Thực đơn
trang chủTrình duyệt

Trực quan hóa dữ liệu trong khoa học và công nghệ. Trực quan hóa kết quả nghiên cứu thực nghiệm

HÌNH THỨC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

(Tomsk, Đại học Bách khoa Tomsk)

Giới thiệu. Phạm vi và khả năng của các thí nghiệm số đang phát triển cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính. Sự phức tạp và đa dạng của các vấn đề đang được giải quyết ngày càng tăng. Lượng thông tin khổng lồ thu được trong quá trình thử nghiệm đòi hỏi những cách trình bày nó phù hợp. Thay vì các mảng dữ liệu số và đồ thị đơn giản, hình ảnh trực quan ngày càng được sử dụng nhiều hơn, tạo điều kiện cho việc hiểu biết đầy đủ và kịp thời về kết quả thu được.

Trực quan hóa dữ liệu là một nhiệm vụ mà bất kỳ nhà nghiên cứu nào cũng phải đối mặt trong công việc của mình. Nhiệm vụ trực quan hóa dữ liệu tập trung vào vấn đề trình bày dữ liệu thực nghiệm hoặc kết quả nghiên cứu lý thuyết dưới dạng trực quan. Các công cụ truyền thống trong lĩnh vực này - đồ thị và sơ đồ - không đáp ứng tốt nhiệm vụ trực quan hóa khi cần mô tả nhiều hơn ba đại lượng có liên quan với nhau. Mặt khác, có một công cụ mạnh mẽ để hiển thị thông tin gắn liền với lưới tọa độ địa lý. Đây là kho công nghệ GIS đang phát triển rất nhanh (GIS - hệ thống thông tin địa lý). Thật không may, ngay khi nền tảng mô tả các lớp thông tin – bản đồ địa lý – biến mất, tất cả các phương pháp GIS đều không hoạt động.

Nguyên tắc cơ bản của trực quan hóa thông tin.Để hiển thị thông tin tối ưu, một số khuyến nghị được đưa ra có thể được sử dụng khi phát triển các hệ thống con trực quan hóa:

1. Thành phần và hình thức của thông tin được hiển thị cũng như nhiệm vụ và mục tiêu của hệ thống con trực quan hóa được xác định bởi mục tiêu và mục tiêu của hệ thống. Các mô hình thông tin chỉ nên thể hiện những thuộc tính quan trọng và kết nối của các đối tượng được quản lý có ý nghĩa quan trọng và có ý nghĩa chức năng nhất định. Khối lượng, thành phần và hình thức của thông tin được trình bày phải phù hợp với cả nhiệm vụ được giải quyết và khả năng tâm sinh lý của con người.

2. Mô hình phải trực quan, nghĩa là người vận hành phải có khả năng tiếp nhận thông tin nhanh chóng và không cần phân tích kỹ lưỡng. Bằng cách này, mô hình có thể cung cấp sự trình bày trực quan về sự sắp xếp không gian của các đối tượng, có nghĩa là tương tự về mặt hình học với vị trí thực tế của chúng. Trong trường hợp này, người điều hành sẽ có ý tưởng rõ ràng về các thuộc tính đó của các đối tượng được quản lý như khoảng cách giữa chúng, thuộc về bất kỳ nhóm lãnh thổ nào, v.v.

Ưu điểm của mô hình trực quan là quá trình nhận thức giống như quá trình nhận thức một vật thể thực. Nhiệm vụ chính trong việc phát triển các mô hình thông tin trực quan là xác định các tính năng phù hợp để hiển thị trực quan và ở mức độ sơ đồ hóa có thể chấp nhận được. Nhưng không phải lúc nào cũng dễ dàng đạt được khả năng hiển thị của các mô hình thông tin, vì thường có trường hợp đối tượng điều khiển không có đặc điểm trực quan. Trong những trường hợp này, cần phải giải quyết các vấn đề gần với những gì được định nghĩa trong phương pháp luận khoa học là trực quan hóa các khái niệm. Các mô hình thông tin được xây dựng theo nguyên tắc này được gọi là trừu tượng. Ưu điểm của các mô hình trừu tượng là chúng phản ánh các thuộc tính của một đối tượng mà người quan sát trực tiếp không thể tiếp cận được.

3. Việc tổ chức chính xác cấu trúc của nó đảm bảo khả năng dễ dàng nhận biết thông tin được hiển thị. Điều này có nghĩa là mô hình thông tin không được trình bày một tập hợp hoặc một cặp thông tin theo thứ tự cách này hay cách khác mà nằm trong một tương tác cụ thể và rõ ràng. Một phương tiện để đạt được cấu trúc tối ưu là bố trí tốt mô hình thông tin. Theo nghĩa này, thiết kế màn hình hiển thị là một nhiệm vụ tương đương với việc lập bố cục một bức ảnh đẹp.

4. Quá trình tinh thần quan trọng nhất khi theo dõi các hình ảnh động phức tạp là khả năng dự đoán, tức là khả năng dự đoán diễn biến của tình huống của người vận hành, để đảm bảo những thay đổi nào trong các thông số phải được hiển thị rõ ràng bằng đồ họa. Điều khoản này được đảm bảo nếu thiết kế của mô hình thông tin cung cấp:

Hiển thị những thay đổi cụ thể về thuộc tính của các yếu tố tình huống xảy ra trong quá trình tương tác của chúng. Trong những trường hợp này, những thay đổi về đặc tính của các yếu tố riêng lẻ không được nhận thấy một cách biệt lập mà trong bối cảnh của toàn bộ tình huống. Hơn nữa, sự thay đổi về tính chất của một yếu tố được coi là triệu chứng của sự thay đổi tình huống trong: tổng thể;

Hiển thị mối quan hệ động của các đối tượng được quản lý. Đồng thời, sự kết nối, tương tác của mô hình thông tin cần được thể hiện trong quá trình phát triển;

Hiển thị các mối quan hệ xung đột mà các yếu tố của tình huống tham gia vào.

5. Việc bố trí thông tin trên màn hình cần tính đến việc chuyển động ngang của mắt diễn ra dễ dàng và nhanh chóng nhất. Tốc độ di chuyển của mắt dọc theo các đường cong phụ thuộc vào hình dạng và bằng cách chọn hình dạng, bạn có thể thay đổi thời gian cố định cái nhìn ở khu vực này hoặc khu vực khác của màn hình. Các phần tử cấu trúc được đặt ở những vị trí chứa dữ liệu quan trọng nhất cho quá trình điều khiển; khi di chuyển dọc theo chúng, tốc độ chuyển động của mắt sẽ giảm đi.

Mã hóa thông tin theo hình thức. Việc chỉ định nhiều thông tin nhất về danh tính của thông tin là mã hóa dữ liệu theo biểu mẫu. Được biết, thời gian giải mã và thời gian phản ứng tiềm ẩn đối với ảnh đối tượng là tối thiểu so với các phương pháp mã hóa khác (thời gian phản ứng trung bình đối với đối tượng là 0,4 giây, đối với ảnh màu là 0,9 giây, thời gian cố định đối tượng). nhìn vào các hình hình học đơn giản là 0,18 ms, trên các chữ cái và số – 0,3 ms).

Mối quan hệ “hình-nền” có tầm quan trọng hàng đầu trong nhận thức của con người về hình thức. Mối quan hệ này có một số loại mô tả:

Hình có hình, nền tương đối không có hình, hình có tính chất của đồ vật, nền giống như vật chất chưa tạo hình;

Hình có xu hướng tiến về phía trước, hậu cảnh lùi lại, hậu cảnh dường như tiếp tục không ngừng ở phía sau hình;

Hình vẽ tạo ấn tượng lớn hơn nền và dễ nhớ hơn.

Trong tâm lý học, một số nguyên tắc tổ chức trường tín hiệu đã được xác định bằng thực nghiệm, sử dụng nguyên tắc này bạn có thể tác động đến mối quan hệ hình học.

1. Diện tích khép kín bị chiếm bởi bất kỳ cấu hình nào càng nhỏ thì xu hướng hình ảnh cụ thể này hoạt động như một hình càng lớn.

2. Trước hết, theo hình vẽ, các cấu hình khép kín được phân biệt.

3. Cấu hình đối xứng dễ được coi là hình hơn là cấu hình bất đối xứng.

4. Trong trường hợp trường hình ảnh chứa đầy các phần tử đồng nhất, hình được hình thành bởi những phần tử nằm gần nhau hơn về mặt không gian.

5. Nếu trường hình ảnh chứa đầy các phần tử không đồng nhất, thì hình ảnh trước hết được hình thành bởi những phần tử có hình dạng hoặc màu sắc tương tự nhau.

6. Nếu một số phần tử nhất định di chuyển trên trường hình ảnh theo cùng hướng và cùng tốc độ thì chúng sẽ nổi bật như một hình.

7. Nếu bạn sắp xếp một số yếu tố theo một thứ tự nhất định, bạn có thể tạo ra một thái độ ở người quan sát sẽ ảnh hưởng đến nhận thức về các yếu tố còn lại.

Thời điểm quyết định trong việc phân biệt hình với nền là nhận thức về đường viền. Chính nhận thức về đường viền mang đến khả năng nhận thức khác biệt về hình thức, sự thống nhất nhất định về cấu trúc, tỷ lệ và mối liên kết giữa các bộ phận. Khi nhận biết một đường viền, những điểm mang lại nhiều thông tin nhất là những điểm tại đó có sự thay đổi rõ rệt về hướng của các đường.

Độ tương phản giữa nền và hình càng mạnh thì việc tách hình càng dễ dàng và nhanh chóng. Đường viền của bất kỳ hình nào là sự kết hợp của các dạng cơ bản: đường thẳng, góc, v.v. Đường cắt trên hình hoặc đường viền được phân biệt rõ hơn so với phần nhô ra. Mắt cũng cảm nhận khá tốt các giá trị góc. Đường viền của hình càng phức tạp thì một người càng nhận được nhiều thông tin hơn trong quá trình nhận thức. Tỷ lệ lỗi nhận dạng đối với các hình đối xứng nhỏ hơn so với các hình không đối xứng. Nhưng cần phải lưu ý rằng trên nền phức tạp, độ chính xác của nhận dạng đường viền sẽ giảm đi. Khi mã hóa dữ liệu bằng một biểu mẫu, các loại hoặc phương pháp sau được sử dụng: số điểm, đường, kích thước diện tích của hình, cấu hình không gian của hình ảnh.

Mã hóa số chấm được sử dụng để biểu thị số lượng đối tượng trong một nhóm hoặc số lượng nhóm; trong trường hợp này, thay vì điểm, bạn có thể sử dụng các hình hình học đơn giản. Một người không cần đếm có thể xác định số chấm được sắp xếp theo thứ tự ngẫu nhiên nếu không quá năm. Nếu số điểm nhiều hơn năm thì số lỗi nhận dạng sẽ tăng mạnh. Việc nhóm các điểm thành các mẫu cụ thể sẽ làm tăng độ chính xác của việc ước tính số lượng của chúng. Nếu các dấu chấm được hiển thị trên nền của các nhóm khác có cấu trúc tương tự nhau, thì khả năng nhận biết các cấu hình đó sẽ giảm mạnh.

