Проблемы подготовительного этапа разработки онтологии учебной дисциплины (на примере онтологии «Общий курс железных дорог»)

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Гуляева Г. А. Проблемы подготовительного этапа разработки онтологии учебной дисциплины (на примере онтологии «Общий курс железных дорог») // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 15. – С. 806–810. – URL: http://e-koncept.ru/2016/96074.htm.
Аннотация. В статье рассматривается проблема представления специальной учебной информации для ее эффективного усвоения обучающимися железнодорожных вузов. Для ее решения в Сибирском государственном университете путей сообщения (г. Новосибирск) реализуется проект по созданию мультиязычного программного обучающего комплекса «Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий. Автором описывается содержание работ подготовительного этапа проекта. Систематизируются возникшие на этом этапе проблемы, раскрывается их суть.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Гуляева Галина Александровна,магистрантпервого года обученияФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения», г. Новосибирскprovisionally@yandex.ru

Проблемы подготовительного этапа разработки онтологии учебной дисциплины (на примере онтологии «Общий курс железных дорог»)

Аннотация.В статье рассматривается проблема представления специальной учебной информации для ее эффективного усвоения обучающимися железнодорожных вузов. Для ее решенияв Сибирском государственном университете путей сообщения (г. Новосибирск) реализуется проект по созданию мультиязычного программного обучающего комплекса «Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий. Авторомописывается содержание работ подготовительного этапа проекта. Систематизируются возникавшие на этом этапепроблемы, раскрывается их суть.Ключевые слова:железнодорожный вуз, многоуровневые списки, онтологии, мультиязычный программный обучающий комплекс

В условиях стремительного обновления технологий на железнодорожном транспорте в процессе подготовкиотраслевых кадров возникает проблема, связанная с усвоением специальной учебной информации обучающимися железнодорожных ВУЗов. Для ее решения в Сибирском государственном университете путей сообщения (г. Новосибирск) реализуется проект по созданию мультиязычного программного обучающего комплекса «Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий. Перед разработчиками стоит задача по созданию инструмента, который будет способствовать решению проблемы усвоения специальной учебной информации обучающимися, а также будет полезен для дистанционного обучения студентов и сотрудников предприятий железнодорожного транспорта.1 Проблематика. Усвоение специальной учебной информации обучающимися отраслевых ВУЗов1.1 Актуальность проблемы усвоения специальной учебной информацииС постоянным увеличением объема информации в мире и ускорением темпов научнотехнического прогрессавозрастает актуальность проблемы усвоения специальной учебной информации обучающимися в высших образовательных учреждениях. Под специальной учебной информацией мы будем понимать информацию, направленную на будущую профессиональную деятельность обучающихся (например, в сфережелезнодорожного транспорта). Можно выделить следующие особенности такого вида информации:

обилие узкоспециальнойтерминологии и сокращений;

увеличение объемов и обновление учебной информации, чтосвязанос постоянным обновлением технологий, методов и систем на транспорте;

отсутствие значительной части информации в открытых поисковых системах;

зачастую слабая структурированность существующих учебных текстов;

отраслевая специфика учебной информации, поскольку деятельность железнодорожных вузов тесно связана с деятельностью работодателязаказчика –ОАО «РЖД».1.2 Условия эффективного усвоения специальной учебной информацииИзвестно, что процесс усвоения информации достаточно сложен и состоит из нескольких этапов: восприятие, осмысление, запечатление, активное восприятие, преобразование полученной информации[1].Эффективность данного процесса зависит от нескольких факторов, в частности:

личностныхкачеств обучающегося, а также его отношения к учебной деятельности (внутренняя мотивация);

