Сущность визуализации информации

Главным ресурсом в образовательном процессе по-прежнему является учебная информация. Сегодня многие исследователи отмечают качественно иное отношение современных учащихся к информации: они все чаще отдают предпочтение медиа-информации, а не книжной. Значит, необходимо изменить учебное пособие, таким образом, чтобы оно легко воспринималось и усваивалось, представляя собой информационный ресурс обучения. В наибольшей степени данную проблему позволяет решить технология визуализации информации, в основе которой лежат эффективные способы обработки и компоновки информации, позволяющие ее «сжимать», т. е. представлять в компактном, удобном для использования виде [31].

В статье Неудахиной Н. А. «О возможностях практического внедрения технологии визуализации учебной информации в вузе», говорится о том, что информационная насыщенность современного мира требует специальной подготовки учебного материала перед ее предъявлением обучаемым. Назрела потребность в обосновании и активном внедрении специальной технологии, позволяющей решать проблемы компоновки знаний и их оперативного использования. В наибольшей степени данную проблему способна решить технология визуализации учебной информации, в основе которой лежат различные эффективные способы обработки и компоновки информации, позволяющие ее «сжимать», т. е. представлять в компактном, удобном для использования виде [31].

Рапуто А.Г., в статье «Визуализация как неотъемлемая составляющая процесса обучения преподавателей» подтверждает мысль, что визуализация выступает как промежуточное звено между учебным материалом и результатом обучения, как своеобразный гносеологический механизм, позволяющий «уплотнить» процесс познания, очистить его от второстепенных деталей и тем самым оптимизировать [41].

Рассмотрим, к какой науке относится понятие информации, а значит и ее визуализация. Теория информации рассматривается как существенная часть кибернетики. Информация — нематериальная сущность, при помощи которой с любой точностью можно описывать реальные (материальные), виртуальные (возможные) и понятийные сущности. Информация — противоположность неопределенности.

В учебном пособии Лидовского В. В. «Теория информации» говорится о том, что теория информации представляет собой математическую теорию, посвященную измерению информации, ее потока, «размеров» канала связи и т. п., особенно применительно к радио, телеграфии, телевидению и к другим средствам связи [9]. Это определение совсем не подходит для визуализации информации.

У Прохорова В. С., в публикации курса лекций «Теория информации — курс лекций» [40], дано определение данных, еще одного вида информации. Информацию, представленную в формализованном виде, позволяющем осуществлять ее обработку с помощью технических средств, называют данными. Так же автор выделяет этапы обращения информации, которые возможно отнести и к визуализации информации. И делает вывод, что на этапе восприятия информации осуществляется целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте (процессе), в результате чего формируется образ объекта, проводится его опознание и оценка. При этом отделяют интересующую информацию от «шумов».

Этапы обращения информации:

• 1) восприятие информации;
• 2) подготовка информации;
• 3) передача и хранение информации;
• 4) обработка информации;
• 5) отображение информации;
• 6) воздействие информации.

Авербух В.Л., в своих работах рассматривает понятие метафоры визуализации. В работе «К теории компьютерной визуализации» [1] он относит компьютерную визуализацию, как самостоятельную, но вспомогательную дисциплину в рамках Вычислительных Наук (Computer Sciences). Выделяет три подобласти компьютерной визуализации: научная (результаты научных вычислений), визуализация программного обеспечения (использование графики использующейся в программном обеспечении) и информационная визуализация (визуальное описание и представление абстрактной информации, получаемой в процессе сбора и обработки данных различного назначения).

Так же Авербух В. Л., выделяет три функции любой, «безкомпьютерной», визуализации:

• — иллюстративную;
• — коммуникативную;
• — когнитивную.

Все три функции визуализации направлены на более полное получение информации из источника, использующего визуализацию в качестве дополнительного, вспомогательного ресурса усвоения знаний.

«Более продуктивным является рассмотрение визуализации как знаковой системы. Прежде всего, в наличии есть набор сущностей визуализируемой модели и набор соответствующих им визуальных образов. Таким образом, анализ отношений между модельными сущностями позволяет выстроить более или менее четкие отношения между отдельными визуальными образами, в частности, при разработке конкретного примера визуализации. Однако, при проектировании полноценной специализированной системы визуализации мало описания знакового соответствия. В этом случае нас интересует прагматика системы, а так же правила представления визуальных образов» [1].

Это все что возможно отнести к понятию информации и ее визуализации с точки зрения существующих наук.

Под визуализацией информации, в современной литературе понимается — использование компьютерных приложений для графического представления различных данных [8]. Это способ обеспечения наглядности, наблюдаемости, реальности. Результатом визуализации можно считать зрительно воспринимаемую конструкцию, передающую сущность объекта познания [41]. В дальнейшем будем называть результат визуализации — иллюстрацией.

