Схемно-знаковые модели представления знаний

«Сжатие» и визуализация учебной информации технологически может быть достигнута разными методическими приемами и соответственно этому известны разнообразные схемно-знаковые модели представления знаний. Здесь полный простор для творческой инициативы преподавателя и студента. В качестве примера приведем наиболее популярные в вузовской системе формы представления учебной информации.

1. Логическая структура учебной информации в форме графа.

Как правило, граф в качестве визуального средства обучения в практике используется редко. Тем не менее, его можно эффективно использовать в качестве ООД на вводной лекции, либо как «Резюме» на заключительной лекции. Овладев методикой составления графов, студенты легко могут самостоятельно справляться с большими объемами работы с текстом, а преподаватель — осуществлять оперативный контроль усвоения ими учебного материала. Пример графа учебной информации приведен на рисунке 8.3.

2. Продукционная модель представляет собой набор правил или алгоритмических предписаний для представления какой-либо процедуры решения. Если обычная инструкция состоит из нескольких, а иногда и большого количества правил (продукций), то продукционная модель сводит их в одну визуальную композицию со всеми связями и разветвлениями. Как вариант этой модели можно предложить схемы, («учебные карты»), разработанные Б. Ц. Бадмаевым: карты ООД (ориентировочная основа действий) и карты ОСВД (оперативная схема выполнения действий) [5]. В основу «учебных карт» положена теория поэтапного формирования умственных действий П. Я. Гальперина и структура учебно-познавательной деятельности:

УД = ООД + ИД + КД.

Схема ООД — это учебно-методическое средство, представляющее собой структурно-логическую схему практического действия, помогающую правильно ориентировать двигательные, перцептивные, мыслительные и речевые действия. Само понятие «схема здесь носит условный характер, так как может быть реализована и в других методических ориентируемых средствах» [5].

Составление алгоритма ООД начинается с психологического анализа той деятельности, которой предстоит обучать, а это, прежде всего, определение цели деятельности и конечного результата, в котором эта деятельность должна воплотиться. Уяснив цель деятельности, необходимо разобраться в конкретных действиях, благодаря которым эта цель достигается на практике. Кроме того, следует уяснить, почему допускаются наиболее типичные ошибки. После общего психологического анализа деятельности проводится структурирование деятельности на составляющие ее действия — отдельные операции. Таким образом, подробная структура деятельности и каждого входящего в ее состав действия дает наглядную картину того, «что и за чем, с помощью чего и для чего выполняется» [5]. Определенную трудность, особенно для непсихологов, представляет психологический анализ деятельности и выбор способа реализации схемы ООД. Но, будучи раз составлена, она может с легкостью применяться любым преподавателем, а также самими студентами в процессе самообучения. На рисунке 8.5. представлен пример схемы ООД по выполнению мыслительных действий из области правовой деятельности.

Рис. 8.5. Фрагмент схемы ООД «Дисциплинарная ответственность работника».

Если ООД — это алгоритм решения конкретной задачи, то ОСВД представляет собой общий алгоритм учебной деятельности по решению задач с опорой на схемы ООД. «Оперативная схема выполнения действий» показывает логику анализа задачи, направляет ход мыслительных поисков, физических или сенсорных действий с условиями заданной задачи, с тем, чтобы получить требуемый результат. Схема ОСВД приведена на рисунке 8.6.

Следует отметить, что учебные карты Б. Ц. Бадмаева — это лишь один из вариантов предъявления ООД и один из вариантов продукционной модели.

3. Логическая модель чаще всего используется для записи математических аксиом и теорем с использованием логики предикатов, что позволяет сократить количество записываемых «знаков» в несколько раз. Например, словесное изложение теоремы «Если две прямые, а и в параллельны третьей прямой с, то они параллельны между собой» можно сжать до следующего вида: (а || с, в || с) (а || в). В данной словесной записи 67 знаков, а в логической модели — всего 15.

Рис. 8.6. Оперативная схема выполнения действий (ОСВД).

Такая форма записи позволяет отказаться от указаний типа «Очевидно, что …», «Отсюда следует …» и т. п. Анализируя учебники по разным предметам, можно встретить значительные порции описательной информации, которые бывают настолько велики, что, достигнув конца фрагмента текста студенты нередко забывают, о чем говорилось выше, теряют нить рассуждений, не могут соединить отдельные высказывания.

