди преподавателей вузов, была выявлена негативная тенденция отказа от проведения занятий при помощи АОК и тренажерных систем, поскольку большинство этих систем были построены без учета положений дидактической науки и обладали низкой дидактической эффективностью. Результатом использования подобных систем были недовольны как преподаватели, так и обучающиеся. Одной из немаловажных причин, повлиявших на формирование отрицательного мнения ППС в отношении использования АОС и АОК в повседневной практике подготовки специалистов флота, явилось отсутствие в их составе дидактически корректного механизма оценки знаний перед тренажерной подготовкой и по результатам проведенного занятия. Последнее очень существенно влияет на общее время цикла подготовки (особенно в условиях групповой подготовки) и тем самым на эффективность обучения в целом.
В связи с вышеизложенным возникает потребность повысить эффективность процесса тренажерной подготовки специалистов флота за счет сокращения времени оценки уровня их теоретической готовности для выполнения практических действий. А это предполагается возможным при разработке корректного, с точки зрения дидактики, алгоритма автоматизированной оценки степени усвоения теоретического материала, а также методики его применения, что поможет повысить эффективность процесса тренажерной подготовки в целом. Для решения этой проблемы является необходимым проанализировать модельные формы, применяемые в современной дидактике для представления содержания обучения и основные методы прагматической оценки семантической информации.
1. Роль и место тренажерных систем в подготовке специалистов флота в вузах
Система практического обучения специалистов флота на тренажерных средствах предусматривает реализацию педагогических закономерностей целенаправленного воздействия на обучаемых и экипажи судов в целях формирования у них высоких моральных качеств, мастерства (знаний, умений, навыков), развития их умственных и физических сил, всего того, что необходимо для поддержания технической готовности судна. Систему подготовки специалистов флота на тренажерных средствах целесообразно рассматривать как часть общей системы подготовки специалистов флота, действующей в настоящее время и состоящей из системы обучения специалистов в вузах и системы обучения специалистов на флоте.
Из педагогики известно, что определяющими элементами любой системы обучения являются обучающие (преподаватели) и обучаемые, при непосредственном взаимодействии которых осуществляется учебно-воспитательный процесс. Также известно, что, рассматривая систему подготовки специалистов флота в педагогическом плане, можно выделить три педагогических уровня:
- первый (общий) уровень, характеризующий деятельность органов управления, планирования, обеспечения и обучающих в соответствии с теоретическими положениями педагогики;
- второй (частный) уровень, характеризующий деятельность обучающего (преподавателя) по преподаванию конкретного предмета (учебной дисциплины), которая определяется методикой преподавания предмета;
- третий (единичный) уровень, характеризующий деятельность обучаемого по усвоению суммы уровней знания и выработке качеств согласно всем учебным программам, которая определяется методикой учения.
Рассматривая аналогичным способом систему подготовки специалистов флота на тренажерных средствах в педагогическом плане, которая будет организовываться и функционировать в соответствии с теоретическими положениями педагогики и психологии, опираясь на достижения гуманитарных и технических наук, можно сделать вывод, что система подготовки специалистов флота на тренажерных средствах, деятельность обучающего (преподавателя) по обучению на тренажерах в соответствии с методикой преподавания предмета и деятельность обучаемых в соответствии с методикой учения последовательно отражает общее, частное и единичное как педагогические уровни деятельности. Тогда систему обучения специалистов флота на тренажерных средствах структурно можно представить в виде трех основных элементов (педагогики, методики преподавания предмета, методики учения) и охарактеризовать как замкнутую и целостную.
При рассмотрении структуры методики преподавания предмета в системе обучения специалистов флота на тренажерных средствах необходимо исходить из того, что методика преподавания предмета является отраслью педагогики и исследует все основные элементы в объеме, соответствующем конкретному предмету, т. е. методика преподавания предмета состоит из тех же элементов, что и педагогика, только тесно увязанных с конкретным предметом.
Всякая деятельность человека представляет собой процесс, который начинается с постановки цели и задач. Цель и задачи обучения специалистов флота на тренажерах разрабатываются в соответствии с требованиями к морским кадрам, основными из которых являются: высокая профессиональная подготовка; высокая дисциплинированность и исполнительность; инициатива и самостоятельность; организаторские способности.
Исходя из указанных требований и запросов флота, можно сформулировать общую цель обучения специалистов флота на тренажерах - подготовить специалистов флота необходимой квалификации. Общепризнанными задачами обучения на тренажерах являются [1]:
- профессиональный отбор специалистов;
- формирование специалистов высокой квалификации и дальнейшее совершенствование их мастерства;
- формирование коллектива специалистов-операторов для их совместной деятельности.
Цель и задачи обучения на тренажерах конкретного специалиста определяются на основе требований флота и указываются в требованиях к профессиональной подготовленности специалиста, изложенные в государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования по каждой конкретной специальности. Следует сказать следующее: несмотря на то что и цель и задачи обучения на тренажерах сформулированы как наиболее общие, однако она не являются конечными и могут быть дополнены или уточнены вследствие дальнейшего расширения и внедрения тренажерных средств на флоте и в вузах.
