Применение концептуальных диаграмм, концепт карт, карт ума и визуальных метафор для визуализации педагогических объектов. Концепт-карты

Согласно одному из определений, знания - это данные, способные к воспроизводству, то есть структурированные и ассоциативно связанные между собой. Известно, что хорошее методическое представление, удачная графическая интерпретация позволяют легко усвоить сложный материал. Эффективная визуализация стимулирует работу памяти, позволяет увидеть суть проблемы, выявить в наборе данных новые знания. Одним из средств визуализации знаний является построение концепт-карт.

Concept mapping - это технология визуализации взаимоотношений между различными концептами (concepts), понятиями, идеями, представлениями. Пример концепт-карты показан на рис. 1. Каждое понятие представлено боксом, а каждая линия связи снабжается фразой привязки: «известен как…», «является», «приводит к…», «требуется для…», «вносит вклад в…». Подобная привязка вскрывает логическую структуру рассматриваемого комплексного объекта.

Рис. 1. Концепт-карта, построенная с использованием программы CmapTool

Концепт-карты позволяют проследить преемственность идей, выявить развитие концепций, которые генерируются учеными, принадлежащими к разным научным школам и сообществам (рис. 2).

Рис. 2. Пример преемственности идей, реализованных в работах Пейперта
(источник - Евгений Потаракин (Letopisi.ru))

Близким к понятию concept mapping (концепт-карты) является термин mind mapping (карты памяти). Иногда эти термины используют как синонимы. Однако обычно под картами памяти понимают иерархические структуры, а под концепт-картами - произвольные, но это деление условно, тем более что ПО, которое относят к классу concept mapping или mind mapping, как правило, позволяет решать обе задачи.

Если в английском языке применяют два термина - concept mapping и mind mapping, то в русском можно встретить множество вариантов перевода: «карты памяти», «карты разума», «карты мысли», «интеллект-карты», «концепт-карты», «карты концепций».

Считается, что техника concept mapping была разработана Джозефом Новаком (Joseph D. Novak) в Корнелльском университете в 1970-е годы как средство интенсификации учебного процесса при преподавании научных дисциплин. Термин появился в рамках течения «конструктивизм», согласно которому обучение должно реализовываться как активный процесс, предполагающий активное конструирование знаний учащимися на основе собственного опыта - не получая идеи, а создавая их. Этот подход основан на конструктивистских теориях Жана Пиаже, которому, в частности, принадлежит высказывание: «Ребенок есть зодчий собственного интеллекта».

Концепт-карты, или карты памяти, активно используются в образовании и бизнесе. Перечислим лишь некоторые сферы их применения:

• краткое изложение проблемы;
• выявление знаний;
• выявление концепций, взаимодействий иерархий из анализа источников;
• генерирование новых знаний;
• трансформация скрытых знаний в явные структурированные;
• сохранение данных в ассоциативных связях;
• моделирование совместных групповых знаний;
• обмен мнениями по прогнозам, тенденциям в рабочих группах;
• способ запоминания при изучении тех или иных явлений;
• глубокое освоение материала;
• коллективное развитие идей;
• мозговой штурм (брейнсторминг);
• анализ структуры комплексных идей;
• выстраивание цепочек аргументации, выявление нарушения аргументационной логики (ошибки, разрывы, пропуски и т.п.);
• изучение механизмов познания;
• обучение ораторскому искусству.

На рынке предлагается целый ряд программ класса concept mapping, причем бесплатные версии подчас обладают не менее развитой функциональностью, чем платные. Некоторые из описываемых программ можно загрузить с прилагаемого к журналу CD-диска.

FreeMind

Разработчик: коллективный проект

Работа под управлением: платформонезависимое приложение, требуется Java-машина

Способ распространения: GPL

Цена: бесплатно

FreeMind - это популярный продукт класса mind mapping, написанный на языке Java, который служит для построения и визуализации баз знаний (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Пример структурирования компьютерных знаний
с помощью FreeMind

Рис. 4. Пример структурирования знаний в области лингвистики
с помощью FreeMind

Программа может использоваться в следующих областях:

• управление проектами (включая создание структуры подзадач, анализ состояния подзадач и отслеживание времени их исполнения);
• представление структуры проекта (ссылки на необходимые файлы, исполняемые модули, исходные коды, источники информации и т.п.);
• средство проведения интернет-исследований (структуризация результатов поиска);
• организация хранения коллекции небольших записей со структурой ссылок;
• средство брейнсторминга (программа позволяет показать цветом какая ветвь рассуждений открыта, закрыта, не получила развития и т.п.);
• организация небольшой базы данных, которая удобна в случае, если структура данных динамично меняется, или в случае, когда эта структура заранее не известна;
• создание комментированных интернет-закладок (internet favorites).