Kích thước hoặc diện tích mà một cấu hình chiếm giữ cũng có thể thể hiện một cách hiệu quả ý nghĩa của dữ liệu, mặc dù giống như độ dài, nó là một kích thước kích thích kém để mã hóa danh tính của dữ liệu. Độ phân giải hiệu quả cho mã hóa kích thước nhỏ hơn so với mã hóa độ dài vì mã hóa kích thước yêu cầu diện tích hiển thị lớn hơn trên mỗi đơn vị dữ liệu. Tuy nhiên, việc mã hóa như vậy có tác dụng tâm lý rất lớn. Số liệu có 4-5 cấp độ nhưng các khu vực được xác định khá rõ ràng. Việc sử dụng hình ảnh thể tích là không phù hợp, vì khi đánh giá kích thước, một người thường tập trung vào diện tích của hình chứ không phải thể tích của nó. Khi so sánh với một số tiêu chuẩn nằm trong trường thông tin của người vận hành, độ chính xác của việc ước tính kích thước diện tích của hình tăng mạnh. Ngoài tất cả những gì đã nói, chúng ta có thể nói thêm rằng bản thân sự thay đổi về diện tích của hình ảnh mang một số thông tin và việc đặt hình ảnh ở một vị trí nhất định trong trường nhìn của người vận hành có thể mang một tải ngữ nghĩa nhất định.

Trình bày thông tin dưới dạng hình ảnh. Hiệu quả nhất và mang lại lượng thông tin lớn nhất là việc trình bày dữ liệu dưới dạng hình ảnh hoặc hình ảnh. Nhận thức của một người được cấu trúc theo cách mà bộ não của anh ta, khi tương tác với thế giới bên ngoài, nhận thức và hiểu thông tin đến, được điều chỉnh theo những hình ảnh hoặc tiêu chuẩn nhất định mà anh ta dễ dàng nhận biết mà không cần sự thích nghi và đào tạo cần thiết và cần thêm mã hóa.

Ưu điểm chính của phương pháp mã hóa tượng hình là:

Khả năng phối hợp một luồng thông tin lớn với thông lượng của máy phân tích cảm giác của con người;

Giảm đáng kể lượng thông tin không cần thiết;

Giảm đáng kể nhu cầu về thông tin tiên nghiệm về đối tượng đang được nghiên cứu;

Nhỏ gọn về mặt không gian cần thiết; .

Khả năng tái cấu trúc rộng rãi để phục vụ các đối tượng cho nhiều mục đích khác nhau.

Vì con người là một sinh vật xã hội nên việc tiếp xúc với người khác là điều quan trọng nhất đối với anh ta. Điều này dẫn đến việc một người học cách nhận biết một số lượng lớn khuôn mặt. Bằng nét mặt và nét mặt, chúng ta xác định ngay trạng thái cảm xúc của một người, nhưng cùng với những trạng thái cảm xúc cơ bản, chúng ta phân biệt được hàng tá sắc thái của họ. Và ngay cả những thay đổi nhỏ nhất. Điều này xác định hàm lượng thông tin cao của cả khuôn mặt và biểu cảm của nó. Tính thông tin này của khuôn mặt được truyền tải trong các bức ảnh, hình vẽ, tranh biếm họa, v.v.

Việc phân tích thông tin đồ họa dựa trên khả năng của cá nhân trong việc tìm ra những điểm tương đồng và khác biệt trong các vật thể bằng trực giác, trong đó đặc điểm khuôn mặt được ghi nhớ và nhận diện đặc biệt tốt. Những đặc điểm nhận thức này của con người được sử dụng một cách hiệu quả trong sơ đồ khuôn mặt Chernoff. Mỗi đối tượng là một hình ảnh sơ đồ của khuôn mặt, một số đặc điểm nhất định (chiều rộng của khuôn mặt, chiều dài của mũi, vòm lông mày, hình dạng của miệng, v.v.) tương ứng với các giá trị tương đối của các biến đã chọn ( Hình 1).

Hình.1. Ví dụ về trực quan hóa thông tin bằng thuật toán Chernov.

Phạm vi ứng dụng của hệ thống khuôn mặt rất đa dạng, nhưng việc sử dụng hệ thống như vậy để hiển thị thông tin y tế đặc biệt hứa hẹn, vì một số đặc điểm sinh lý của một người được biểu hiện trực tiếp trên các đặc điểm trên khuôn mặt. Do đó, bằng cách nhìn vào khuôn mặt của một người, với khả năng cao, người ta có thể xác định chính xác tuổi của một người, tình trạng thừa cân, trạng thái cảm xúc, giới tính, v.v. Việc sử dụng các liên tưởng trực tiếp như vậy làm giảm đáng kể thời gian giải mã, tức là , sự chuyển đổi từ hình ảnh sang giá trị được mã hóa ban đầu của tham số. Việc sử dụng đồ họa máy tính để tổng hợp hình ảnh khuôn mặt từ dữ liệu sinh lý giúp có được bức chân dung sinh lý của đối tượng theo nghĩa đen của từ này.

Trực quan hóa dữ liệu thực nghiệm được trình bày dưới dạng bảng số. Trong nghiên cứu y học và tâm lý, kết quả thực nghiệm thường được trình bày dưới dạng bảng số. Các phương pháp trực quan hóa loại thông tin này thường dựa trên sự chuyển đổi từ hệ tọa độ đa chiều sang hệ tọa độ hai chiều (phương pháp thành phần chính, phương pháp sắp xếp cấu trúc do các đồng tác giả đề xuất).

Hãy xem xét thuật toán tạo tọa độ đối tượng theo phương pháp sắp xếp ban đầu.

Để đánh giá sự không phù hợp của cấu trúc trong RL và R2, ma trận được tính khoảng cách tương hỗ dnk giữa các phần tử Xn và Xk từ mẫu X:

Hàng thứ n của ma trận như vậy chứa khoảng cách từ phần tử thứ n Xn nào đó đến tất cả các phần tử (N-1) khác của tập hợp https://pandia.ru/text/78/605/images/image004_27.gif" width=" 48 " Height="29 src="> đối với một phần tử thứ k nào đó. Bất kỳ hàng thứ n nào của ma trận DN(X) đều có thể được coi là kết quả của việc sắp xếp các phần tử tương ứng với phần tử thứ n của Xn theo ánh xạ tập hợp này tới trục số thực. Đặt vị trí trục của phần tử thứ n và lấy nó làm gốc (điểm Yn, tọa độ của điểm đó trên trục bằng 0), bạn có thể sắp xếp các hình ảnh của mẫu X trên trục. so với phần tử thứ n, sử dụng khoảng cách từ phần tử Xn đến tất cả các phần tử khác làm thước đo thứ tự (N-1) phần tử Từ điểm Yn https://pandia.ru/text/78/605/images/image005_23. .gif" width="23" Height="24 src=">) chúng ta dựng một trục số khác vuông góc với trục trong trường hợp này, phần tử mẫu thứ k X sẽ nằm tại giao điểm của các trục https:/ /pandia.ru/text/78/605/images/image008_14.gif" width="23" Height="24 src=">.gif" width ="48" Height="29 src=">, đúng như vậy đã được thực hiện cho trục. Tọa độ của các phần tử trên trục biểu thị khoảng cách từ phần tử thứ k đến tất cả các phần tử (N-1) khác và cho phép chúng ta đánh giá khả năng nhóm của các vectơ xung quanh vectơ Xk..gif" width="23" Height= "24 src="> sẽ xác định một số đánh giá và theo dõi giả máy bay về trạng thái tâm sinh lý của phụ nữ mang thai.

Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào việc lựa chọn “tốt” các hàng của ma trận DN(X), không được hoàn toàn ngẫu nhiên. Việc lựa chọn các phần tử Xn và Xk gần nhau trong RL làm trung tâm sắp xếp cho các phần tử (N-1) còn lại trên trục và là không hợp lý, vì nó không cung cấp thông tin mới đáng kể về thứ tự của mẫu X, vì vậy nó là cần thiết để chọn các phần tử X có khoảng cách tương đối xa nhau. Do đó, chúng tôi đã chọn đối tượng “tham chiếu” và đối tượng có tham số kém nhất làm trung tâm đặt hàng (Hình 2).

Phần kết luận. Bản chất của các phương pháp trên là cách giải quyết vấn đề khái quát hóa hợp lý và tăng khả năng hiển thị của thông tin hiển thị nhằm tạo điều kiện làm việc tối ưu và thoải mái cho người vận hành, nhằm giải phóng anh ta để giải quyết các vấn đề ở cấp quản lý cơ sở cao hơn hoặc đánh giá chung về nhiệm vụ và điều kiện hoạt động ở giai đoạn ra quyết định này.

Kết quả nghiên cứu liên ngành cho phép chúng ta tự tin khẳng định rằng trực quan hóa là một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất để nâng cao hiệu quả của các phương pháp phân tích và trình bày thông tin.

Bài viết trình bày các cách tiếp cận khác nhau để hình dung các kết quả nghiên cứu tâm lý xã hội và y tế thực nghiệm.

Công việc được thực hiện với sự hỗ trợ tài chính của Quỹ Nhân đạo Nga (dự án số c) và Quỹ Nghiên cứu Cơ bản Nga (dự án số a).

VĂN HỌC

1. Zinoviev của dữ liệu đa chiều. - Krasnoyarsk: Nhà xuất bản. Đại học Kỹ thuật Bang Krasnoyarsk, 2000. - 180 tr.

2. Phương pháp trình bày và xử lý thông tin y sinh học hiện đại: sách giáo khoa/Đại học Bách khoa Tomsk; Đại học Y khoa bang Siberia; Ed. ; . - Tomsk: Nhà xuất bản TPU, 2004. - 336 tr.

3. . Các phương pháp trực quan hóa nhận thức hiện đại về dữ liệu đa chiều - Tomsk: Quỹ phi lợi nhuận vì sự phát triển năng lượng khu vực, 2007. - 216 tr.

4., Emmanuel V. Công nghệ thông tin trong nghiên cứu y sinh. – St.Petersburg: Peter, 2003. – 528 tr.

5. , . Nghiên cứu phân tích trong y học, sinh học và sinh thái: sách giáo khoa - M.: Higher school, 2003. - 279 tr.