К числу объектов визуализации информации относятся: визуализация учебной информации в которую входят: визуализация знаний, визуализация данных. В статье Магалашвили В. В. и Бодрова В. Н. даны определения этих объектов и рассмотрены различия между понятиями [8].

Визуализация знаний — это набор графических элементов и связей между ними, используемый для передачи знаний от эксперта к человеку или группе людей, раскрывающий причины и цели этих связей в контексте передаваемого знания.

Визуализация данных — это представление данных в виде, который обеспечивает наиболее эффективную работу человека по их изучению.

Еще один взгляд на визуализацию знаний дает Лаврентьев Г. В. «Инновационные обучающие технологии в профессиональной подготовке специалистов»: «Эффективным способом обработки и компоновки информации является ее „сжатие“, т. е. представление в компактном, удобном для использования виде. Разработкой моделей представления знаний в „сжатом“ виде занимается специальная отрасль информационной технологии — инженерия знаний. Дидактическая адаптация концепции инженерии знаний основана на том, что, во-первых, создатели интеллектуальных систем опираются на механизмы обработки и применения знаний человеком, используя при этом аналогии нейронных систем головного мозга человека. Во-вторых, пользователем интеллектуальных систем выступает человек, что предполагает кодирование и декодирование информации средствами, удобными пользователю, т. е. как при построении, так и при применении интеллектуальных систем учитываются механизмы обучения человека» [20]. Рассматриваемую технологию составляют принципы ее построения: принцип системного квантования и принцип когнитивной визуализации.

Системное квантование вытекает из специфики функционирования мыслительной деятельности человека, которая выражается различными знаковыми системами: языковыми, символическими, графическими. Всевозможные типы моделей представления знаний в сжатом компактном виде соответствуют свойству человека мыслить образами.

«Принцип когнитивной визуализации вытекает из психологических закономерностей, в соответствии с которыми эффективность усвоения повышается, если наглядность в обучении выполняет не только иллюстративную, но и когнитивную функцию, то есть используются когнитивные графические учебные элементы» [20].

Вышеперечисленная теория построения визуализации доказывает самую важную функцию визуализации — когнитивность, поэтому за основу визуализации учебных текстов возьмем системно-знаковые модели представления знаний (далее формы), описанные в пособии Лаврентьева Г. В. [20].

В пособии упоминается 12 форм визуализации, наиболее подходящие для учебной информации:

1. Логическая структура учебной информации в форме графа. Граф — это схема, показывающая, каким образом множество точек (вершин) соединяются множеством линий (ребер).

2. Продукционная модель представляет собой набор правил или алгоритмических предписаний для представления какой-либо процедуры решения.

3. Логическая модель. Примером такой модели может служить запись математических аксиом через предикаты логики, что позволяет сократить количество записываемых «знаков» в несколько раз.

а) график.

б) диаграмма.

• в) формула
• 4. Модель семантической сети. Как правило, используется для установления межпонятийных связей с выше-, ниже-, рядом стоящими понятиями.

5. Фреймовая модель. (Фрейм — рамка, остов, минимальное описание явления.) Фрейм в технологии обучения — это единица представления знаний, заполненная в прошлом, детали которой при необходимости могут быть изменены согласно ситуации.

6. Схемоконспект, или конспект-схема, которая может рассматриваться как частный случай фреймовой модели.

7. Когнитивно-графические элементы «Древо» и «Здание» строятся по принципу блок-схем. Здесь важна последовательность основных компонентов в изучаемой теории: основание — ядро — приложение.

8. Опорный конспект — это система опорных сигналов в виде краткого условного конспекта. Идея опоры — главная суть данного конспекта.

9. «Карта памяти», позволяет объединять зрительные и чувственные ассоциации в виде взаимосвязанных идей, как на дорожной карте.

10. Метаплан-техника представляет собой инвариантное множество знаковых форм (элементов), имеющих определенное назначение. К элементам метаплана относятся: полоса, облако, овал, прямоугольник, круг. Каждый элемент несет определенные сущностные характеристики. Метаплан как знаковое визуальное средство обладает формой и цветом.

11. «Логико-смысловые модели (ЛСМ)» — представления знаний на основе опорно-узловых каркасов.

12. «Логико-графическая схема». В основе данной схемы лежит основополагающее понятие психологии — «гештальт». Логико-графические схемы строятся на основе гештальтирования материала схемы.