Очевидно, что обучение специалистов флота на тренажерных средствах не может не основываться на принципах обучения и учения, разработанных педагогикой. Известно, что принципы обучения сформировались исторически и отражают познанные закономерные связи, отношения и рекомендуют управлять процессом обучения. Как уже отмечалось, принципы обучения (дидактические принципы) разработаны советской общей педагогикой. Основные из них, обеспечивающие обучение морского специалиста на тренажерных средствах, следующие:
1. Принцип систематичности и последовательности указывает на необходимость обучения в четко разработанной методической системе. Поэтапность формирования уровней знания у обучаемого должна обеспечивать движение от незнания к знанию, от простого к сложному. Систематичность в обучении на тренажерах должна исключать большие интервалы в обучении, которые могут приводить к значительным «угасаниям» умений и навыков. Последовательность в обучении на тренажерах предполагает разделение операций на отдельные элементы и предварительное обучение этим элементам в строгой логической последовательности.
2. Принцип обучать тому, что необходимо для профессиональной деятельности на море указывает на единство и неразрывность теории и практики в системе формирования заданных уровней, знаний и качеств. В современных условиях подготовка специалиста флота любого уровня опирается в основном на практической опыт морской службы.
3. Принцип единства конкретного и абстрактного (наглядность) устанавливает необходимость взаимосвязи изучения реальных факторов, явлений, предметов и их свойств, признаков с отвлеченными понятиями, представлениями, их теоретическими обобщениями на основе выделения существенного, основного, общего. Наглядность в обучении является средством связи теории с практикой. Сам факт применения обучения на тренажерах является выполнением требований наглядности.
4. Принцип доступности лежит в основе определения объема и сложности учебного материала, выбора форм обучения и их методов, способов, приемов построения организационной системы обучения данному предмету, определения средств обучения и материально-технической базы.
При разработке рабочей программы и, главное, содержания вопросов, выносимых на занятия, этот принцип является определяющим. Если на занятия выносится учебный материал с избытком, то он не перерабатывается в уровни знания, не усваивается в отведенное на его изучение время и тормозит процесс обучения. Недостача учебного материала может вызвать расслабление в работе, представление о легкости предмета, его недооценку.
5. Принцип прочности формирования уровней знания в тесной связи с принципом научности, систематичности, последовательности и наглядности обеспечивает не только формирование заданных уровней знаний, их прочность и устойчивость, но и умение осуществлять перенос этих знаний в другие области науки, выполнять работы в новых условиях. Важную роль в выполнении этого принципа в системе обучения на тренажерных средствах играет организация систематического контроля уровней знания, который интенсифицирует процесс обучения, нацеливает обучаемых на систематическое повторение отрабатываемых действий. Этот принцип обеспечивает прочность умений, навыков, быстрое и правильное их воспроизведение.
6. Принцип соединения индивидуального и коллективного обьединяет в учебном процессе интересы всех обучаемых и каждого в отдельности на основе общих и частных задач обучения и учения. В системе обучения на тренажерных средствах этот принцип реализуется применением комплексных тренажеров, которые предназначаются для совместной подготовки обучаемых специалистов, образующих судовое подразделение (расчет). Но здесь комплексная подготовка должна сочетаться с индивидуальным подходом к каждому обучаемому. Для того чтобы избавить расчет от совершаемых ошибок, надо знать, какой именно член этого расчета виноват в том, что поставленная задача не решена и в чем именно заключается его ошибка.
7. Принцип оптимального использования учебного временим тесным образом связан с принципом доступности и указывает на взаимозависимость содержания организации и методики обучения в условиях жестко установленного бюджета времени. Обучение конкретного специалиста флота на тренажерных средствах осуществляется в течение заданного срока. За этот период должны быть сформированы заданные умения и навыки. Обучение специалиста флота в жестко установленном бюджете времени зависит от содержания и организации обучения на тренажерных средствах и методики учебного процесса. Если содержание, организация и методика могут изменяться по объему, количеству
и качеству работ, то время остается неизменным. Стремление увеличить или уменьшить содержание без значительного улучшения организации и, главное, методики учебного процесса не улучшает, а ухудшает качество обучения специалиста флота на тренажерных средствах.
Дидактические принципы в полной мере используются как на уровне всей системы обучения специалиста флота, так и на уровне преподавания конкретного предмета. Степень соблюдения того или иного принципа зависит от организации обучения, методики преподавания данного предмета, средств обучения, материально-технической базы, подготовки преподавателя и других факторов.
Процесс подготовки специалистов флота на тренажерах имеет большой арсенал форм и методов обучения, разработанных педагогикой. Любой метод дает эффективные результаты лишь тогда, когда при его применении учитываются: закономерности овладения уровнями знания, способы поддержания внимания, развития творческого мышления, активизации практической работы обучаемых.
В любой системе обучения, в т. ч. и в системе обучения специалистов флота на тренажерных средствах, контроль уровней знания обучаемых играет огромную учебную, воспитательную и организующую роль. Невозможно добиться высоких учебно-воспитательных результатов без систематического контроля уровней знаний обучаемых в течение всего учебного процесса.
В обучении на тренажерах контроль должен обеспечивать решение следующих задач:
- определение уровня теоретической готовности обучаемого к практическому этапу подготовки на тренажерных средствах (входной контроль);
- определение уровня сформированности навыков и психофизиологического состояния обучаемого в процессе тренажа;
- регистрация и воспроизведение обстановки, необходимой обучаемым, и их действий в процессе выполнения упражнения;
- предъявление обучаемому и руководителю обучения результатов контроля.
