CC BY
115
РАЗДЕЛ II ИНФОРМАЦИОННЫЕ, ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 378.147:004
Тажигулова Гульмира Олжабаевна
Доктор педагогических наук, доцент, зав.кафедрой машиноведения Карагандинского государственного университета имени академика Е. А. Букетова, tgogulmira@mail.ru, Караганда
Жетписбаева Бахытгулъ
Доктор педагогических наук, профессор, декан факультета иностранных языков Карагандинского государственного университета имени академика Е. А. Букетова, .чЬЬасИа@ mail.ru, Караганда
Базикова Карлыгаш
Старший преподаватель кафедры прикладной математики Карагандинского государственного университета имени академика Е. А. Букетова, karligasch_2008@mail.ru, Караганда
ПОНЯТИЕ «ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ»
В КОНТЕКСТЕ ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБРАЗОВАНИЯ
Tazhigulova Gulmira Olzhabaevna
The doctor of pedagogical sciences, the senior lecturer, managing chair of cars of the Karaganda state university of a name of academician E. A. Buketova, tgogulmira@mail.ru, Karaganda
Zhetpisbaeva Bahytgul
The doctor of pedagogical sciences, the professor, the dean offaculty of foreign languages of the Karaganda state university of a name of academician E. A. Buketova, shbacha@mail.ru, Karaganda
Bazikova Karlygash
The senior teacher of chair of applied mathematics of the Karaganda state university of a name of academician E.A.Buketova, karligasch_2008@mail.ru, Karaganda
THE CONCEPT OF «FORMALIZATION OF KNOWLEDGE»
IN THE CONTEXT OF INTEGRATION OF INFORMATION TECHNOLOGY AND EDUCATION
Основу любого исследования составляют понятия - представления об общем, наиболее существенном, особенном в изучаемых явлениях и предметах. Формирование понятий - результат познания, исследования пред-
метной области, изучение закономерностей и тенденций ее развития. Исследование сложившегося терминологического аппарата позволило уточнить значение отдельных дефиниций в области педагогической инноватики. По мере углубления представлений о предметной области понятия совершенствуются, старые понятия уточняются, возникают новые, часть понятий перестает адекватно отражать содержание реалий и переходит в разряд малоупотребительных [1].
В данной статьи опорным терминологическим понятием мы избрали «информацию» как общенаучную категорию применительно к задачам информатизации общества и образования. В настоящее время употребляется сотни дефиниций «информации», зачастую противоречивых и взаимоисключающих друг друга. Это выражение этапа информатизации всех сфер человеческой деятельности.
В информатике знания, представленные в виде, доступном для кодирования принято называть данными, а их содержание - информацией. Можно сказать, что данные несут информацию о стоящих за ними знаниях.
В Концепции единого информационного пространства Республики Казахстан признано, что «информация и ее высшая форма - знания - являются решающим фактором, определяющим развитие общества» [2].
Информация, как превращенная форма знания, нужна человеку для решения определенных задач. Темпы роста познания, накопления ценной информации - важный показатель информатизации общества. Сама по себе никакая информация не способна увеличить производство материальных и культурных ценностей. Она только тогда в состоянии принести пользу, когда воплощена в новейшую технику и технологию, непреходящие ценности культуры, в знания и опыт людей, в разнообразные формы общения людей, во всю систему общественных отношений. Ценность информации может стать действительной ценностью только тогда, когда она, способствует всестороннему развитию и раскрытию духовного потенциала людей. Для взаимного превращения знания и информации совместно с информатиками необходимы усилия логиков, лингвистов, психологов.
Самая ценная для нас информация - достаточно полезная, полная, объективная, достоверная и новая. Важно подчеркнуть, что информация как превращенная форма знания не совпадает с самим знанием. Информация существует как хранящиеся и передаваемые в обществе тексты (в обобщенном понимании этого слова), а знание существует как личное достояние знающих.
В широком смысле слова знания - целостная систематизированная совокупность научных понятий о закономерностях природы, общества и мышления, накопленных человечеством. Знания людей представляют собой проверенный практикой результат познания действительности, являющемся верным ее отражением в их мышлении в виде «картины мира» [3].
Информация активно воздействует на сознание и поступки людей. Сознательно отобранная и целеустремленная информация обладает
большой убедительной силой и способна серьезным образом изменить образ мыслей. Мнение каждого человека, а с ним и общественное мнение, формировать взгляды и поступки людей, соответствующие общественным требованиям.
