Электронные энциклопедии

Основу технологии разделяемых единиц контента (ТРЕК) составляют способ структурирования знаний предметной области (приложения), методы селекции структурных элементов и их упорядочения при синтезе конкретных учебных пособий.

Созданию прикладной электронной энциклопедии предшествует разработка онтологии приложения. Возникающие при этом задачи напоминают аналогичные проблемы построения информационных моделей в виде прикладных протоколов STEP в автоматизированных промышленных системах, хотя управление слабоструктурированными знаниями в системе обучения выглядит более сложной задачей, чем управление фактографическими данными о промышленной продукции.

Структурирование знаний при разработке онтологии заключается в выделении понятий (сущностей) приложения. Множество понятий образует тезаурус. Характеристика понятий, присущие им свойства и связи между понятиями описываются в статьях, называемых модулями (объектами, элементами образовательных ресурсов или разделяемыми единицами контента). Модули составляют предметную базу знаний. Множества понятий и модулей вместе с соответствующей системой управления базой знаний образуют прикладную электронную энциклопедию (ПЭЭ).

Разработка конкретного учебного пособия начинается с выбора подмножества модулей из предметной базы знаний. Выбор определяется заданной учебной программой или выраженными в той или иной форме информационными потребностями пользователя с учетом результатов предварительного тестирования его готовности к восприятию материала. Далее из выбранных модулей формируется линейная последовательность и выполняется адаптация формы материала к индивидуальным особенностям обучаемого. В процессе изучения материала по сформированному пособию должна быть обеспечена возможность облегченной навигации по разным частям базы знаний.

Первой инструментальной средой для создания версий модульных учебников, адаптированных под конкретные запросы пользователей, была система CTS, созданная в начале 90-х годов прошлого столетия в МВТУ им. Н.Э.Баумана. В дальнейшем ряд идей концепции модульных учебников и ПЭЭ был воплощен в документе SCORM (Shareable Content Object Reference Model) организацией ADL, созданной в 1997 г. Министерством обороны и Департаментом науки и технологии США.

Параллельно с развитием ТРЕК получает распространение технология сбора в корпоративном сервере информации и ее свободного редактирования пользователями, названная технологией wiki. На ее основе в рамках проекта Wikipedia в Internet уже начато создание энциклопедий по различным отраслям знаний с участием в качестве авторов и редакторов всех желающих. Этот проект существует с января 2001 г. Русскоязычная часть энциклопедии Wikipedia к концу 2003 г. содержала уже 1275 статей. Несмотря на то, что обе технологии ТРЕК и wiki направлены на создание баз знаний в виде энциклопедий, между ними имеются существенные различия как по целевому назначению, так и по подходам и методам накопления и использования знаний. Бесконтрольно наполняемая wikipedia не имеет средств и не годится для компиляции из ее статей учебных пособий.

Прикладная электронная энциклопедия может соответствовать одной учебной дисциплине или группе дисциплин, представляющей более объемное приложение, а учебный модуль или SCO (Shareable Content Object) определенной теме или понятию (сущности), рассматриваемых в этой дисциплине или приложении. Например, модуль может содержать материал, соответствующий содержанию одного параграфа или части параграфа традиционного учебника.

Для каждой темы в энциклопедии желательно иметь несколько альтернативных модулей в целях обеспечения адаптации к конкретным условиям обучения. Модули могут различаться методическими особенностями, подробностью и стилем изложения материала, ссылками на те или иные примеры и т.п. В модуле могут быть выделены элементарные части контента, соответствующие определенной педагогической цели или некоторому аспекту описания. Примерами элементов могут быть краткое определение понятия, неформальное описание объекта или процесса, формальное описание, доказательство, примеры, контрольные упражнения и задания, справочный материал, историческая справка и т.п.

Сопровождение энциклопедии заключается в разработке и добавлении новых модулей, в корректировке или устранении устаревшего материала. Сопровождение возможно не только заранее определенным кругом авторов, но и пользователями, создающими свои версии ЭУ. Следовательно, появляются два вида авторов - авторы модулей и авторы-составители конкретных версий ЭУ.

Система управления ПЭЭ предназначена для поддержки процедур синтеза учебников и пособий и выполнения функций по сопровождению тезауруса и базы модулей. Перечислим основные функции системы управления ПЭЭ.

1. Поиск и устранение циклов. Моделью ПЭЭ является направленный граф, вершины которого соответствуют модулям, а ребра входам и выходам модулей. Наличие цикла в графе свидетельствует о нелогичности изложения материала - в конечном итоге некоторое понятие определяется через само себя. Система управления должна обнаруживать такие циклы и выдавать рекомендации по их устранению.