В системе подготовки специалистов флота на тренажерных средствах разрабатывается подсистема контроля результатов обучения специалиста за весь период тренажерной подготовки. Входной контроль имеет целью определить исходный уровень усвоения соответствующей информации на предыдущем этапе обучения, наличие у обучаемых исходных компонентов деятельности (знаний, навыков), его индивидуальные особенности, а также степень готовности к формированию необходимых навыков. Диагностировать исходное состояние обучаемых можно опосредственно через систему заданий - тестов либо путем работы на тренажере в определенных режимах.
Текущий контроль обеспечивает:
- знание промежуточных состояний обучаемых, т. е. наличие у них необходимых знаний, умений, навыков в ходе обучения на тренажере;
- контроль психофизиологического состояния (напряженности) обучаемых и хода процесса приобретения навыков.
Контроль, осуществляемый по результатам анализа лишь исходного и конечного состояния обучаемого, легко приводит к закреплению неверных или нерациональных навыков, не позволяет формировать оптимальную структуру психической деятельности обучаемых. Благодаря промежуточному контролю легко определить требуемое количество тренировок и их продолжительность.
Конечная натренированность обучаемых определяется сопоставлением характеристик их деятельности и эталонными показателями или математической моделью [2], а также по интегральным показателям, включающим в себя совокупность параметров управляемого процесса. Результирующий контроль по конечному показателю хотя и уступает по своей эффективности текущему контролю, однако позволяет оценить достигнутый уровень тренированности обучаемых при решении поставленной задачи. При обучении на тренажерах контроль может осуществляться руководителем обучения (инструкторский контроль) и инструментально (в т. ч. и с использованием ЭВМ) [2].
Инструкторский контроль осуществляется в основном визуально (непосредственно или дистанционно) и обеспечивает оперативность и немедленную выдачу обучаемому информации о допущенной им ошибке с рекомендациями и показом в случае необходимости способов ее устранения.
Инструментальный контроль действий обучаемых осуществляется автоматически по заданной программе в процессе всей тренировки [2]. Он обеспечивает руководителя обучения и обучаемых обьективными данными, позволяющими проводить анализ, оценку и прогнозирование деятельности обучаемых и психофизиологическое состояние на каждом этапе обучения, осуществляет документирование, запись, воспроизведение и разбор действий обучаемых.
Очевидно, что на педагогическом уровне преподавания предмета организационно должны быть четко определены виды контроля, их последовательность, сроки контроля, объем и содержание контролируемого материала. В системе обучения специалистов флота на тренажерных средствах из всего многообразия вышеописанных видов контроля выбираются те, которые должны обеспечить поэтапное, последовательное и систематическое определение качества овладения умениями и навыками по данной дисциплине.
Таким образом, под повышением эффективности процесса тренажерной подготовки подразумевается повышение эффективности деятельности педагога. Для этого необходимо определить те операции, которые совершает обучающий в ходе своей деятельности в цикле подготовки специалистов флота. С этой целью строится обобщенная алгоритмизированная процедура деятельности обучающего (рис. 1). Данная процедура строится на основе анализа основных положений дидактики, а также на основе методики эргономического проектирования обобщенного структурного метода формализации процессов функционирования антропотехнических (человеко-машинных или эргатических) систем, описанной в работах [3, 4]. При ее построении были использованы типовые операции, реализуемые в ходе познавательной деятельности и определенные в работе [5].
Применяемые в вузах виды занятий (лекции, семинары и т. д.) подразумевают групповую форму обучения, т. е. преподавателю приходится работать в группе в среднем от 20 до 70 человек. При таком режиме работы обучающему приходится строить свою деятельность из расчета «среднего» обучаемого в группе, что, в свою очередь, снижает эффективность обучения, поскольку вносит определенную погрешность (применительно к конкретным обучаемым, составляющим учебную группу) в формирование процедур, составляющих его деятельность в цикле обучения. На рис. 1 это блоки с 1 по 10 и 12, 13. Процедуры, описываемые блоками 11 и 14, не могут быть сформулированы из расчета «среднего обучаемого», поскольку это процедуры контроля или оценивания уровня знания.
Они должны, так или иначе, формироваться для каждого отдельного обучаемого, входящего в учебную группу. А раз так, преподавателю придется тратить на формирование и реализацию данных процедур весьма значительное время, количество которого будет напрямую зависеть от количества обучаемых в группе и, соответственно, будет составлять весьма значительную часть общего времени цикла обучения. Следовательно, на основании основных положений дидактики относительно эффективности подготовки специалистов флота можно сделать вывод о том, что сокращение времени, затрачиваемого преподавателем на диагностику обучаемых в цикле подготовки, приведет к сокращению времени данного цикла и высвобождению дополнительного времени на непосредственный тренаж, и, следовательно, к повышению эффективности подготовки специалистов флота в целом.
В результате проведенного на основе имеющихся в современной педагогической литературе взглядов и концепций анализа процесса тренажерной подготовки специалистов флота необходимо сделать следующие выводы:
1. Процесс тренажерной подготовки необходимо рассматривать как систему, элементами которой в самом общем виде являются обучающий и обучаемый.
2. Следовательно, при изучении процессов, протекающих в рамках системы тренажерной подготовки, правомерно применять системный анализ как общенаучный инструмент, позволяющий выявить те слабые места (элементы) объекта исследования, улучшение функционирования которых может привести к повышению эффективности функционирования системы в целом.
3. Под общей целью системы тренажерной подготовки понимается достижение заданных заранее изменений в личности обучаемого (достижение им определенной заранее степени обученности).
