Проектирование содержания учебного ресурса на основе когнитивной карты Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

Проектирование содержания учебного ресурса на основе когнитивной карты

Г. С. Сиговцев, канд. ф.-м. н., доцент кафедры информатики и математического обеспечения, sigovtsev@cs.karelia.ru И. О. Семенов, аспирант кафедры информатики и математического обеспечения, isemenov@cs.karelia.ru Петрозаводский государственный университет

Аннотация

Рассматривается применение когнитивных карт для моделирования содержания предметной области и содержания разрабатываемого для этой области учебного ресурса.

Использование таких моделей способствует более полному пониманию структурно-логической организации учебного материала и анализу содержания курса и позволяет в результате получить рационально спроектированный курс. Описанный подход был использован при разработке ЭУР для дисциплины «Информационные технологии»

Современные информационные технологии позволяют обеспечить учебный процесс большим количеством разнообразных электронных учебных ресурсов (ЭУР). Но процесс подготовки и оперативного изменения содержания качественного ЭУР является трудоемким. Кроме того, во многих случаях преподавателю требуется по некоторой дисциплине иметь набор электронных ресурсов, соответствующих разным по объему учебным курсам в зависимости от направления подготовки (специальности) студентов. Указанные обстоятельства делают актуальным разработку моделей и компьютерных средств поддержки планирования и модификации содержания ЭУР.

Задача проектирования эффективного учебного ресурса включает в себя:

• отбор содержания предметной области, которое включается в ресурс;

• определение рациональной структуры курса: разбиение содержания курса на структурные единицы (части, разделы, параграфы, понятия — концепты) различного уровня и различной степени подробности для разных типов пользователей;

• установление связей между отдельными структурными единицами (логических, причинно-следственных, ассоциативных и т.д.),, определяющих возможные варианты последовательности изучения концептов и разделов курса.

Для задачи проектирования достаточно адекватной математической моделью содержания ЭУР, как нам представляется, является когнитивная карта, относящаяся к классу графовых моделей систем [1,2]. Когнитивные карты используются как инструмент прикладного системного анализа для формализации сложной системы в виде множества концептов, отображающих ее системные факторы, и выявления причинно-следственных отношений влияния между ними с учетом воздействия на эти факторы или изменения характера отношений [3].

В данном случае карта представляет собой взвешенный ориентированны й граф, вершины которого (концепты карты) соответствуют структурным единицам содержания, а дуги отражают отношение «предшествующая-последующая» между этими единицами - концептами. В качестве весов дуг используются экспертные оценки степени зависимости (интенсивности влияния) между концептами.

Существует ряд характеристик числовых когнитивных карт, которые могут быть использованы для анализа и проектирования графовых моделей предметных областей и моделей содержания учебного ресурса. К числу таких характеристик, вычисляемых на основе весов дуг, относятся:

• влияние одного концепта на другой;

• влияние концепта на систему;

• влияние системы на концепт

Для модели содержания такая характеристика как степень влияния концепта на систему применительно к отношению «предыдущий-последующий» может интерпретироваться как значимость этого концепта как пререквизита для изучения других концептов, входящих в модель. Кроме этого каждому концепту может быть назначена экспертная оценка важности концепта как информационной единицы предметной области. Интегральная характеристика концепта в виде взвешенной суммы этих показателей может служить основой для формирования и анализа модели содержания ЭУР.

В частности, можно определить концепты, являющиеся наиболее и наименее важными (относительно указанной характеристики) для данной модели содержания ЭУР, оценить влияние на суммарную важность концептов модели добавления или удаления из нее отдельных концептов и т.д. При добавлении или удалении концептов необходимо поддерживать корректность модели по отношению к связям между концептами «предыдущий-последующий», выражающими логические зависимости между ними. Так, при удалении концепта должны быть исключены из модели и все концепты, принадлежащие путям, начинающимся с удаляемого концепта, а при добавлении концепта в модель требуется включение в нее и тех концептов (если они в модели отсутствуют), ко-

торые принадлежат путям, ведущим к добавляемому концепту. Т.е. модель содержания ЭУР должна быть корректной когнитивной подкартой когнитивной карты - модели содержания предметной области.

Описанные выше возможности анализа модели содержания ЭУР в виде когнитивной карты могут быть использованы для проектирования и сравнительного сопоставления по различным критериям нескольких вариантов ЭУР. в том числе рассчитанных на разные категории пользователей и на разный объем учебного времени.

