Разработка онтологии школьного курса «информатика и икт»



Скачать 81.75 Kb.
Дата21.04.2016
Размер81.75 Kb.
РАЗРАБОТКА ОНТОЛОГИИ ШКОЛЬНОГО КУРСА «ИНФОРМАТИКА И ИКТ»

Бельчусов Анатолий .Александрович, (belchusov@mail.ru), к.т.н., доцент



Чувашский государственный педагогический университет, г. Чебоксары

кафедра информатики и вычислительной техники

Аннотация

В данной статье рассматривается проблема систематизации понятий и учебно-методических материалов представленных в сети интернет по содержательным линиям курса «Информатика и информационно-коммуникационные технологии». Для систематизации предлагается разработать онтологию предметной области «Информатика» и организовать к ней интернет доступ.

WORKING OUT ONTOLOGY OF THE SCHOOL COURSE «COMPUTER SCIENCE AND ICT»

Belchusov Anatoly.Аlexandrovich, (belchusov@mail.ru), Cand.Tech.Sci., the senior lecturer



The Chuvash state pedagogical university, Cheboksary

Computer science and computer facilities chair

Abstract


In given article the problem of ordering of concepts and educational and methodical materials presented to networks the Internet on substantial lines of a course «Computer science and information-communication technologies» is considered. It is offered to develop For ordering ontology a subject domain "Computer science" and to organise to it the Internet access.

В настоящее время в сети Интернет представлен большой объем знаний и информационных ресурсов по школьному курсу «Информатика и информационно-коммуникационные технологии». Однако, эти ресурсы не достаточно систематизированы. Как правило, они представляют собой каталоги, каждый раздел которых содержит материалы к уроку по заданной теме. Пополнение таких каталогов происходит за счет доброй воли педагогов - авторов этих материалов, которые разрабатывают их к своим открытым урокам для аттестации, конкурсам педагогического мастерства и т.п. Они готовы поделиться своими наработками, поэтому выкладывают их в такие каталоги: либо автоматически через соответствующие формы, либо отсылают модератору сайта-каталога. Нередко и сами авторы образовательных сайтов занимаются интернет серфингом в поисках материалов, разработанных учителями, которые те нередко размещают на своих персональных сайтах. Конечно, при таком принципе формирования каталога не может быть и речи о том, чтобы учесть все разделы программы курса, полностью раскрыть все темы и дать все необходимые определения. Если же обратить внимание на курсы дистанционного обучения или электронные версии конспектов лекций и практических занятий, представленных в сети интернет, то, конечно же, они отличаются большей стройностью изложения, но бедны примерами, разнообразием подходов к изложению материала, поскольку автор сам придерживается определенного подхода и, как правило, именно его и излагает. Коллекции цифровых образовательных ресурсов, созданные в рамках проекта "Информатизация системы образования» или разработанные компанией «КМ Образование» для информационного интегрированного продукта «КМ Школы», несомненно, богаты аудио и видеоинформацией, достаточно хорошо освещают разделы программы курса. Но между учебными единицами, представленными в этих ресурсах, отсутствуют логические связи, установление которых, а также компоновка из этих фрагментов полноценного дидактического материала считается задачей учителя. Хотя на наш взгляд учитель часто желает, как и любой человек экономящий свое время, получить уже готовый продукт, а не конструктор из которого этот продукт надо еще собрать.

Поиск учебных материалов через стандартные и хорошо известные поисковые системы Google, Yandex и т.д. тоже имеет свои проблемы. Например, при поиске термина «понятие информации» системой Nigma.ru выдается 49490 результатов. Очевидно, что просмотреть их за разумное время невозможно, кроме того никто не гарантирует отсутствие ошибок в найденных документах. Альтернативный поиск по каталогам подразумевает, что мы должны для получения объективного результата пройтись по дюжине таких каталогов или авторских сайтов.

Таким образом, наблюдается противоречие между нарастающей потребностью в быстром и эффективном доступе к разного рода дидактически материалам по информатике, которые были непосредственно связаны с материалами предыдущих и последующих тем, отражали несколько существующих подходов к преподаванию, легко могли быть адаптированы учителем для своего урока или использованы учащимися для самостоятельной работы и принципами формирования, хранения и поиска таких материалов в сети интернет.

