CC BY
39
риваемого предмета. Для каждой из решаемых задач произвести операции, аналогичные операциям на этапе 1 предыдущей методики.
2. Выдвижение абдуктивных гипотез о вероятном вхождении рассматриваемого предмета в каждую из категорий, выделенных на предыдущем этапе. Достоверность гипотезы определяется на основании совпадения свойств рассматриваемого предмета со свойствами соответствующей категории.
3. Абстрагирование свойств рассматриваемого предмета и повторение этапов 1-2.
4. Декомпозиция всех задач, полученных на этапе 1. Для каждой из полученных подзадач произвести операции, аналогичные операциям на этапе 1 предыдущей методики. Повторить этапы 2-3.
В процессе получения удовлетворительного результата важную роль играет критический анализ сформированных гипотез -своеобразная «алаверды-технология» [11].
Результатом данной методики будет служить ряд гипотез о возможности выполнения рассматриваемым предметом тех или иных новых задач. В докладе иллюстрируется использование вышеописанной методологии в процессе бытового творчества.
Выводы
Авторы считают, что в данной работе новыми являются следующие положения и результаты:
- разработана структура и методика автоматического извлечения из сети Интернет знаний, необходимых для активизации процесса бытового творчества для решения поставленной задачи;
- разработана методика выявления предме-
тов, способных выполнить поставленную бытовую задачу на основании индуктивно-
абдуктивных рассуждений с применением полученных знаний;
- разработана методика выявления новых функций рассматриваемого предмета на основании индуктивно-абдуктивных рассуждений с применением полученных знаний.
Литература
1. Моляко В. А. Психология творческой деятельности. - Киев: Знание, 1978. 47 с.
2. Leam more About Sin. http://www.apple.com/iphone/features/siri-faq.html.
3. Пуанкаре А. Математическое творчество // Адамар Ж. Исследование психологии процесса изобретения в области математики. - М., 1970. Приложение III.
4. On Memory and Reminiscence (350 B. C. E.) by Aristotle. http://en.wikisource.org/wiki/On_Memory_and_Reminiscence.
5. Пономарёв Я. А. Исследование психологических механизмов творческого (продуктивного) мышления: Автореф. дисс. ... канд. пед. наук (по психологии). - М., 1958.
6. Wolframalpha. http://www.wolframalpha.com.
7. Леонов Е. А. Формализация процесса мониторинга информации в сети Интернет при создании предметно-ориентированных хранилищ данных: Автореф. дисс. канд. тех. наук. - Волгоград, 2011.
8. Автоматическая обработка текста. http://aot.ru.
9. Камаев В. А. Абдукция - инструмент концептуального проектирования новых технических систем // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии, 2011. № 2. С. 32-36.
10. Камаев В. А., Щербаков М. В. Абдукция в концептуальном проектировании, когнитивном моделировании и интеллектуальном анализе данных // Открытое образование, 2011. № 2. С. 62-67.
11. Камаев В. А. Абдукция и метод Сократа // IS&IT' 11: Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям (Краснодарский край, п. Дивноморское, 2-9 сентября 2011). Т. 1. - М.: Физматлит, 2011. С. 277-281.
УДК 004.822
ГИБРИДНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ (НА ПРИМЕРЕ ФИЗИКИ)
А. Г. Кравец, д. т. н., профессор кафедры «САПР и ПК» Тел.: (8442) 24-89-20, e-mail:[email protected] О. В. Титова, ассистент кафедры «САПР и ПК»
Тел.: (8442) 24-89-20, e-mail: [email protected] Волгоградский государственный технический университет
www.vstu.ru
This paper is devoted to the concept of hybrid modelling of the practice-focused training of the natural-scientific disciplines. An ontology of physical task, the way of formal representation of the process of the solution of tasks and a method of representation of space competences of the solutions ofphysical tasks are developed.
В статье рассматривается концепция гибридного моделирования практико-ориентированного обучения естественно-научным дисциплинам. Разработаны онтология физической задачи, способ формального представления процесса решения задач и методика представления пространства компетенций решения физических задач.
Ключевые слова: практико-ориентированное обучение, моделирование процесса решения, онтология физической задачи.
Keywords: the practice-focused training, modelling of process of solution, ontology of physical task.
Целью работы является создание новых моделей практико-ориентированного обучения естественно-научным дисципли-нам, опирающихся на современные интеллектуальные системы и открывающие новые способы повышения эффективности обучения.
