Доклад описывает обучающую программную систему, базирующуюся на OWL-онтологиях и разрабатываемую в рамках проекта One Laptop Per Child (Один ноутбук ребенку, сокращенно OLPC).

Сначала я приведу обзорную информацию по проекту OLPC, его цели и напривления развития. Затем будет рассматриваться сам проект нашей программной системы:

постановка задачи создания интеллектуальной обучающей системы

требования к системе, обусловленные целевой аудиторией

описание и обоснование выбранной модели представления знаний

и наконец вопросы, связанные с визуализацией модели и проблемой повышения самомотивации учащихся.

Международный образовательный некоммерческий проект OLPC (One Laptop Per Child) направлен на концентрацию технологий в области разработки аппаратуры и программного обеспечения с целью снабдить каждого ребенка в мире дешевым персональным ноутбуком. Вопрос особенно актуален развивающихся странах, где уровень жизни не позволяет гражданам приобретать компьютерную технику.

Кроме ряда новшеств в аппаратной части ноутбука, детский лаптоп имеет основанную на свободном программном обеспечении операционную систему и ряд образовательных приложений. Разработка этих программ продолжает активно вестись, и в университетах всго мира находятся заинтересованные проектом люди. Областью, привлекшей студентов СПб ГЭТУ “ЛЭТИ” стали программы развития ситемного мышления.

Задача создания такой системы, стоит предельно ясно: несмотря на то, что на сегодняшний день существует большое количество методов когнитивной графики, несмотря на то, что визуальные методы представлнения знаний, такие как mindmapping и conceptmapping, – уже хорошо зарекомендовали себя в бизенесе и промышленности – процесс адаптации этих средств к детскому образованию все еще идет. И важным фактором такой адаптации следует назвать неоходимость в автономности обучающей системы, в возможности самостоятельного её освоения.

таким образом, сформулируем требования к системе:

игровой характер диалога с пользователем;

интуитивно понятный графический интерфейс, ориентированный на детей;

наличие развитого механизма ведения диалога и, как следствие, обеспечение хорошей обратной связи, адаптивный интерфейс

Ключевыми решениями, определяющими облик системы MetaMind, являются:

модель представления знаний, не противоречащая положениям системного подхода;

интерфейс пользователя на основе когнитивной графики

Следует также заметить, что специфика целевой аудитории повышает важность средств для создания внутренней мотивации у пользователей. В основе нее должен лежать игровой момент, стимулирующий построение когнитивной модели. В основе диалога лежит модель взамодействия со смешанной инициативой (mixed-initiative interaction model) [5]. В рамках этой модели сценарием работы является диалог. В качестве инициатора диалога может выступать как программа, так и пользователь. Система может формировать вопросы, основываясь на созданной пользователем когнитивной модели. В таком случае возможны вопросы двух типов:

“Как это связано?” – пользователю предъявляются два класса понятий и предлагается придумать между ними ассоциативную связь, или отказаться от нее;

“Что ты об этом думаешь?” – пользователь может ввести текстовое описание к предъявленному объекту;

После того, как определён вид системы для конечного пользователя, следует выбратьспособ представления когнитивной модели. В системе для этой цели применяются отнологии. Такой выбор обусловлен следующими факторами:

простое представление кластеризации и классиикации – объединение индивидных концептов в классы

богатый выбор параметров связей между объектами

возможность естественной визуализации модели, которая может быть ориентирована на неподготовленного пользователя.

и наконец, наличие стандартизированных языков представления онтологий и программных средств, облегчающих их создание и изменение. Нами использовался язык OWL и редактор Protege.

Далее, для визуализации когнитивной модели выбраны графовые структуры. Причем, если в случае связи “индивид-индивид” выбор графа как средства отображения очевиден, то для показывания иерархии классов более предпочтительной представляются вложенные множества.

Связь “индивид-индивид” – наиболее проработанная часть визуализации. Достаточно воспользоваться повсеместно распространенными технологиями ментальных карт Бузана и идеями концепт-маппинга.

Сложнее обстоит дело с одновременной визуализацией таксономии. Часто для визуализации иерархии классов применяют графы-деревья, но это усложнило бы восприятие. На рабочем холсте возможно следующее решение для индивидных концептов одного класса: по требованию пользователя можно окружать их областями разных цветов, при этом перестраивая их порядок. Таким образом возможно переключаться от одного представления (где в центре вниания – отношения между объектами), к другому (где на первый план выходит идея объекта как элемента домена)

Последняя часть доклада посвящена описанию испытаний программного средства на целевой платформе. Испытания прототипа проходили в летнем лагере “Цифровая экология 2008”. В нашем распоряжении было 50 ноутбуков ХО и 32 ребенка 5-7 классов. С помощью инструментальных средств Freemind и Vym было проверено, что представители целевой аудитории быстро схватывают идеи майндмаппинга и графового представления знаний.

Также были внесены важные дополнительные пункты в программу развития нашего инструментального средтсва. Одно из самых главных планируемых изменений – программа в отличие от прототипа должна поддерживать кооперативную работу. В связи с этим планируется перевод приложения на Web-основу и интеграция с вики-движком.

В заключение замечу, что методическая база обучения в бизнесе, развитие интеллектуальных обучающих систем, и наконец, наличие крупных образовательных проектов – всё это создает благоприятную почву для создания действительно эфективных программных средств, развивающих детское мышление.