Чтобы удовлетворить описанную выше потребность, автором предлагается построить специализированный интернет-портал знаний по образовательной области «Информатика», который обеспечит систематизацию знаний и информационных ресурсов по школьному курсу «Информатика и информационно-коммуникационные технологии», а также содержательный доступ (поиск информации в терминах предметной области) и удобную навигацию по нему. Пользователями такого портала могли бы стать как научные работники, преподаватели и студенты, исследующие, преподающие и изучающие эту дисциплину.

Современным представлением баз знаний в сети интернет являются онтологии предметной области. Обычно под онтологией подразумевается эксплицитная, то есть явная, спецификация концептуализации, где в качестве концептуализации выступает описание множества объектов и связей между ними. Онтология предметной области является множеством соглашений о предметной области, другая часть знаний предметной области является множеством эмпирических и других законов этой области. Онтология предметной области обычно применяется для того, чтобы уточнить и/или понятия определить общую терминологическую базу предметной области.

Для разработки онтологии требуется выбрать модель представления знаний. В подавляющем большинстве работ по использованию онтологий в системах, основанных на знаниях, для построения онтологий применяется или рекомендуется объектно-фреймовый стиль представления знаний

Фреймовая модель представления знаний согласно М.Минскому основывается на фреймах- структурах данных для представления стереотипной ситуации. Фрейм – это логическая запись, каждому полю (слоту) которой соответствуют основные элементы понятия. В формальных фреймовых моделях слотам ставятся в соответствие значения, присоединенные процедуры или другие фреймы. Фреймы используются для описания объектов, событий, ситуаций, прочих понятий и взаимосвязей между ними. [Гаврилова Т. А., Хорошевский В. Ф.].

Инструментальные средства обработки онтологий обычно подразделяют на: инструменты построения онтологий; инструменты для отображения, выравнивания и объединения онтологий; и инструменты аннотирования на основе онтологий. Согласно сравнительным исследованиям [Л. В. Найханова, Овдей О.М., Проскуднна Г.Ю.] в качестве средства обработки онтологий наиболее приемлем инструмент Protégé, который кроме богатых возможностей по созданию онтологий является еще и бесплатным.

Для создания онтологии важно получить полный список терминов, не беспокоясь о пересечении понятий, которые они представляют, об отношениях между терминами, о возможных свойствах понятий или о том, чем являются понятия – классами или слотами.

Следующие два шага – разработка иерархии классов и определение свойств понятий (слотов) – тесно переплетены. Сложно выполнить сначала один из них, а потом – другой. Обычно в иерархии мы даем несколько формулировок понятий и затем описываем свойства этих понятий и т.д.

Существует несколько возможных подходов для разработки иерархии классов (Uschold and Gruninger 1996):



  • Процесс нисходящей разработки начинается с определения самых общих понятий предметной области с последующей конкретизацией понятий.

  • Процесс восходящей разработки начинается с определения самых конкретных классов, листьев иерархии, с последующей группировкой этих классов в более общие понятия.

  • Процесс комбинированной разработки – это сочетание нисходящего и восходящего подходов: Сначала мы определяем более заметные понятия, а затем соответствующим образом обобщаем и ограничиваем их.

Самым простым является комбинированный метод, т.к. понятия, находящиеся «посередине», имеют тенденцию быть самыми наглядными понятиями в предметной области (Rosch 1978).

Разработано специальное программное обеспечение, позволяющее выделить основные термины (ключевые слова) любого текста. В качестве примера можно привести программу TextAnalyst 2.0. (http://www.analyst.ru производитель программного продукта - НПИЦ «Микросистемы», г,Москва).

Text Analyst - это новая технология структурной обработки естественного языка предназначенная для автоматизации работы с текстовой информацией больших объемов и используется для организация баз знаний на естественном языке, гипертекстовых, информационно-поисковых и экспертных систем; для автоматического индексирования, рубрикации и реферирования текстов.

Лингвистический анализ текстов предметной области (учебники, методические пособия и т.д.), проведенный с использованием Text Analyst, позволил получить словарь терминов и словосочетаний по результатам частотного анализа в соответствии с законами Ципфа—Мандельброта. Затем была проведена нормализация словаря - выделили только существительные в именительном падеже и единственном числе.

В итоге, было выделено 6 классов: Информация и информационные процессы, Компьютер (ЭВМ), Информационные технологии, Информационное моделирование, Управление и алгоритмы, Программирование. В каждом классе, в свою очередь, были выделены подклассы, так в классе Программирование, мы выделили 2 подкласса – Введение в программирование и Знакомство с языком Pascal.