В процессе производства, общественной жизни, в быту люди вступают друг с другом в разнообразные отношения, обусловленные их положением в системе общественного производства, характером выполняемого труда, местом в социальной структуре общества, полом, возрастом, местом проживания и т. д. Эти отношения неразрывно связаны с информационным взаимодействием людей, социальных групп, со сбором, хранением, переработкой, передачей и восприятием информации.
Информационная связь, информационное взаимодействие, то есть постоянный обмен информацией, сведениями о различных явлениях и процессах действительности, с тем чтобы успешно выполнять свою социальную роль, управлять многочисленными объектами окружающего мира, управлять самим собой - непременное условие функционирования и развития общества, жизни и развития каждого человека.
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. С ростом объема информации просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов. Формирование информационного пространства обуславливает необходимость автоматизации информационного обеспечения человеческой деятельности.
Материальной основой информационных процессов являются средства, с помощью которой осуществляются сбор, хранение, передача и обработка информации т. е. технологии. Информационные технологии - это совокупность способов и средств информационных процессов, при которых происходит качественное изменение обрабатываемых объектов.
Информационная технология обладает интегрирующим свойством по отношению как к научному знанию в целом, так и ко всем остальным технологиям. Она является важнейшим средством реализации, так называемого формального синтеза знаний. Информационную технологию в данном контексте можно считать технологией использования программно-аппаратных средств вычислительной техники в какой-либо предметной области.
Из курса Информатики известно, что формализация данных - приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности в информационных системах [4].
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. Формализация (от лат. forma
- вид, образ) - отображение результатов мышления в точных понятиях и утверждениях. Формализация - отображение абстрактных объектов с помощью символов [5]. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она
формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).
Стремление человечества автоматизировать «интеллектуальные процессы», посредством информационных технологий породила особую область деятельности - инженерия знаний, занимающаяся методами получения экспертных знаний от специалистов для представления их в ЭВМ. И вместо терминов «информация» и «информационные ресурсы» все чаще стали употреблять термин «ресурсы знаний», а информационные работники стали называться «специалистами по знаниям». Технологии, формирующие базы знаний, стали называть информационными системами.
Инженерия знаний - это область информационной технологий, цель которой - накапливать и применять знания, не как объект обработки их человеком, но как объект для обработки их на компьютере. Для этого необходимо проанализировать знания и особенности их обработки человеком и компьютером, а также разработать их машинное представление. Цель инженерии знаний - обеспечить использование знаний в компьютерных системах на более высоком уровне, чем до сих пор - актуальна. Но следует заметить, что возможность использования знаний осуществима только тогда, когда эти знания существуют, что вполне объяснимо. Знание - система абстрактных объектов, доступная пониманию конкретного человека или сообщества людей. В зависимости от особенностей самого процесса понимания знания разделяют на простые и сложные, явные и неявные, точные и неточные, поверхностные и глубокие и многие другие виды. Теоретические знания - знания, полученные путем отвлеченных рассуждений, не предполагающих обращения к непосредственному эмпирическому опыту; эмпирические - знания, полученные путем практических рассуждений, опирающихся на непосредственный эмпирический опыт.
Формализация уточняет содержание путем выявления его формы и может осуществляться с разной степенью полноты. Выражение мышления в естественном языке можно считать первым шагом формализация. Дальнейшее ее углубление достигается введением в обычный язык разного рода специальных знаков и созданием частично искусственных и искусственных языков. Логическая формализация направлена на выявление и фиксацию логической формы выводов и доказательств. Полная формализация теории имеет место тогда, когда совершенно отвлекаются от содержательного смысла ее исходных понятий и положений и перечисляют все правила логического вывода, используемые в доказательствах. Такая формализация включает в себя три момента:
1) обозначение всех исходных, неопределяемых терминов;
2) перечисление принимаемых без доказательства формул (аксиом);
3) введение правил преобразования данных формул для получения из них новых формул (теорем).
Каждая из информационных систем соотносится с определенной сферой деятельности человека, называемой предметной областью, выделенной и
описанной в соответствии с некоторыми целями. Это описание представляет собой: совокупность сведений обо всех объектах, явлениях, фактах и процессах, выделенных с точки зрения рассматриваемой деятельности; описание отношений между выделенными элементами; описание всех возможных воздействий на элементы и отношения между ними в результате осуществления деятельности [6].