Основной недостаток применения данного приложения в сравнении с традиционным подходом к организации баз данных состоит в том, что FreeMind имеет небольшие возможности по созданию запросов к базам данных. Последняя версия FreeMind 0.8.0 вышла в 2005 году.

Xebece

Разработчик: коллективный проект

Работа под управлением: платформонезависимое приложение

Способ распространения: GPL

Цена: бесплатно

Xebece - это многофункциональная программа для визуализации и организации знаний. Слоган проекта: «Визуализируй и организуй информацию легко» (Visualize and organize information easily).

Программа существует довольно давно - она разрабатывалась в рамках open source-проектов Calientra и Ontographics.

Xebece можно использовать для построения насыщенных презентаций, которые позволяют изложить материал компактно и наглядно. Приложение дает возможность дополнить лекции схемами и показать внутреннюю взаимосвязь явлений и событий. Оно идеально подходит для проведения курсов и тренингов (рис. 5 и 6).

Рис. 5. Пример построения базы знаний по истории

Программу также удобно использовать для организации структурированного хранения документов. Схемы, генерируемые с помощью Xebece, - это не просто картинки. Вы можете помещать на них PDF-файлы или изображения. Файл, генерируемый Xebece (*.cal), инкапсулирует все присоединенные документы.

Рис. 6. Пример построения базы знаний по астрономии

С помощью Xebece удобно проводить мозговой штурм. Возможность интеграции каталогов, создание XML-документов позволяют перевести результаты мозгового штурма в бизнес-материалы, удобные для анализа.

И наконец, главное назначение Xebece - это построение моделей знаний. Программа помогает оптимизировать сбор и представление информации, визуализацию знаний и обмен мнениями, обеспечивая коммуникацию при составлении моделей.

CmapTools

Разработчик: IHMC

Работа под управлением: Windows, Mac OS X, Linux, Solaris

Способ распространения: freeware

Цена: бесплатно

Основным назначением приложения CmapTools является стимулирование сотрудничества и обмена мнениями при создании моделей знаний (knowledge models), базирующихся на концепт-картах (cmaps). Навигация на сайте программы (рис. 7) осуществляется именно по концепт-карте.

Рис. 7. Схема навигации на сайте IHMC CmapTools

Работать с программой очень удобно: каждый новый бокс генерируется простым щелчком мыши в любом месте поля. Появившийся бокс уже содержит заготовки под стрелки (рис. 8), которые можно растянуть до любой точки экрана, где автоматически появится новый бокс. При вытягивании стрелки на ней также автоматически генерируется поле, которое требует заполнения для определения назначения данной связи. Любой бокс можно произвольно перетаскивать по рабочему полю. Имеются инструменты для масштабирования, форматирования и пр.

Рис. 8. Принцип работы CmapTools

Возможность подключения мультимедийных файлов позволяет создавать весьма сложные концепт-карты. Пользователь может устанавливать ссылки на другие типы ресурсов (изображения, видео, звук, текст), которые помогают объяснить то или иное понятие (рис. 9).

Рис. 9. Возможности CmapTools по добавлению мультимедийных данных

Программная среда CmapTools дает пользователям возможность выявлять глубинную структуру знаний.

Клиентская программа CmapTools может работать как независимое приложение, позволяющее пользователю конструировать концепт-карты и хранить их, организовывать связи между картами, печатать их и т.п. Однако главной особенностью CmapTools является серверная часть программной среды, которая позволяет осуществлять разработку коллективных моделей знаний. Комплексные знания могут быть представлены совокупностью отдельных концепт-карт. Программа обеспечивает объединение подобных кластеров и навигацию между ними.

Совместная работа построена на базе инструмента, позволяющего осуществлять коллективное согласованное редактирование концепт-карт многими пользователями так, чтобы они могли видеть изменения, вносимые другими пользователями в реальном времени. Средства коллективного обсуждения, реализованные в продукте, позволяют организовать сотрудничество наиболее продуктивно.

Система контроля доступа CmapTools дает возможность вести коллективную работу, делегируя разные права доступа участникам рабочих групп.

Поскольку World Wide Web (WWW) - это наилучший способ донести информацию до широкой аудитории, CmapTools позволяет автоматически конвертировать Cmaps в HTML. В CmapServer есть WWW Server, который предоставляет HTML-версии концепт-карт.

Mindjet MindManager Pro 6

Разработчик: Mindjet

Работа под управлением: Windows, Mac

Способ распространения:

Цена: скачиваемая версия - 299 евро

Mindjet MindManager Pro 6 - это коммерческий продукт, предназначенный для решения бизнес-задач. Программа позволяет трансформировать идеи, генерируемые в процессе брейнсторминга, отражать стратегические планы, представлять бизнес-планы, помогает группе сотрудников работать четче, быстрее и с лучшей координацией. Продукт расширяет основную Cmap-функциональность, комбинирует ее с инструментами коллективной разработки, средствами обмена информацией и администрированием, делает удобным коллективное обсуждение вопроса (рис. 10).