4. Процесс квантификации цели осуществляется специалистами в области применения разрабатываемой системы и продолжается в идеале до тех пор, пока на нижнем уровне полученного многоуровневого иерархического «дерева целей» не окажется полный неизбыточный набор измеримых целей. Таким образом, исходя из вышеприведенного утверждения, можно сделать вывод о том, что процесс формирования «дерева целей» зависит от степени детализации проблемы, для разрешения которой проектируется система, а также от уровня квалификации специалистов, участвующих в этом процессе, т. е. в данном процессе определенную роль играет субъективная составляющая.
5. При определении эффективности тренажерной подготовки в качестве оцениваемого объекта принимается кооперативная деятельность, а не индивидуальная деятельность обучающего и обучаемого. Однако, поскольку в соответствии с положениями дидактики деятельность обучаемого является активной, т. е. определяющей весь процесс подготовки, именно в деятельности обучающего необходимо искать «резервы» для повышения эффективности всего процесса тренажерной подготовки в целом.
6. Применение средств ВТ для развития учебно-материальной базы, в интересах подготовки специалистов флота обусловлено стремлением разработчиков НИТ в обучении индивидуализировать если не весь процесс, то хотя бы некоторые процедуры обучающей деятельности. Такое стремление особенно оправдано при автоматизации процедур диагностики, поскольку при достаточно большом количестве обучаемых в группе. Они являются наиболее затратными.
Таким образом, для проведения непосредственной оценки уровня знаний, умений и навыков в системе обучения специалистов флота на тренажерных средствах используются разнообразные виды и методы контроля. Грамотное их сочетание в процессе обучения на тренажерных средствах позволяет значительно повысить эффективность обучения, т. е. ускорить процесс формирования и совершенствования умений и навыков у обучаемых, что очень важно в рамках ограниченного бюджета учебного времени.
В настоящее время уже разработано и внедрено в образовательный процесс вузов страны, в широком спектре кафедр и дисциплин, достаточно большое количество программных обучающих комплексов и тренажерных адаптивных систем (ТАС). И их число с каждым годом неуклонно растет. Однако качество разработанных на сегодняшний день АОС, их возможности в обеспечении необходимой эффективности обучения вызывает у большинства преподавателей высшей школы некоторые сомнения. Так, например, согласно опросу преподавателей военных вузов г. Санкт-Петербурга (был опрошен ППС более 60-ти кафедр), проведенному в рамках исследования профессора А.Н. Печникова [5], было установлено, что в учебном процессе регулярно используется не более 14 % разработанных ТАС. Отсутствие в составе ТАС корректных алгоритмов контроля степени усвоения обучаемыми пройденного теоретического материала существенно снижают дидактическую эффективность применения ТАС в целом.
Рис. 1. Обобщенная алгоритмизированная процедура деятельности обучаемого в цикле обучения
2. Модельные формы представления знаний и умений, применяемые в дидактике
Процесс тренажерной подготовки специалистов флота можно рассматривать как систему. Особенность данной системы заключается в том, что все ее связи являются информационными связями. Педагогическое общение, осуществляемое обучающим и обучаемым в процессе обучения посредством использования соответствующих технических средств, является тем физическим каналом, по которому происходит обмен информацией между элементами системы.
В результате объединения обучающего и обучаемого в систему оба эти элемента вступают во вполне определенные отношения и между ними устанавливаются устойчивые связи. Причем первичными признаками целостности системы, которая рождается в результате подобного взаимодействия, будут заранее определенные цели изучения учебного объекта (УО), а также его объем
и структура содержания. В современной педагогической литературе имеются следующие понятия, определяющие компоненты содержания обучения: учебный элемент (УЭ), а также УО.
Поэтому под термином УЭ в работе [5] предлагается понимать «информационный продукт, представляющий собой отображение логически завершенного элемента содержания программы обучения в соответствии с целями его изучения» [5, стр. 43], а под термином УО «информационный продукт, отображающий те стороны структуры или функционирования УЭ, на которые направлено конкретное обучающее воздействие» [5, с. 43].
Из приведенных выше определений становится понятным, что УО есть представление УЭ 4 в конкретной дидактической ситуации. И в рамках настоящего рассмотрения проблемы это очень важно, поскольку оценивание качества знания обучаемого происходит, как правило, по результатам определенного дидактического воздействия ТАС.
Итак, на основе приведенных выше утверждений можно сделать вывод о том, что под оцениваемым (контролируемым) объектом будет пониматься УО, представленный в виде определенной имитационной модели.
Процесс создания имитационной модели включает анализ исследуемой проблемы, выделение из нее путем абстракции ее существенных черт, выбор и модификацию основных предположений, формулировку исходного вида модели, а затем ее отработку и совершенствование до тех пор, пока она не станет давать полезные для практической деятельности результаты.
В самом общем виде имитационная модель любой системы может быть представлена выражением:
где М - результат действия системы;
Xj - управляемые переменные;
у - неуправляемые переменные и параметры.
В основе всей системы предпочтений дидактики применительно к эффективности обучения лежит понятие качества усвоения содержания обучения.