Информационные системы обычно ориентированы на выполнение заданных функций в соответствующей им сфере деятельности человека. Для обозначения сведений о предметной области используется обобщенное понятие - данные. Состояние предметной области считается определенным, если известны данные об объектах и процессах соответствующей части реального мира. Данные об объектах и процессах представляются в знаковой форме.
Представление или описание предметной области человеческой деятельности с использованием знаковых систем называют формализацией знаний.
Общедоступным является описание предметной области на естественном языке. В этом случае пользователи информационных систем в каждый момент времени, опираясь на свои знания естественного языка, умеют установить истинность его конструкций по отношению к реальному миру. Совокупность конструкций естественного языка, определяющих все истинные в этот момент времени объекты и процессы реального мира, составляет описание предметной области в виде текстов, и может являться конечным результатом процесса формализации знаний.
Для формализации знаний о реальном мире может оказаться достаточным использовать такие конструкции естественного языка, которые позволяют однозначно именовать объекты и описывать процессы в виде системы понятий. Так же могут быть использованы искусственные знаковые системы - формальные языки. При этом вводятся абстрактные языковые конструкции, которым ставятся в соответствие объекты и процессы реального мира. Тем самым осуществляется описание знаний в виде формальных моделей данных. Произвольный формальный язык, используемый для описания предметной области, базируется на конкретном наборе первичных абстрактных конструкций, которые определяют или описывают данные и изменяют их. Эти данные отражают закономерности, существующие в предметной области, и позволяют установить новые факты, не зафиксированные в ней на данный момент времени, однако потенциально возможные и являющиеся моделью знаний пользователей о реальном мире. Обобщая, можно сделать вывод, что формализация знаний - это представление их в виде некоторым образом организованных данных о предметной области.
Чтобы отличать данные о реальном мире, представленные в виде неорганизованных естественно-языковых конструкций или логически не связанных между собой понятий или абстрактных формально-языковых конструкций от организованных данных, принято для обозначения последних
применять термин «формализованные знания» или просто «знания». При этом выделяют три особенности знаний, отличающих их от данных: интерпретируемость, связанность (классифицирующая связанность) и ситуатив-ность. Все три особенности предполагают такую организацию данных о предметной области, при которой предусмотрено явное описание системы, лежащей в основе их формализации.
Знания, или данные с рассмотренными особенностями, с помощью специальных систем управления (систем управления базами знаний - СУБЗ) создают и ведут как единую систему, называемую базой знаний (БЗ). При представлении знаний в компьютерах наибольший интерес вызывает прагматическая сторона дела, информационный аспект знаний. В информационном аспекте в качестве знаний мы воспринимаем:
- понятия, аксиоматические отношения;
- факты, типовые примеры, типичные задачи;
- алгоритмы, программы для компьютера и т. д.
Вся эта совокупная информация, переведенная на машинные носители и введенная в компьютер, будет называться базой знаний. В этом случае для знаний существуют единые методы описания, хранения и преобразования, а также взаимодействия с ними пользователей и других баз знаний. Для описания перечисленных методов используют формальные системы, которые называют моделями представления, преобразования, хранения знаний, а также взаимодействия с ними.
Для формализации знаний на основе формально-языковых знаковых систем применяются два класса моделей, которые получили название моделей структурированных и неструктурированных данных. Основные их отличия связаны с:
- содержанием тех знаний, которые предстоит формализовать;
- технологией формализации;
- последующим использованием формализованных знаний или со спецификой интеллектуальной системы, частью которой они являются.
В основе технологии формализации знаний с использованием моделей структурированных данных лежит так называемый объектно-ориентированный подход.
Формализация знаний с использованием моделей неструктурированных данных реализуется в два этапа: первый этап - формализация знаний на основе естественно-языковой знаковой системы, в результате которой получают естественно-языковые данные наиболее часто в виде текстов различных жанров или звучащей речи; второй этап - индексирование.
Мы, в повседневной жизни встречаемся с массой примеров, ставшей уже традиционной, по формализации знаний. К примеру, руководствуясь общепринятыми требованиями, утвержденными в определенных нормативных актах или просто традиционно принятых, по мере необходимости составляем документы. Так, титульный лист научной работы по правилам имеет определенный набор реквизитов, которые несут не-
кую информацию и смысловую нагрузку. Название документа определяет структуру работы. Следующий пример - направление пациента в медицинскую лабораторию. Также документ имеет реквизиты, которые определяют действия лаборанта. О системных требованиях к ПК мы привыкли видеть на обложках дисков с определенными программными продуктами. Чтобы запустить этот программный продукт компьютер должен иметь соответствующие ресурсы, которые описаны посредством буквенных обозначений. В данном случае буквенные обозначения несут определенную смысловую нагрузку.
