Автоматизация визуализации информации в обучающих мультимедиа системах

Современный мир не мыслит себя без компьютера. ЭВМ проникла практически во все сферы нашей жизни: магазины, библиотеки, издательства, офисы, банки. — кажется проще сказать, куда компьютер еще не заглянул. Компьютерные технологии стали одной из наиболее быстро развивающихся областей науки и техники. Если еще несколько лет назад слова «мультимедиа» и «мультимедиа технологии» для большинства людей были китайской грамотой, то сегодня они знакомы практически всем. В наш век техники и электроники, век наплыва информации человек возложил на компьютер весьма большие надежды и не только как на груду металла, способную хранить и выдавать информацию, но и как на помощника в решении различных интеллектуальных задач (обучение, моделирование ситуаций, управление различными процессами, системы виртуальной реальности и т. д.). Логично предположить, что человек, наделенный слухом, зрением и голосом, не удовлетворится безмолвным, «слепым» помощником и будет требовать от компьютера (на которого возложено столько надежд) умения «понимать» и синтезировать речь, символьный текст, графику и т. д. В рамках искусственного интеллекта зарождаются мультимедиа технологии (ММТ) — технологии, позволяющие пользователю работать с несколькими различными типами представления информации (текстом, звуком, графикой) в реальном масштабе времени. Желание наделить компьютер «слухом», голосом, «зрением» и т. п. возникает не только из потребности уподобить компьютер себе, сделать 6 общение с машиной более привычным и дружественным. Существует еще и прагматическая сторона этого вопроса (желание облегчить себе жизнь): во-первых, куда проще и быстрее вводить информацию, просто произнося ее в привычном для себя темпе, а не традиционным способом (путем ввода с помощью клавиатуры) — кроме того, традиционный способ ввода текстовой информации требует постоянного сидения в определенной позе перед экраном компьютера (особенно в случаях ввода больших объемов текстов), в то время как при вводе информации голосом можно свободно перемещаться, освободить руки для какой-то механической работы и т. д.- во-вторых, человек гораздо лучше, эффективнее воспринимает и запоминает информацию, если она представляется органичным синтезом текста, звука, графики и т. д. Графика и звук являются очень мощными источниками воздействия на человека, его психику, сознание и память. Не случайно существует множество методик обучения человека различными опорными схемами, графиками, таблицамии, наверное, в жизни каждого человека бывают моменты, когда, услышав определенные музыку, мелодию, звуки, в памяти невольно всплывают связанные с ними факты, события, образы. Это заметил еще знаменитый швейцарский педагог Иоганн Генрих Песталоцци (1764−1827), который писал: «Друг, когда я в настоящее время оглядываюсь назад и спрашиваю: что же, собственно говоря, я сделал для обучения человечества? — то нахожу следующее: я прочно установил высший и основной 7 принцип обучения, признав наглядность абсолютной основой всякого познания».

Сфер применения принципа «наглядности» в общем, и визуализации в частности, достаточно много: медицина (компьютерная томография и т. д.) — физика (например, моделирование принципиально ненаблюдаемых явлений типа расширения вселенной) — нефтяная промышленность (например, автоматизированное создание электронных карт разработок) и т. д. Однако сферой, где применять визуализацию, что называется «сам Бог велел», является образование и повышение квалификации с использованием компьютерной технологии (СВТ — Computer Based Training). Именно в этих областях в настоящее время мультимедиа переживает необычайно сильный бум. При различных методах исследования и оценки рынка специалисты сходятся в главном выводе: ожидается необычайно высокий рост рынка ММ, и перенос на европейский рынок тенденции к внедрению СВТ[9]. Компьютерные образовательные программы для учителя — это надежный ассистент и помощник, призванный облегчить, обогатить процесс обучения. Как нельзя переоценить значение книг, хрестоматий, учебных кинофильмов, наглядных пособий в процессе обучения, так нельзя и переоценить значение СВТ. Они включают в себя не только возможности учебников, наглядных пособий и т. д. Они вовлекают учащегося в интересную и познавательную игру, а именно это позволяет человеку лучше всего понять и запомнить обучающий материал, активно применяют анимацию, видео, аудио. 8.