Логические модели широко используют преподаватели не только математики, но и других, в том числе гуманитарных, предметов. Многие студенты совершенствуют конспектирование лекций, переводя развернутое изложение преподавателя в форму логической модели.

4. Модель семантической сети. Как правило, используется для раскрытия объема понятия, то есть тех разновидностей, которые характеризуют данный предмет. Примером семантической сети могут служить формально-логические приемы отражения блоков информации большого масштаба. Графы, блок-схемы, терминологические гнезда также являются разновидностями семантических сетей. По мере их построения не только расширяется объем понятия, но и устанавливаются межпонятийные связи с выше, ниже, рядом стоящими понятиями. На рисунке 8.7. приведена семантическая сеть моделей представления знаний.

Рис. 8.7. Модели представления знаний Использование семантических сетей позволяет изменить взгляд на сами принципы изложения учебной информации — становится возможным активный зрительный анализ структуры учебного материала. При этом объем текстовой информации уменьшается, опускается большинство из промежуточных логических операций, тщательные и подробные выкладки заменяются образами. Представление факта становится возможным провести визуально без подробного текстового описания.

Когнитивно-графические элементы «Древо» и «Здание» строятся по принципу блок-схем. Здесь важна последовательность основных компонентов в изучаемой теории: основание — ядро — приложение. В основании, как правило, представлены опорные понятия, факты, способы действий, актуализация которых необходима для изучения ее ядра. Приложение содержит учебный материал, обеспечивающий реализацию внутрипредметных, межпредметных связей и выход на практику.

Специальные исследования о влиянии формы предъявления ООД на результат усвоения показывает, что эти модели эффективно влияют на процесс обучения, так как техника их построения основывается на методе восхождения от абстрактного к конкретному. «Здание» темы целесообразно использовать для отражения структуры какой-либо фундаментальной теории, изучение которой необходимо в дальнейшем при изучении многих тем. Схематично «Здание» состоит из «фундамента» (методологический уровень), «корпуса» (теоретический уровень), «крыши» (прикладной уровень) [58]. На рисунке 8.8. показаны вариант представления когнитивно-графических моделей «Древо» и «Здание». Модель «Древо» по теме «Методы дифференцирования» представлена на рис. 8.9.

Рис. 8.10. Когнитивно-графическое здание предмета «Методика преподавания строительных дисциплин».

5. Фреймовая модель. (Фрейм — рамка, остов, скелет, минимальное описание явления). Фрейм в технологии обучения — это единица представления знаний, заполненная в прошлом, детали которой при необходимости могут быть изменены согласно ситуации. Обычно фрейм состоит из нескольких ячеек (слотов), каждый из которых имеет свое назначение.

Рис. 8. 11. Фрейм книги М. А. Чошанов предлагает использовать проблемные фреймы, основные элементы которых и их условные обозначения приведены на рисунке 8.12. Пример проблемного фрейма по химии приведен на рисунке 8.13.

6. Схемоконспект или конспект-схема может рассматриваться как частный случай фреймовой модели. Ее автор В. М. Каган основывает применение конспектов-схем тем, что восприятие образов и явлений зависит от глубины проникновения в них. Лучше запоминаются те образы, которые раскрыты со всех сторон и на всех уровнях [26]. Это относится к любому объекту изучения. Так, образ самолета воспринимается на первом уровне глубины проникновения в образ как его внешнее описание (фюзеляж, крылья), на втором уровне — взаимодействие с окружающей средой (подъемная сила, скорость), на третьем уровне воспринимаются процессы и явления, происходящие в двигателе, турбине, крыле. В. М. Каган выделяет пять уровней глубины и связывает их определенным образом в конспект-схему. По периметру схемы располагаются блоки, отражающие: внешнее описание объекта изучения; взаимодействие его с окружающим миром; внутренние механизмы, процессы, гипотезы; применение теории в практике. В центре схемы расположен блок с указанием на нерешенные в данной области проблемы. Расположение блоков в конспект — схеме изображено на рисунке 8.14.