Рис. 10. Пример использования
MindManager Pro 6 во время совещания

Программа имеет простой интерфейс, функция drag-and-drop позволяет произвольно переставлять боксы и быстро создавать планы и карты (рис. 11).

Рис. 11. Принцип работы MindManager Pro 6

Инструменты MindManager Pro 6 дают возможность создавать насыщенные иллюстративным материалом презентации, отображать взаимосвязи между идеями разными линиями и цветами, выделять важные идеи цветом, группировать боксы, вставлять иконки и изображения (рис. 12).

Рис. 12. Возможности MindManager Pro 6 по оформлению данных

С помощью программы можно создавать презентации, позволяющие быстро доносить информацию до аудитории. Интеграция с такими приложениями Microsoft Office, как Word, PowerPoint, Excel, Outlook, Project и Visio, позволяет представить контент наиболее удачным образом (рис. 13).

Рис. 13. Возможности MindManager Pro 6 по интеграции
с приложениями Microsoft Office

Программа позволяет также представить карты в HTML-виде и опубликовать их в интранете или на web-сайте.

TheBrain

Разработчик : TheBrain LLP

Работа под управлением: Windows (все версии)

Способ распространения: shareware (ознакомление в течение 21 дня)

Цена: PersonalBrain - 79,95 долл.; цену на корпоративную версию можно узнать у производителя

TheBrain - система организации информации, позволяющая связывать файлы, документы и web-страницы, иллюстрирующая их взаимосвязь и создающая среду для коллективной работы.

Если традиционное дерево директорий фокусируется на разделении данных по папкам, ограничивает данные жесткой иерархической структурой и не позволяет отображать более сложные структуры, которые встречаются в реальной жизни, то TheBrain, напротив, предоставляет возможность ассоциативного хранения данных. Любая часть данных может быть связана с другими ассоциативной связью. Гибкость установления связей является основным преимуществом приложения.

Отдельные элементы в системе TheBrain носят название thoughts (мысли), они могут представлять собой файлы, web-страницы, записи базы данных и т.п. TheBrain организует данные вокруг некоторой «мысли», окружая ее ассоциативными «мыслями». Щелчок мыши по «мысли» приводит к тому, что текущая «мысль» перемещается в центр рабочего экрана, при этом рабочая «мысль» автоматически обрастает веером новых ассоциативных «мыслей» (related thoughts). Именно таким образом построена навигация на сайте http://www.thebrain.com/ (рис. 14).

Рис. 14. Схема навигации на сайте TheBrain в виде концепт-карты

Таким образом, навигация и отображение ассоциативных «мыслей» осуществляются одним щелчком мыши.

Версия для индивидуального использования доступна для скачивания и позволяет создавать персональные концепт-карты. Корпоративная версия BrainEKP (Enterprise Knowledge Platform) может быть получена при обращении к разработчику.

По словам разработчиков, основным назначением BrainEKP является устранение так называемого кризиса знаний (knowledge crisis) в современных корпорациях, который заключается в постоянно возрастающей потребности в автоматизации накапливающихся знаний. BrainEKP предоставляет корпорациям возможность утилизировать неиспользуемый интеллектуальный капитал, интегрируя информацию из разных хранилищ данных, например с web-сайтов, из баз данных и т.п. (рис. 15).

Рис. 15. Структура BrainEKP

Microsoft Visio

Разработчик : Microsoft

Работа под управлением: Windows

Способ распространения: shareware

Цена: 5498,47 руб. (в интернет-магазине allsoft.ru)

Microsoft Office Visio - это популярное приложение, позволяющее визуализировать концепции, идеи и проекты, осуществлять обмен различной информацией в рабочих группах. Обладая широким набором инструментов, Microsoft Visio, конечно же, предоставляет специализированные инструменты для создания концепт-карт и проведения мозгового штурма (рис. 16).

Рис. 16. Пример использования Microsoft Visio для поддержки
мозгового штурма

При построении схем программа позволяет использовать фотографии (рис. 17).

Рис. 17. Возможность использования
фотографий для построения концепт-карт в Visio

Для ускорения процесса создания концепт-карт в программе имеется целый ряд специальных пиктограмм (табл. 1). Коллекции клипартов на сайте http://office.microsoft.com/clipart делают процесс построения концепт-карт в Visio еще более оперативным.

Таблица 1. Пиктограммы в Microsoft Visio

	Назначение
	Группировка идей
	Связи между идеями, концепциями или действиями
	Сомнение или требование продолжения исследования
	Вовлекаемые денежные ресурсы
	Популярность идеи (или позитивная реакция)
	Негативная реакция
	Требование в принятии решения

Приложение позволяет не только зафиксировать все идеи в виде блоков и системы связей, но и объединить различные элементы схемы. Для этого используются полупрозрачные облака (рис. 18).

Рис. 18. Пример применения полупрозрачных элементов для группировки идей

Aibase

Разработчик : Aibase Creative Software

Работа под управлением: Windows

Способ распространения: shareware

Цена: 64 долл.

Основная цель проекта Aibase - построение платформы для исследования знаний.

Приложение Aibase - это средство структурирования концепций и идей для креативной работы, обучения, решения задач и управления проектами. Его можно использовать для построения моделей знаний, поддержки мозгового штурма, проведения тренингов, оформления лекций и просто в качестве векторного редактора.

Быстрая навигация, выделение концепций цветом, автоматическое создание документов, представление сложной информации в виде наглядных структур - все это позволяет анализировать сложные задачи в кратчайшие сроки.

В Aibase для организации данных используют разные подходы: таблицы, фигуры, уравнения, анимации, гиперссылки, комментарии, коллапсирующие древовидные структуры (collapsible trees) и др. Все эти функции создают мощную платформу для построения сложных структур, которые можно отображать не только в двумерном или трехмерном виде, но и изменяющимися во времени. Схема, показанная на рис. 19, дает представление о возможностях инструмента.

Рис. 19. Возможности Aibase по оформлению концепт-карт

3D Topicscape

Разработчик : 3D-Scape Limited

Работа под управлением: Windows

Способ распространения: shareware (ознакомление в течение 21 дня)

Цена: 149 долл.; на момент написания статьи действовала льготная цена - 49 долл.

3D Topicscape - это инструмент, совмещающий механизмы concept mapping mind mapping и 3D-представление данных. Работу приложения наглядно иллюстрирует рис. 20, на котором показана визуализация базы данных дизайнера-ювелира. Коллекция изображений ювелирных изделий представлена в виде трехмерных диаграмм, открывающих доступ к большому набору категорий.

Рис. 20. Главная структурная карта, созданная с помощью 3D Topicscape

Каждая модель классифицируется по внешнему виду, типу камня, рынку, на котором она может быть реализована, и т.п. Информацию можно структурировать более детально по тому или иному направлению. Например, на рис. 21 показана детализация по материалу изготовления (драгоценные камни, полудрагоценные, вид металла оправы и т.п.).

Рис. 21. Деление моделей по типу используемого материала

После выбора модели по цепочке параметров можно получить изображение конкретной модели (рис. 22).

Рис. 22. Изображение конкретной модели

Таким образом, конкретное изделие можно найти не только по ключевому слову, но и по концептуальной цепочке, например кольцо для женщины с золотой оправой с топазом из такой-то коллекции.

Мы рассмотрели пример применения 3D Topicscape, при этом следует отметить, что программа не имеет привязки к какой-то одной профессиональной области, а может быть использована в различных областях деятельности.

AXON Idea Processor

Разработчик : AXON Research

Работа под управлением: Windows

Способ распространения: shareware

Цена: см. табл. 2

Приложение Axon Idea предоставляет пользователям среду для поддержки мыслительного процесса. Объекты и ссылки могут отображаться в трехмерном виде (рис. 23). Программа дает широкие возможности по оформлению концепт-карт (рис. 24).

Рис. 23. Возможности AXON Idea Processor по представлению данных в 3D

Большое количество вариантов объектов и элементов форматирования позволяет строить сложные схемы (см. рис. 24).

Рис. 24. Возможности AXON Idea Processor по оформлению концепт-карт

В программе есть средства для организации идей в виде схем и таблиц, можно создавать тексты, генерировать вопросники, побуждающие к исследованию текста, добавлять слайд-шоу и т.п.

Приложение позволяет оформлять концепции и идеи, анализировать комплексные проблемы, наглядно представлять сложные иерархические структуры (рис. 25).

Применение концептуальных диаграмм, концепт карт, карт ума и визуальных метафор для визуализации педагогических объектов

Рапуто А.Г.

Application of conceptual diagram"s, concept-maps, mind maps and visual metaphors for visualization of pedagogical objects

Аннотация . Описаны принципы обучения с использованием специализированных компьютерных программ по визуализации знаний Freemind, Let’s focus, Cmaptools и Microsoft Office Visio. Представлен сравнительный анализ применения в учебном процессе четырех компьютеризированных методов визуализации – концептуальных диаграмм, концепт-карт, карт ума и визуальных метафор.

Ключевыеслова: образовательный процесс, визуализация знаний, компьютеризированные методы визуализации, концептуальные диаграммы, концепт-карты, карты ума, визуальные метафоры.

Abstracts. Principles of training with use of specialized computer programs on visualization of knowledge Freemind, Let’s focus, Cmaptools and Microsoft Office Visio are described. The comparative analysis of application in educational process of four computerized methods of visualization - conceptual diagram’s, concept-maps, mind maps and visual metaphors is presented.

Keywords: educational process, visualization of the knowledge, the computerized methods of visualization, conceptual diagram’s, concept-maps, mind maps, visual metaphors.

В разных сферах педагогической науки ведутся поиски эффективных подходов, способных существенно повысить интенсивность образовательного процесса. Одним из таких подходов является визуализация учебных знаний как часть визуализации дидактических объектов . Спектр инновационных научных и методических разработок, связанных с изучением визуализации дидактических объектов направлен на решение актуальных педагогических задач формирования и развития у педагогов и учащихся навыков зрительного восприятия учебного материала; образного, в частности визуального, мышления; композиционного мышления, образного представления знаний и учебных действий; передачи знаний и распознавания образов в процессе взаимодействия субъектов образования; повышения визуальной грамотности и визуальной культуры.

В настоящее время в образовании перспективной представляется применение когнитивной визуализации педагогических объектов .Под это определение фактически подпадают все возможные виды визуализации педагогических объектов, функционирующие на принципах концентрации знаний, генерализации знаний, расширения ориентировочно-презентационных функций наглядных дидактических средств, алгоритмизации учебно-познавательных действий, реализуемая в визуальных средств.

В данной работе анализируется опыт использования методов когнитивной визуализации, подкрепленных компъютерными технологиями. Благодаря своим универсальным качествам эти методы реализованы в виде конкретных программных продуктов, облегчающих процесс обучения и делающих обучение продуктивным и личностно-ориентированным.

Знания - это обогащенная информация, находящаяся в интеллектуальной образовательной системе, где ценность добавляется через опыт, контекст, интерпретацию и личное отношение. Знание - это способность действовать. Знанием является проверенный практикой результат познания действительности, её отражение в сознании человека

Визуализация знаний использует наши врожденные способности по эффективной обработке визуальных изображений и предназначена для улучшения или реализации передачи знаний, для стимулирования когнитивных процессов в образовательном процессе, связывания новых образов или понятий с уже известными и понятными образами и понятиями. Визуализация знаний позволяет улучшить решение большого круга проблем, таких как комптактное изложение проблемы; выявление новых знаний; поиск концепций; создание новых знаний; преобразование неявных знаний в явные структурированные знания; хранение информации в ассоциативных связях; интенсивный обмен мнениями в рабочих группах; запоминаемость; углубленное усвоение учебного материала; исследование структуры сложных идей; правильное аргументирование; оценка результатов обучения

Основные, наиболее распространенные и имеющие компьютерную реализацию методы визуализации: 1 – концепт-карты (concept-maps) , 2 - концептуальные диаграммы (conceptual diagrams), 3-. карты ума (mind maps), 4 - а также визуальные метафоры, компьютеризованному созданию которых в настоящее время уделяется все большее внимание.

1. Концепт-карта является графическим инструментом для организации и представления знаний. Концепт (согласно Д. Новака ) есть ментальный образ предмета, объекта или абстрактной идеи. Концепт-карты помогают показать, как человек видит взаимоотношения между вещами, идеями, людьми. Концепт-карты есть графы, причём узлам графа (т.е., точкам) соответствуют понятия, а рёбрам графа соответствуют связи между понятиями.

2. Карты ума являются многокрасочными, радиальными рисунками, которые представляют в иерархическом виде семантические и другие соотношения между элементами изучаемого материала.

3. Концептуальная диаграмма предназначена для описания сложного абстрактного концепта в предопределенных категориальных блоках со специальными взаимоотношениями, обычно основанными на теории моделей и служат для описания качественной информации.

4. Визуальная метафора - это - графическая структура, использующая графические форму и элементы легко узнаваемого естественного или рукотворного объекта (или легко распознаваемого действия или сюжета), для облегчения понимания и использования ассоциаций, связанных с изображением и для передачи дополнительной информации о смысле сообщения

Эти концептуальные методы визуализации знаний должны удовлетворять пяти принципам:

2. Визуализации знаний: они преобразуют ситуации или временные последовательности в реальные графические формы.

3. Агрегирования знаний: визуализация объединяет множество отдельных данных в обозримые элементы.

4. Извлечения знаний: обладание механизмами, делающих неявные знания явными.

5. Руководства к действиям: возможность представление пошагового метода понимания сути проблемы.