Усвоенное обучаемым содержание обучения выступает в качестве продукта учебной деятельности
и, как продукт любой деятельности, является тем объектом, измерение свойств которого определяет результативность этой деятельности. Выше были определены понятия УЭ и УО. На основании анализа этих определений можно сделать вывод о том, что УО является тем дидактическим объектом, измерение определенных параметров которого обеспечивает оценку качества усвоения содержания обучения обучаемым. Приступая к анализу целей изучения УО, необходимо прежде всего определить уровень абстракции данного анализа, потому что в конечном итоге именно он определяет уровень абстракции разрабатываемой модели. При моделировании, как известно, необходимо отбросить несущественные характеристики исследуемого объекта и абстрагировать из реальной ситуации только те особенности, которые воссоздают необходимый исследователю вариант реальности. В нашем случае уровень абстракции разрабатываемой модели УО определяется уровнем абстракции самой дидактики как области науки.
Дидактика рассматривает содержание обучения и как сформулированную в терминах изучаемой предметной области (учебной дисциплины) цель обучения, и как объект усвоения. При этом под усвоением понимается «процесс и результат превращения содержания образования (учебного материала) в достояние и качество личности обучаемого» [6, с. 59], а под учебным материалом - «отрезок предметного содержания образования, представляющий совокупность видов деятельности, подлежащих усвоению» [6, с. 58].
Поскольку настоящий анализ содержания обучения производится на абстрактно-обобщенном уровне дидактики, то выработанные требования к модельным формам представления обоих основных видов УО (знания, умения) не должны зависеть от предметной области их применения, т. е. должны быть инвариантны к предметной области, в которой реализуется конкретный вид модели УО.
В целях выявления основных требований к двум вышеупомянутым моделям УО (знания, умения) необходимо уточнить ряд положений теории систем, теории моделирования и теории информации в отношении знаний и умений как специфических, идеальных объектов моделирования.
В соответствии с введенным определением УО как логически завершенного объекта, имеющего определенные структурные, функциональные и субстратные свойства, соответствующая модель УЭ должна быть представлена в виде системы, состоящей из ряда имеющих системоопределенные функции элементов и обладающей определенными интегративными свойствами.
УО, как следует из определения, является информационным продуктом. Следовательно, элементы, составляющие структуру УО, а также взаимосвязи между этими элементами будут являться
(1)
информационными элементами (ИЭ) и информационными взаимосвязями, а сам УО - информационной системой (ИС).
На основании приведенных выше утверждений, а также положений системотехники и теории информации введем определение ИС: под информационной системой (ИС) здесь и далее будем понимать систему, в роли элементов которой либо в роли взаимосвязей между этими элементами выступает информация.
На основании приведенного выше определения можно сделать вывод о том, что ИС, как и другие системы, обладают некоторой структурой. Структура для ИС - суть связи между ее элементами.
Наиболее общей количественной характеристикой структуры системы является уровень сложности (сложность) системы. Он тем больше, чем больше элементов в системе, чем больше системоопределенных связей между этими элементами и чем больше в системе уровней иерархии элементов, входящих в ее состав.
Для УО уровень сложности может быть оценен как при помощи модели (чем больше элементов и связей входит в состав модели, тем сложнее данный УО), так и по времени, необходимому для усвоения обучаемым и данного УО или затрачиваемому преподавателем на контроль усвоения данного УО.
Как указывалось выше, основной целью анализа данных дидактики в отношении эффективности обучения является трансформация или преобразование формы дидактических знаний в соответствии с формальными требованиями теории эффективности систем. Иными словами, дидактические знания, сформулированные на естественном языке методом эвристического сжатия, должны быть отражены методом модельного сжатия на основе формальной языковой знаковой системы. В соответствии с целью формализации дидактических знаний можно сформулировать понятие моделей знаний и умений как двух основных видов УО:
«Под термином логико-смысловая модель учебного элемента (ЛСМ УЭ) будем понимать совокупность понятий (терминов) предметной области, используемых для описания УЭ; логической структуры УЭ, образованной путем установления системоопределенных связей между соответствующими понятиями; условий и закономерностей образования и существования УЭ как целостного обьекта.
Под термином функциональная модель учебного элемента (ФМ УО) будем понимать основанную на знании ЛСМ УО совокупность методов, приемов и способов использования знаний об интегративных качествах УЭ для достижении определенных целей изменения внешней среды под влиянием УО или изменения УО под определенным влиянием внешней среды» [5].
Итак, ЛСМ знания является семантическая (понятийная) структура, образованная путем установления определенной системы взаимосвязей между ИЭ (понятиями), ее составляющими.
Данную модель можно, таким образом, представить в виде графа:
О = (й, Я), (2)
где й - множество вершин, отражающих понятия и выступающих, соответственно, в качестве ИЭ
{ч1,Ч2,..-Чш } где ш е(1,+да);
Я - множество ребер, отражающих системоопределенные взаимосвязи между этими понятиями {-1,г2,...гп}, где п е(1,+<х>).
Определенный выше граф можно, в свою очередь, задать при помощи матриц:
а) ИЭ:
Чи Чп 413 Чи
АИЭ = 421 422 423 Ч21 , (3)
4у1 Чу2 Чуз 4М
где 1 - номер ИЭ соответствующего уровня иерархии графовой модели, 1 е (1,+<х>);
7 - номер уровня иерархии, у е (1,+ю).
б) Взаимосвязи между этими ИЭ:
Г11 Г12 Г13 Г11
Г21 Г22 Г23 Г2‘ , (4)
Г71 Г72 Г73 Г-
где 1 - номер ИЭ соответствующего уровня иерархии графовой модели, 1 е (1,+ж); у - номер уровня иерархии, у е (1,+<х).