6. , Hệ thống Sharopin để xác định các nhóm nguy cơ ở phụ nữ mang thai // Hệ thống tin học và kiểm soát, 2008, - Số 2(16). - c. 22-23

Ngân sách liên bang

cơ sở giáo dục

giáo dục chuyên nghiệp cao hơn

Học viện Giáo dục Bang Đông Siberia

Khoa Toán, Vật lý và Khoa học Máy tính

Khoa Tin học và phương pháp giảng dạy tin học


KHÓA HỌC

“Công nghệ trực quan hóa thông tin giáo dục”

Chuyên ngành - “Đào tạo chuyên nghiệp về công nghệ máy tính, kỹ thuật máy tính và tin học”


Irkutsk - 2012


TRONG tiến hành

TÔI.Cơ sở lý thuyết của công nghệ trực quan

II.Vai trò của phương pháp trực quan hóa thông tin giáo dục trong dạy học

III.Đồ dùng dạy học trực quan điện tử dựa trên công nghệ máy tính hiện đại

IV.Công nghệ trực quan hóa kiến ​​thức và trình bày kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục

Phần kết luận

Thư mục


GIỚI THIỆU


Sự bão hòa thông tin của thế giới hiện đại đòi hỏi phải có sự chuẩn bị đặc biệt về tài liệu giáo dục trước khi trình bày cho học sinh, nhằm cung cấp cho học sinh những thông tin cơ bản hoặc cần thiết dưới dạng trực quan. Trực quan hóa chính xác liên quan đến việc thu gọn thông tin thành hình ảnh ban đầu (ví dụ: thành hình ảnh biểu tượng, quốc huy, v.v.).

Một trong những phương pháp nâng cao đào tạo chuyên môn cho những giáo viên tương lai có khả năng đổi mới sư phạm và phát triển công nghệ thiết kế các hoạt động giáo dục hiệu quả của học sinh trong điều kiện môi trường thị giác chiếm ưu thế được coi là hình thành các kỹ năng đặc biệt về hình dung. Thông tin giáo dục.

Theo các nhà tâm lý học, thông tin mới được tiếp thu và ghi nhớ tốt hơn khi kiến ​​thức và kỹ năng được “in sâu” vào hệ thống trí nhớ không gian thị giác, do đó, việc trình bày tài liệu giáo dục dưới dạng có cấu trúc cho phép bạn tiếp thu nhanh chóng và hiệu quả các hệ thống khái niệm và phương pháp mới. hoạt động.

Trực quan hóa tài liệu giáo dục mở ra cơ hội không chỉ tập hợp tất cả các tính toán lý thuyết, cho phép bạn nhanh chóng tái tạo tài liệu mà còn sử dụng các sơ đồ để đánh giá mức độ nắm vững chủ đề đang được nghiên cứu.

Phương pháp giảng dạy hiện đại sử dụng đồ họa máy tính và phương tiện nghe nhìn cần hướng tới các công nghệ hiện đại và tương lai, bao gồm các xu hướng phát triển cách sử dụng các công cụ và công nghệ thông tin, máy tính.


I. Cơ sở lý luận của công nghệ trực quan


Trong thời đại bão hòa thông tin, các vấn đề về thu thập kiến ​​thức và sử dụng nó vào hoạt động có ý nghĩa to lớn. Về vấn đề này, cần phải hệ thống hóa kinh nghiệm tích lũy được trong việc hình dung thông tin giáo dục và sự biện minh khoa học của nó từ quan điểm của cách tiếp cận công nghệ đối với việc học.

G.K. Selevko coi công nghệ tăng cường học tập dựa trên các mô hình sơ đồ và biểu tượng của tài liệu giáo dục là kinh nghiệm của V.F. Shatalova. Theo Lavrentyev G.V. và Lavrentieva N.E., ranh giới của nó rộng hơn nhiều, và trải nghiệm của Shatalov chỉ là một trong những biểu hiện của nó. Mở rộng ranh giới của công nghệ này, Lavrentieva G.V. và Lavrentieva N.E. đề xuất một cái tên có sức thuyết phục hơn cho nó, đó là: công nghệ trực quan hóa tài liệu giáo dục, hiểu theo cách này không chỉ mang tính biểu tượng mà còn một số hình ảnh khác về “hình dung” xuất hiện tùy thuộc vào đặc điểm cụ thể của đối tượng đang được nghiên cứu. Đây có thể là các yếu tố cơ bản sau của hình ảnh trực quan:

phương hướng;

kết cấu;

sự chuyển động.

Hiện diện ở mức độ này hay mức độ khác trong bất kỳ hình ảnh trực quan nào, những yếu tố này ảnh hưởng triệt để đến nhận thức và khả năng tiếp thu thông tin giáo dục của một người. Việc tăng cường hoạt động giáo dục và nhận thức xảy ra do cả giáo viên và học sinh không chỉ tập trung vào việc tiếp thu kiến ​​thức mà còn tập trung vào các phương pháp tiếp thu này, vào các cách suy nghĩ giúp có thể nhìn thấy các mối liên hệ. và mối quan hệ giữa các đối tượng đang được nghiên cứu, từ đó kết nối các sự vật riêng biệt thành một tổng thể duy nhất. Công nghệ trực quan hóa thông tin giáo dục là một hệ thống bao gồm các thành phần sau:

phức tạp của kiến ​​thức giáo dục;

cách trình bày chúng một cách trực quan;

phương tiện truyền tải thông tin trực quan và kỹ thuật;

một tập hợp các kỹ thuật tâm lý để sử dụng và phát triển tư duy trực quan trong quá trình học tập.

Công nghệ trực quan hóa tài liệu giáo dục lặp lại khái niệm sư phạm về khả năng đọc viết bằng hình ảnh, xuất hiện vào cuối những năm 60 của thế kỷ 20 ở Hoa Kỳ. Khái niệm này dựa trên những quy định về tầm quan trọng của nhận thức trực quan đối với một người trong quá trình tìm hiểu thế giới và vị trí của mình trong đó, vai trò chủ đạo của hình ảnh trong quá trình nhận thức và hiểu biết, sự cần thiết phải chuẩn bị ý thức của một người cho hoạt động trong một thế giới ngày càng được “trực quan hóa” và lượng thông tin tăng lên.

Sự bão hòa thông tin của thế giới hiện đại đòi hỏi phải có sự chuẩn bị đặc biệt về tài liệu giáo dục trước khi trình bày cho học sinh, nhằm cung cấp cho học sinh những thông tin cơ bản hoặc cần thiết dưới dạng trực quan. Trực quan hóa chính xác bao gồm việc thu gọn thông tin thành hình ảnh ban đầu (ví dụ: thành hình ảnh biểu tượng, quốc huy, v.v.). Khả năng sử dụng hình ảnh thính giác, khứu giác và xúc giác cũng cần được tính đến nếu những cảm giác này có ý nghĩa quan trọng trong một nghề nhất định.

Một cách hiệu quả để xử lý và sắp xếp thông tin là “nén” nó, tức là nén nó lại. trình bày dưới dạng nhỏ gọn, dễ sử dụng. Việc phát triển các mô hình biểu diễn kiến ​​thức ở dạng “nén” được thực hiện bởi một nhánh đặc biệt của công nghệ thông tin - kỹ thuật tri thức. Việc điều chỉnh mô phạm của khái niệm kỹ thuật tri thức dựa trên thực tế là “thứ nhất, những người tạo ra hệ thống thông minh dựa vào các cơ chế xử lý và áp dụng kiến ​​thức của con người, sử dụng các chất tương tự của hệ thống thần kinh của não người. Thứ hai, người sử dụng hệ thống thông minh là một con người, bao gồm việc mã hóa và giải mã thông tin bằng các phương tiện thuận tiện cho người dùng, tức là. cả trong việc xây dựng và ứng dụng các hệ thống thông minh, cơ chế học tập của con người đều được tính đến.” Nguyên tắc nén thông tin giáo dục còn bao gồm lý thuyết khái quát hóa có ý nghĩa của V.V. Davydov, lý thuyết mở rộng các đơn vị giáo khoa của P.M. Erdnieva. Khi nói đến việc “nén” thông tin, trước hết chúng tôi muốn nói đến sự khái quát hóa, hợp nhất, hệ thống hóa và khái quát hóa. BUỔI CHIỀU. Erdniev tuyên bố “sức mạnh lớn nhất trong việc nắm vững tài liệu chương trình đạt được khi thông tin giáo dục được trình bày đồng thời theo bốn mã: hình ảnh, số, ký hiệu, lời nói”. Cũng cần lưu ý rằng khả năng chuyển đổi thông tin nói và viết thành dạng trực quan là phẩm chất chuyên môn của nhiều chuyên gia. Vì vậy, trong quá trình học tập cần hình thành các yếu tố tư duy nghề nghiệp:

hệ thống hóa;

sự tập trung;

làm nổi bật nội dung chính trong nội dung.

Nền tảng phương pháp luận của công nghệ đang được xem xét bao gồm các nguyên tắc xây dựng sau: nguyên tắc lượng tử hóa hệ thống và nguyên tắc trực quan hóa nhận thức.

Lượng tử hóa hệ thống xuất phát từ đặc điểm hoạt động của hoạt động tinh thần con người, được thể hiện bằng các hệ thống ký hiệu khác nhau:

ngôn ngữ;

mang tính biểu tượng;

đồ họa.

Tất cả các loại mô hình biểu diễn kiến ​​thức ở dạng nén, cô đọng đều tương ứng với đặc tính tư duy bằng hình ảnh của con người. Nghiên cứu, lĩnh hội, suy nghĩ về một văn bản chính là việc vẽ ra những sơ đồ trong đầu, mã hóa tài liệu. Nếu cần, một người có thể khôi phục, “mở rộng” toàn bộ văn bản, nhưng chất lượng và sức mạnh của nó sẽ phụ thuộc vào chất lượng và sức mạnh của các sơ đồ này trong trí nhớ, vào việc chúng được tạo ra bằng trực giác bởi một học sinh hay một giáo viên chuyên nghiệp. Đây là một công việc trí tuệ khá phức tạp và học sinh phải được chuẩn bị một cách nhất quán cho công việc này.

Hiệu quả lớn nhất trong việc tiếp thu thông tin sẽ đạt được nếu phương pháp ghi chú tương ứng với cách não lưu trữ và tái tạo thông tin. Nhà sinh lý học P.K. Anokhin, D.A. Pospelov chứng minh rằng điều này không xảy ra một cách tuyến tính, theo một danh sách, tương tự như lời nói hoặc chữ viết, mà là sự đan xen giữa các từ với các ký hiệu, âm thanh, hình ảnh và cảm xúc. Các nhà khoa học và giáo viên người Mỹ B. Deporter và M. Henaki biện minh cho hệ thống học lượng tử của họ bằng các đặc điểm cụ thể của bộ não. Những đóng góp của họ trong cách tạo ra các mô hình tài liệu giáo dục là “Bản đồ tư duy”, “Hồ sơ cố định và sáng tạo”, “Phương pháp phân nhóm”.

Nguyên tắc lượng tử hóa hệ thống liên quan đến việc tính đến các mẫu sau:

Một lượng lớn tài liệu giáo dục rất khó nhớ;

tài liệu giáo dục nằm gọn trong một hệ thống cụ thể được tiếp nhận tốt hơn;

Làm nổi bật các điểm tham chiếu ngữ nghĩa trong tài liệu giáo dục sẽ thúc đẩy khả năng ghi nhớ hiệu quả.