Сравнительное описание четырех современных методов визуализации учебного знания дано в таблице 1

Таблица 1. Сравнение четырех методов визуализации знаний

Концепт-карты	Карты ума	Концептуальные диаграммы	Визуальные метафоры
Определение метода
Концепт-карта является диаграммой, показывающей соотношения между концептами, включая пересекающиеся связи между концептами и их семантику. Семантика связей поясняет взаимоотношения между концептами.	Карты ума являются многокрасочными, радиальными рисунками, которые иерархически представляют семантические и другие соотношения между элементами изучаемого материала	Концептуальная диаграмма предназначена для описания сложного абстрактного концепта в предопределенных категориальных блоках со специфическими взаимоотношениями, концептуальные диаграммы служат для описания качественной информации.	Визуальная метафора – это графическая структура, использующая графические формы и элементы легко узнаваемого естественного или рукотворного объекта (или легко распознаваемого действия или сюжета), для облегчения понимания и использования ассоциаций, связанных с изображением и для передачи дополнительной информации о смысле сообщения.
Основная функция или преимущества метода визуализации
Показывает отношения концептов низшего уровня c основным концептом	Творчески и непрерывно показывает подтемы материала	Производит анализ учебной темы или ситуации с помощью предустановленного аналитического каркаса	Образно и выразительно представляет содержание сообщения и улучшает понимание его смысла
Стандартная область применения метода визуализации
Обучение в классной комнате, самообучение	Составление персональных заметок и обзоров	Презентации со слайдами, иллюстрации к тексту, обсуждения темы	Книжные иллюстрации, выводы, показ неопытным специалистам
Руководство по применению
Используются в качестве средства поддержки обучения студентов, для суммирования ключевых тем курса или пояснения отдельных его элементов, примеров или абстрактных концепций	Используются для предварительного анализа идеи, или для иерархического структурирования основного содержания курса или темы	Используются для структурирования сложных тем с помощью предварительно определенных категорий	Используются для запоминания ключевых элементов учебного материала путем значимого расположения их изображений в пределах подходящей графической метафоры, имеющей одно или более общих свойств с темой
Основные используемые графические элементы
Блоки и овалы с текстом внутри и помеченные связи со стрелками	Овал с центральной темой и раскрашенные дополнительные ветви и текст над ветвями и пиктограммами	Помеченные блоки и стрелки с текстами (иконками, если нужно)	Текст внутри визуальной структуры, иногда соединенный стрелками
Направление чтения
Вверх-вниз	От центра к периферии	Слева направо или сверху вниз	Снизу вверх, сверху вниз, из центра, от периферии
Основные правила дизайна
Начало (верх) связано с главным концептом, окончание (низ) связано с примерами, блоки и овалы обозначают концепты, стрелки представляют соотношения, возможны перекрестные связи между элементами	Начало связано с основной темой (центр) и созданием ветвей для подтем, используются пиктограммы и цвета для придания дополнительного смысла. Текст пишется поверх ветвей	Помечаются и заполняются соответствующим текстом все блоки. Наибольший блок предназначен для более важной информации	Используйте визуальные метафоры, которые имеют четкий смысл, ассоциирующийся с изображенной концептуальной областью. Используйте метафору с четко очерченной внешней графической формой.
Адаптивность макроструктуры
Гибкая, но всегда расширяющаяся	До некоторой степени гибкая, но всегда радиальная	Форма диаграммы фиксирована	Форма метафоры фиксирована (вариации могут быть в элементах изображения)
Уровень трудности
От среднего к высокому			От среднего к высокому
Свойства. Расширяемость
Ограниченная	Открытая	Ограниченная	Очень ограниченная
Свойства. Запоминаемость
	Средняя	От низкого к среднему
Свойства. Понимаемость
Интернет-адреса фирм, разрабатывающих программы для визуализации знаний
cmap.ihmc.us	www.mindmanager.com	office.microsoft.com	www.lets-focus.com

Четыре метода визуализации могут дополнять друг друга. Концептуальные диаграммы применяются для разработки концепта, для создания и фиксации рисуется карта ума, для обзорной работы дома используются концепт-карты, а визуальные метафоры используются в аудитории для совместной работы по подведению образовательных итогов. В таблице 2 представлен данный дидактический подход, использующий перечисленные четыре взаимодополняющих метода визуализации и описано их применение.

Таблица 2. Педагогическое применение методов визуализации знания

Этапы	Методы	Педагогическое применение
	Концептуальные диаграммы	Новая концепция вводится в аудитории постепенно (или блок за блоком) и итерационно путем заполнения пустой концептуальной диаграммы, процесс заполнения диаграммы происходит совместно с учащимися.
	Карты ума	Во время последовательного объяснения темы и дальнейшей работы над ней студенты делают заметки путем рисования персональных карт ума
	Концепт-карты	Для проверки понимания и запоминания учебного материала студентов просят дома составить концепт-карту и представить эту карту перед началом следующих занятий. Студенты могут использовать вводную концептуальную диаграмму и свой интеллект вместе с перечнем ключевых элементов для дальнейшей структуризации материала с помощью правил составления концептуальных карт
	Визуальные метафоры	Визуальная метафора используется для подведения итогов темы самым запоминающимся и понимаемым образом, метафора представляет все дискуссионные вопросы с помощью броской и самообъясняющей метафорической структуры. Студентам предлагается шаблон в виде бессодержательной визуальной метафоры. Далее они могут добавить изображения обсуждаемых вопросов в свои персональные копии метафоры.