ФМ знания есть логико-смысловая структура, отображающая причинно-следственный характер процесса установления определенных отношений между информационными элементами, составляющими ЛСМ знания. Или, иначе, ФМ знания является логико-смысловой структурой процедуры обоснования ЛСМ знания. Она формируется путем использования интегративных свойств, характеристик и признаков исходных понятий как связей для формирования и обоснования понятий и отношений, используемых в ЛСМ знания.
Данную модель можно, таким образом, представить в виде графа, аналогичного графу (2), где Q - множество вершин, отражающих понятия, используемые для логического обоснования понятий ЛСМ и выступающих, собственно, в качестве ИЭ данной модели {д1,ч2,...дт}, где т є (2,+ж); Я- множество ребер, отражающее интегративные свойства и признаки понятий, являющихся ИЭ ФМ знания {г1,г2,...гп}, где п є (1,+<х>). Определенный выше граф можно, в свою очередь, задать при помощи матриц, аналогичных матрицам 3 и 4.
На основе анализа приведенных выше положений современной дидактики в отношении понятий умений и навыков, а также данных теории моделирования и теории информации становится возможным сформулировать определения ЛСМ и ФМ умения.
ЛСМ умения есть логико-смысловая структура решения родовой задачи, определяющая причинноследственные взаимосвязи возможных преобразований предмета задачи в соответствии с ее требованиями.
Данную модель можно, таким образом, представить в виде графа вида (2), где Q - множество вершин, отражающих формальные отношения между понятиями, составляющими ЛСМ соответствующего знания и выступающих, соответственно, в качестве ИЭ данной модели {д1,Ч2,...Цт}, где т є (2,+х); Я - множество ребер, отражающее интегративные свойства и признаки ИЭ ЛСМ умения, которые обеспечивают их объединение, разделение и преобразование в соответствии с требованиями задачи {г1,г2,...гп}, где п є (1,+<х>). Определенный выше граф можно, в свою очередь, задать при помощи матриц, аналогичных матрицам 3 и 4.
ФМ умения есть определяемая на основе ЛСМ умения алгоритмизированная последовательность операций (процедура) преобразования предмета задачи в соответствии с ее требованиями.
Таким образом, мы имеем дело с линейной структурой модели. Следовательно, графы вида (3 и 4)
вырождаются в два вектора Ч иг, которые будут отражать соответственно операнды и операторы модели и которые можно описать в виде вектор-строк:
Ч = (Я1,Ч2,Ч3,..-Чг ),
Г = (Г1,Г2,Г3,...Гг ) ,
где ч - операнд ФМ умения;
Г- оператор ФМ умения;
г- номер операнда или оператора ФМ умения, г є (1,+х).
Сформулированные выше понятия ЛСМ и ФМ УЭ, с точки зрения решаемых в статье задач, могут быть использованы для исследования процесса обучения.
В соответствии с выводами, сформулированными выше в рамках данного раздела, в основе как оценки, так и диагностики процессов преобразования информации в системе обучения должна лежать модель оценки количества семантической информации в том виде УО, который подвергается анализу (из определения следует, что УО является логически завершенным информационным продуктом).
В основе любой модели УО лежит определенная логико-смысловая структура. Начало разработки модели расчета количества семантической информации, содержащейся в этой логико-смысловой структуре, как меры ее объективной сложности, связано с решением двух взаимосвязанных вопросов: какую форму представления принять для отображения логико-смысловой структуры; какую единицу избрать для измерения полученной логико-смысловой структуры.
Для ответа на эти вопросы необходимо провести краткий анализ работ, посвященных проблеме оценки или измерения семантической информации.
3. Анализ существующих методик измерения семантической информации
На основании анализа работ, посвященных проблеме измерения и оценки семантической информации [7-15], можно сделать следующий вывод. Поскольку моделируемый нами информационный объект (УО) будет отображаться и преобразовываться в сознании обучающего и обучаемого, то и методики оценки семантической информации, которые могут быть использованы для
моделирования данного объекта, должны оценивать данную информацию применительно к мыслительным процессам, происходящим в мозге человека, а не с точки зрения передачи информации.
Определенному выше условию отвечают методики, предложенные В.П. Мизенцевым [11, 12], Л.П. Леонтьевым [9] и Н.М. Соломатиным [13].
В конце раздела 2 были определены два вопроса, на которые необходимо ответить для того, чтобы создать модель, адекватно отражающую логико-смысловую модель УО.
Первый вопрос есть, прежде всего, вопрос выбора в качестве основы для разработки модели многомерного плана содержания или одномерного плана выражения УО. Принятие многомерного плана содержания в качестве основы для разработки модели УО требует реализации эвристической процедуры разработки его структуры, поскольку в любой из форм представления семантической информации (текстовая, аудио, видео и т. д.) УО всегда представлен в одномерном плане выражения. Однако в результате этой процедуры будет создана модель, инвариантная в отношении любого плана выражения, что значительно облегчает анализ адекватности моделей и расчет содержащейся в них семантической информации. Такой подход для оценки объективной сложности информации использовали В.П. Мизенцев [11, 12] и Л.П. Леонтьев [9]. Логическим следствием принятия многомерного плана содержания как основы разработки модели УО является графовая форма отображения логико-смысловой структуры УО. Поскольку при контрольном ответе обучаемого, содержащего какую-либо из модельных форм представления содержания обучения (ЛСМ и ФМ знания, ЛСМ и ФМ умения), происходит анализ отсутствия соответствия представляемой модели и эталонной, т. е. происходит анализ именно содержания УО, что является наиболее приемлемым [9, 11, 12]. Суть вышеупомянутых методик заключается в следующем.