Nguyên tắc hình dung nhận thức tuân theo các nguyên tắc tâm lý học, theo đó hiệu quả của việc học sẽ tăng lên nếu hình dung trong học tập không chỉ thực hiện chức năng minh họa mà còn là chức năng nhận thức, tức là sử dụng các yếu tố giáo dục đồ họa nhận thức. Điều này dẫn đến thực tế là bán cầu não phải “tưởng tượng” có liên quan đến quá trình đồng hóa. Đồng thời, “hỗ trợ” (hình vẽ, sơ đồ, mô hình), minh họa cô đọng nội dung, góp phần tạo nên tính hệ thống của tri thức. Theo Z.I. Kalmykova, tài liệu giáo dục trừu tượng, trước hết, đòi hỏi phải cụ thể hóa, và mục tiêu này tương ứng với nhiều loại khả năng hiển thị khác nhau - từ khách quan đến rất trừu tượng, mang tính biểu tượng thông thường. “Khi cảm nhận chất liệu trực quan, một người có thể chỉ nhìn thoáng qua tất cả các thành phần có trong tổng thể, lần theo những mối liên hệ có thể có giữa chúng, phân loại chúng theo mức độ ý nghĩa và tính tổng quát, điều này làm cơ sở không chỉ cho một cái nhìn sâu sắc hơn. sự hiểu biết về bản chất của thông tin mới mà còn để chuyển nó thành trí nhớ dài hạn."

Hình ảnh minh họa trực quan của các nguyên tắc được trình bày trong Hình 1.


OUSG - khái quát hóa, củng cố, hệ thống hóa, khái quát hóa;

SO - hỗ trợ tín hiệu;

MD là một hoạt động tinh thần được thực hiện thông qua hệ thống ký hiệu.

Cơm. 1. Biểu diễn trực quan các nguyên tắc hình ảnh nhận thức và lượng tử hóa hệ thống


G.K. Selevko lập luận rằng bất kỳ hệ thống hoặc phương pháp học tập nào cũng có thể được coi là công nghệ nếu nó đáp ứng các tiêu chí sau:

sự hiện diện của một khung khái niệm;

tính nhất quán (tính toàn vẹn của các bộ phận);

khả năng kiểm soát, nghĩa là khả năng lập kế hoạch, thiết kế quá trình học tập, thay đổi các phương tiện và phương pháp để đạt được kết quả đã hoạch định;

hiệu quả;

Khả năng tái lập.

Bản chất của công nghệ đang được xem xét, theo G.V. và Lavrentieva N.E., đề cao tính toàn vẹn của ba phần của nó.

Sử dụng có hệ thống trong quá trình giáo dục các mô hình trực quan thuộc một loại cụ thể hoặc sự kết hợp của chúng.

Dạy học sinh các kỹ thuật hợp lý để “nén” thông tin và cách biểu diễn nhận thức-đồ họa của nó.

Kỹ thuật phương pháp để đưa các mô hình trực quan vào quá trình giáo dục. Làm việc với họ có các giai đoạn rõ ràng và đi kèm với một số kỹ thuật và các quyết định phương pháp cơ bản.

Vai trò của phương pháp trực quan hóa thông tin giáo dục trong dạy học


Trong những thập kỷ gần đây, hầu hết những thay đổi mang tính cách mạng đã diễn ra trong lĩnh vực truyền tải thông tin hình ảnh:

khối lượng và số lượng thông tin được truyền đi tăng lên rất nhiều;

Các loại thông tin hình ảnh mới và cách truyền tải nó đã xuất hiện.

Tiến bộ công nghệ và sự hình thành văn hóa thị giác mới chắc chắn để lại dấu ấn trong việc đặt ra các yêu cầu đối với hoạt động của giáo viên.

Một trong những phương pháp nâng cao đào tạo chuyên môn cho những giáo viên tương lai có khả năng đổi mới sư phạm và phát triển công nghệ thiết kế các hoạt động giáo dục hiệu quả của học sinh trong điều kiện môi trường thị giác chiếm ưu thế được coi là hình thành các kỹ năng đặc biệt về hình dung. Thông tin giáo dục. Thuật ngữ "hình dung" xuất phát từ tiếng Latin visualis - nhận thức trực quan, trực quan. Trực quan hóa thông tin Trình bày thông tin số và văn bản dưới dạng đồ thị, sơ đồ, sơ đồ khối, bảng, bản đồ, v.v. Tuy nhiên, sự hiểu biết về hình dung như một quá trình quan sát giả định trước hoạt động nhận thức và tinh thần tối thiểu của học sinh, và các công cụ giáo khoa trực quan chỉ thực hiện chức năng minh họa. Một định nghĩa khác về trực quan hóa được đưa ra trong các khái niệm sư phạm nổi tiếng (lý thuyết lược đồ - R.S. Anderson, F. Bartlett; lý thuyết khung - C. Folker, M. Minsky, v.v.), trong đó hiện tượng này được hiểu là sự loại bỏ các quan điểm nội tại. mặt phẳng này vào mặt phẳng bên ngoài của các hình ảnh tinh thần, hình thức của nó được xác định một cách tự phát bằng cơ chế phóng chiếu liên kết.

Theo cách tương tự, khái niệm hình dung được Verbitsky A.A. hiểu: “Quá trình hình dung là sự thu gọn các nội dung tinh thần thành một hình ảnh trực quan; một khi được cảm nhận, hình ảnh có thể được triển khai và đóng vai trò hỗ trợ cho các hành động thực tế và tinh thần đầy đủ.” Định nghĩa này cho phép chúng ta tách biệt các khái niệm “hình ảnh”, “phương tiện trực quan” với các khái niệm “hình ảnh”, “phương tiện trực quan”. Trong ý nghĩa sư phạm của khái niệm “hình ảnh” luôn dựa trên việc thể hiện những sự vật, quá trình, hiện tượng cụ thể, sự thể hiện một hình ảnh có sẵn từ bên ngoài chứ không phải sinh ra và lấy ra từ kế hoạch bên trong của con người. hoạt động. Quá trình khai mở một hình ảnh tinh thần và “loại bỏ” nó từ bình diện bên trong ra bình diện bên ngoài là sự phóng chiếu của một hình ảnh tinh thần. Phép chiếu được xây dựng trong các quá trình tương tác giữa chủ thể và đối tượng của thế giới vật chất, nó dựa trên cơ chế tư duy, bao hàm nhiều cấp độ phản ánh và hiển thị khác nhau, đồng thời thể hiện dưới nhiều hình thức hoạt động giáo dục.

Nếu chúng ta cố tình coi hoạt động nhận thức hiệu quả là một quá trình tương tác giữa các kế hoạch bên ngoài và bên trong, như việc chuyển các sản phẩm hoạt động trong tương lai từ kế hoạch bên trong sang bên ngoài, như việc điều chỉnh và thực hiện các kế hoạch trong kế hoạch bên ngoài, thì các hành động trực quan hóa sẽ diễn ra. là cơ chế chính đảm bảo đối thoại giữa các kế hoạch hoạt động bên ngoài và bên trong. Do đó, tùy thuộc vào đặc tính của đồ dùng trực quan giáo khoa mà mức độ kích hoạt hoạt động trí tuệ và nhận thức của học sinh phụ thuộc vào.

Về vấn đề này, vai trò của các mô hình trực quan trong việc trình bày thông tin giáo dục ngày càng tăng, cho phép người ta vượt qua những khó khăn liên quan đến việc học dựa trên tư duy logic trừu tượng. Tùy thuộc vào loại và nội dung của thông tin giáo dục, các kỹ thuật nén thông tin đó hoặc phát triển từng bước bằng nhiều phương tiện trực quan được sử dụng. Hiện nay, việc sử dụng hình dung nhận thức của các đối tượng mô phạm có vẻ đầy hứa hẹn trong giáo dục. Định nghĩa này thực sự bao gồm tất cả các loại hình trực quan có thể có của các đối tượng sư phạm, hoạt động trên các nguyên tắc tập trung kiến ​​thức, khái quát hóa kiến ​​thức, mở rộng chức năng định hướng và trình bày của các phương tiện giáo dục trực quan, thuật toán hóa các hành động giáo dục và nhận thức, được thực hiện bằng các phương tiện trực quan.

Trong thực tế, hơn một trăm phương pháp cấu trúc trực quan được sử dụng - từ sơ đồ và đồ thị truyền thống đến bản đồ “chiến lược” (lộ trình), nhện và chuỗi nhân quả. Sự đa dạng này là do sự khác biệt đáng kể về bản chất, đặc điểm và tính chất của kiến ​​thức trong các lĩnh vực chủ đề khác nhau. Theo quan điểm của chúng tôi, sơ đồ cấu trúc và logic có khả năng thông tin, tính phổ quát và khả năng tích hợp lớn nhất. Phương pháp hệ thống hóa và hiển thị trực quan thông tin giáo dục này dựa trên việc xác định mối liên hệ quan trọng giữa các yếu tố kiến ​​​​thức và hoạt động phân tích tổng hợp khi dịch thông tin bằng lời nói sang phi ngôn ngữ (nghĩa bóng), tổng hợp một hệ thống các yếu tố kiến ​​​​thức không thể thiếu. Nắm vững các kiểu ý nghĩa cụ thể hóa đã liệt kê, mở ra chuỗi suy nghĩ logic, mô tả hình ảnh và dấu hiệu hoạt động tinh thần của chúng, cũng như các thao tác sử dụng phương tiện trao đổi thông tin bằng lời nói, hình thành nên những cách tư duy hiệu quả rất cần thiết cho các chuyên gia ở tốc độ hiện nay của sự phát triển khoa học, công nghệ và công nghệ. Theo những thành tựu của tâm lý học thần kinh, “việc học tập có hiệu quả khi tiềm năng của bộ não con người phát triển thông qua việc vượt qua những khó khăn về trí tuệ trong việc tìm kiếm ý nghĩa thông qua việc thiết lập các khuôn mẫu”.

Sơ đồ cấu trúc và logic tạo ra sự rõ ràng đặc biệt bằng cách sắp xếp các thành phần nội dung ở dạng phi tuyến tính và làm nổi bật các kết nối logic và liên tiếp giữa chúng. Khả năng hiển thị như vậy dựa trên cấu trúc và đặc điểm kết nối liên kết của trí nhớ dài hạn của con người. Theo một cách nào đó, các sơ đồ cấu trúc và logic đóng vai trò như một liên kết trung gian giữa nội dung tuyến tính bên ngoài (văn bản sách giáo khoa) và nội dung phi tuyến tính bên trong (trong ý thức). Là một trong những ưu điểm của sơ đồ cấu trúc-logic A.V. Petrov nhấn mạnh rằng “nó thực hiện chức năng kết hợp các khái niệm vào các hệ thống nhất định”. Bản thân các khái niệm không thể nói lên điều gì về nội dung của chủ đề nghiên cứu, nhưng được kết nối bởi một hệ thống nhất định, chúng bộc lộ cấu trúc của chủ đề, nhiệm vụ và con đường phát triển của nó. Sự hiểu biết và hiểu biết về một tình huống mới xảy ra khi bộ não tìm thấy sự hỗ trợ từ những kiến ​​thức và ý tưởng trước đó.