Кроме того, применение СВТ поможет ученику освоить материал именно в том темпе, который для него наиболее приемлем. Не каждый обучаемый (если речь идет об обучении в группе) сможет попросить учителя что-то повторить, что-то дополнительно объяснить или пояснить, да и преподаватель не всегда может себе позволить «тратить время» на каждого отдельного ученика. А ведь в группах все такие разные: кто-то схватывает все «на лету» и подробное «разжевывание» нескольких примеров ему кажется пустой и скучной тратой временикому-то же нужно повторить материал несколько раз и привести множество самых разных примеров, а потом еще и закрепить их большим количеством практикиодному одно кажется непонятным и ему необходимо на этой теме остановиться поподробнее, другому же это пояснять не надо, а углубить следует другую тему и т. д. Одним словом, компьютерная обучающая программа предоставляет возможность индивидуализировать процесс обучения, подстраиваясь под возможности конкретного обучаемого. Компьютерные обучающие системы находят широкое применение в обучающем процессе уже сейчас. Так, например, фирмы Opel, Byer применяют для обучения своих сотрудников СВТ и считают, что экономят на этом огромные суммы денег (по сообщению компании DEC, к примеру, эта сумма составляет 40 ООО ООО $ ежегодно) и время (что, как известно, тоже деньги). Эксперты по маркетингу сделали вывод, что в памяти человека остается 1А часть услышанного материала- 1/3 часть увиденногоХА часть услышанного и увиденного одновременно- 3Л части материала, если ко всему прочему 9 ученик вовлечен в активные действия в процессе обучения, например, при помощи интерактивных обучающих программ типа приложений к ММ[9]. Применение интерактивных обучающих программ в образовательном процессе позволяет: 1) повысить эффективность обучения, т. е. обучающий материал запоминается быстрее, впоследствии легче восстанавливается из памяти и с меньшими ошибками и т. д.;

2) индивидуализировать процесс обучения, путем тестирования знаний каждого отдельно взятого ученика и определения именно для него своей методики обучения;

3) позволяет сделать процесс обучения необычайно интересным и увлекательным;

4) облегчает обучающему проверку знаний обучаемого;

5) позволяет ученику самостоятельно изучить определенную учителем порцию материала (это полезно студентам-заочникамученикам, пропустившим занятия по уважительной причине и т. д.);

6) снижает время освоения материала и т. д.

Когда учиться интересно и увлекательно, когда ученик не пассивный созерцатель, а активный участник процесса обучения, обучающий материал запоминается как бы сам по себе, без особых усилий. Учеба становится увлекательным занятием, а не нудной необходимостью.

За последнее время создано огромное количество увлекательных, красочных компьютерных обучающих систем, игр и т. д., но ни одно.

10 компьютерное учебное пособие не может обойтись без графического представления информации. Именно графика (особенно в сочетании со звуком) — различные рисунки, картинки, геометрические образы, анимация, иллюстрации — делает сухой текст мультимедийного учебника живым, ярким, хорошо запоминающимся и существенно отличающимся от своего бумажного собрата. Более того, порой удачный рисунок объясняет суть сложного явления гораздо понятнее, чем словесный текст. В этом свете становится важной проблема автоматического перевода текстового представления информации в графическое — процесс визуализации, которым занимаются системы типа «Текст-Рисунок» (ТР). Возможность применения подобных систем в процессе обучения (особенно детей) достаточно велика. Вот лишь несколько примеров.

Пример 1. Предположим, имеется неким образом введенный в компьютер (с помощью клавиатуры, со сканера и т. д.) символьный текст на естественном языке — некий обучающий материал. Обработав текст, система ТР определенными порциями (например, предложениями) выдает на экран не только «сухой» текст, но и соответствующую иллюстрацию.

Пример 2. Ученик задает обучающей системе вопрос, а в ответ получает не только «голый» текст, но еще и иллюстрацию, которая может помочь обучающемуся лучше понять смысл ответа, но и прочнее закрепиться в памяти.

Пример 3. У обучающей системы имеется большая графическая база данных (картины, слайды, фотографии, чертежи и т. д.). Учащийся не помнит, как называется та или иная иллюстрация, фотография и т. п., но помнит, что.