Рис. 8.14. Структура конспект-схемы рассматриваемой темы В блоки А, Б, В заносится то, что студент должен знать, а в блок Г и Д — то, что он должен уметь. Стрелки показывают связи между частями. На блок нерешенных проблем (часть Д в центре) оказывают влияние все части, то есть проблемы могут быть на любом уровне глубины.

Специфика содержания учебного предмета и учебные цели его изучения помогают преподавателю разработать собственную структуру схемоконспекта. Например, в курсе «Методика преподавания строительных дисциплин» изучаются частные методики изложения отдельных строительных предметов. Рассмотрим конспект-схему методики изучения спецтехнологии каменных работ, представленную на рисунке 8.15. Часть, А — это знакомство с учебной программой и возможные типы ООД. Часть Б — методические особенности изложения основных теоретических вопросов, выделение основных понятий и связей между ними. Часть В — обобщение и систематизация темы, выходной контроль. Часть Г — возможности активизации мышления и создание проблемных ситуаций. Часть Д (центр) — «эмблема» предмета и место для реализации творчества студентов.

Конспект-схемы можно эффективно использовать для проведения практических занятий. Тогда наполнение основных блоков несколько меняется с учетом усиления самостоятельной работы студентов, а также специфика предмета. На рисунке 8.16. приведена примерная структура конспект-схемы практического занятия, которая может использоваться на предметах, связанных с расчетом и конструированием конструкций, процессов, аппаратов.

Наполнение блоков возможно по принципу ассоциативного опорного конспекта, либо в виде краткого отображения узловых моментов темы.

8. Опорный конспект или лист опорных сигналов (Л.О.С.) — это построенная по специальным принципам визуальная модель содержания учебного материала, в которой сжато изображены основные смысловые вехи изучаемой темы, а также используются графические приемы повышения мнемонического эффекта. Его можно считать качественно новым этапом в схематизации учебного материала, который не отрицает, а развивает схему. Он в большей степени, чем любая схема учитывает психологические особенности восприятия информации, поскольку не приемлет жесткую структуру. В обычной схеме информация не кодируется, а материал представлен словесно простым предложением или полным понятием. Лишь иногда можно наблюдать схемы, максимально приближенные к опорным конспектам, например схема круговорота воды в природе изобразительно соответствует содержанию заложенной в ней информации. Еще в большей степени опорный конспект отличается от конспекта, даже очень краткого, в обычном понимании этого слова. При традиционном конспектировании трудно преодолеть желание включить в конспект побольше материала, поподробнее расшифровать содержание каждого пункта. В опорно-ассоциативном конспекте этого приходится решительно избегать. Опорный конспект должен быть немногословным и предельно сжатым. Каждый символ, слово или знак отражают лишь самое главное. Часто сигнальные опоры — это только намек на то, что нужно рассказывать. Дальше мысль должна следовать сама, выстраивая цепочки слов, фраз, новых мыслей.

Понятие опорный конспект связано с именем педагога-новатора В. Ф. Шаталова, который впервые начал применять, и дал обоснование ассоциативных опорных конспектов. Опорный конспект — это система опорных сигналов в виде краткого условного конспекта. Идея опоры — главная суть данного конспекта. Кроме подлежащих усвоению единиц информации и различных связей между ними, в опорный конспект вводятся знаки, напоминающие о примерах, опытах, привлекаемых для конкретизации абстрактного материала. Шрифт и цвет указывают иерархию целей по уровню значимости. Составление опорно-ассоциативных конспектов — это сжатие полной информации до очень малых размеров с использованием ассоциаций, цвета, шрифта, символики, с выделением главного. Эпизоды и детали становятся в ряде случаев опорными пунктами для усвоения событий и явлений. Они запечатлеваются в памяти как бы в роли «носителей» фактов, становятся своего рода сигналами, вызывающими в памяти стоящие за ними основные явления, понятия или процессы.

При отборе материала следует предусматривать возможные затруднения студентов в усвоении отдельных наиболее сложных положений, установить рациональную логическую и дидактическую структуру материала, определить вопросы, которые студенты могут рассмотреть самостоятельно, продумать способы использования средств обучения, определить содержание и формы контроля знаний и умений. Все это в той или иной степени находит отражение в опорном конспекте.