Из анализа решений разного рода задач по различным дисциплинам можно отчетливо видеть, что разница между ними состоит только в содержании и цели, а по структуре деятельности, нужной
для решения, все они практически одинаковы. Все современные естественные науки (астрономия, география, геодезия, биология, физика, химия) так или иначе используют математический аппарат для описания рассматриваемых явлений. Таким образом, естественные науки предполагают точное формульное определение закономерностей, описывающих рассматриваемые природные явления.
Применив структурный подход для анализа процесса решения физических задач, авторы разработали функциональную модель, отображающую структуру и функции системы решения задач [1]. Полученная диаграмма является алгоритмом, вы-
полняемым человеком.
Программы, способствующее решению физических задач
(математические пакеты, обучающие программы по физике, моделирующие среды) имеют различное назначение, но все они служат для оказания помощи пользователю в решении задач. Общий недостаток программного обеспечения: анализ текста задачи, формализация условия и составление системы уравнений должны производиться пользователем вручную.
Для устранения недостатков необходимо определить модель представления знаний предметной области. Наибольшими возможностями среди моделей представления знаний обладает онтология с описательной логикой.
Предложена концептуальная схема гибридного моделирования практикоориентированного обучения дисциплинам естественно-научного цикла. Она включает три модели предметной области, методику представления пространства компетенции и способ формального представления процесса решения задач (см. рисунок). Использование моделей и методик позволяет создать автоматизированную систему решения задач.
При проектировании модели физической задачи применяется объектный подход, связанный с декомпозицией объектов, при этом каждый объект рассматривается как экземпляр определенного класса. Объект изучения, физическое явление, физические величины являются ключевыми в поиске решения задачи. Эти понятия определены как классы. Классы и связи между классами образуют концептуальную структуру физической задачи, или онтологию [3].
Онтология физической задачи формально описывается кортежами типа
<С, I, L, P, A, F, G>, (1)
где C - понятия (классы), I - экземпляры, Ь -словарь, Р - отношения, А - атрибуты.
Рисунок. Концептуальная схема гибридного моделирования практико-ориентированного обучения
Разработан алгоритм построения онтологии физической задачи. Сначала необходимо выделить раздел физики, затем физические явления, величины, формулы. Далее необходимо построить концептуальную схему этих понятий. Для этого определяются родовые и видовые отношения между понятиями. Расположить все понятия в иерархическую структуру. Родовые понятия определяем как классы, а видовые - как подклассы. Затем определяются экземпляры классов. Понятия, описывающие свойства экземпляров или классов, определяем как атрибуты.
С помощью этого алгоритма создается онтология физической задачи в программе Protege [4]. В онтологии отражены понятия: траектория, единицы измерения, приставка или множители единицы измерения.
Произведена декомпозиция процесса решения задач и построена структурнофункциональная модель TO-BE, отображающая структуру и функции системы решения задач. Для каждого блока определены входные и выходные данные, управление и механизмы выполнения функции [2].
Предлагается представить модель выпу-
Литература
скника курса обучения в виде нескольких множеств:
Му = {ЗК, НК, КР}, (2)
где ЗК - множество знаниевых компонент; НК - множество навыковых компонент; КР -множество компетенций решения задач.
Модель выпускника описывает систему компетенций, к достижению которых будет стремиться обучающийся.
Авторы считают, что в данной работе новыми являются следующие положения и результаты:
разработана концепция гибридного моделирования практико-ориентированного
обучения естественно-научным дисциплинам (на примере физики), включающая следующие элементы новизны:
• онтологическую модель физической задачи. Физическая задача определена как самостоятельная часть предметной области с соответствующими объектами и связями между ними;
• способ формализации процесса решения физических задач. Процесс решения представлен как процесс, происходящий по определенным правилам;
• методику представления пространства компетенций решения физических задач.
1. Титова О. В., Кравец А. Г. Диаграммы процесса решения физических задач // Вестник компьютерных и информационных технологий, 2011. № 10. С. 39-42.
2. Кравец А. Г., Титова О. В. Моделирование процесса решения задач по физике // Открытое образование, 2011. № 2. Ч. 2. С. 76-79.
3. Кравец А . Г., Титова О. В. Онтологическая модель физической задачи // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (САБ/САМ/РБМ-2011): Труды международной конференции (Москва, 18-20 октября 2011).
- М.: ИПУ им. В. А. Трапезникова РАН, 2011. С. 88-89.
4. Кравец А. Г., Титова О. В. Онтология физической задачи // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии, 2011. № 4. С. 12-16.