Điều này hàm ý tầm quan trọng của việc liên tục cập nhật kinh nghiệm trước đây để tiếp thu kiến ​​thức mới. Quá trình học tài liệu mới có thể được thể hiện dưới dạng nhận thức và xử lý thông tin mới bằng cách liên hệ nó với các khái niệm và phương pháp hành động mà học sinh đã biết, thông qua việc sử dụng các hoạt động trí tuệ mà học sinh đã thành thạo. Thông tin đi vào não thông qua nhiều kênh khác nhau được khái niệm hóa và cấu trúc, hình thành mạng lưới khái niệm trong tâm trí. Thông tin mới được tích hợp vào các sơ đồ nhận thức hiện có, biến đổi chúng và hình thành các sơ đồ nhận thức và hoạt động trí tuệ mới. Đồng thời, các kết nối được thiết lập giữa các khái niệm và phương pháp hành động đã biết với kiến ​​thức mới, từ đó hình thành cấu trúc của kiến ​​thức mới.

Theo các nhà tâm lý học, thông tin mới được tiếp thu và ghi nhớ tốt hơn khi kiến ​​thức và kỹ năng được “in sâu” vào hệ thống trí nhớ không gian thị giác, do đó, việc trình bày tài liệu giáo dục dưới dạng có cấu trúc cho phép bạn tiếp thu nhanh chóng và hiệu quả các hệ thống khái niệm và phương pháp mới. hoạt động. Ví dụ: đây là sơ đồ trực quan: “Mô hình màu RGB” (xem Hình 2).


Cơm. 2. Sơ đồ khái niệm “Mô hình màu RGB”

Trực quan hóa tài liệu giáo dục mở ra cơ hội không chỉ tập hợp tất cả các tính toán lý thuyết, cho phép bạn nhanh chóng tái tạo tài liệu mà còn sử dụng các sơ đồ để đánh giá mức độ nắm vững chủ đề đang được nghiên cứu. Trong thực tế, phương pháp phân tích sơ đồ hoặc bảng cụ thể cũng được sử dụng rộng rãi, trong đó phát triển kỹ năng thu thập và xử lý thông tin. Phương pháp này cho phép sinh viên tham gia vào công việc tích cực trong việc áp dụng thông tin lý thuyết vào công việc thực tế. Một vị trí đặc biệt được dành cho cuộc thảo luận chung, trong đó có cơ hội nhận được phản hồi nhanh chóng và hiểu rõ hơn về bản thân cũng như người khác. Tóm tắt những gì đã nói, chúng tôi lưu ý rằng tùy theo vị trí và mục đích của tài liệu giáo khoa trực quan trong quá trình hình thành một khái niệm (nghiên cứu một lý thuyết, một hiện tượng), việc lựa chọn một cấu trúc cụ thể phải đặt ra những yêu cầu tâm lý, sư phạm khác nhau. mô hình và hiển thị trực quan nội dung đào tạo.

Khi hình dung tài liệu giáo dục, cần lưu ý rằng hình ảnh trực quan rút ngắn chuỗi lý luận bằng lời nói và có thể tổng hợp một hình ảnh sơ đồ có “khả năng” lớn hơn, từ đó cô đọng thông tin. Trong quá trình xây dựng tài liệu giáo dục và phương pháp luận, cần kiểm soát mức độ khái quát hóa nội dung đào tạo, sao chép thông tin bằng lời nói với thông tin tượng hình và ngược lại, để nếu cần, các liên kết của chuỗi logic được khôi phục hoàn toàn bằng cách sinh viên.

Một khía cạnh quan trọng khác của việc sử dụng tài liệu giáo dục trực quan là xác định tỷ lệ tối ưu giữa hình ảnh trực quan và thông tin bằng lời nói, biểu tượng. Tư duy khái niệm và hình ảnh luôn tương tác với nhau trong thực tế. Chúng bổ sung cho nhau, bộc lộ các khía cạnh khác nhau của khái niệm, quá trình hoặc hiện tượng đang được nghiên cứu. Tư duy logic bằng lời nói cho chúng ta sự phản ánh hiện thực chính xác và khái quát hơn, nhưng sự phản ánh này mang tính trừu tượng. Đổi lại, tư duy trực quan giúp tổ chức các hình ảnh, làm cho chúng trở nên tổng thể, khái quát và hoàn chỉnh.

Trực quan hóa thông tin giáo dục cho phép bạn giải quyết một số vấn đề sư phạm:

đảm bảo tăng cường đào tạo;

tăng cường các hoạt động giáo dục và nhận thức;

hình thành và phát triển tư duy phê phán và trực quan;

nhận thức trực quan;

biểu diễn tượng trưng của kiến ​​thức và hành động giáo dục;

chuyển giao kiến ​​thức và nhận dạng mẫu;

nâng cao kiến ​​thức thị giác và văn hóa thị giác.

Đồ dùng dạy học trực quan điện tử dựa trên công nghệ máy tính hiện đại


Trong giáo dục phổ thông, nhiều loại hình trực quan đã và đang được sử dụng. Vai trò của họ trong quá trình học tập là đặc biệt. Đặc biệt trong trường hợp việc sử dụng phương tiện trực quan không chỉ dừng lại ở việc minh họa đơn giản nhằm làm cho khóa đào tạo dễ tiếp cận và dễ nắm vững hơn mà trở thành một phần hữu cơ trong hoạt động nhận thức của học sinh, một phương tiện hình thành và phát triển không chỉ thị giác. - Tư duy tượng hình nhưng cũng có tính logic trừu tượng. Ngược lại, điều này đòi hỏi phải xử lý và sửa đổi đáng kể các phương tiện dạy học trực quan truyền thống, chúng sẽ trở nên năng động, tương tác và đa phương tiện.

Về vấn đề này, mối quan tâm đặc biệt là khả năng hiển thị thông tin giáo dục trên máy tính, cho phép bạn trình bày trực quan các đối tượng và quy trình trên màn hình từ mọi góc độ có thể, một cách chi tiết, với khả năng thể hiện mối quan hệ bên trong của các thành phần, bao gồm cả những mối quan hệ ẩn trong thế giới thực, và quan trọng nhất là trong sự phát triển, trong sự chuyển động theo thời gian và không gian. Trực quan hóa thông tin giáo dục trên máy tính được cung cấp các phương tiện dạy học trực quan cụ thể được tạo ra trên cơ sở công nghệ đa phương tiện hiện đại, nhờ đó có thể đưa vào quá trình học tập toàn bộ các phương tiện trực quan - văn bản, đồ họa, âm thanh, hình ảnh động, hình ảnh video . Ví dụ: đây là các bản đồ tương tác, ghi chú hỗ trợ hoạt hình (động), áp phích tương tác, v.v. Và trong trường hợp này, chúng ta không nói về việc dịch đơn giản các phương tiện trực quan truyền thống (bảng, sơ đồ, hình ảnh, hình minh họa) sang định dạng kỹ thuật số, mà còn về sự phát triển và tạo ra những kiểu hiển thị hoàn toàn mới. Hơn nữa, sự xuất hiện của nó không chỉ được gây ra bởi nhu cầu về thông tin hình ảnh biểu cảm và kích thích thị giác, điều mà học sinh hiện đại đã quen thuộc, mà còn bởi các đặc điểm giáo khoa của loại hình giáo dục mới này.

Trong tài liệu sư phạm vẫn chưa có khái niệm được chấp nhận rộng rãi để xác định một loại hình trực quan mới được tạo ra trên cơ sở công nghệ thông tin hiện đại. Điều này là do khả năng hiển thị này là một hiện tượng rất phức tạp, các tính năng đặc biệt của chúng được tích hợp vào một hệ thống tích hợp duy nhất và do đó không dễ để xác định bản chất của nó, nghĩa là xác định các tính năng chính và phân biệt chúng từ các thuộc tính thứ cấp. Ngay cả các tác giả cũng sử dụng các tên khác nhau:

“khả năng hiển thị của máy tính”;

"khả năng hiển thị năng động";

“khả năng hiển thị tương tác”;

“khả năng hiển thị ảo”;

“khả năng hiển thị đa phương tiện”;

“khả năng hiển thị siêu văn bản”, v.v.

Đồng thời, các thuật ngữ này được sử dụng với ý nghĩa không giống nhau, điều này tạo thêm khó khăn.

Liên quan đến cuộc tranh cãi này, Kuchurin V.V. gợi ý rằng khi thảo luận, chúng ta nên được hướng dẫn bởi khái niệm “khả năng hiển thị điện tử”, theo đó chúng tôi muốn nói đến một công cụ phần mềm máy tính để trình bày một tập hợp thông tin siêu văn bản trực quan thuộc nhiều loại khác nhau, được trình bày cho học sinh trên màn hình máy tính, thường ở dạng chế độ tương tác (đối thoại).

Các thành phần của trực quan hóa điện tử có thể là hình ảnh tĩnh (hình ảnh, sơ đồ, bảng, v.v.) hoặc hình ảnh động (video, hoạt hình).

Đặc điểm chính của nó là: tính tương tác, tính năng động (hoạt hình) và đa phương tiện.

Trước hết, thiết bị dạy học trực quan điện tử có tính tương tác. Đây là một khái niệm khá rộng, nhờ đó khoa học hiện đại tiết lộ bản chất và mức độ tương tác giữa các vật thể. Hơn nữa, đặc tính này hoàn toàn không phụ thuộc vào sự giao tiếp giữa con người với nhau. Trong giáo dục sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông, tính tương tác là “khả năng của người dùng tương tác tích cực với vật mang thông tin, chọn nó theo ý mình và thay đổi tốc độ trình bày tài liệu”. Theo đó, tính tương tác của các thiết bị dạy học trực quan dựa trên đa phương tiện cung cấp cho học sinh và giáo viên, trong những giới hạn nhất định, cơ hội tương tác tích cực với nó và kiểm soát việc trình bày thông tin, cụ thể là đặt câu hỏi và nhận câu trả lời cho nó ( tương tác phản hồi), xác định thời điểm bắt đầu, thời lượng và tốc độ của quá trình trình diễn (tương tác tạm thời), xác định thứ tự sử dụng các đoạn thông tin (tương tác thông thường), thay đổi, bổ sung hoặc giảm bớt lượng thông tin có ý nghĩa (tương tác có ý nghĩa) và thậm chí tạo ra sản phẩm sáng tạo của riêng bạn (tương tác sáng tạo). Những khả năng như vậy của các phương tiện dạy học trực quan tương tác giúp có thể sử dụng các kỹ thuật học tập dựa trên vấn đề để đảm bảo sự tiếp thu các khái niệm và mô hình khoa học dựa trên kinh nghiệm cá nhân khi tương tác với chúng. Nói cách khác, tính tương tác mang lại cơ hội không chỉ cho nhận thức thụ động về thông tin mà còn cho việc khám phá tích cực các đặc điểm của đối tượng hoặc quá trình đang được nghiên cứu. Do đó, tính tương tác mang lại cho trực quan điện tử một đặc tính nhận thức (nhận thức), đưa các thành phần trò chơi và nghiên cứu vào công việc giáo dục và khuyến khích học sinh phân tích sâu sắc và toàn diện về các đặc tính của đối tượng và quá trình đang được nghiên cứu.