однозначности, объективности и понятностипредоставляемой учебной информации.Таким образом, учебная информация должна быть представлена в максимальнопростой и понятной форме, не вызывающей двойственного толкования со стороны обучающихся, у которых, как правило, отсутствуют базовые профессиональные знания.Также важным факторомэффективного усвоения учебной информации обучающимися является формат её представления. На сегодняшний день можно выделить несколько форм и форматов представления учебной информации.Наиболее часто используемые формы представления учебной информации –этолинейный текст на естественном языке, списки, схемы, графики/диаграммы, формулы, интеллекткарты/графы, блоксхемы. При этом эффективность восприятия каждой из них обучающимся индивидуальна, т.е. зависит от его психологотипологических особенностей. Тем не менее, необходимо подчеркнуть определенную сложность специальных линейных текстов, во многом связанную с обилием узкоспециализированных терминов наряду с общенаучной лексикой и, иногда, вкраплениями эмоциональной лексики там, где автор выражает свою субъективную точку зрения на предметлибо пытается привлечь внимание читателей. Кроме того линейным учебным текстам присуща неявная структуризация информации (с этой проблемой столкнулись разработчики проекта при попытке структурировать информацию нескольких учебных пособий с целью её внедрения в программную среду). Также определенную сложность для понимания представляют схемы, формулы и блоксхемыкак требующие знаний символики.Меньше всего трудностей возникает, как правило, при усвоении информации, полученной из списков, графиков и диаграмм, интеллекткарт и графов. Отличительная особенность данных форм в их четкой структуре и наглядности.Также можно выделить несколько форматов подачи информации, которые могут использоваться одновременно в процессе обучения.Каждый формат, как правило, включает в себя несколько форм представления информации. Выделим две группы форматов по новизне использования в процессе обучения:1.Традиционные: письменные учебные тексты на естественном языке (учебники, методические пособияи др.), устные учебные тексты (лекции, семинары и др.).2.Современные: видео/аудио лекции/семинары и презентации, интернетстраницы с навигацией, онлайнкурсы и др.Каждый формат и форма представления учебной информации обладают своими преимуществамии недостатками. Следовательно, выбор оптимальной формы представления учебной информации может способствовать эффективности усвоения такой информации обучающимися. В качестве практического шага по увеличению эффективности данного процессабыл предложен проект «Разработка мультиязычного программного обучающего комплекса «Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий».2. Проект «Разработка мультиязычного программного обучающего комплекса (МПОК) «Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий»Цель проекта –разработать программный обучающий комплекс с контентом в форме онтологий на нескольких языках(русский, английский, китайский языки и др.), который позволит эффективно организовать процесс дистанционного обучения отечественных и иностранных отраслевых кадров в условиях интеграции транспортной системы России в транспортную систему мира.Реализация предлагаемого проекта может оказать положительный эффект на процесс подготовки кадров для железнодорожной отрасли, а именно: 1. Использование мультиязычного программного обучающего комплекса (МПОК)«Общий курс железных дорог» с контентом в форме онтологий на русском и китайском языках дополнительно к уже существующим информационнообразовательным ресурсам может способствовать развитию дистанционного обучения китайских студентов на базе российских железнодорожных вузов, в том числе профессиональноориентированному русскому языку. При этом наличие онтологии на английском языке, который сегодня признается международным, может способствовать привлечению студентов из других стран мира.2. Наличие у МПОК функции глоссария может способствовать процессу согласования терминологий по темам общего курса железных дорог, используемых профессиональными сообществами России, КНР и англоговорящих стран. Кроме того,применение МПОК с функцией глоссария в процессе изучения иностранных языков может способствовать развитию иноязычной профессиональной коммуникативной компетенции студентов. 3. Представление учебной информации в компактной форме (онтологии), может помочьболее быстрому извлечению и более глубокому усвоению содержательной учебной информации студентами в условиях постоянного роста ее объема и скорости обновления технологий на железнодорожном транспорте. 4. Методика создания мультиязычной онтологии МПОК «Общий курс железных дорог» может позволить создавать стандартные МПОК других дисциплин. Такие МПОК могут внести вклад в формирование единого банка образовательных программ Сетевого университета Международной ассоциации транспортных университетов Азии и Тихоокеанского региона. Они также могут быть реализованы как коммерческий продукт. Потребителю могут быть предложены базовые коллекции МПОК, которые включают все дисциплины того или иного направления обучения; создание МПОК под заказ; обслуживание МПОК (корректировка и обновление); инструменты для работы пользователей с онтологическим контентом (доступ к специальному образовательному порталу и др.).Реализация проекта предполагает несколько этапов: подготовительный, поисковый (теоретический), практический, обобщающийНа подготовительномэтапе мы определили оптимальную форму представления учебной информации. Перечислим требования, которым должна отвечать такая форма:

представлять учебную информацию системно;

обладать наглядностью;