Эвристический подход к формированию модели УО в виде графа определяет относительную сложность определения единицы семантической информации в такой модели. Остановимся на общем подходе к разработке такой модели. В основе этого подхода лежит представление любого УО в виде смысловой системы, включающей информационные звенья трехкомпонентной, познавательной задачи.
В соответствии с работой [16, с. 92-98] усвоение обучаемым любого УО можно представить в виде решения познавательной задачи, включающей следующие компоненты: начальное состояние (НС), конечное состояние (КС) и процедуру (Пр), переводящую УЭ из НС в КС. Исходным состоянием предмета познавательной задачи является НС. Требуемым же состоянием предмета познавательной задачи является не достижение КС, а такое описание превращении НС в КС, в котором соответствующая процедура прописана полно и точно. Именно логическая структура данной процедуры
и представляется в виде связного избыточного графа, не содержащего циклов, т. е. «дерева».
В зависимости от вида УО (ЛСМ и ФМ знания, ЛСМ и ФМ умения), в качестве вершин и дуг графовой модели могут выступать различные понятия или же отношения между ними.
Рассмотрим отличия в подходах к оценке семантической информации, предложенные в работах
В.П. Мизенцева [11, 12] и Л.П. Леонтьева [9]. В основе обеих методик лежат сформулированные в предметной области теории систем идеи А.И. Уемова, в соответствии с которыми информационная мера сложности графовой модели определяется длиной (количеством) дуг графа как отношений между его элементами (вершинами) и конфигурацией графовой модели, определяемой показателем относительной энтропии как мерой неопределенности системы.
Принципиальное различие между методиками В.П. Мизенцева [11, 12] и Л.П. Леонтьева [9] заключается в том, что в работе [9] допускается представление УО в виде нуль-графа и наличие в модели промежуточных вершин, имеющих только одну нисходящую связь, а в работах [10, 11] исключается возможность построения такого рода моделей. В работе [5, с. 243], на основе анализа целого ряда моделей УО обосновывается правомерность подхода В.П. Мизенцева с точки зрения положений дидактики.
После того как нами были рассмотрены принципы формирования графовых моделей УО, обратимся к методике В.П. Мизенцева, позволяющей оценивать количество семантической информации, содержащихся в этих моделях:
1. Определяется средний ранг связности пучка в полученной графовой модели УО:
где Zcp - средний ранг связности пучка в модели (связь/пучок); ш - количество пучков в графовой модели; шi - количество пучков с рангом связности; р - количество связей в графовой модели. Для
(6)
проверки правильности подсчета рекомендуется известное соотношение между количеством вершин и ребер (связей) «дерева»: количество ребер (р ) всегда на единицу меньше количества вершин (у):
Р = У -1.
2. Определяются абсолютные значения приведенной степени абстрагирования для каждой из вершин Хрг модели:
ф(х}г ) = 1°§2 Ър - 1)У(х]г )+ 4 (7)
где ф(хр ) - приведенная степень абстрагирования вершины Хр1 [бит/сем. ед.];
- средний ранг связности пучка в той части структуры, в вершине которой находится семантическая единица хг;
у(Х]1) - функция, определяющая количество вершин графа в той части структуры, в вершине которой расположена семантическая единица х}1 .
При этом если семантическая единица Хрг является исходным элементом модели (не имеет нисходящих связей), то ее степень абстракции принимается равной единице.
3. Рассчитываются значения ф(хр) для всех х}1.
4. На основании обоснованной в работе [38] функции распределения определяются вероятности для всех вершин графа:
Я(хц) = Я(хз-1,ь )х ]х £ ф(х3У У , (8)
г=1
где $(хр) - вероятность появления семантической единицы Хр.г , являющейся вершиной или узлом графовой модели УО;
Я(хз -1,ь) - вероятность предшествующей высшей семантической единицы, с которой связана предыдущая вершина х]г ;
фХха ) - приведенная степень абстрагирования рассматриваемой вершины х]г ;
Ф(Х]1) - приведенные степени абстрагирования всех семантических единиц вида х^, связанных с вышестоящей единицей хг -1 ь, включая и рассматриваемую X=1,?) •
Вероятность конечной вершины графа в эталонной модели принимается равной единице: Я(х11 ) = 1
5. Рассчитывается показатель конфигурации (коэффициент относительной энтропии) графовой модели:
Е = Н/Ншх, (9)
Ншх = 1°ё2 ш Н = £(- Яг 1°ё2 Яг) (10)
где Е - коэффициент относительной энтропии (показатель конфигурации) графовой модели УО;
Ншах - величина максимальной энтропии числа ш семантических единиц графовой модели УО;
Н - величина исходных ш-элементов рассматриваемой модели;
(г = 1, ш) - рассчитанное значение вероятности исходного элемента рассматриваемой модели.
6. Определяется количество семантической информации, содержащейся в структуре рассматриваемой модели:
5 (у,г, Е) = Б Ху )+£ (V)+5 (е) (11)
где Б (У, V, Е) - количество семантической информации, содержащейся в структуре графовой модели [бит];
S (Y) - количество семантической информации, содержащейся в структуре при изменении ее ранга связности от 0 до 1 [бит];
S (V) - количество семантической информации, образующейся при изменении ранга связности пучка в структуре от 1 до Zcp [бит];
S (E) - количество семантической информации, заключенное в конфигурации данной системы [бит];
у - количество вершин в графовой модели.