Основными требованиями к составлению опорного конспекта, по мнению В. Ф. Шаталова, являются: лаконичность, структурность, унификация, автономность блоков, использование привычных ассоциаций и стереотипов, непохожесть, простота. Остановимся подробнее на этих требованиях.

Лаконичность ограничивает содержание в опорном конспекте печатных знаков, их должно быть не более 400. Под печатным знаком понимается точка, цифра, стрелка, буква, но не слово, которое уже представляет собой опорный сигнал. В конспекте находит отражение лишь самое главное в этой теме, изложенное с помощью символов, схем, формул, ассоциаций.

Структурность предполагает использование приема укрупнения дидактических единиц знания. Материал излагается цельными блоками (связками) и содержит 4 — 5 связок. Структура их расположения должна быть удобной и для запоминания, и для воспроизведения, и для проверки.

Унификация, то есть использование единой символики по одному предмету. Бывает удобно ввести определенные знаки-символы для обозначения ключевых или часто повторяющихся слов;

Автономность обеспечивает возможность воспроизводить каждый блок в отдельности, мало затрагивая другие блоки. В то же время все блоки между собой связаны логически.

Привычные ассоциации и стереотипы. При составлении опорного конспекта следует подбирать ключевые слова, предложения, ассоциации, схемы. Иногда удачный образ позволяет оживить в памяти рассказ по ассоциации. Например, у В. Ф. Шаталова надпись в конспекте «Молодой стрелок» означает, что речь идет об отдаче ружья при выстреле, в результате чего сильно пострадало плечо неопытного стрелка;

Непохожесть требует разнообразить опорные конспекты и блоки по форме, структуре, графическому исполнению, поскольку одинаковость очень затрудняет запоминание. Еще лучше, если форма опорного конспекта отражает его содержание. Например, блок «Механизированная разработка грунта» может иметь форму экскаватора, или блок «Металлы и сплавы» быть представлен в виде профиля двутавра.

Простота требует избегать вычурных шрифтов, сложных чертежей и оборотов речи. Буквенные обозначения сводятся до минимума.

В педагогическом опыте сегодня наработано достаточно много видов и форм опорных сигналов. Среди них можно выделить: опорные сигналы-схемы, опорные сигналы-образы, опорные сигналы-чертежи, опорные сигналы-коды, опорные сигналы-символы. Универсальность опорного конспекта в отличие от других моделей, на наш взгляд, заключается в том, что на одном листе различные схемно-знаковые модели могут соединяться в цельный визуальный образ, дополняя друг друга. Примеры опорных конспектов по различным учебным дисциплинам приведены на рисунках 8.17. — 8.18.

При разработке опорного конспекта каждый преподаватель выбирает наиболее подходящую форму и старается ее усовершенствовать. К творческим находкам педагогов-практиков можно отнести, так называемый, трехступенчатый опорный конспект, который позволяет осуществлять дифференцированное обучение. Первая ступень — это наиболее полный опорный конспект, с краткой аннотацией входящих в него блоков; вторая ступень — суть опорный ассоциативный конспект, третья ступень — краткий план ответа в опорных сигналах. Похожий вариант приведен на рисунке 8.19. Это обобщенный опорный конспект темы, который дает о ней общее представление и указывает на связь главных понятий (в данном случае компонентов дидактического процесса). На рисунках 8.20. и 8.21. представлены детализированные блоки: мотивация и уровни усвоения знаний, заложенные в тестах.

9. Карта памяти, предложенная американскими педагогами Б. Депортер и М. Хенаки [16] в наибольшей степени приближает форму записи к естественной работе мозга по восприятию информации и ее передачи. В процессе словесного взаимодействия разуму приходится сортировать фрагменты разнообразной, случайной и хаотичной информации, одновременно осуществлять отбор, формулировку, организацию материала с учетом слов и идей, возникающих на подсознательном уровне. Слушатели анализируют каждое слово в контексте предшествующей и последующей информации и только после этого, основываясь на собственном восприятии и опыте, дают интерпретацию значения слов.

