Модели предметной области.

Модель предметной области отражает взаимосвязи понятий (тем) предметной области и используется для определения последовательности изучения тем и получения целостного образа знаний, относящихся к данной предметной области.

- фактографические (декларативные) знания;

- процедурные знания.

Фактографические знанияпредставляют собой понятия и термины учебного курса, их свойства и составные части, а также классификацию и структуру связей между ними.

Процедурные знанияопределяют, как совокупность теорем, формул, принципов и законов предметной области.

Совокупность фактографических и процедурных знаний называется объектными или предметными знаниями. Умения ученика характеризуют его возможности оперировать знаниями. В широком смысле умения можно отнести к знаниям, если определить последние как операционные знания.

Важнейшим свойством знаний является их структурированность, под которой понимают выявленные и осмысленные закономерности, действующие в данной предметной области. В соответствии с этим выделяют следующие классы знаний:

- хорошо структурированные;

- средне структурированные;

- слабо структурированные.

Элементы знаний связаны между собой множеством отношений разных типов, из которых основными являются отношения «абстрактное - конкретное», «целое - часть».

Первое из указанных отношений порождает иерархию знаний по уровню их общности, так что на верхних уровнях иерархии находятся элементы знаний, имеющие максимальную степень общности. Говоря более строго, эту иерархию знаний порождают два отношения – отношение «снизу - вверх» (is-a) и отношение «сверху – вниз» (a kind-of).

На рис. 1 приведена типовая структура КСО, где учебный материал представлен вершинами графа, а отношения - ребрами. Выделены отношения трех типов:

· иерархические (предок - потомок, часть - целое и т.д.);

· просмотровые последовательности (вперед - назад);

· семантические (ассоциативные).

Рис. 1. Типовая структура объектов модели ПрО

В соответствии с иерархическими отношениями структурным компонентам приписываются индексы, каждый из которых отражает путь к соответствующей вершине от корневой (УМ - учебный материал в целом). В приведенной реализации типовой структуры КСО выделено пять уровней, считая корневую вершину (УМ). В конкретных реализациях КСО количество и наименование уровней могут быть различными.

Индексы используются для идентификации и адресации структурных компонентов. Структурные компоненты, не имеющие подчиненных (листья на дереве), обычно называются кадрами, страницами, экранами (неделимыми элементами знаний – квантами учебной информации).

На множестве соподчиненных вершин одного иерархического уровня, то есть имеющих на предыдущем уровне общую подчиняющую вершину (предок), определяются отношения, служащие для описания порядка предъявления обучаемому соответствующих структурных компонентов. Часто эти отношения называют просмотровыми последовательностями.

Семантические отношения связывают структурные компоненты КСО, содержание которых обладает смысловой корреляцией. Эти отношения называют гиперссылками или гиперсвязями. Как правило, эти отношения двунаправлены. Таким образом, в структуре КСО можно выделить: древовидную структуру, образуемую иерархическими отношениями; сетевую структуру, образуемую гиперсвязями; и структуру, образуемую просмотровыми последовательностями (в одних случаях это линейная последовательность связей между вершинами, в других - сложная разветвленная структура).

Отношение «целое - часть» также порождает иерархию знаний, но упорядоченных по уровню вложенности. Отношение также является двухсторонним и состоит из отношений «имеет-часть», «одна-из-частей».

Рис. 2. Модель представления предметных знаний, отражающая отношения «целое - часть»

Данный способ формализованного описания предметных знаний позволяет, в отличие от других способов, учесть качественные характеристики учебного материала, благодаря чему создается целостное представление о составе и структуре предметных знаний рис.2.

Современной тенденцией в создании АОС (в особенности, интеллектуальных АОС) является реализация в них парадигмы обработки знаний. В информационной компоненте такой АОС знания представляют в виде базы знаний.

Основные модели знаний в базах знаний можно классифицировать следующим образом:

- продукционные модели;

- фреймы;

- формально-логические модели;

- модели на основе онтологии, включая семантические сети.

Предлагаемая модель предметной области (рис.3) построена на основе семантической сети, в которой узлы являются концептами предметной области, а дуги определяют последовательность обучения.

Для обеспечения информационной поддержки, семантическая сеть предметной области дополнена узлами, представляющими собой концепты дисциплин, знание которых необходимо для изучения курса (уровень поддержки).

Для определения начальных знаний, наблюдения за процессом обучения и вывода текущего уровня знаний обучаемого сеть дополнена уровнем тестирования.

Для внешнего представления структуры предметной области в виде дерева сеть дополнена узлами, объединяющими концепты основного уровня в разделы, а разделы в электронный курс.

Между узлами определены четыре типа связей: зависимости, объединения, включения, принадлежности.