Следует отметить тот факт, что выражение 11 с точки зрения классической теории графов является не вполне обоснованным. Однако, несмотря на этот недостаток, данную методику можно использовать, поскольку система автоматизированной диагностики должна лишь оценивать соответствие графовой модели УО, выдаваемой обучаемым, эталонной модели, формируемой обучаемыми.
Предлагаемая В.П. Мизенцевым методика позволяет оценивать содержащуюся в модели УО семантическую информацию, независимо от плана выражения (т. е. УО может формироваться обучаемым в любом виде: текстовая информация, графическая, аудио-, видеоинформация и т. д.). Это утверждение является важным с точки зрения постановки задачи, поставленной в настоящей работе. Поскольку разрабатываемые в рамках настоящей работы алгоритм и методика автоматизированной оценки качества обучения должны одинаково уверенно работать как с текстовой, так и с графической учебной информацией.
Следует отметить, что концепция иного подхода обоснована в работе Н.М. Соломатина [13]. В данном подходе акценты формализованного анализа сдвинуты в сторону одномерного плана выражения логико-смысловой структуры ИС.
H.М. Соломатин предлагает представлять логико-смысловую структуру ИС (информационной семантической системы (ISS), в формулировке автора рассматриваемой методики) в виде матрицы, по вертикали которой содержатся аспекты (свойства объекта), количественно отображающие посредством специальных знаков полноту представления семантической информации, а по горизонтали - позиции, количественно отображающие посредством специальных знаков точность представления семантической информации.
В математической интерпретации аспект а представляет собой последовательность знаков (букв, слов, символов и т. д.):
а =< х,а,ц,13,! >.
За единицу семантической информации принимается знак, содержащий объект и отношение, т. е. факт. «Два логически связанных слова, из которых одно обозначает предмет, а другое - отношение, образуют предложение, имеющее минимальный уровень плана содержания - факт. Факт не поддается расчленению в семантическом плане, он является исходной единицей содержания» [13, с. 52]. Носитель простого факта -элементарно простое предложение, состоящее из субъекта и предиката. При этом сложное понятие может быть сведено к сумме простых взаимосвязанных фактов, так как сложное предложение можно представить суммой простых. Таким образом, количество семантической информации в понятии, оформленном в виде сообщения, Н.М. Соломатин предлагает определять из выражения:
Ic = an ,
где а > 1 - число аспектов (отношений, свойств) в модели;
n > 1 - среднее число дескрипторов (наименований понятий), выражающее аспект.
Практическая реализация приведенного выше метода оценки семантической информации предполагает создание мощной экспертной системы для каждой изучаемой предметной области. А это неминуемо повлечет за собой потерю универсальности разрабатываемых алгоритмов. Помимо этого, создание подобного рода глобальных экспертных систем чрезвычайно трудоемкое (с точки времени разработки) и ресурсоемкое (с точки зрения необходимых ресурсов ЭВМ) дело. Поэтому при разработке алгоритмов автоматизированной оценки знаний обучаемого от использования данного метода воздерживаются.
Литература
I. БичаевБ.П., Зеленин В.М., Новик Л.И. Морские тренажеры. - Л.: Судостроение, 1986.
2. Гильбух И.З. Тренировочные устройства в профессиональном обучении (психологопедагогические аспекты). - Киев: «Вища школа», 1979.
3. Губинский А.И., Евграфов В.Г. Эргономическое проектирование судовых систем управления. -Л.: Судостроение, 1974.
4. Губинский А.И., Евграфов В.Г. Информационно-управляющие ЧСМ: исследование,
проектирование, испытания. - М.: Машиностроение, 1993.
5. Печников А.Н. Теоретические основы психолого-педагогического проектирования
автоматизированных обучающих систем. - Петродворец: ВВМУРЭ им. Попова, 1995.
6. Теоретические основы процесса обучения в советской школе / Под ред. В.В. Краевского, И.А. Лернера - М.: Педагогика, 1989.
7. ГорскийЮ.М. Информационные аспекты управления и моделирования. - М.: Наука, 1978.
8. Горский Ю.М. Системно-информационный анализ процессов управления. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1988.
9. Леонтьев А.П., Гохман О.Г. Проблемы управления учебным процессом (математические модели). - Рига: Зинанте, 1984.
10. Майлс У. Измерение ценности информации // Зарубежная радиоэлектроника. - 1965. - № 1.
11. Мизенцев В.П. Проблема аналитической оценки качества и эффективности учебного процесса в школе. - Куйбышев: Куйбышевский гос. пед. ин-т, 1979.
12. Мизенцев В.П., Кочергин А.В. Проблемы аналитической оценки качества и эффективности учебного процесса в школе. - Куйбышев: Куйбышевский гос. пед. ин-т, 1986.
13. Соломатин Н.М. Информационные семантические системы. - М.: Высшая школа, 1989.
14. Харкевич А.А. О ценности информации // Сб. «Проблемы кибернетики». Вып.4.- Физматгиз, 1960.
15. Урсул А.Д. Природа информации. Философский очерк. - М.: Политиздат, 1968.
16. Балл Г.А. Теория учебных задач: психолого-педагогический аспект. - М.: Педагогика, 1990.