Затем для классов и подклассов были заданы слоты. Например, для подкласса Системы мы задали слоты: взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описаний, структурность, целостность. А так как классы Естественные системы и Искусственные системы являются подклассами класса Системы, то они наследуют и слоты этого класса.

Следующим шагом было задание экземпляров классов. Нужно помнить, что экземпляры можно задавать только для конкретных, а не абстрактных классов. Так для класса Графический редактор были заданы экземпляры: Paint, Adobe Photoshop, Microsoft photo editor, Corel Drow. Причем данный класс Графический редактор имеет также слоты (в данном случае – режимы работы графического редактора): выбор и настройка инструмента, выбор рабочих цветов, работа с внешними устройствами, режим рисования.

Для размещения разработанной онтологии в сети интернет ее описание было автоматически переведено на язык Resource Description Framework (RDF) встроенными средcтвами редактора Protégé. RDF создан в рамках проекта семантической интерпретации информационных ресурсов Интернет (Semantic Web) и предложен как стандарт описания метаданных о документе. Доступ к онтологии автор организовал посредством воспользовался свободно распространяемого продукта SemWeb - семантической библиотеки Web/RDF, написанной на C # для NET Microsoft 1.1/2.0. Библиотека используется для чтения и записи форматов RDF (XML, N3), хранения формата RDF в постоянной памяти (память, MySQL, и т.д.), организации запросов на SPARQL.



Таким образом, в ходе исследований были получены следующие результаты:

  • Произведен анализ учебной и методической литературы по школьному курсу «Информатика и ИКТ», выявлены предметные линии и ключевые понятия

  • Построена предметная онтология курса «Информатика и ИКТ»

В рамках учебных процессов применение такого рода подхода позволит объединить огромное количество существующей информации в единую базу знаний, которая может сочетать в себе несколько учебных дисциплин и быть фактически распределенной в сети Интернет, что позволит сделать ее независимой от интерпретации конкретного учебного процесса Роль обучающих систем в таком случае будет сведена к роли интеллектуальных агентов, которые будут производить выборки из базы знаний в зависимости от контекста обучения (также возможно построение агентов для автоматического дополнения или изменения такой базы знаний в связи с новой информацией). Другая немаловажная особенность такой системы построения знаний это возможность строить тестирующие программные системы, которые будут генерировать контрольные задания, исходя из семантики описанных онтологии. Очевидно, что такие системы построения контроля знаний намного превосходят существующие на данный момент тесты, ориентированные на выборку одного из нескольких вариантов ответов. В качестве инструмента для описания предметной области система онтологии должна оказаться полезной для всех специалистов, сталкивающихся в своей работе с проблемой поиска, представления и использования знаний.
Литература:

  1. Наталья Ф. Ной (Natalya F. Noy) и Дэбора Л. МакГиннесс (Deborah L. McGuinness) Разработка онтологий 101: руководство по созданию Вашей первой онтологии, Стэнфордский Университет, Стэнфорд, Калифорния, 94305

  2. Б.В.Добров, Н.В. Лукашевич, Формирование базы терминологических словосочетаний по текстам предметной области, Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова

  3. Л. В. Найханова, Основные аспекты построения онтологий верхнего уровня и предметной области

  4. Паньгин С. А. Проблемы описания семантики предметной области в дистанционном обучении //компьютерные инструменты в образовании. № 6, 2004 г.

  5. Гаврилова Т. А., Хорошевский В. Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник. — СПб.: Питер, 2000

  6. Овдей О.М.. Проскуднна Г.Ю. Обзор инструментов инженерии онтологии //Институт программных систем НАН Украины

Каталог: vconf -> files
files -> Ценности учителя в условиях информационного общества
files -> Ю. А. Афанасьев, В. И. Гужов, О. В. Казанская
files -> О. В. Артюшкин, Г. С. Молотков
files -> Компьютерные средства обучения: опыт разработки и внедрения
files -> Козлов Сергей Валерьевич
files -> Концептуальная модель автоматизированного процесса обучения электробезопасности
files -> М. М. Бежанова, Л. А. Голубева, Л. А. Москвина
files -> В. А. Васенин, В. А. Роганов, А. Ф. Слепухин
files -> Роль информационных технологий в обучении филологов К. Е. Афанасьев, Л. Е. Шмакова
files -> Интернет и проблемы информатизации образования


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница