Файл: Технология создания электронных средств обученияавторы Беляев М. И., Гриншкун В. В., Краснова Г. А.pdf

111
§ деревом называется неориентированный граф, любые две вершины которого связаны с помощью единственного пути,
§ деревом называется неориентированный граф без циклов, добавление любого ребра к которому приводит к появлению в точности одного цикла,
§ деревом называется связный неориентированный граф, у которого удаление одного ребра приводит к нарушению связности,
§ деревом называется связный неориентированный граф, имеющий n вершин и n-1 реб- ро,
§ деревом называется граф без циклов с n вершинами и n-1 ребрами,
§ деревом называется неориентированный граф, все возможные пути в котором про- стые, т.е. ни одна вершина не входит в них дважды.
Не ссылаясь на понятие графа и не рассматривая дерево как частный случай графа,
можно определить дерево через свойства его вершин и отношений между ними.
Деревом (иерархией) можно назвать граф, в каждую вершину которого приходит не
более одного ребра. Исходить же из вершины может любое количество ребер. Вершина, из которой исходит ребро по отношению к вершине, в которую ребро приходит, называется ро-
дительской. Наоборот, вершина, в которую приходит ребро, называется сыновней. Таким образом, в дереве для каждой сыновней вершины может существовать не более одного роди- теля. Выделяются вершины с особым сочетанием связей. Вершина, не имеющая родителей,
называется корнем дерева. Вершины, не имеющие сыновних вершин, называются листьями
дерева.
Внимательное рассмотрение структуры, которую порождает дерево, приводит к фор- мулировке основного свойства дерева: каждая вершина обязательно достижима из корня.
Иначе говоря, если вершина А - корень дерева, а вершина В - любая вершина дерева, то су- ществует путь из вершины А в вершину В, притом единственный.
Каждая вершина вместе с системой сыновних вершин, в свою очередь, образует дерево с корнем в данной вершине. По отношению к объемлющему дереву такое дерево называется
поддеревом. Примеры деревьев приведены на рисунке.

112
Одним из ключевых моментов манипулирования с иерархическими информационными структурами является достаточно хорошая формализация последовательного обхода всех вершин дерева (иерархии). Рассмотрим основные положения, касающиеся обхода вершин с целью их последующего учета при разработке и описании технологии информационного ин- тегрирования и конкретных ЭСО.
Для так называемого обхода дерева в глубину можно воспользоваться тремя способа- ми: проходить вершины в префиксном, инфиксном или постфиксном порядке. Эти способы обхода дерева определяются следующим образом. В случае, когда дерево пусто, оно прохо- дится без выполнения каких-либо действий. В противном случае прохождение складывается из трех видов действий, одних и тех же для разных способов, но выполняемых в разной по- следовательности.
Префиксный порядок - посетить корень, пройти левое поддерево, пройти остальные поддеревья слева направо. В настоящем изложении подобный обход будет обозначаться как левосторонний нисходящий.
Инфиксный порядок - пройти левое поддерево, посетить корень, пройти правое подде- рево.
Постфиксный порядок - пройти поддеревья слева направо, затем посетить корень.
Иерархии, задающие связи по принципу "родительская вершина порождает набор сы- новьих", наиболее естественным образом аппроксимируют тезаурус и, как следствие, содер- жание большинства образовательных областей. Деревья-иерархии в явном виде отражают логическую подчиненность понятий, входящих в тезаурус, позволяют говорить об отноше- ниях "общее-частное", способах конкретизации понятий через понятия более низкого уровня и, что немаловажно, позволяют на практике осуществить идею формализации построения содержания как традиционных, так и электронных средств обучения.
7.2. Компоновка учебного материала при создании электронного средства обучения

113
Выделение компонент в средстве обучения. Создание системы навигации по гиперме-
диа-материалу. Принципы корректного формирования электронного издания или ре-
сурса
Тезаурус образовательной области, содержащий в себе множество понятий и связей между ними, безусловно, представляет собой ту смысловую основу, которая должна быть доведена до обучаемого в результате процесса обучения. В этой связи содержание учебных курсов, а также любые средства обучения, включая электронные, должны строиться в стро- гом соответствии с подобными информационными иерархиями, отражать их структуру и смысловую подчиненность понятий. Однако практика показывает, что для нормального учебного процесса этого недостаточно. Необходим дополнительный объем учебного инфор- мационного материала, с помощью которого до обучаемого могли бы быть доведены осо- бенности информационной базы, содержащейся в тезаурусе образовательной области. При этом содержание, объем и вид такого материала должны варьироваться в зависимости не только от специфики образовательной области, но и от индивидуальных особенностей кон- кретного контингента учащихся. Здесь речь идет о сопровождающих любой учебный курс описаниях, пояснениях, примерах, демонстрациях и пр.
Необходимо дополнение элементов иерархической структуры различными ин-
формационными объектами, построенными по принципам гипермедиа. Говоря более точно, каждая вершина иерархической структуры должна иметь некоторое дополнение.
В качестве дополнений педагог, создающий ЭСО, собирает электронные материалы, в роли которых могут выступать компьютерные файлы практически всех известных информа- ционных форматов и содержать в себе простой или форматированный текст, рисунки, схемы,
таблицы, диаграммы, фотографии, аудио- или видеозаписи, вопросы или варианты ответов тестов и пр. Наличие или отсутствие "присоединенных" файлов никак не отражается на структуре понятий, представленной в виде иерархии, но в совокупности с ней представляет собой систему необходимых информационных компонентов для создания ЭСО.
Содержимое присоединенных файлов используется во время обработки иерархической структуры при компоновке содержания гипертекстовой или гипермедиа-страницы электрон- ного средства обучения, соответствующей данному понятию иерархии.
Ключевым моментом описываемой примерной технологии создания ЭСО является упоминавшаяся выше возможность обработки иерархических структур понятий образова- тельной области. Такая обработка основана на последовательном обходе вершин иерархии и создания для каждой вершины гипертекстовой или гипермедиа-страницы ЭСО.
Целесообразнее всего использовать рекурсивный левосторонний нисходящий обход
вершин дерева. Порядок просмотра вершин педагогом-разработчиком в некоторых случаях может оказаться важным для пользователя, поскольку он задает очередность построения ин- формационных страниц (например, информационных статей гипертекста) ЭСО, конструи- руемого в ходе обработки тезауруса образовательной области.
Частично теоретические аспекты и виды обходов иерархий были изложены в предыду- щем параграфе настоящего Интернет-издания. Здесь же следует конкретизировать, что лево- сторонний нисходящий обход подразумевает, что обработка всех вершин иерархии начнется с корневой вершины, затем будет осуществлен переход к сыновьей вершине, находящейся в самом первом гнезде (гнезда нумеруются в порядке их построения и присоединения к ним сыновних вершин при создании дерева). Далее снова будет осуществлен переход к первому сыну и, соответственно, спуск на еще один уровень иерархии. Такой процесс спуска (перехо- дов к сыновним вершинам) будет продолжаться до тех пор, пока в качестве очередной обра- батываемой вершины не окажется лист дерева и очередной переход к вершине более низкого уровня станет невозможным. В этом случае осуществляется подъем на один уровень вверх
(переход к родительской по отношению к листу вершине) и спуск к вершине, уточняющей

114
теперь уже второе гнездо. После этого, процесс левостороннего спуска продолжается уже для этого поддерева.
Алгоритм левостороннего нисходящего обхода элементов иерархии легко пояснить на двух достаточно простых примерах. Рассмотрим две иерархии, уже использованных ранее в примерах-иллюстрациях. На рисунке они помечены как И-1 и И-2. При левостороннем нис- ходящем обходе вершины иерархии И-1 будут обработаны в следующей очередности: A-B-
D-F-H-G-C-E. Согласно этим же принципам вершины иерархии И-2 будут обработаны в по- рядке: A-B-D-F-H-C-G-E.
Основными средствами обучения (созданными на основе применения одной и той же описываемой технологии информационного интегрирования) являются традиционные "бу- мажные" и электронные учебники, учебные пособия, электронные и обычные текстовые до- кументы, Интернет и Интранет-сайты педагогического назначения, интерфейсные и содер- жательные компоненты педагогических программных средств, учебные информационно- поисковые системы и другие средства, многие из которых относятся к ЭСО.
Благодаря обработке древовидных структур создаваемые информационные страницы
ЭСО автоматически снабжаются требуемой системой гиперссылок. Объединение созданных в результате обработки иерархии вершин образует "полуфабрикат" требуемого средства обу- чения, унифицированный относительно специфики содержания образовательной области и нюансов методических систем обучения разным дисциплинам. Такой "полуфабрикат" требу- ет лишь незначительной "ручной" доработки перед непосредственным использованием в процессе информатизации различных видов образовательной деятельности.
Разработка информационного наполнения, дополняющего вершины иерархических структур в ходе реализации описываемой технологии создания ЭСО (информационного ин- тегрирования), может производиться на основе комплексного использования современных мультимедиа-технологий.
Следует учитывать, что средства, используемые для конструирования мультимедийной дополнительной информации, конкретизирующей иерархии, должны предоставлять возмож-

115
ность работы с текстом, числовой информацией, графикой, изображениями, звуком, видео,
анимацией, и т.д. Проблема создания и дальнейшего сопровождения мультимедийных средств обучения осложняется многообразием используемых при разработке программно- технических средств и инструментариев. Не менее сложной проблемой является "нестыков- ка" мультимедийных фрагментов, как по логике построения, так и по технике организации диалога с обучаемым, появляющаяся при отсутствии единой схемы, в рамках которой проек- тировались бы различные мультимедийные дополнения. Даже различное использование управляющих клавиш, кнопок и их расположение на экране вызывает дискомфорт и потерю эффективности обучения при переходе обучаемого от одного содержательного фрагмента к другому.
Вернемся к графам и иерархиям, описывающим содержательное наполнение ЭСО.
Очевидно, что такие графы и деревья тесно связаны с описанным ранее гипертекстом. Дело в том, что структуру любого гипертекста графически можно представить в виде графа, узлы которого содержат текстовые описания объектов, а ребра указывают на существование связи между объектами и позволяют определить тип связи.
По отношению к гипертексту вершинами графа являются объекты, на которые в гипер- тексте предусмотрены информационные статьи, а в качестве ребер графа выступают ссылки на соответствующие информационные статьи. На рисунке приведен пример графа, описы- вающего отношения между шестью абстрактными объектами гипертекста A, B, C, D, E, F.
Согласно данной схеме и должна быть построена система ссылок между шестью информа- ционными статьями гипертекста.
Из указанного рисунка следует, что в содержании информационной статьи об объекте
А обязательно содержится не менее одной ссылки на информационные статьи об объектах В,
D и F. В статье об объекте B обязательно найдутся ссылки на статьи о C, A и E и т.п. Подоб- ные схематические представления графов-тезаурусов вполне могут являться руководством для разработчиков по конструированию гипертекста или же, наоборот, служить путеводной схемой-указателем при обходе и изучении пользователем информационных статей гипертек- ста в ЭСО.

116
Все ЭСО, разрабатываемые в рамках описываемой технологии, могут быть отнесены к классу гипермедиа. Более того, определен специализированный принцип размещения ин- формации в гипермедиа средствах обучения. Данный принцип также является неотъемлемой частью технологии информационного интегрирования и используется в ходе обработки ие- рархических систем понятий.
Иерархии понятий, снабженные глоссарием (алфавитным списком), комментариями и дополнительной гипермедиа-информацией, как было показано выше, являются тезаурусами образовательных областей. Такой тезаурус практически полностью совпадает с тезаурусом гипертекстовой системы: в обоих случаях мы имеем дело с множеством понятий, связей ме- жду ними и некоторой дополнительной информацией.
В связи с этим, процесс получения гипертекстового электронного средства обучения (и даже традиционного "бумажного" учебника) может быть сведен к достаточно формализо- ванному процессу обхода иерархической структуры с созданием для каждой вершины дерева
(понятия тезауруса) соответствующей информационной статьи, содержащей гиперссылки согласно ребрам иерархии (связи между понятиями тезауруса) и информацию, представлен- ную в дополнительных файлах. В этом случае, согласно определенным выше правилам по- строения гипертекста, название вершины иерархии должно совпадать с заголовком тезаурус- ной статьи гипертекста, который, в свою очередь должен быть идентичен наименованию со- ответствующей информационной статьи ЭСО.
Гипермедиа-средства обучения, получаемые с помощью такой технологии, обладают и многими другими важными свойствами, неотъемлемыми для гипертекстовых систем. В ча- стности, при построении и редактировании иерархии и алфавитного списка возможно ис- пользование ничем не ограниченных названий для определения понятий образовательной области. В качестве них могут выступать слова, фразы и даже полные, законченные по смыслу предложения. В этом случае именно эти "многословные" названия вершин будут ис- пользованы для заголовков тезаурусной и информационной статей.
Индексирование гипертекстового средства обучения сопровождается расстановкой со- ответствующих гиперссылок, что не только способствует единообразию средств информати- зации, но и значительно упрощает поиск информации, необходимой для обучаемого.
Кроме описанных стандартных требований, накладываемых на любой гипертекстовый документ, создаваемые таким образом ЭСО подчиняются еще и специализированным требо- ваниям, соблюдение которых происходит автоматически при обработке иерархий педагога- ми. В частности, в электронном гипермедиа-средстве обучения наряду с информационными страницами и, возможно, индексом должна присутствовать страница со структурой содержа- тельного наполнения средства обучения, так называемая карта, которая представляет собой иерархию заглавий всех страниц ЭСО или структурированное оглавление. При этом каждый элемент такой иерархии должен являться гиперссылкой на соответствующую страницу раз- рабатываемого средства обучения.
При построении гипермедиа-средств обучения регламентированы особенности по- строения и всех остальных страниц подобных средств. В заглавии каждой гипертекстовой или гипермедиа-страницы публикуется имя соответствующей вершины иерархической структуры, являющееся элементом тезауруса образовательной области. Все гиперссылки,
предназначенные для навигации по ЭСО должны быть сгруппированы на экране компьютера в три основные группы.
Первая из них (группа "родителя") содержит единственную гиперссылку на страницу,
соответствующую вершине-родителю по отношению к данной вершине-странице. Иначе го- воря, эта группа содержит гиперссылку на страницу, посвященную объемлющему понятию.
Тот факт, что данная группа всегда содержит только одну гиперссылку, обусловлен ранее описанными особенностями организации данных в виде дерева-иерархии, когда каждая вер-

117
шина может иметь не более одного родителя. Из этого следует, что группа "родителей" ни- когда не может оказаться пустой (это противоречило бы свойству связности дерева), за ис- ключением, возможно, самой первой, основной титульной страницы гипертекстового сред- ства информатизации, хотя и она, как правило, содержит ссылки на другие, более объемлю- щие по смыслу электронные документы или сайты.
Вторая группа (группа "сыновей") содержит гиперссылки на страницы, содержание ко- торых уточняет или дополняет содержание текущей страницы. В иерархической структуре понятий таким гиперссылкам соответствуют вершины-потомки, для которых данная верши- на является родительской. Такое выделение гиперссылок порождает достаточно удобную методологию просмотра гипертекстовых страниц, когда обучаемый не переходит к рассмот- рению материала более низкого уровня, если содержание текущей гипертекстовой информа- ционной статьи его не заинтересовало или оказалось для него известным, и, наоборот, в слу- чае если материал гипертекстовой статьи оказался полезным или интересным для пользова- теля, он может воспользоваться явно прописанными и сгруппированными заголовками ги- пертекстовых статей, содержащих более подробный материал по данному информационному направлению. Возможны ситуации, когда группа "сыновей" не содержит ни одной гипер- ссылки. Пустота данной группы свидетельствует о достижении обучаемым листа соответст- вующей гипертексту иерархии. Иначе говоря, для содержания гипертекстовой статьи,
имеющей пустое множество гиперссылок в группе "сыновей", уточняющего или дополняю- щего материала в данном гипертексте не предусмотрено.
И, наконец, третья группа (группа "братьев") гиперссылок указывает на страницы, ин- формация которых имеет такой же, как и у данной страницы, смысловой уровень, что соот- ветствует вершинам-братьям в электронной иерархии. Иначе говоря, такая группа содержит перечисление заголовков гипертекстовых статей, содержащих по отношению к просматри- ваемой в настоящий момент странице, аналогичный по смыслу материал или материал на родственную "тематику". Таким образом, чтобы ознакомиться со всеми понятиями - пред- ставителями данного уровня иерархии, обучаемому достаточно последовательно просмот- реть все "страницы-братья", на которые указывают гиперссылки из третьей группы. Группа "братьев" не может оказаться пустой, так как она всегда, как минимум, содержит одну осо- бым образом отмеченную гиперссылку на саму просматриваемую в данный момент страни- цу. Благодаря этому, обучаемый получает дополнительную информацию о том, какое поло- жение занимает просматриваемая им страница в смысловой иерархической системе "роди- тель"-"братья"-"сыновья".
Подобное распределение гиперссылок на страницах генерируемого ЭСО позволяет го- ворить о существовании принципа динамического изменения гиперссылок при переходе от одной гипертекстовой страницы к другой. При изменении смыслового уровня (по отно- шению к смысловому порядку, задаваемому исходной иерархией понятий), связанному с пользовательскими переходами между страницами гипертекста, меняется и визуализирован- ная на экране система гиперссылок: в ней по-прежнему выделены три указанных выше груп- пы, но сами гиперссылки или перемещаются между группами, или исчезают с экрана как не имеющие отношения к данному смысловому уровню. Так, например, при переходе по любой из гиперссылок группы "сыновей", гиперссылка из группы "родителя" замещается на гипер- ссылку на только что просмотренную гипертекстовую страницу, гиперссылки группы "братьев" замещаются на множество гиперссылок, которые до перехода высвечивались в группе "сыновей". В свою очередь, группа "сыновей" полностью обновляется в соответствии со структурой соответствующего поддерева иерархии, связанного с вершиной, являющейся образом тезаурусного понятия, смысл которого раскрыт в текущей информационной статье гипертекста.
Использование подобного принципа в создании электронных средств обучения позво- ляет учащемуся легко ориентироваться в предлагаемой ему информации: изучая конкретный материал, он может в случае необходимости детализировать его, просмотреть описание ана-