обладать возможностью конвертации в другие форматы.В качестве формы представления специальной учебной информации, которая отвечала бы перечисленнымвыше требованиям, были определены онтологии.Онтология в ИТ –это форма представления информации в той или иной предметной области в виде смысловых связей (семантической сети) [2]. Определим преимуществаонтологической формы представления информации:1. Вся информация подается в системе и хорошо структурирована. Она подразделяется на явно определенные объекты(классы), отношения между объектами(свойства)и правила взаимодействия этих объектов. В онтологии существуют лишь те объекты, которые явно определены; все объекты связаны друг с другом некоторым набором отношений, также явно описанным. За счет отсутствия словсвязок, эмоциональной лексики и т.п., характерных для линейных текстов, онтология создает ощущение объективности учебной информации. 2. С программной точки зрения онтология –это xmlфайл с четко определенной структурой.3. С точки зрения визуализации онтология представляет собой взвешенный ориентированный граф. 3. Проблемы подготовительного этапа проектаПодготовительный этап проекта также включал ряд последовательных действий разработчиков. Опишем пошагово этот процесс. Шаг 1. Подбор материалов.Поскольку целью проекта было создание онтологии «Общий курс железных дорог», был проведен поиск учебной литературы с целью подбора релевантной информации для последующей ее обработки. Необходимо отметить, что курс с одноименным названием преподается в железнодорожных вузах на всех факультетах, и найти учебную литературу по данному курсу не составило проблем. После проведения сравнительного анализа отобранных источников в качестве базового было выбрано учебное пособие В.В.Любимова «Общий курс железных дорог»[3].Шаг 2. Структуризация информации.Поскольку процесс создания онтологии с помощью специальных инструментальных средств (например, Protégé) достаточно трудоёмкий и предполагает четкое понимание структуры представления учебной информации уже на этапе построения, было решено начать работу с выделения информации из первоисточника и структуризации её в виде многоуровневых списков в текстовом редакторе. Это позволит не только увеличить скорость обработки материала и впоследствии упростить проверку и корректировку списков, но и автоматизировать процесс генерирования онтологии из полученных списков.Поскольку онтологии подразумевают четкое разграничение объектов и отношений, было решено это явно отобразить уже на этапе построения многоуровневых списков. В частности, было принято решение об использовании отступов и определенных тегов в начале каждой строки, например:класс:Автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ)подкласс: Информационное обеспечение перевозочного процессасостоитиз:Автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП)Шаг 3. Распределение обязанностей между членами проектной группы.Командуразработчиков проекта можно охарактеризовать как междисциплинарную.В еесоставе: доктора и кандидаты технических наук, кандидатыпедагогических и социологических наук; инженерынаучноисследовательской лаборатории «Информационные технологии на транспорте»,аспиранты, магистранты и студенты факультета «Бизнесинформатика» ФГБОУ ВПО СГУПС.Для того чтобы сделать процесс структуризации отобранного материала более продуктивным, было решено привлечь к обработке глав первоисточника младших участников проекта –студентов. В качестве заданияим был выдан пример выделения и структурированияинформации, список требований к оформлению списков и рекомендации по работе с источником. От студентовтребовалось выделить основную, определяющую информацию в своих текстах.Шаг 4. Анализ полученных результатов.Понимая, что процесс выделения и структуризации учебной информации потребует от обучающихся внимания и творческого подхода, появление ошибок в результатах было ожидаемо.Все ошибки условно можно разделить на несколько групп: ошибки, связанные с оформлением итоговых списков; ошибки, связанные с описанием классов; ошибки, связанные с описанием свойств; смешанные ошибки.Первые и наиболее часто встречаемые ошибки относились к первой группе и были связаны с оформлением многоуровневых списков, т.е. наблюдалось полное либо частичное отклонение внешнего оформления списков от требований, указанных в задании.Наиболее серьёзные ошибки относились ко второй категории. Среди них: выделение ключевых объектов (классов) в тексте (наиболее важный из критериев при составлении списков), неточное либо неполное наименование класса, неверное определение наследования (класс –подкласс), наименование класса не в именительном падеже либо не обезличено, описание нескольких объектов как один, отсутствие ссылок на классы.К третьей категории относились ошибки, связанные с определением свойств. Среди них: неточное наименование свойства, дублирование некоторых свойств в рамках одного класса.К четвертой категории относились ошибки, суть которых в неправильном определении роли информации в тексте, т.е. классы определены как свойства или, например, свойства представлены в роли комментариев.Поскольку количество ошибок и объем повторно перерабатываемой информации был значителен, было принято решение не привлекать к дальнейшей работе с источниками студентов младших курсов университета.4. ВыводыПо результатам проведения подготовительного этапа проекта «Разработка мультиязычного программного обучающего комплекса «Общий курс Железных дорог» с контентом в форме онтологий» был сформулирован ряд выводов: 1.В качестве формы представления учебной информации будут выступать онтологии.2.Работа по подготовке материала для внедрения в программную среду с целью создания онтологии является пошаговым процессом. Первый шаг это построениемногоуровневых списков, в которых будут явно отображаться отношения между понятиями.3.Работой с источниками будут заниматься старшие участники проекта –магистранты и преподаватели.4.Полученный результат в виде многоуровневых списков будет проверен экспертом предметной области«Железнодорожный транспорт».

Научный руководитель –ХабаровВ.И., д.т.н., профессорНаучный консультант –Волегжанина И.С., к.п.н., доцент

Ссылки на источники1.Интернеткурс «Педагогическая психология. Тема 7. Усвоение знаний, умений и навыков», Айсмонтас Б.Б. URL: http://www.ido.rudn.ru/psychology/pedagogical_psychology/7.html2.Хабаров В.И., Волегжанина И.С., Чусовлянова С.В., Гуляева Г.А. Мультиязычный отраслевой образовательный ресурс с контентом в форме онтологий как составляющая единого информационнообразовательного пространства транспортных университетов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: материалы Шестой международной научнопрактической конференции, посвященной 40летию со дня образования Иркутского государственного университета путей сообщения, 30 сентября03 октября 2015 г. Иркутск: в 2 т., Т. 2. –Иркутск: ИрГУПС, 2015. –С. 4064113.Любимов В.В. Общий курс железных дорог. Учебное пособие/Любимов В.В.–Пермь: Пермский институт железнодорожного транспорта (филиал УрГУПС), 2011. –221 с.