Применение когнитивных карт для моделирования содержания предметной области и содержания разрабатываемого для этой области учебного ресурса способствует более полному пониманию структурно-логической организации учебного материала и анализу содержания курса и позволяет в результате получить рационально спроектированный курс.

Рис. 1.

Описанный подход был использован при разработке ЭУР для дисциплины «Информационные технологии». Данная предметная область включает очень широкий круг тем и при построении модели содержания ЭУР она была в основном ограничена рамками рабочей программы этого курса для студентов ПетрГУ по направлению «Информационные системы и технологии». Курс содержит вводную информацию обзорного характера по различным аспектам информационных технологий, включая вопросы : основные понятия и история ИТ; структура ИТ и ИС;

проектирование ИТ; перспективы ИТ и информационного общества и другие. На рис. 1 приведена часть когнитивной карты с основными разделами курса.

Фрагмент детализированной модели для раздела «Проектирование ИС» приведен на рис. 2.

Рис. 2.

Программа для построения, отображения и анализа моделей содержания в виде когнитивных карт реализована в среде «ЮЛредприятие 8.2». Разработанный модуль предоставляет пользователю следующие основные возможности:

• ввод концептов и весов дуг когнитивной карты

• определение какие концепты влияют друг на друга (на какие концепты влияет данный концепт и какие концепты влияют на данный);

• определения величины влияния концептов на курс;

• определение величины влияния курса на концепты;

• отображение модели в виде диаграммы.

(|$) ^ У Редактирование сценария - / Ад

Редактирование сценария

Название сценария:Тестовьл сценарий

- Расчитываемые характеристики-

Рассчитать характеристики

ä'iC Раздел

8ЙИС.

Структурно-Функциональные (SADT. DFDJ

дели (ERD) Поведенческие (STD) Объектно-ориентированное мс Методики Методика

Сохранить сценарий

с^уц' и

-Дополнительная Включенные разд

Включен Раздел

f Типы моделей ИС.

г Структурно-функциональные (SADT, DFD)

? Информационные моде и (ERD)

171 Поведенческие (STD)

Z Объектно -ориентирован ное моделирование. UML.

0 CASE-системы

г Методики проектирован ия IDEF и их назначение.

и Методика проектирован ня IDEFD

и Методика проектирован ия IDEF1

? Методика проектирован ия IDEF1X

Разделы ко Раздел

Информационные модели (Е Поведенческие (STD) Объектно-ориентированное i CASE-системы

Разделы от Раздел

ЭУК по дисциплине «Информационные технологии» реализован на платформе системы разработки учебных курсов - «1С:Электронное обучение. Конструктор курсов». Функциональность системы:

• возможность создания страниц (разделов курса), содержащие текстовые, графические данные, ссылки, таблицы;

• размещение в единой информационной базе файлы произвольных форматов (doc, xls, pdf, изображения, презентации и др.);

• создание электронных тестов, используя разнообразные типы вопросов;

• структуризация размещенных материалов в виде подборок и баз знаний;

• создание глоссариев терминов и определений;

• организация доступа к информационным ресурсам посредством сети Интернет;

• Осуществление полнотекстового поиска в информационной базе;

• построение различных отчетов по обучению (результаты тестирования, время изучения материалов, статистика ответов на вопросы) Спроектированный и реализованный вариант ЭУК по дисциплине

«Информационные технологии» используется в учебном процессе кафедры информатики и математического обеспечения Петрозаводского государственного университета. Программный модуль с моделью со-

держания учебной дисциплины используется для корректировки содержания ЭУК.

Литература

1. Сиговцев Г.С., Семенов И.О. Моделирование учебных ресурсов для е-Leammg. // Сборник трудов V международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование» М.: ИНТУИТ.РУ, 2010, с. 239-244.

2. Семенов И.О., Сиговцев Г.С. Моделирование содержания и применения учебных ресурсов на основе когнитивных карт. // Труды IV Всероссийской научной конференции «Теория и практика системной динамики». Апатиты. КНЦ РАН. 2011, с. 143-150.

3. Моделирование систем / С. И. Дворецкий, Ю. Л. Муромцев, В. А. Погонин, А. Г. Схиртладзе; Под ред. Ю. Л. Муромцева М. : Академия, 2009 - 320 с.

4. Соловов А.В. Моделирование структуры электронных образовательных ресурсов. // Информационные технологии. 2007, № 2, с. 43-48.