11 примерно на «картинке» изображено. Система типа ТР выбирает нужную «картинку», слайд, фотографию и т. д. из графической базы данных системы по введенному пользователем естественно языковому описанию изображения, по каким-то «ассоциативным воспоминаниям» о содержании «картинки». В таком контексте применения систем типа ТР возникает проблема автоматического установления связей между различными способами представления информации в обучающих мультимедиа системах (ОММС), в результате чего: существенно повышается интеллектуальность таких ОММСпользователю предоставляется возможность общаться с компьютером на уровне постановки задачи на любом из привычных для него языков (естественном, образном, звуковом и т. д.) без выполнения большого объема работ, характерных для современных ОММС и т. д. В этом направлении развития ММТ центральное место занимают системы типа «текст-рисунок-звук», обеспечивающие взаимодействие различных типов языков:

Где Та аудио текст, Тв видеотекст, Тс символьный текст.

В силу ряда причин на данном этапе развития ММТ нет системы, которая осуществляла бы перевод с одного любого типа языка на любой другой. На.

12 практике разрабатываются и внедряются различные части системы «Текст-Рисунок-Звук», а именно:

— системы «текст-звук «(на вход подобной системы подается некий текст, а на выход система выдает его звуковой смысл. Например, система может озвучить или прочитать введенный пользователем рассказ);

— системы «рисунок-звук «(на вход подается рисунок, а на выход система выдает его звуковой смысл. Например, система может проиграть мелодию, нарисованную на нотном стане и каким-либо образом (например, сканером) введенную в компьютер);

— системы «звук-рисунок» (подобные системы строят изображение по, например, произнесенным словам.);

— системы «звук-текст «(на вход системам подается человеческая речь, а на выходе они выдают символьный текст, отражающий смысл произнесенных слов. Например, переводчик с английского языка сидит за рабочим столом с книгой, которую нужно перевести, словарем и др. вспомогательной литературой и просто вслух произносит переведенные предложения, а компьютер сам автоматически организует символьную запись надиктованного перевода, который затем можно подкорректировать и распечатать в виде текста. Такие системы позволяют значительно ускорить процесс ввода данных в компьютер);

— системы «текст-рисунок» (на вход системы подается некоторый текст на естественном языке, а на выход система выдает его графический смысл. Например, есть большая база данных каких-либо рисунковпользователю необходимо найти рисунок, названия которого он не знает. Пользователь просто описывает рисунок на естественном языкесистема по естественноязыковому описанию создает рисунок и ищет в базе данных нечто похожее, а затем выдает пользователю найденные варианты);

— системы «рисунок-текст «(на вход системы подается рисунок, на выходе система выдает ее естественно-языковое описание. Таким образом можно автоматически описать большое количество рисунков, картин, фотографий и т. п. для огранизации графической базы данных). Возможно, в будущем появятся системы «звук-.-звук», которые будут выполнять некоторые операции, получив команду голосом в виде слитной разговорной речи, и отчет о результатах работы тоже будет выдаваться в виде слитной речи. Например, пользователь пишет отчет, доклад и т. д. и, не отрываясь от работы спрашивает «Сколько тонн продукции произвело наше предприятие в 1997 году?» и система дает голосовой ответ. Возможно, войдет в обиход голосовое управление, общение с компьютером. Будущее покажет. Работы в этом направлении начали вестись еще в 70-ые годы, когда была создана первая система такого типа — «Рита». Эта система могла визуализировать самые простые по конструкции высказывания типа «круг правее квадрата». Конец 80-ых — начало 90-ых годов стал для систем «Текст.

Рисунок" в Российской науке пиковым периодом. Тогда над проблемой визуализации текстов работал ряд ученых, наиболее известными из которых стали Поспелов Д. А., Литвинцева Л. В., Ильин Г. М., Игнатова В. Н. Образовалось 2 мощных центра по разработке подобных систем: в С-Петербурге (тогда — Ленинграде) на базе Ленинградского Государственного Университета и в Москве — лаборатория Д. А. Поспелова. Кризис общественно-политической и экономической жизни России 90-х годов естественным образом отразился и на науке. Говоря словами классика, «иных уж нет, а те далече». Большинство ученых, работавших в этой области переметнулись в не менее интересную, но более модную область исследований — виртуальную реальность. В настоящий момент в России работы в области систем «Текст-Рисунок-Звук» ведется мало, хотя на Западе такие разработки имеют большую популярность, считаются актуальными и перспективными в области интеллектуализации компьютерных технологий.