В реализации визуализации нами применялись специализированные программы визуализации знаний, такие как программа Let’s focus (использовались только фоновые шаблоны визуализаций, т.к. в свободной версии программы очень многие опции отсутствуют и нет поддержки кириллицы), свободно распространяемая программа lдля построения концепт-карт Cmaptools (программа полностью работоспособна и адаптирована для работы с кириллицей) и свободно распространяемая программа построения карт ума Freemind, а также общеизвестная программа Microsoft Visio, входящая в пакет Microsoft Office.

В начале изложения учебной темы для структурирования сложного содержания учебного материала применяется концептуальная диаграмма (построенная с помощью программы Microsoft Visio). Данная диаграмма содержит только обозначение концепта, все другие блоки заполняются интерактивно с возможной помощью студентов. Эта диаграмма служит для перевода набросков идей в систематическую форму и имеет хорошо знакомую форму блоковой диаграммы. После первичного обсуждения темы с помощью концептуальной диаграммы приходит время детализации учебного материала. На этой фазе студентами для индивидуальных записей используются карты ума (они строятся с помощью свободно распространяемой программы Freemind). На третьем дидактическом этапе для домашней работы предполагается разработка концепт-карт. Выстраивание собственной мозаики знаний представляет собой довольно трудоемкий процесс. Для облегчения процесса отображения структуры знания и связывания с уже освоенными знаниями и используется техника картирования знаний на основе концепт-карт с применением компьютерной программы Cmaptools. Концепт-карты являются мощным средством визуализации знаний и улучшают такие важные элементы процесса обучения, как:

Объяснение темы.

Подкрепление понимания.

Проверка знаний и выявление неправильно понятого материала.

Сам процесс создания концепт-карт требует от учащихся затраты больших усилий по определению важных концептов и отношений между ними. При этом, и это очень важно, надо иметь в виду, что процесс создания концепт-карт важнее конечного результата - самих концепт-карт.

Конечно, не все учебные темы в равной степени поддаются визуализации с помощью конкретного метода визуализации. Учебный материал может вообще не подходить для визуализации с помощью конкретного метода. Ответ на вопрос о возможности визуализации является неоднозначным.

На четвертом дидактическом этапе обычно подводятся образовательные итоги и используются разрабатываемые учащимися визуальные метафоры (в данном случае для построения визуальных метафор применяется программа Let’sfocus http://de.lets-focus.com, содержащая готовые шаблоны визуальных метафор. Правда, возможности свободной версии этой программы сильно ограничены). При выполнении этой задачи необходимо сразу же отказаться от буквального перевода текстового источника на экран. Необходимо представить фактический учебный материал в композиционном решении, в образной форме с помощью смоделированной ситуации. Нужно завлечь, эмоционально заинтересовать, заинтриговать учащегося изображением на экране. Но так, чтобы доступно, с помощью знакомых образов представить учебную тему.

Заключение

Смешанное, упорядоченное использование четырех компьютеризированных методов визуализации (кратко перечислим преимущества каждого метода: однозначные правила построения концепт-карт, ясность концептуальных диаграмм, простота карт ума, богатство визуальных метафор) наиболее полно раскрывает потенциальные возможности компьютеризированнных методов визуализации. Помимо применения готовых методов визуализации, студенты могут отважиться на создание собственных методов визуального представления и изучения учебного материала. Например, разрабатывать графические шаблоны для визуальнеых метафор.

Литература

1. Манько Н.Н. Когнитивная визуализация дидактических объектов в активизации учебной деятельности. Педагогика и психология. 2009, № 2.

2. Валькман Ю.Р., Майстренко С. А. Метазнания – средство эффективного управления распределенными знаниями корпоративных систем. Десятая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием кии-2006. Обнинск, 25-28 сентября 2006 г.

Рапуто А.Г. Применение концептуальных диаграмм, концепт карт, карт ума и визуальных метафор для визуализации педагогических объектов // Научный электронный архив.
URL: (дата обращения: 25.02.2019).

В последние годы широкую известность приобрели – методика визуального отображения структурированной информации. Тем не менее, в некоторых случаях их применение ограничено. Концепт-карта – это дальнейшее развитие методов визуализации данных, которая позволяет отображать различные понятия и связи между ними.

Что такое концепт-карта

Концепт-карта – это графическое отображение связей между различными идеями или объектами. Она состоит из овалов или прямоугольников (в которых заключены те или иные понятия) и линий, соединяющих их (обозначающих те или иные связи между ними).

Не следует путать концепт-карты с ментальными (интеллект-) картами. Эта методика имеет достаточно строгую, иерархическую структуру. Тогда как концепт-карты скорее напоминают сеть – помимо вертикальных связей, в них также очень легко обозначать и горизонтальные. Это очень важно в таких областях как медицина или программирование.

Концепт-карта создается на основе фокус-вопроса — формулировки, которая задает цель и рамки карты, направляет мышление в сторону решения той или иной проблемы.

Вот как это выглядит:

Для чего можно использовать концепт-карты

Так же, как и ментальные карты, эту методику можно использовать в процессе мозгового штурма для генерации и анализа идей. Визуализация позволяет взглянуть на задачу с разных сторон и стимулирует креативность.

Техника широко используется в прикладных технических областях: инженерии, программировании, проект-менеджменте.

Особое место она занимает в образовании. Способность отображать как иерархические, так и горизонтальные связи, делает ее поистине бесценным инструментом для объяснения сложных идей и процессов. Она значительно улучшает запоминание информации, помогает систематизировать знания. Ее можно использовать для создания конспектов или заметок, делать на ее основе черновики презентаций или текстовых материалов.

Как сделать концепт-карту

Процесс создания концептуальных карт очень простой и состоит из следующих этапов:

1. Определитесь с фокус-вопросом. Для чего нужна карта, какую задачу она пытается решить? Запишите это в нескольких словах.
2. Добавляйте также другие идеи или понятия. Записывайте каждую в отдельную ячейку произвольной формы.
3. Обозначьте связи между идеями. Просто рисуйте между ними линии или стрелки. Подпишите их или используйте заранее оговоренные линии разных типов (например пунктирную или жирную линии).
4. При необходимости добавляйте новые концепты и связи.

Воспользуйтесь следующими советами, чтобы облегчить восприятие концепт-карты:

• ячейки для понятий должны быть разного размера и формы – так мозгу значительно проще выделять их. Это касается и линий для связи;
• используйте различные цвета;
• по возможности делайте простые рисунки – так же, как и в ментальных картах;
• объединяйте понятия одного класса – обведите их одной линией или сделайте фон одного цвета;
• используйте стикеры для записей (как это делают в детективных фильмах).

Программы для создания концепт-карт

Конечно, все это можно делать вручную на бумаге. Но сейчас появилось много разнообразных программ, которые облегчают создание концептуальных карт. Вот несколько из них:

• CmapTools
• FreeMind
• Xebece

Резюме

Концепт-карты стали дальнейшим развитием идеи интеллект-карт. Они обладают более широкими возможностями – позволяют отображать не только вертикальные, но и горизонтальные связи. Концептуальные карты просты в использовании, однако значительно расширяют возможности как в работе, так и в обучении.

Вряд ли последовательное рисование вершин слева направо или сверху вниз позволит сходу уложить подобный граф на плоскость. А вот если вы начнете фиксировать вершины(в нашем случае, понятия предметной области) в столбик, сверху вниз, а ребра рисовать в виде дуг, то шансы распутать паутину отношений возрастут. В качестве примера, я отобразил шесть основных понятий IEEE_1471(или, если угодно: ГОСТ Р 57100-2016 ISO/IEC/IEEE 42010:2011) про архитектурные виды и представления на рисунке ниже.
Помните ужасные картинки про отношение элементов архитектурного описания, заинтересованных лиц, консернов, моделей и представлений? Чуть более понятная картинка

появилась намного позже самого стандарта. Собственно, из неё я и взял набор сущностей и отношений между ними. На самом деле, представленная на рисунке «звезда» без большого труда угадывается по дуговой диаграмме. Надо лишь немного потренироваться. Повторю еще раз последовательность действий:

• Разговаривая с заказчиком, экспертом, товарищем по работе, мы просто записываем сущности в столбик.
• По мере необходимости, рисуем отношения между зафиксированными сущности в виде дуг, не важно справа или слева.
• Еще правее (или, соответственно, левее) пишем название отношения

Могут ли ребра графа, отображаемые в такой раскладке пересекаться? Безусловно. Далеко не все графы планарны(допускают укладку на плоскость без пересечений ребер). В таких случаях полезно взять маркер другого цвета, как бы начав рисовать ребра в новой плоскости. Кстати, такое отображение графа называется Книжное вложение Оно позволяет отобразить абсолютно любой граф (на рисунке приведен полный граф К5, представляющий собой звезду в пентаграмме)

Надеюсь, изложенные выше соображения кому-то из читателей пригодятся в работе. Ну, а чтоб узнать больше, приходите 4 июля 2018 года на