2. Упорядочение модулей. После устранения циклов упорядочение может быть выполнено с помощью ранжирования вершин графа и применения эвристических критериев в неоднозначных ситуациях.

3. Простановка гиперссылок. Это может быть выполнено, например, путем сопоставления терминов в тексте с терминами тезауруса.

4. Выбор синонимов и обозначений. Система автоматически заменяет синонимы и обозначения величин на основной вариант, предлагаемый в тезаурусе, или на вариант, указанный пользователем.

5. Выбор модуля при наличии дублей. Критериями выбора могут быть такие атрибуты модуля, как автор, тип, дата последнего изменения.

6. Интерфейс с пользователем - навигация по тезаурусу, отображение совокупности терминов из тезауруса, отобранных пользователем и т.п..

7. Формирование супермодулей, т.е. модулей верхнего уровня, представляющих собой типичное для приложения сочетание модулей нижнего уровня. В дальнейшем для супермодуля формируются метаданные и он может использоваться наравне с исходными модулями нижнего уровня.

8. Управление версиями учебника, ведение словарей.

9. Согласование форматов данных, регистрация модулей и др.

Интерфейс модуля (метаданные) представляет собой спецификацию, включающую интерфейсные и регистрационные атрибуты. Интерфейсные атрибуты служат для согласования данного модуля с другими модулями в составе компилируемых версий учебных пособий и включают списки терминов, используемых в модуле. Особо выделяются термины, соответствующие понятиям, определяемым в модуле. Такие термины называются выходными (выходами модуля). Используемые, но не определяемые в модуле термины являются входными (входами модуля). Примерами регистрационных атрибутов могут служить имена авторов модуля, даты внесения изменений, данные о сертификации модуля и т.п.

Отметим основные преимущества ПЭЭ:

1) существенное упрощение и ускорение разработки новых учебных пособий, соответствующих новым достижениям науки и техники, изменившимся запросам промышленности, потребностям новых нарождающихся дисциплин и т.п., поскольку значительная часть нового пособия может покрываться имеющимися модулями;

2) легкость сопровождения сетевых учебников, поскольку локальные преподаватели могут самостоятельно вносить изменения, создавая свои версии пособий путем замены или добавления модулей, в том числе модулей собственной разработки;

3) расширение возможностей оптимизировать информационную поддержку выбранной студентами траектории обучения в системах открытого образования.

Для поддержки ПЭЭ в ее системе управления необходимо иметь средства автоматического формирования интерфейсов на основе тезаурусов и согласования модулей в составе версий на основе интерфейсных атрибутов.

Тезаурус выражает разработанную онтологию приложения. Одна строка тезауруса соответствует одному понятию (сущности, термину) приложения и включает следующие данные:

понятие; краткое определение; [список синонимов];

[рекомендуемые аббревиатура или обозначение]; список входов;

список URL. (4.1)

Список входов содержит ссылки на понятия, которые используются для определения данного понятия. Список URL включает ссылки на модули энциклопедии, в которых данное понятие определяется. Списки синонимов, аббревиатуры и обозначения нужны системе управления для согласования модулей, разработанных разными авторами, при их включении в компилируемое учебное пособие. Квадратные скобки в (4.1) обозначают необязательность соответствующего элемента строки.

Следует различать несколько вариантов энциклопедий для одного и того же приложения (рис. 4.3). Базовая версия вместе с созданными на ее основе ЭИ находится под контролем некоторого Центра. В филиалах Центра базовая версия может расширяться, корректироваться, образуя локальные версии. Локальные версии используются для синтеза ЭИ, адаптированных под запросы конкретного контингента обучаемых. Наконец, конечные пользователи могут как использовать ЭИ, рассылаемые филиалами, так и создавать свои версии (аналоги конспектов лекций).

Рис. 1. Версии учебников на базе электронной энциклопедии

Структурирование знаний и баз учебных материалов в виде ПЭЭ является первым, но весьма полезным шагом на пути дальнейшей интеллектуализации АОС. Будущие системы будут способны в среде виртуального учебного класса вести диалог с обучаемым, определять его текущие потребности и автоматически формировать порции учебного материала, удовлетворяющие эти потребности. Создание первых ПЭЭ приближает появление интеллектуальных АОС.

Список литературы

Норенков И.П. Концепция модульного учебника // Информационные технологии, 1996, № 2. 2. Норенков И.П. Технологии разделяемых единиц контента для создания и сопровождения информационно-образовательных сред // Информационные технологии, 2003, № 8.