Стрижак О.Є.

 

КОМП’ЮТЕРНІ ТЕЗАУРУСИ ЯК ТЕХНОЛОГІЧНА
ПЛАТФОРМА СТВОРЕННЯ АВТОРСЬКИХ МЕТОДИК
ВИКЛАДАННЯ ПРЕДМЕТНИХ ДИСЦИПЛІН

 

В статье рассматривается проблема формирования компьютерных тезаурусных систем как моделей предметных областей, которые используются для воплощения авторских методик преподавания предметных дисциплин. Определены типы стандартных отношений и свойств объектов предметных дисциплин, изложены условия создания тезаурусной модели.

Ключевые слова: онтология, тезаурусная модель, семантические отношения, свойства, система управления знаниями, информационное пространство, информационные ресурсы.

 

The article deals with the problem of computer thesaurus systems’ formation as models of domains, which are used for implementation of authoring methods of teaching school disciplines. Types of standard relationships and characteristics of objects of these disciplines are determined, as well as conditions of the thesaurus model development.

Keywords: ontology, thesaurus model, semantic relation, characteristics, system of knowledge management, informational space, informational resources.

 

Сучасні інформаційні технології дозволяють створити певний технологічний базис супроводу сучасних систем знань, що є основою забезпечення будь-якого навчального процесу. При цьому необхідно забезпечити вирішення завдання управління знаннями, які в своїй пізнавальній і творчій діяльності використовують суб’єкти навчання. Тут, на наш погляд, важливе не стільки накопичення масивів інформації, скільки здатність суб’єктів навчальної діяльності до структуризації, систематизації, конструювання й засвоєння знань.

Інструментом формування інтелектуальних інформаційних ресурсів, що підтримують доступ суб’єктів до систем знань, можуть виступати онтології. Онтологія – спроба всеосяжної і детальної формалізації деякої галузі знань за допомогою концептуальної схеми. Зазвичай така схема складається з ієрархічної структури даних, що містить всі релевантні класи об’єктів, їх зв’язки, відношення між ними і правила (теореми, обмеження), що прийняті в цій галузі. От же онтологію можливо розглянути як це структурну специфікацію деякої наочної області, її формалізована вистава, яка включає словник (або імена) покажчиків на терміни наочної області і логічні вирази, які описують, як вони співвідносяться один з одним [1,2].

Одним з ефективних інструментів побудови наочно-орієнтованих онтологій (онтологій наочних галузей), за допомогою якого при плануванні й підтримці навчання можна управляти процесом засвоєння знань, виступає тезаурус – система понять і семантичних відношень між ними певної навчальної дисципліни (наочної області) [3,4] . Структура тезауруса і його словарних статей в комп’ютерному варіанті за допомогою спеціально розробленої функціональності дозволяє автоматично отримувати списки семантичних полів (контекстів), наочних областей, що відповідають фрагментам. Експліцитне представлення семантичних стосунків між поняттями також дає можливість вимірювати силу того чи іншого семантичного відношення кількісними та якісними методами. Самі семантичні стосунки можуть бути диференційовані далі, що створює багатовимірний інформаційний простір для моделювання понятійних комплексів різних рівнів складності [4].

У сучасних інформаційних технологіях тезаурус використовується як формалізована модель колективної чи індивідуальної системи знань і має енциклопедичний статус. При подібному застосуванні тезаурусів основною є гіпотеза про неідентичність систем знань різних індивідуумів. Вона проявляється в неоднаковому сприйнятті смислу одних і тих самих текстів різними людьми й може бути відображена відмінностями їхніх тезаурусів.

Тезаурус складає межу між лінгвістичним та енциклопедичним описом системи знань, він моделює систему знань певної предметної області. Він дозволяє розкрити смисл терміна (поняття) через його семантичні зв’язки з іншими термінами даної області знань. У потужних інформаційних системах часто використовуються більш складні моделі знань – онтології. Тезаурус виступає одним із простих видів онтології, і завдяки своїй ефективній семантиці тезаурусні моделі знань можуть широко використовуються у навчанні [3,4,5,6].