Примерами визуализации информации могу служить географические карты, периодическая система Менделеева, статистические диаграммы фондовых рынков и др. Проанализировав приведенные выше понятия визуализации, применительно к образовательной системе, будем рассматривать только визуализацию знаний и визуализацию данных. Оба эти понятия можно назвать визуализацией учебной информации. В данной работе рассматривается только визуализация знаний.

В статье Овчинниковой К. Р. отмечается, что сегодня концепция визуализации информации ассоциируется со средством усиления ментальных процессов человека. Эта концепция основывается на положениях о значимости визуального восприятия для человека в процессе познания мира и своего места в нем, ведущей роли образа в процессах восприятия и понимания, необходимости подготовки сознания человека к деятельности в условиях все более «визуализирующегося» мира и увеличения информационной нагрузки. А именно, всевозможные варианты моделей представления знаний в компактном виде соответствуют свойству человека мыслить образами. Изучение, усвоение, обдумывание текста — это и есть составление схем в уме, кодировка материала. При необходимости человек может восстановить, «развернуть» весь текст, но его качество и прочность будет зависеть от качества и прочности этих схем в памяти и от того, созданы они интуитивно студентом или профессионально — самим преподавателем. Наибольший эффект в усвоении информации будет достигнут, если методы ведения записей соответствуют тому, как мозг хранит и воспроизводит информацию [33].

С развитием наук происходит увеличение объема информации в котором нужно ориентироваться. Возможно, что визуальные средства познания учебной информации, позволяют эффективно использовать временные ресурсы обучающихся за счет эффекта усвоения информации.

Лаврентьев Г. В., в своем пособии, выделил этапы освоения приемов структурирования и визуализации учебного материала [20]:

• · отбор учебного материала, структурно-логический анализ и построение структурно-логической схемы учебной информации;
• · выделение главного (ядра), методологических и прикладных аспектов;
• · расположение учебного материала с учетом логики формирования учебных понятий;
• · подбор опорных сигналов (ключевых слов, символов, фрагментов схем) и их кодировка;
• · поиск внутренних логических взаимосвязей и межпредметных связей;
• · составление первичного варианта, компоновка материала в блоки;
• · критическое осмысление первичного варианта, перекомпоновка, перестройка, упрощение;
• · введение цвета;
• · озвучивание и окончательная корректировка визуального средства.

Проанализировав этапы структурирования учебной информации для построения визуализации выделенные Лаврентьевым Г. В., и 8 функций, выделенных в учебнике Зуева Д. Д. [13], можно увидеть, что этапы структурирования учебной информации соотносятся с функциями учебника.

12 известных форм визуализации являются не просто иллюстрацией из текста, а некой визуальной формой, на этапе восприятия которой осуществляется целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо задуманном автором объекте или процессе.

Учебник — это система специально отобранных и адаптированных в соответствии с поставленными задачами знаний. Структура и содержание учебника включает не только знания, но и методы их получения, представления и навыки использования. Функции учебника реализуются за счет сочетания разных компонентов учебника, отдельный компонент не реализует отдельную функцию учебника.

12 форм визуализации являются когнитивным видом иллюстративного материала. Функции визуализации учебного текста с помощью 12 форм способны существенно дополнять текст возможностью кодирования и декодирования информации средствами понятными пользователю.

Визуализация учебного текста не относится к какой либо отдельной функции учебника. Она наряду с другими компонентами учебника обеспечивает реализацию всех его функций и представляет собой самостоятельный компонент, не описанный в теории учебной литературы.

В зависимости от выбора формы, визуализация учебного текста может выполнять, дополнять, усиливать функции разных компонентов учебника: аппарата ориентировки, аппарата организации усвоения материала, а в некоторых случаях даже основной текст. Это отличает визуализацию учебного текста от иллюстративного ряда.

Визуализация учебного текста может концентрировать внимание на главном, если продумать ее расположение (это аппарат ориентировки) и отобразить это в содержании учебника (это аппарат организации усвоения материала). Используя визуализацию в учебнике необходимо найти ей «место», т. е. продумать ее назначение, ее связь с основным текстом, материалом, который необходимо усвоить. Данные функции можно реализовать с помощью элементов аппарата ориентировки и организации усвоения материала использованных во время проектирования учебника с элементами визуализации учебного текста.

На основе проведенного анализа, можно определить конкретные вопросы для исследования конкретных учебных текстов, относящиеся к формам визуализации, функциям визуализации учебных текстов, использованию визуализации на практике авторами и читателями учебных пособий.

Для определения новых условий создания визуализации учебных текстов в пособиях высшей школы необходимо провести исследования с помощью определения запросов магистрантов (обучающихся, читателей) и авторов (преподавателей).