WEB-ориентированные инструментальные средства для изучения семантически-структурированных предметных областей

В последние годы происходит бурное развитие дистанционного обучения, основанного на использовании компьютеров и сети Интернет. Публикация издания в Интернете существенно отличается от публикации книжного издания своей доступностью, возможностью опубликовать не только тексты и графику, но и видео, и звук, сделать электронное издание интерактивным. Многие научные области быстро развиваются, и образовательные, особенно справочные, издания в печатном виде по таким областям устаревают очень быстро. С другой стороны, электронные издания, распространяемые через сеть, можно постоянно дополнять и изменять. Даже для тех областей, которые уже устоялись и со временем меняются мало, электронные справочные издания открывают новые возможности поиска информации, позволяют ее отбирать, группировать, сохранять и обрабатывать.

Выделим основные типы электронных средств, связанных с дистанционным обучением, по функциональному признаку [22]:

Программно-методические издания и системы. В эту группу входят средства для организации учебного процесса и управления им. В английском языке для таких средств принят термин Learning Management Systems (LMS). Существуют стандарты для таких средств: Sharable Content Object Reference Model (SCORM), которые призваны обеспечить возможность взаимодействия различных аппаратных и программных платформ (интероперабильность), доступность и возможность многократного использования компонент LMS.

Обучающие издания — основные средства обучения, представляющие собой электронные учебники, справочники, курсы лекций и т. д.

Вспомогательные издания предлагают задания и упражнения практического характера, способствующие усвоению материала теоретического курса.

Контролирующие издания — тестовые программы, предназначенные как для самоконтроля обучаемых, так и для оценки их успеваемости преподавателем.

Учебно-методические издания — материалы по методике преподавания дисциплины, выполнения курсовых и дипломных проектов, контрольных работ и т. д.

Настоящая работа посвящена созданию web-ориентированных инструментальных средств, позволяющих создавать электронные энциклопедии, справочники и учебники по различным областям знаний.

Исследование показало, что новые возможности электронных изданий используются недостаточно. Одно из главных достоинств таких изданий — потенциально неограниченные возможности поиска и отбора нужной информации (статей), на практике используется очень слабо. В большинстве случаев эти возможности ограничиваются лишь структурным и предметным указателями (как и в печатных изданиях), поиском по ключевым словам и гипертекстовыми ссылками, позволяющими быстро переходить от одной статьи справочного издания к другой.

ОБЗОР МЕТОДОВ СТРУКТУРИЗАЦИИ В ЭЛЕКТРОННЫХ СПРАВОЧНЫХ ИЗДАНИЯХ.

Количество электронных справочников и энциклопедий со временем растет. Это не только издания, работающие через Интернет, но и устанавливаемые на компьютер, не использующие сеть. Их разнообразие практически безгранично, однако проведенное нами исследование доступных через Интернет бесплатных справочных систем, а также изучение руководств к платным системам показывает, что все они используют одни и те же методы организации информации. Логично предположить, что и автономные системы используют те же методы, поскольку последние никак не связаны с использованием сети. Эти методы предназначены для облегчения и ускорения поиска нужной информации в справочном издании. К таким методам относятся: разделение информации на статьи, иерархическая структуризация статей по разделам, разбиение статей на поля (обычно только название и текст, но бывают и очень многочисленные и специфические поля), предметный указатель, разделение статей по типу и ссылки между статьями. В большинстве изданий можно искать статьи по словам и словосочетаниям.

Рассмотрим подробнее каждый из этих методов.

Разделение на статьи присутствует во всех исследованных электронных изданиях. Оно позволяет задать логические единицы информации размером от одного предложения до нескольких страниц текста, которые содержат минимальную необходимую информацию для объяснения какого-либо понятия, факта и т. п., т. е. разделение на такие информационные блоки позволяет справочному изданию выполнять свою основную функцию. Такое разделение также необходимо для организации информации по многим остальным упомянутым принципам: структуризации по разделам, разбиению на поля и установлению перекрестных ссылок.

Иерархическая структуризация статей по разделам позволяет ввести более крупные единицы информации (параграфы, главы, разделы и т. п.), тем самым, объединяя несколько подобных статей или подразделов в один блок с общим названием. Это добавляет новую возможность поиска необходимых статей и дает возможность находить дополнительные статьи, связанные по смыслу с исходными.

Разбиение статей на поля обычно позволяет задавать более тонкую структуру информации, по сравнению со структуризацией статей по разделам. Это облегчает поиск и восприятие информации, а также позволяет присваивать статьям атрибуты, что, в свою очередь, расширяет возможности поиска по словам.

Предметный указатель является, наравне со структурным указателем, самым традиционным из способов структуризации информации в справочнике, однако в современных электронных справочниках он присутствует далеко не всегда, особенно когда справочник предназначен для предоставления информации не по одиночным словам, а по сочетаниям из нескольких слов. Видимо, это объясняется сложностью составления грамотного предметного указателя для большого набора достаточно длинных словосочетаний, а также наличием поиска по словам.