Заключение

.

В ходе работы были:

1) выведены 10 основных принципов конструирования обучающего материала;

2) разработан, реализован и внедрен ситуационный метод компьютерного обучения;

3) разработана, реализована и внедрена архитектура обучающей мультимедиа системы;

4) разработан, реализован и внедрен алгоритм автоматической визуализации информации;

5) разработан адаптированный к процессу автоматической визуализации графический язык;

6) созданы и внедрены в процесс обучения программные продукты: а) система «ТРЗ», как иллюстрация основных положений разработанного метода автоматической визуализации информации в обучающем процессеб) CD-ROM «Основы интеллектуальных технологий» и CD-ROM «Популярная стоматология» как демонстрация практического применения разработанных автором диссертации: принципов и методов конструирования графической части обучающих системситуационного метода компьютерного обученияобщей архитектуры обучающей ММ системы.

В настоящее время интерес к процессу визуализации весьма велик и непрерывно растет. Ведь она открывает невиданные доселе горизонты.

Визуализированные данные позволяют аналитикам наиболее полно и четко.

84 охватить большие массивы данных. Насколько ярче, красочнее интереснее становятся обучающие программы, украшенные графикой, анимацией. Визуализироанная информация запоминается зачастую быстрее и легче впоследствии восстанавливается из памяти. Бывают случаи, когда именно удачный рисунок поз воляет понять суть явления лучше просранных словестных описаний. Визуализация может помочь воссоздать те явления, провести такие эксперименты, которые практически немыслимы в лабораторных условиях. Все плюсы использования визуализации можно перечислять еще долго. Не случайно сейчас начинают говорить о смене эпохи текстов эпохой изображений. Однако стоит серьезно подумать, а нужна ли такая глобальная смена эпох? Какие опасности несет в себе «всеобщая визуализация»? Хочется еще раз подчеркнуть, что стихийное, неумелое и повсеместное использование визуализации может подавить такую важную функцию мозга как способность создавать собственные образы в собственном воображении. Ведь человеку не нужно творить, фантазировать, все образы уже созданы за него и без него. Особую осторожность нужно соблюдать в отношении детей, чтобы не подавить, не загубить, не подменить в них творческую личность, способность свободно фантазировать, визуализировать тексты в своем сознании так, как «видится» ему. По большому счету даже возможности любой программы, позволяющей конструировать и казалось бы свободно творить, на самом деле ограничены возможностями и фантазией.

85 разработчиков. Изображение все-таки должно идти не вместо текста, а вместе с текстом, параллельно с ним, в помощь ему.

На современном этапе развития ОММС считается, что в перспективе знания программистов будут направлены на установление обучающих программ в HTML (Hypertext Markup Language) — языке программирования World Wide Web (WWW). Он может практически все, что должен уметь язык программирования обучающих программ и выходит на первый план потому, что это действительно дешевая и ориентированная на будущее альтернатива инструментальных систем. WWW имеет все, в чем нуждается обучающая программа: графическая часть Интернета позволяет переплетать картинки, видео, звук и т. д. и это полное интерактивное средство с обратным каналом связи. Программы, написанные в HTML, точно говоря weltweit kompatibel, так как применимы в Internet [27].

Кроме того, предполагается, что в обиход должны войти такие понятия, как полимедиа-книги (в них используется комбинация нескольких различных носителей, типа CD-ROM, магнитный диск, бумага и т. д.) — гипермедиа-книги (в отличие от ММ — книг они имеют нелинейную организацию содержащейся информации, когда пользователь, оставив основной материал, может запросить уточнение терминов, комментарии по тексту и т. д.) — кибернетические книги (они содержат средства математического моделирования и позволяют пользователю всесторонне изучать явления и объекты на моделях).