Технология формализация знаний в информационных системах происходит примерно также. Приобретение знаний реализуется с помощью двух функций: получения информации извне и ее систематизации. При этом в зависимости от способности системы к логическим выводам возможны различные формы приобретения знаний, а также различные формы получаемой информации. Форма представления знаний для их использования определяется внутри системы, поэтому форма информации, которую она может принимать, зависит от того, какие способности имеет система для формализации информации до уровня знаний все, вплоть до формализации информации, т. е. чем выше способности машины к логическим выводам, тем меньше нагрузка на человека.
Если информационная система совсем лишена такой способности, то человек должен заранее подготовить функции, необходимые ИС для приобретения знаний. Необходимо преобразовать специальные знания из какой-либо области в машинный формат, но для этого нужен посредник, хорошо знающий как предметную область, так и инженерию знаний. Таких посредников называют инженерами по знаниям, в нашем случае - специалист определенной профессии.
Основой информационной деятельности специалиста являются знания об объектах и предметах данной деятельности. В связи с этим функция поддержки информационной деятельности представляет собой поддержку знаний. Отсюда можно сделать два вывода:
1) будучи объектом поддержки, знания должны быть выражены в некоторой форме;
2) став объектом, имеющим некоторую форму, знания становятся объектом взаимодействия с ними пользователей информационных систем.
Тогда функциональное назначение ИТ профессиональной деятельности сводится к реализации двух групп функций:
1) формализация знаний ИС;
2) организация взаимодействия между формализованными знаниями и пользователями.
Реализация этих функций представляет собой две взаимосвязанные проблемы. Для их решения выдвигаются две центральные идеи, на которых предлагается базировать структуру информационных систем:
- формализация профессиональных знаний пользователей ИС;
- интеллектуализация взаимодействия с формализованными профессиональными знаниями, необходимыми для принятия решений.
Суть идеи интеллектуализации взаимодействия с формализованными знаниями состоит в придании взаимодействию с ИС некоторых свойств, позволяющих вступить в диалог. Для передачи знаний в пользование людей-носителей необходимо существование инструмента формализации знаний. Это означает, что инструмент должен существовать в некотором виде еще до начала решения задач формализации.
Из всего многообразия предлагаемых технологий формализаций знаний нам необходимо определить - как оптимально использовать возможности данных технологий, чтобы научить студентов формализовывать знания в предметной области деятельности.
Подготовка будущего специалиста к процессу формализации знания в предметной области деятельности определяет последовательное изменение методов, форм и мотивации его в образовательном пространстве, т. е. разработки и внедрения инновационных программ. Успешность их реализации во многом будет определяться способностью образовательного сообщества правильно организовать процесс внедрения инноваций [7].
Поэтому актуальны вопросы разработки и внедрения инновационных программ по подготовке студентов к информационно-профессиональной деятельности, ориентированной на процесс формализации знаний посредством ИТ.
Библиографический список
1. Храпченкова, И. В. О социально-экономических предпосылках инноваций в системе образования [Текст] / И. В. Храпченков, В. Г. Храпченков // Сибирский педагогический журнал. - 2008. - № 3. - С. 155-162.
2. Концепция единого информационного пространства РК (Постановление ПП РК от 29 июля 1998 г. № 715) // САПП РК. - 1998. - № 25. - 214 с.
3. Шрейдер, Ю. О. Информатика и культура [Текст] / Ю. О. Шрейдер. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 133 с.
4. Информатика. Базовый курс [Текст] / С. В. Симонович и др. - СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 640 с.
5. Логический словарь: ДЕФОРТ [Текст] / Под. ред. А. А. Ивина, В. Н. Переверзева, В. В. Петрова. - М: Мысль, 1994. - 268 с.
6. Потеев, М. И. Основы аналитической дидактики [Текст]: Учеб. пособие / М. И. Потеев. - СПб.: ЛИТМО; 1992. - 167 с.
7. Маричев, И. В. Информационное и научное обеспечение развития образовательного пространства морского академического комплекса [Текст] / И. В. Маричев // Сибирский педагогический журнал. - 2008. - № 4. - С. 69-77.