То, что описывается строчка за строчкой, разум воспринимает примерно так, как это условно изображено на рисунке 8.22. Аналогично этому зафиксированная на бумаге информация позволяет с первого взгляда видеть картину целиком и устанавливать мысленные связи, помогающие воспринимать и запоминать материал.

Карта памяти позволяет объединять зрительные и чувственные ассоциации в виде взаимосвязанных идей, аналогично тому, как это выглядит на дорожной карте. Составление карт памяти рекомендуют начинать с центра чистого листа, куда помещают главную идею (или тему), заключают ее в ромб, круг или другую фигуру, которая привлекает внимание. От центра расходятся ответвления, соответствующие ключевым моментам или разделам. Каждое ответвление имеет свой цвет. На ветвях выписывается ключевое слово или фраза и оставляется место для добавления деталей в процессе дальнейшей работы. В карту памяти вводятся символы и рисунки для облегчения ее запоминания. Например, символ в виде часов может означать, что данный вопрос должен быть решен строго в срок.

Авторы данного метода предлагают различные способы работы с информацией при помощи карт памяти. Так, рекомендуется через какое-то время повторно рисовать карты для обзора материала. Прием воспроизведения информации в течение 24 часов очень эффективен для прочного запоминания. Для некоторых студентов полезно конспектировать лекцию в традиционной форме, а уже затем составлять карты памяти. Также может быть составлено выступление на собрании, ответ на семинаре или запись идей в процессе мозговой атаки. На рисунке 8.23. представлена карта памяти отражающая процесс составления карт памяти.

Рис. 8.23. Карта памяти по процессу составления карт памяти.

10. Метаплан представляет собой инвариантное множество знаковых форм (элементов), имеющих определенное назначение. Возможности применения метаплана в профессиональном обучении рассматривает Н. Е. Эрганова. Она подчеркивает, что элементы его выполняют многообразные когнитивные функции и способны закреплять и фиксировать в определенной форме результаты опредмечивания мыслительных процессов [61]. Метаплан как знаковое визуальное средство обладает чувственно воспринимаемыми свойствами: формой и цветом. К элементам формы метаплана относятся: полоса, облако, овал, прямоугольник, круг. Каждый элемент несет определенные сущностные характеристики, например, полосы используются для обозначения коротких формулировок или выводов, а также в них могут быть внесены названия, заголовки, категориальные понятия. Облаком очерчивают фундаментальную теорию или вопросительные предложения. Овалы могут означать дополнительную информацию. Прямоугольником выделяются названия, заголовки или категориальные понятия. Форма знака способствует его распознаванию, но не напоминает о содержании учебного элемента. Выделение фигуры позволяет быстро акцентировать внимание на учебной информации, заранее представляя себе ее назначение или сущностную характеристику.

Содержание учебной дисциплины и степень абстракции ее основных понятий влияют на выбор формы визуализации. Считается нецелесообразным применять метаплан, если учебный текст имеет высокую степень абстракции, то есть, насыщен математическими формулами, диаграммами и рисунками. В любом случае, преподаватель находит наиболее подходящую для себя и своего предмета форму визуальной модели и, если останавливается на метаплане, то тщательно продумывает значение используемых фигур. Важно, чтобы в рамках одной учебной дисциплины использование одинаковых фигур было относительно постоянным, устойчивым и стабильным. Как правило, их выбор и опредмечивание зависит от специфики учебной дисциплины, ее структурно-логической схемы и уровня изучения. Для сравнения, на рисунке 8.24. приведен метаплан технического текста по дисциплине «Электротехника», предложенный Н. Е. Эргановой [61], а на рисунке 8.25. в форме метаплана представлена тема «Массивы в языке Turbo Pascal» из курса «Информатика».

Рис. 8.25. Метаплан темы «Массивы в языке Turbo Pascal».

Грамотному составлению метаплана помогает выполнение определенных правил:

формулировка высказываний должна быть краткой;

информация фиксируется на самих элементах;

на каждой фигуре фиксируется только один элемент или понятие;

текст должен быть разборчиво написан;

игнорирование цвета не разрешается;

изменение формы элемента без изменения значения не допускается;

изменение цвета элемента без изменения значения не допускается.