Однак тезаурус може виступати не лише засобом організації знань. Розширюючи його традиційні функції, тезаурус можна перетворити на середовище, в якому забезпечується активна робота зі знаннями, а також оригінальним чином вирішуються навчальні завдання. Крім декларативних властивостей знань, які описуються тезаурусною моделлю, її засобами можна також подавати зміст об’єктів навчальної дисципліни через їх конструювання на основі використання їх композиційних властивостей. Причому як для викладача, так і для учня проектуються своє навчальне середовище, яке відображає схему „викладач-завдання-учень”

Різні проблемні ситуації в ході розв’язання завдань на основі використання тезаурусу можна моделювати на понятійному рівні – не вказуючи конкретні числові значення, метричні співвідношення та ін. Не спрощуючи процес розв’язання задачі приведенням його лише до підстановки числових величин в певні параметри, відзначимо, що моделювання задачі на більш узагальнюючому рівні має й більш загальне значення, ніж лише знаходження конкретного результату, а значить і ширшу основу для інтерпретації. Використання тезауруса в комп’ютерному варіанті дозволяє автоматично отримувати списки підмножин тезауруса – семантичних полів, що відповідають фрагментам (темам, розділам) навчальної дисципліни. Подання усієї різноманітності понятійних зв’язків дає можливість вимірювати силу того чи іншого семантичного зв’язку якісними й кількісними способами. Самі семантичні зв’язки можуть бути диференційовані далі, що створює багатовимірний простір для моделювання понятійних комплексів різної складності. Це відкриває перспективу викладачеві й учневі використовувати тезаурус і як інструмент дослідження. Наприклад, при конструюванні системи понять для нових чи міждисциплінарних областей знань використання тезауруса може допомогти у визначенні пропусків або протиріч в системі понять.

Ефективним виявляється також перехід від тезаурусного способу зв’язку понять до мережевого, що закладено в самій природі тезауруса. Подання знань у вигляді семантичної мережі виступає наочним способом демонстрації зв’язку понять, що входять у деякий цілісний фрагмент навчальної дисципліни. Таким чином визначення й опис кожного поняття стає окремим дослідженням, оскільки ця робота здійснюється на найглибшому рівні вивчення лінгвістичного об’єкта, яким виступає термін-поняття, як в парадигматиці (серед аналогічних об’єктів), так і в енциклопедичному аспекті (в системі знань) [1,2,4,5].

Умовами успішної роботи по складанню тезаурусної моделі предметної області є [1,2,7,8]:

·       чітке розуміння мети і напрямку навчальної діяльності – правильна постановка завдання;

·       достатня інформаційна база;

·       повний опис об’єктів предметної області відповідно до технологічної платформи (технологічною платформою можуть бути такі системи: Convera, Exalead, Галактика Zoom, Інформбюро та інші) [8];

·       правильна організація роботи експертів і/або аналітичних груп у заданій темі предметної області.

Окрім цього необхідно окремо відзначити, що добування і отримання знань про об’єкт можливе лише за умови єдності трьох компонентів:

·       сукупності достатніх масивів інформації;

·       знань і досвіду експертів і фахівців (аналітиків, методистів, викладачів);

·       ефективного аналітичного інструментарію (наприклад, Convera, Exalead, Галактика Zoom, Інформбюро)[8].

При зборі інформації і розробці лінгвістичних ресурсів необхідно враховувати що є об’єкт дослідження – предметна область, її тематичний розділ, процеси, властивості, функціональний опис.

Об’єкт є особливим пізнаваним предметом, блоком або єством (істотою?) (реальним або абстрактним), що має важливе функціональне призначення в даної предметної області.

Об’єкт має стан, структуру, властивості, виявляє чітку функціональність, може мати межі.

Група чи множина об’єктів, що мають зв’язки та пов’язані спільною структурою та функціональністю можуть бути об’єднані в класи.

Дослідження інформаційного простору з погляду здобуття якнайповнішої інформації про предметну область передбачає:

а)        збір інформації про об’єкт в цілому:

-      назва об’єкту;

-      його структура та клас;

-      близьке оточення;

-      його інформаційні агенти й джерела;

-      далеке оточення;

-      зв’язки та відношення тощо.

б) збір інформації про об’єкт в контексті мети, що визначена в навчальному процесі:

-      опис об'єктів його тематик як сфер навчальної діяльності,

-      дослідження функціональних властивостей;

в) збір інформації про об'єкт з погляду його визначення:

-      опис сфер його застосування як простору вирішення завдань;

-      опис перетину з іншими об'єктами.

г) аналіз і оцінку зібраної інформації.

д) складання інформаційного портрета об’єкту (агреговані описи, аналітичні записки, структурний опис, перелік властивостей та інше).

е) подальший моніторинг інформаційного поля з метою постійного поширення інформаційних описів об’єкту .

Отже, на основі пропонованої методики створення комп’ютерного тезауруса опис кожного поняття в системі його стосунків стає окремим дослідженням, що розширює й традиційну лінгвістичну методику, оскільки виконується на найглибшому рівні вивчення лінгвістичного об’єкту – як в парадигматиці (в ряді аналогічних об’єктів), так і в енциклопедичному аспекті (в системі знань).

Саме такі понятійні комплекси здатні забезпечити агрегацію розподілених інформаційних ресурсів, постачальниками яких повинні бути бібліотеки, університетські й наукові центри, різноманітні наукові та науково-методичні видання, що зробить їх доступними для суб’єктів навчання.

Впровадження комп’ютерного тезауруса в учбовому процесі, зокрема, дозволяє:

-      вивчати основну термінологічну лексику даної дисципліни, використовуючи також засоби візуалізації об’єктів-понять;

-      асоціативно засвоювати елементи знань на основі багатоаспектного використання інформації тезаурусної структури, що генерується в комп’ютерному учбовому середовищі;

-      моделювати учбові ситуації і вирішувати завдання з даної наочної області на понятійному рівні;

-      отримувати доступ до комп’ютерного тезауруса одночасно багатьом користувачам в зручний для них час;

-      розробляти особисті тезауруси вчителя й учня і формувати учбові бази знань у вигляді тезаурусів по різних дисциплінах;

-      обмінюватися моделями знань у формі тезауруса;

-      вбудовувати створені тезауруси в комп’ютерні учбові середовища складнішої структури;

-      розміщувати розроблені тезауруси з різних учбових дисциплін в Інтернеті для навчання і розвитку.

Функціонально тезаурусна система будується на основі описів відношень між поняттями (об’єктами) наочної області і їхніх властивостей.

Базисну структуру тезауруса складає така безліч відношень та властивостей:, до якої можливо віднести наступне:

 

Відношення

ВХОДИТЬ В

СКЛАДАЄТЬСЯ З

ВКЛЮЧАЄ <{об'єкти, властивості}>

АСОЦІЮЄТЬСЯ ІЗ

ЗНАХОДИТЬСЯ В

БЕЗПОСЕРЕДНЬО ПОВ’ЯЗАНО З

 

Властивості

РІД

ВИГЛЯД

БУТИ ЧАСТИНОЮ <{об'єкти}>

ВИКОНУВАТИ ФУНКЦІЇ<>

ЗАСТОСОВУЄТЬСЯ В <випадок, подія>

ЗАСТОСОВУЄТЬСЯ ЗА <умова>

МАЄ МІСЦЕ <подія, випадок>

 

Можливості тезаурусної моделі зі спеціально розробленою функціональністю дозволяють отримувати приховане знання, що об’єктивно існує, але суб’єктивно невідоме учню. Продемонструємо це на прикладі. У шкільному підручнику наводиться, як правило, одне визначення куба (зокрема: прямокутний паралелепіпед, в якого всі ребра рівні). В учбовому комп’ютерному тезаурусі можна отримати 12 його визначень – через контексти інших об’єктів, що вивчаються, по семантичному відношенню Входить в. Тобто поняття куб можна визначити й через інші поняття: правильна чотирикутна призма, прямокутний паралелепіпед, прямий паралелепіпед, пряма чотирикутна призма, пряма призма, призма, опуклий багатогранник, багатогранник, правильна призма, чотирикутна призма, паралелепіпед, правильний багатогранник.

Тобто тезаурус, що створюється за конкретною наочною областю, відображає концептуальну модель цієї області, якою керуються авторі, що його створюють. Його основу складають об’єкти, їх властивості та відношення що їх пов’язують між собою.

Формування предметно-орієнтованих онтологій на основі тезаурусних моделей реалізується в середовищі сервера підтримки навчальних взаємодій. Концептуально вказаний сервер є ієрархічно пов’язаними класами активних об’єктів. Приклад класів використовуваних в учбовому процесі активних об’єктів наведений у таблиці.

Таблиця

Навчальний заклад

Телекомунікаційна система

Площадка взаємодії

Джерело отримання знань

Інформаційний сервер

Абонент

Носії знань

Маршрутизатор

Викладач

Навчальний план учня

ІР-з’єднання

Абонент джерела знань

Віртуальна бібліотека

Доменний простір

Учень

Лекції

Утиліти адресного доступу

CD-диск

Посібники

 

Flash-пам’ять

Методичні посібники

 

Поштовий сервер

Наукові статті

 

Дошки оголошень

Курсові

 

 

Контрольні

 

 

Практикуми

 

 

Довідники

 

 

 

Інструментом доступу й управління знаннями в середовищі сервера є метаоб’єкт – площадка взаємодії. Метаоб’єкт – учбовий заклад включає процедури управління тезаурусними моделями наочних областей. Метаоб’єкт – телекомунікаційна система забезпечує підтримку комунікативних процесів, що виникають в ході пізнавальної діяльності учнів.

Такий підхід до побудови та забезпечення навчального процесу дозволяє створити навчально-розвиваюче середовище, в якому викладачеві надається можливість створити свою власну авторську методику викладання навчальної дисципліни, а учні зможуть вирішувати творчі пізнавальні завдання. Особливо це стосується організації та підтримки навчального процесу загальноосвітньої школи, який має ґрунтуватися на засадах компетентнісного підходу, що дозволить надати підтримку навчально-пізнавальній діяльності, а саме: учень називає, наводить приклади, характеризує, визначає, розпізнає, аналізує, порівнює, робить висновки та виконує відповідну наукову роботу під керівництвом педагога та науковця-експерта у певній галузі знань і за рахунок використання відповідних технічних засобів має можливість об’єднати й узгодити ці елементи навчального процесу.

 

ЛІТЕРАТУРА

1.     Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф., 2000. Базы знаний интеллектуальных систем / Учебник для вузов. – СПб, Изд-во “Питер”, 2000.

2.     Гаврилова Т.А., Лещева И.А., Лещев Д.В., 2000. Использование онтологий в качестве дидактического средства // Ж.”Искусственный интеллект” N3. – с.34-39.

3.     Андрусенко Т.Б. - Лингвистические структуры в компьютерных учебных средах. Киев, Наукова думка. – 1994. – 160с.

4.     Андрусенко Т.Б, Стрижак А.Е. Управление учебным процессом на основе тезаурусов.: e-Learning World (Москва). — 2007.– N 1. – с.56-62.

5.     Alexander Stryzhak – Instruments of management knowledges at teaching of the gifted children – Uczen zdolny wyzwanien dla wspolczesnej edukacji. Praca zbiorowa pod redakcja Jana Laszczyka, Malgorzaty Jablonowskiej. Warszawa 2008. Wydawnictwo Akademii Pedagogiki Specjalnej. p. 268-272.

6.     Солсо Р.Л. Когнитивная психология. (Пер. с англ.) – М., Тривола, 1996. 

7.     Урсул А.Д. Становление информационного общества и модель опережающего образования // НТИ. Сер. 1.– 1997.– N2.– C. 1-11.

8.     Комов С.А. Управление знаниями – что это и как ими управлять? – «Корпоративные системы», март 2005. – C.21-29.