Tính chất năng động của thiết bị dạy học trực quan điện tử được đảm bảo bằng công nghệ hoạt hình, cho phép bạn thao tác màu sắc, kích thước của đối tượng, tạo hoạt ảnh cục bộ, làm nổi bật một trong các đối tượng hoặc một phần của đối tượng bằng cách gạch chân, phác thảo, điền, v.v. , bằng cách sử dụng hoạt ảnh, ảo giác về chuyển động, thay đổi, phát triển được tạo ra. Tất cả điều này làm cho hình dung trở nên giàu cảm xúc và ấn tượng hơn. Đồng thời, hoạt hình, thể hiện trực quan động thái của một hiện tượng, tạo điều kiện thể hiện các dấu hiệu và mô hình của các sự kiện, hiện tượng và quá trình được nghiên cứu thông qua hành động, để so sánh các ý kiến ​​​​khác nhau và hình thành quan điểm riêng. Do đó, động lực của hoạt hình máy tính không chỉ được sử dụng nhiều để nâng cao tác động cảm xúc thông qua việc hiển thị chuyển động của một vật thể (“hình ảnh trực tiếp”) mà còn để kích hoạt hoạt động nhận thức, thể hiện rõ ràng logic của chuyển động của suy nghĩ. từ ngu dốt đến hiểu biết.

Đặc biệt quan trọng đối với các đặc điểm của khả năng hiển thị điện tử được tạo ra trên cơ sở công nghệ thông tin hiện đại là một đặc tính như đa phương tiện. Nó gắn liền với công nghệ thông tin hiện đại, dựa trên việc sử dụng đồng thời nhiều phương tiện trình bày thông tin và thể hiện một tập hợp các kỹ thuật, phương pháp, phương pháp và phương tiện thu thập, tích lũy, xử lý, lưu trữ, truyền tải, sản xuất thông tin nghe nhìn, văn bản, đồ họa trong các điều kiện tương tác tương tác của người dùng với hệ thống thông tin, hiện thực hóa khả năng của môi trường điều hành đa phương tiện. Công nghệ đa phương tiện cho phép tích hợp mọi thông tin nghe nhìn trên màn hình, hiện thực hóa cuộc đối thoại tương tác giữa người dùng và hệ thống. Do đó, chúng được sử dụng tích cực trong việc phát triển và tạo ra các phương tiện dạy học trực quan, các thành phần của chúng là hình ảnh tĩnh và hoạt hình, cũng như thông tin văn bản và video có âm thanh.

Theo các đặc điểm chính, phương tiện trực quan điện tử có thể được chia thành động (hoạt hình), tương tác và đa phương tiện.

Hình ảnh động (hoạt hình) là một công cụ học tập thể hiện hình ảnh chuyển động, thay đổi. Nó cho phép bạn hình thành các biểu diễn trực quan về sự phát triển của các sự kiện và quy trình theo thời gian và không gian, tập trung sự chú ý của học sinh vào một đối tượng nghiên cứu cụ thể và tăng mật độ lớp học bằng cách đẩy nhanh việc trình bày thông tin. Việc kiểm soát được giới hạn ở các chức năng phát, dừng và tạm dừng, trong số những chức năng khác, cho thấy tính tương tác hạn chế, trong trường hợp này là tạm thời, của hình ảnh động (hoạt hình).

Trực quan hóa động (hoạt hình) bao gồm các công cụ hỗ trợ giảng dạy trực quan cụ thể như bản đồ hoạt hình, sơ đồ hoạt hình, biểu đồ, đồ thị và trình chiếu.

Trực quan hóa tương tác là một công cụ học tập là một minh họa hoạt hình siêu văn bản kết hợp với một bộ công cụ điều khiển cho phép người dùng tương tác với nó một cách tương tác.

Hiện nay, giáo viên sử dụng bản đồ tương tác, sơ đồ tương tác, sơ đồ địa điểm tương tác, tái tạo tương tác, v.v.

Trực quan hóa đa phương tiện là một công cụ giảng dạy trong đó các đối tượng thông tin thuộc nhiều loại khác nhau được tích hợp: âm thanh, văn bản, hình ảnh.

Ví dụ về trực quan hóa đa phương tiện bao gồm các bài giảng đa phương tiện, ảnh toàn cảnh đa phương tiện và áp phích âm thanh điện tử.

Thật không may, hiện nay, việc sử dụng phương tiện dạy học trực quan được tạo ra trên nền tảng công nghệ thông tin hiện đại gây ra nhiều khó khăn cho giáo viên trong việc lựa chọn phương tiện trực quan để giải quyết các vấn đề sư phạm cụ thể, kỹ thuật và phương pháp làm việc với chúng cũng như các hình thức tổ chức giáo dục. các hoạt động.


IV. Công nghệ trực quan hóa kiến ​​thức và trình bày kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục

máy tính đào tạo giáo dục trực quan

Sự phát triển của công nghệ máy tính đã giải quyết được vấn đề xử lý khối lượng thông tin như vậy. Nhưng vấn đề nảy sinh trong việc trình bày trực quan kết quả của quá trình xử lý đó. Các kỹ thuật trực quan khác nhau được sử dụng ở đây để dễ dàng biểu diễn lượng dữ liệu lớn và phức tạp. Hệ thống nhận dạng hình ảnh trực quan - 2 chiều (ký hiệu, ký hiệu đồ họa, mã, mã vạch) - FineReader và các vật thể 3 chiều (hình ảnh, hệ thống bảo mật và video) - tích hợp trong thiết bị chụp ảnh hiện đại, công nghệ thị giác máy (hoạt động của máy tính) hệ thống có mảng dữ liệu).

Đồ thị và sơ đồ đơn giản hóa nhận thức và giúp mọi người hiểu văn bản dễ dàng hơn. Đôi khi một vài sơ đồ là đủ để hiểu ý nghĩa của một dự án được trình bày trên nhiều trang.

Mã màu được sử dụng trong nghiên cứu để phân tích và dự đoán các quá trình vật lý và toán học khác nhau. Ví dụ, trong nghiên cứu các quá trình nhiệt và truyền năng lượng, người ta có thể chứng minh rõ ràng sự phân bố và xu hướng của nhiệt độ trong bảng màu, trong các quá trình xã hội học và minh họa các hiện tượng tự nhiên.

Sự phát triển nhanh chóng của đồ họa 3 chiều - trực quan hóa khoa học đã hình thành thành một nhánh khoa học độc lập, kết hợp các nguyên tắc cơ bản của phép tính vi phân, hình học và lập trình. Việc chuyển đổi sang công nghệ 3D đã biến đồ họa từ một phương tiện biểu diễn thành một phương pháp mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề khoa học. Trực quan hóa 3D có thể được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống giáo dục trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Đào tạo bằng mô hình ba chiều rất trực quan và cho phép bạn đa dạng hóa các hình thức trình bày tài liệu và tăng sự quan tâm của người nghe.

Trực quan hóa ảo là quan trọng nhất trong các hệ thống đào tạo tương tác, chẳng hạn như các loại mô phỏng khác nhau.

Các chuyên gia sử dụng công nghệ âm thanh và hình ảnh trong hoạt động nghề nghiệp của họ cần được đào tạo thường xuyên. Vì họ thường đã có trình độ học vấn cơ bản nên việc theo dõi sự phát triển của công nghệ mới, phương pháp sử dụng các sản phẩm và giải pháp phần mềm mới có thể được thực hiện thông qua các hình thức từ xa. Điều này đề cập đến công nghệ trường hợp, các hình thức kiểm tra và chứng nhận từ xa khác nhau, hội nghị trên web, v.v.

Internet cộng với các hoạt động dự án sử dụng các công cụ CNTT ngày nay là một công cụ mạnh mẽ, cả trong lĩnh vực giáo dục và xã hội, để thúc đẩy các phương pháp giảng dạy mới, phát triển kinh doanh và nâng cao năng lực của chuyên gia, nhưng nó phải được sử dụng một cách khéo léo. Trong điều kiện thông tin hiện đại và thực tế xã hội, cần có một phương pháp tiếp cận phương pháp mới để giảng dạy các môn học liên quan đến việc sử dụng đồ họa máy tính và phương tiện nghe nhìn.

Xu hướng phát triển của công nghệ thông tin hiện đại dẫn đến sự gia tăng không ngừng về độ phức tạp của hệ thống thông tin (IS), và theo đó, nội dung các ngành học của họ đối với các chuyên ngành khác nhau. Các ngành hiện đại trong lĩnh vực CNTT-TT được đặc trưng bởi các đặc điểm sau: độ phức tạp của mô tả (một số lượng lớn chức năng, quy trình, thành phần dữ liệu và mối quan hệ phức tạp giữa chúng), đòi hỏi nghiên cứu các quy luật và kỹ thuật để mô hình hóa và phân tích dữ liệu và quy trình. , cũng như các công cụ trí tuệ mới.

Phương pháp giảng dạy hiện đại sử dụng đồ họa máy tính và phương tiện nghe nhìn cần hướng tới các công nghệ hiện đại và tương lai, bao gồm các xu hướng phát triển cách sử dụng các công cụ và công nghệ thông tin, máy tính. Trong phương pháp luận hiện đại, tất nhiên phải đưa ra các điều kiện kỹ thuật cần thiết, phần mềm và yêu cầu của người dùng, tạo điều kiện để chuyển sang đồ họa kỹ thuật số và thiết kế máy tính. Nhưng điều quan trọng hơn nữa là thành phần của các tổ hợp giáo dục và phương pháp ban đầu phải bao gồm khả năng hiện đại hóa và tích hợp chúng với những thay đổi năng động của nguồn thông tin.


Phần kết luận


Trong khóa học này, các công nghệ trực quan hóa thông tin giáo dục đã được xem xét, cho phép sử dụng hợp lý và đa dạng các mô hình biểu diễn kiến ​​thức và sơ đồ khác nhau; loại bỏ tình trạng mất cân bằng giữa văn bản và hình ảnh minh họa, “đông đúc” văn bản; tăng tính biểu cảm của ngôn ngữ hình ảnh và biểu tượng, những thứ có ý nghĩa đặc biệt trong thời đại công nghệ thông tin; tối ưu hóa thời gian dành cho việc nhận thức và tiếp thu thông tin, từ đó nâng cao hiệu quả của các hoạt động giáo dục và nhận thức.