Перекрестные ссылки между статьями могут быть как направленными (например, гиперссылки на отдельные термины, встречающиеся в тексте статьи), так и ненаправленными (например, синонимы). Ссылки, на наш взгляд, являются наименее изученным принципом структуризации информации, и за редким исключением авторы справочного издания расставляют ссылки по ходу работы над изданием, не представляя себе в целом ту новую структуру, которую ссылки создают. С одной стороны, ссылки предоставляют много дополнительных возможностей для поиска информации, но с другой, нарушают традиционное последовательное изложение, что может вызвать у пользователей проблемы с усвоением материала [24].

Разделение статей по типу встречается довольно редко и, как правило, различия носят кардинальный характер: это может быть, например, разделение на тексты статей и дополнения к ним в виде обобщающих схем и иллюстраций.

Поиск по словам и словосочетаниям в некоторой степени заменяет предметный указатель и в электронных системах используется гораздо чаще последнего, видимо, из-за сравнительной простоты реализации и эффективности.

Вообще, чем больше методов структуризации используется в справочном издании, тем у пользователей появляется больше свободы и поиск информации становится более удобным: каждая дополнительная структуризация не только добавляет новую возможность поиска информации, но также позволяет сделать остальные способы поиска более гибкими.

Большие (как правило, платные) системы отличаются тем, что используют больше методов структуризации из перечисленных выше, и эти методы используется в специфическом, настроенном под конкретный справочник виде.

Итак, выше мы описали семь методов структуризации информации, использующихся в справочных изданиях. Среди них можно выделить три основных способа поиска статей: описанные методы позволяют пользователям находить нужные статьи по определенным словам или словосочетаниям при помощи поиска по названиям разделов и статей в оглавлении, по списку терминов в предметном указателе или при помощи функции поиска по ключевым словам. Все эти методы предполагают, что пользователю заранее известны ключевые слова или термины, по которым нужно искать информацию. Перекрестные ссылки позволяют найти дополнительные статьи сверх тех, что были найдены первыми тремя способами. Ссылки существенно упрощают поиск дополнительной информации, когда содержание первоначально найденных статей непонятно или его недостаточно. К сожалению, на настоящий момент использование ссылок в электронных справочных изданиях, на наш взгляд, имеет два основных недостатка. Обычно ссылки расставляют следующим образом. Если в тексте статьи встречаются термины, которые объясняются в других статьях данного издания, то ставят ссылки, позволяющие переходить от первой статьи к дополнительным, т. е. статьям, содержащим объяснения терминов. Но понятно, что знания одних только терминов недостаточно для понимания сложных фактов, например, доказательств теорем. Другим недостатком, о котором уже упоминалось выше, является то, что расстановка ссылок при подготовке справочного издания не имеет заранее намеченного плана. Ссылки расставляются без учета удобства изучения материала, его сложности, и предназначены быть лишь второстепенным средством поиска дополнительной информации. Вдобавок, ссылки вводят альтернативность в способ подачи информации. Это значит, что пользователю периодически предлагается несколько путей: он может читать статью дальше, а может перейти по одной из ссылок к другой статье. Такая альтернативность существенно усложняет восприятие информации [24].

Целью данной диссертационной работы является развитие и реализация новых подходов к анализу семантически-структурированных предметных областей. Семантическая структурированность означает, что предметная область имеет некоторую внутреннюю структуру, которая может быть представлена направленным графом, вершины которого представляют собой статьи, на которая разбита предметная область, а дуги — логические отношения между статьями.

Кроме того, в созданной нами системе, которая была названа «Ареолой», реализован новый, не встречавшийся нам в других системах метод структуризации информации, а именно: иерархическая структуризация статей по сложностиОна позволяет ограничивать сложность доступной пользователю информации из справочника заданным уровнем. Ограничение уровня сложности не нарушает структуры, образованной логическими отношениями между статьями.

Созданная система является предметно-независимой. Энциклопедии, построенные на ее основе, не требуют от пользователя специальных навыков, знаний, программных или иных средств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Программная оболочка «Ареола» на сегодняшний день является завершенным продуктом, позволяющим строить на его основе электронные энциклопедии, справочники и учебники по различным областям знаний, которые могут работать как через сеть Интернет, так и с компакт-дисков. Приведем основные результаты диссертационной работы:

1. Разработана технология создания предметно-независимых web-ориентированных инструментальных средств для изучения семантически структурированных областей знаний.

2. Технология реализована в виде программной системы «Ареола» и комплекса сервисных программ, обеспечивающих наполнение и функционирование системы.

3. На основе системы «Ареола» созданы и успешно апробированы информационно-справочные системы «Линеал» и «Параллель», доступные из сети Интернет и предназначенные для изучения линейной алгебры и параллельных вычислений.