Thư mục


Bách khoa sư phạm Nga: 2 tập/ Ch. biên tập. V.V. Davydov.- M.: Bách khoa toàn thư vĩ đại của Nga, 1993.- T.2.- 608 tr.

Choshanov M.A. Công nghệ linh hoạt của việc học theo mô-đun vấn đề: Phương pháp. hướng dẫn sử dụng - M.: Giáo dục công cộng, 1996. - 160 tr.

Erdniev P.M. Kiến thức có hệ thống và củng cố đơn vị giáo khoa // Sov. Sư phạm.-1975.-No.4.-S. 72-80.

Kalmykova Z.I. Hệ thống đào tạo V.F. Shatalova? // Câu hỏi về tâm lý học. - 1987.-Số 2.S. 71-80.

Selevko G.K. Công nghệ giáo dục hiện đại: Proc. hướng dẫn sử dụng - M.: Giáo dục công cộng, 1998. - 256 tr.

Manko, N.N. Hình dung nhận thức về các đối tượng giáo khoa trong việc tăng cường hoạt động giáo dục // Tin tức của Đại học bang Altai. Loạt bài: Sư phạm và tâm lý học. - Số 2. - 2009. - Trang 22-28.

Verbitsky, A. A. Học tập tích cực trong giáo dục đại học: cách tiếp cận theo ngữ cảnh / A. A. Verbitsky. - M.: Cao hơn. trường, 1991. - 207 tr.

Blake, S., Pape, S., Choshanov, M. A. Sử dụng những thành tựu của tâm lý học thần kinh trong phương pháp sư phạm Hoa Kỳ // Sư phạm. - Số 5. - 2004. - Trang 85-90.

Petrov, A.V. Đào tạo phát triển. Những câu hỏi cơ bản về lý luận và thực tiễn dạy học vật lý đại học: chuyên khảo/A.V. Petrov. - Chelyabinsk: Nhà xuất bản ChSPU "Fakel", 1997.

Phương pháp khung Lozinskaya A. M. để cấu trúc nội dung chương trình mô-đun dạy học vật lý / A. M. Lozinskaya // Tin tức của Đại học Bang Ural. - 2009. - Số 3(67). - trang 176-184.

Với sự gia tăng lượng dữ liệu tích lũy, ngay cả khi sử dụng thuật toán Khai thác dữ liệu mạnh mẽ và linh hoạt đến đâu, việc “tiêu hóa” và diễn giải kết quả thu được ngày càng khó khăn. Và, như bạn đã biết, một trong những nguyên tắc của DM là tìm kiếm những mẫu hình hữu ích trong thực tế. Một mẫu chỉ có thể trở nên hữu ích trong thực tế nếu nó có thể được khái niệm hóa và hiểu được.

Các phương pháp trình bày dữ liệu bằng hình ảnh hoặc đồ họa bao gồm đồ thị, biểu đồ, bảng, báo cáo, danh sách, sơ đồ khối, bản đồ, v.v.

Trực quan hóa theo truyền thống được xem như một công cụ hỗ trợ cho việc phân tích dữ liệu, nhưng hiện nay ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò độc lập của nó.

Kỹ thuật hình ảnh truyền thống có thể có các ứng dụng sau:

trình bày thông tin cho người dùng dưới dạng trực quan;

mô tả ngắn gọn các mẫu vốn có trong tập dữ liệu gốc;

giảm kích thước hoặc nén thông tin;

khôi phục các khoảng trống trong tập dữ liệu;

tìm nhiễu và các ngoại lệ trong tập dữ liệu.

Phương pháp trực quan

Phương pháp hình ảnh, tùy thuộc vào số lượng phép đo được sử dụng, được chấp nhận

được phân loại thành hai nhóm:

trình bày dữ liệu theo một, hai và ba chiều;

biểu diễn dữ liệu theo bốn chiều trở lên.

Biểu diễn dữ liệu theo không gian 4 chiều

Sự biểu diễn thông tin theo bốn chiều trở lên là không thể tiếp cận được với nhận thức của con người. Tuy nhiên, các phương pháp đặc biệt đã được phát triển để cho phép một người hiển thị và nhận biết những thông tin đó.

Các phương pháp biểu diễn thông tin đa chiều nổi tiếng nhất:

tọa độ song song;

"Khuôn mặt của Chernov";

biểu đồ radar.

Biểu diễn đặc điểm không gian

Một lĩnh vực trực quan riêng biệt là thể hiện trực quan

đặc điểm không gian của đối tượng. Trong hầu hết các trường hợp, các công cụ như vậy sẽ đánh dấu các vùng riêng lẻ trên bản đồ và chỉ định chúng bằng các màu khác nhau tùy thuộc vào giá trị của chỉ báo được phân tích.



Bản đồ được trình bày dưới dạng giao diện đồ họa hiển thị dữ liệu dưới dạng cảnh quan ba chiều với các hình dạng được xác định và định vị tùy ý (biểu đồ thanh, mỗi biểu đồ có chiều cao và màu sắc riêng). Phương pháp này cho phép bạn thể hiện rõ ràng các đặc điểm định lượng và quan hệ của định hướng không gian

dữ liệu và nhanh chóng xác định xu hướng trong đó.

Quá trình khai thác dữ liệu. Phân tích tên miền. Xây dựng vấn đề. Chuẩn bị dữ liệu.

Quá trình khai thác dữ liệu. Giai đoạn đầu

Quá trình DM là một loại khám phá. Giống như bất kỳ nghiên cứu nào, quá trình này bao gồm các giai đoạn nhất định, bao gồm các yếu tố so sánh, điển hình hóa, phân loại, khái quát hóa, trừu tượng hóa và lặp lại.

Quá trình DM gắn bó chặt chẽ với quá trình ra quyết định.

Quá trình DM xây dựng một mô hình và quá trình ra quyết định hoạt động trên mô hình đó.

Hãy xem xét quy trình DM truyền thống. Nó bao gồm các bước sau:

phân tích lĩnh vực chủ đề;

phát biểu vấn đề;

chuẩn bị dữ liệu;

xây dựng mô hình;

kiểm tra và đánh giá các mô hình;

lựa chọn mô hình;

ứng dụng mô hình;

sửa chữa và cập nhật mô hình.

Trong bài giảng này, chúng ta sẽ xem xét chi tiết ba giai đoạn đầu tiên của quy trình Khai thác dữ liệu,

các giai đoạn còn lại sẽ được thảo luận trong bài giảng tiếp theo.

Giai đoạn 1. Phân tích tên miền

Học- đây là quá trình nhận thức về một lĩnh vực chủ đề, đối tượng hoặc hiện tượng nhất định với một mục đích cụ thể.

Quá trình nghiên cứu bao gồm việc quan sát các đặc tính của đối tượng nhằm xác định và đánh giá tầm quan trọng, theo quan điểm của người nghiên cứu chủ đề, mối quan hệ tự nhiên giữa các chỉ số của các đặc tính đó.

Giải quyết bất kỳ vấn đề nào trong phát triển phần mềm đều phải bắt đầu bằng việc nghiên cứu lĩnh vực chủ đề.

Lĩnh vực chủ đề- là một lĩnh vực thực tế bị giới hạn về mặt tinh thần, có thể được mô tả hoặc mô hình hóa và nghiên cứu.

Vùng chủ đề bao gồm các đối tượng được phân biệt bằng các thuộc tính và nằm trong các mối quan hệ nhất định với nhau hoặc tương tác theo một cách nào đó.

Lĩnh vực chủ đề- đây là một phần của thế giới thực, nó vô hạn và chứa đựng cả hai

dữ liệu quan trọng và không quan trọng theo quan điểm của nghiên cứu đang được tiến hành.

Nhà nghiên cứu phải có khả năng xác định được một phần quan trọng trong số đó. Ví dụ: khi giải bài toán “Có nên cho vay không?” tất cả dữ liệu về đời sống riêng tư của khách hàng đều quan trọng, bao gồm cả việc vợ/chồng có việc làm hay không, khách hàng có con chưa thành niên hay không, trình độ học vấn của anh ta là gì, v.v. Để giải quyết một vấn đề ngân hàng khác, dữ liệu này sẽ hoàn toàn không quan trọng. Do đó, tính trọng yếu của dữ liệu phụ thuộc vào việc lựa chọn lĩnh vực chủ đề.

Đồ họa máy tính là một lĩnh vực khoa học máy tính liên quan đến các thuật toán và công nghệ để trực quan hóa dữ liệu. Sự phát triển của đồ họa máy tính được quyết định chủ yếu bởi hai yếu tố: nhu cầu thực sự của người dùng tiềm năng và khả năng của phần cứng, phần mềm. Nhu cầu của người tiêu dùng và khả năng công nghệ ngày càng tăng cao, và ngày nay đồ họa máy tính được sử dụng tích cực trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các lĩnh vực ứng dụng đồ họa máy tính sau đây có thể được phân biệt:

  1. Trực quan hóa thông tin.
  2. Mô hình hóa các quá trình và hiện tượng.
  3. Thiết kế các đối tượng kỹ thuật.
  4. Tổ chức giao diện người dùng.

Trực quan hóa thông tin

Hầu hết các bài báo và báo cáo khoa học không thể thực hiện được nếu không trực quan hóa dữ liệu. Một hình thức trình bày dữ liệu hợp lý là một bảng có cấu trúc tốt với các giá trị hàm chính xác tùy thuộc vào một số biến. Nhưng thường thì hình thức trực quan hóa dữ liệu trực quan và hiệu quả hơn là đồ họa, và, ví dụ, khi lập mô hình và xử lý hình ảnh, đó là cách duy nhất khả thi. Một số kiểu hiển thị thông tin có nguồn gốc khác nhau được liệt kê trong bảng sau:

Nhiều chương trình tính toán tài chính, khoa học và kỹ thuật sử dụng những phương pháp này và một số phương pháp trực quan hóa dữ liệu khác. Trình bày thông tin bằng hình ảnh là một công cụ tuyệt vời để tiến hành nghiên cứu khoa học, lập luận trực quan và hấp dẫn trong các bài báo và thảo luận khoa học.

Mô hình hóa các quá trình và hiện tượng

Hệ thống đồ họa hiện đại có đủ hiệu suất để tạo ra những hình ảnh động và phức tạp. Các hệ thống mô hình hóa, còn được gọi là mô phỏng, cố gắng thu thập và trực quan hóa một bức tranh về các quá trình và hiện tượng xảy ra hoặc có thể xảy ra trong thực tế. Ví dụ nổi tiếng nhất và phức tạp nhất của hệ thống như vậy là thiết bị mô phỏng chuyến bay, được sử dụng để mô phỏng môi trường và quá trình bay trong quá trình huấn luyện phi công. Trong quang học, thiết bị mô phỏng được sử dụng để mô phỏng các hiện tượng phức tạp, tốn kém hoặc nguy hiểm. Ví dụ: mô hình hóa quá trình hình thành hình ảnh hoặc mô hình hóa trong bộ cộng hưởng laser.

Thiết kế các đối tượng kỹ thuật

Thiết kế là một trong những giai đoạn chính của việc tạo ra một sản phẩm trong công nghệ. Hệ thống đồ họa hiện đại cho phép bạn hình dung rõ ràng đối tượng được thiết kế, giúp xác định và giải quyết nhanh chóng nhiều vấn đề. Nhà phát triển đánh giá tác phẩm của mình không chỉ bằng những con số và thông số gián tiếp, anh ta nhìn thấy chủ đề thiết kế trên màn hình của mình. Hệ thống máy tính cho phép tổ chức tương tác tương tác với đối tượng được thiết kế và mô phỏng việc sản xuất mô hình từ vật liệu nhựa. Hệ thống CAD đơn giản hóa và tăng tốc đáng kể công việc của kỹ sư thiết kế, giải phóng anh ta khỏi quá trình soạn thảo thông thường.

Tổ chức giao diện người dùng

Trong 5-7 năm qua, mô hình trực quan trong việc tổ chức giao diện giữa máy tính và người dùng cuối đã trở nên thống trị. GUI dạng cửa sổ được tích hợp vào nhiều hệ điều hành hiện đại. Bộ điều khiển được sử dụng để xây dựng giao diện như vậy đã được chuẩn hóa khá tốt. Hầu hết người dùng đã quen với cách tổ chức giao diện như vậy, điều này cho phép người dùng cảm thấy thoải mái hơn và tăng hiệu quả tương tác.

Tất cả điều này cho thấy rằng bản thân hệ điều hành lẽ ra đã triển khai một số lượng đủ lớn các chức năng để trực quan hóa các điều khiển. Ví dụ: hệ điều hành Windows cung cấp cho các nhà phát triển GDI (Giao diện thiết bị đồ họa). Như thực tế cho thấy, đối với một số ứng dụng, các khả năng do API hệ thống cung cấp là khá đủ để trực quan hóa dữ liệu đã xử lý (xây dựng các biểu đồ đơn giản, biểu diễn các đối tượng và hiện tượng mô phỏng). Nhưng những nhược điểm như tốc độ hiển thị thấp và thiếu hỗ trợ đồ họa ba chiều không góp phần vào việc sử dụng nó để trực quan hóa dữ liệu khoa học và mô hình máy tính. Một số chương trình khoa học và kỹ thuật có đầu ra đồ họa phức tạp yêu cầu các chức năng để trực quan hóa dữ liệu được tính toán, hiện tượng mô phỏng và các đối tượng được thiết kế nhanh hơn, mạnh hơn và linh hoạt hơn.

Công nghệ đồ họa máy tính

Trong các ứng dụng khoa học và kỹ thuật hiện đại, trực quan hóa đồ họa phức tạp được triển khai bằng thư viện OpenGL, thư viện này đã trở thành tiêu chuẩn thực tế trong lĩnh vực trực quan hóa ba chiều. Thư viện OpenGL là một giao diện phần mềm hiệu quả cao cho phần cứng đồ họa. Thư viện này cho phép bạn đạt được hiệu suất cao nhất trong các hệ thống phần cứng chạy trên bộ tăng tốc đồ họa hiện đại (phần cứng giải phóng bộ xử lý và thực hiện các phép tính cần thiết để trực quan hóa).

Kiến trúc và thuật toán của thư viện được phát triển vào năm 1992 bởi các chuyên gia của Silicon Graphics, Inc. (SGI) dành cho phần cứng máy trạm đồ họa Iris độc quyền. Vài năm sau, thư viện này đã được chuyển sang nhiều nền tảng phần cứng và phần mềm (bao gồm cả Intel+Windows) và ngày nay là thư viện đa nền tảng đáng tin cậy.

Thư viện OpenGL được phân phối miễn phí, đó là lợi thế chắc chắn của nó và là lý do cho việc sử dụng rộng rãi như vậy.

OpenGL không phải là một thư viện hướng đối tượng mà là một thư viện thủ tục (khoảng hàng trăm lệnh và hàm), được viết bằng ngôn ngữ C, một mặt, đây là một nhược điểm (đồ họa máy tính là một lĩnh vực màu mỡ để sử dụng lập trình hướng đối tượng. ), nhưng các lập trình viên đang làm việc có thể làm việc với OpenGL trong C++, Delphi, Fortran và thậm chí cả Java và Python.

Một số thư viện hỗ trợ thường được sử dụng cùng với OpenGL để giúp tùy chỉnh hiệu suất của thư viện trong một môi trường nhất định hoặc để thực hiện các hàm kết xuất phức tạp hơn được triển khai bằng các hàm OpenGL nguyên thủy. Ngoài ra, có một số lượng lớn các thư viện đồ họa chuyên dụng sử dụng thư viện OpenGL làm cơ sở cấp thấp, một loại trình biên dịch mã, trên cơ sở đó các chức năng đầu ra đồ họa phức tạp được xây dựng (OpenInventor, vtk, IFL và nhiều thư viện khác) . Cộng đồng người dùng OpenGL có thể được tìm thấy tại www.opengl.org

Microsoft cũng đã phát triển và đề xuất sử dụng thư viện đa phương tiện DirectX cho các mục đích tương tự. Thư viện này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chơi game và đa phương tiện, nhưng không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khoa học và kỹ thuật. Nguyên nhân rất có thể là DirectX chỉ hoạt động trên Windows.

Theo truyền thống đã được thiết lập, hãy bắt đầu với định nghĩa.

Trực quan hóa thông tin– Trình bày thông tin dưới dạng đồ thị, sơ đồ, sơ đồ khối, bảng biểu, bản đồ, v.v.

ecsocman.edu.ru

Tại sao phải trực quan hóa thông tin? "Câu hỏi ngu ngốc!" - người đọc sẽ thốt lên. Tất nhiên, văn bản có hình ảnh được cảm nhận tốt hơn văn bản "xám" và hình ảnh có văn bản thậm chí còn được cảm nhận tốt hơn. Không phải vô cớ mà tất cả chúng ta đều yêu thích truyện tranh đến vậy - xét cho cùng, chúng cho phép chúng ta nắm bắt thông tin một cách nhanh chóng theo đúng nghĩa đen mà dường như không cần phải nỗ lực tinh thần dù chỉ một chút! Và hãy nhớ rằng bạn đã nhớ rõ nội dung của những bài giảng có kèm theo slide trong quá trình học!

Điều đầu tiên xuất hiện trong đầu chúng ta khi nghe từ “hình dung” là đồ thị và sơ đồ (đó là sức mạnh của sự liên tưởng!). Mặt khác, chỉ có dữ liệu số mới có thể được hiển thị theo cách này; chưa ai có thể xây dựng biểu đồ dựa trên văn bản mạch lạc. Đối với văn bản, chúng ta có thể xây dựng dàn ý, nêu bật những ý chính (luận điểm) - tóm tắt ngắn gọn. Chúng ta sẽ nói về những nhược điểm và tác hại của việc ghi chép sau, nhưng bây giờ hãy nói rằng nếu chúng ta kết hợp dàn ý và dàn ý ngắn - “treo” luận văn trên cành cây, cấu trúc của nó tương ứng với cấu trúc (kế hoạch) của văn bản - sau đó chúng ta sẽ có được một kết quả xuất sắc sơ đồ khối văn bản sẽ được ghi nhớ tốt hơn nhiều so với bất kỳ bản tóm tắt nào. Trong trường hợp này, các nhánh sẽ đóng vai trò là những “đường đi” - những con đường kết nối các khái niệm và luận điểm mà chúng ta đã nói trước đó.

Bạn có nhớ cách chúng tôi xây dựng sơ đồ UML dựa trên mô tả về hệ thống phần mềm được thiết kế nhận được từ người dùng trong tương lai không? Cả khách hàng và nhà phát triển đều cảm nhận được hình ảnh thu được dễ dàng và nhanh hơn nhiều so với mô tả bằng văn bản. Theo cách tương tự, bạn có thể “miêu tả” hoàn toàn bất kỳ văn bản nào, không chỉ các thông số kỹ thuật để phát triển hệ thống. Cách tiếp cận mà chúng tôi mô tả ở trên cho phép bạn trình bày trực quan hoàn toàn bất kỳ văn bản nào - có thể là một câu chuyện cổ tích, một bài tập kỹ thuật, một bài giảng, một cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng hoặc kết quả của một cuộc họp - dưới dạng một cách thuận tiện và dễ hiểu. đọc cây. Bạn có thể xây dựng nó theo bất kỳ cách nào bạn muốn, miễn là bạn có được một sơ đồ trực quan và dễ hiểu, sẽ rất tuyệt nếu bạn minh họa bằng các hình vẽ phù hợp.

Những kế hoạch như vậy cũng thuận tiện để sử dụng trong giao tiếp khi thảo luận về bất kỳ câu hỏi và vấn đề nào. Thực tế cho thấy, việc thiếu các tiêu chuẩn ký hiệu rõ ràng hoàn toàn không gây khó khăn trong giao tiếp cho người tham gia thảo luận. Ngược lại, việc sử dụng các hình thức trình bày thông tin phi ngôn ngữ cho phép bạn tập trung sự chú ý chính xác vào những điểm chính của vấn đề. Do đó, trực quan hóa là một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất để tăng hiệu quả phân tích, trình bày, nhận thức và hiểu thông tin.

Ồ, cuối cùng chúng ta cũng đã hoàn thành phần mô tả tẻ nhạt về các lý thuyết, phương pháp và kỹ thuật khoa học được sử dụng để xử lý, hệ thống hóa và trực quan hóa thông tin! Phần trước của chương khiến cả tác giả và người đọc đều mệt mỏi, tuy nhiên, điều đó là cần thiết: kết quả là chúng ta thấy rằng những đặc thù trong hoạt động của bộ não chúng ta đã được các nhà khoa học tích cực sử dụng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau ; nhiều thứ có vẻ quen thuộc với chúng ta là máy tính cá nhân, giao diện người dùng, cơ sở tri thức, v.v. – ban đầu được xây dựng có tính đến bản chất liên kết của suy nghĩ con người và xu hướng biểu diễn và trực quan hóa thông tin theo cấp bậc. Nhưng đỉnh cao và sự thể hiện đồ họa tự nhiên trong quá trình suy nghĩ của một người là lập bản đồ tư duy, cuối cùng chúng ta cũng sẽ tiếp tục thảo luận về vấn đề này. Đồng thời, chúng tôi sẽ cố gắng mở rộng hiểu biết của mình về các nguyên tắc của tư duy trực quan.