文摘
本文描述了如何使用概念图技术在工程教育领域的电子产品。整个知识领域本体的领域。强调的是概念地图作为一个合适的工具来支持教师在促进学生的理解学习材料和改善他们对新概念的理解。提出了引入一个原始教育辞典。这样的一本同义词典帮助学习者看到他们所获得的教训。它支持他们在新和前概念之间的联系和加强了知识集成的晋升。发达的概念地图被视为有价值的许多评估程序的工具。他们代表学习者的知识提供信息和反射反馈根据学习者的个人风格和请求。
1。介绍
目前,许多大学寻求更好的方法来提高他们的教育技术,根据联合国教科文组织的文件,应提供新颖的创造,组织安排应用程序中,并定义教学,与他们共同学习,评估流程和资源整合。安排高质量的教育过程的主要目标是激发学生学习技能直接关系到他们的专业和其他专业知识领域有价值的工作环境。
知道如何判断是否合适的学生学习是很重要的学习目标并决定如何改进教学。在任何学科,电子学生开始他们的训练从学科的基本概念到入门课程。在我们的例子中,它是电子和半导体工程学科。通过电力电子明年他们继续他们的研究。初步的学科介绍简单的概念,如半导体,电子设备,放大器、滤波器和数字组件。在主要的课程中,学生们探索电力转换器,包括他们的特点,互连,基本计算和设计问题。教育者试图为毕业生提供知识场的一般概念,提高他们对其他话题之间的关系的理解他们的未来的研究。然而,学习者和教师面临许多的问题在这些课程1]。
老师经常期望学习者自己发现的概念之间的联系他们了解在电子和材料研究在其他课程的课程。这样做,教育者依靠新的教育技术,使学员获得大量的学习量。许多供应给学生额外的数据包括印刷和虚拟的。印刷资源覆盖教程艾滋病、课本、课堂讲稿、实验室、练习、测验、考试,等等。在虚拟组织电子书、软件、web手册,和数据库是代表学习门户网站,社交网络和在线研讨会。学习者和教育者的交易所的合作伙伴协议和国际项目也会增加学生的活动。除了通常的大学资源,合作伙伴机构和企业的学习工具一起使用的开放网络资源访问学习。他们中的大多数是深入描述和解释2]。
此外,教育者往往失望如果学习者未能预期节点因为他们不顾广博的知识扩散的情况往往导致学生这样一个严重的问题作为一个信息超载(1]。在工作没有帮助,学生遇到断断续续的和不连贯的信息,往往导致失望和不可能使系统和完整的知识领域。
它是学习者表达足够的问题全面的地图电气工程,物理,电子、电力电子、和类似的域名,因为多样性的概念在适当的课程。对许多学生的看法背后的实践和理论研究主题和它们之间的联系是不容易的。很多材料是不适用的实验室和练习。当学习者发现这些课程难以理解,它带来了他们的动机在学习和学习的成功。在[3),类似的原因已经解释关于其他工程学科。此外,它是教师的问题设计课程内容以适当的形式在所需的水平。
很多研究关注的方法来增加了解大量的信息。当代课程管理成为了老师和学生都不需要定期提高自己的专业水平。克服这种局限性,新方法是在全球开发的教学实践。特别是提出了一个有效的“课程容器系统”(4]。这样一个五级成分包括课程、单位、任务,事件,和元素水平变得足够复杂的教育者需要沿着整个教育过程。教育家的活动是由课程限制在这种情况下的“聚合”;因此任何时间当老师决定修改教育轨迹,课程必须改变。另一个流行的工具提高学习是知识表示的“概念图”(5]。经验表明,这个方法阐述了存储技术,更有影响的教学大纲卷而不是结构的课程。
论文(6,7已经观察影响知识获取的方法使用这些物品,例如标题、标题、概述,预览,印刷线索,总结,迹象,回忆的句子,总结指标,指标的重要性。各种这样的对象产生更好的信息存储;然而,内存“unsignaled”数据往往是不受影响。的研究(6]表明,适当安排学习的体积和上下文成功增加知识,学生可以获得的数量以及他们的整体理解。已经证明在1)的图形表示形式研究体积可以减少信息过载和学生迷失方向。
概念图代表一个最强大的图形工具,用于知识获取(8,9]。后(10- - - - - -12),概念地图支持学生在理解小说主题地图的链接在新的和以前研究领域。
基于概念图的方法,本文旨在一个原始研究报告相关的增强和改进教学策略和技术工程教育的电子产品。第一部分的工作侧重于就业概念图在电子产品领域,作者开发了一组相关的概念地图和图形化网络资源。接下来,本文解释了如何使用多个知识资源,定义所需的概念设计请求的概念图,并安排学习对象指的这些概念。在进一步的部分表明概念图帮助学习者在理解电子知识域和交联的概念。提出的概念地图作为改善的工具使用的理解学习领域前后课程。最后,本文展示了一个特定的概念状态可以影响不同学习目标从而给学生一些适应性的指导课程的升值。
2。本体的知识领域
以同样的方式与其他工程学科一样,电子可以讨论作为一个知识领域,收集一些有限体积的概念和现有的这些概念之间的联系。表示这样一个集合适合知识重用和共享被称为本体(13]。一般教师应用本体由领域专家在相应领域的科学准备他们的课程教学大纲的方式降低知识过载和信息迷失方向。除此之外,教师还使用本体来设计他们的教程艾滋病和准备一些学习工具来指导他们的学生14]。
显示本体和转移他们从教练到学员,需要一个特定的系统将提供一些抽象,形式化,简化成像的现象及其相互作用进行了研究。通常情况下,三种类型的使用这样的系统,即描述性模型和图形的数学模型(15]。
图形系统使用符号和图,说明前两种模型类型的关系。概念地图已经定义在[16,17]随着知识组成的概念的图形化表达它们之间的关系。概念层次结构的图形表示形式和连接在建构主义它的起源,它解释了如何使用先验知识作为学习新知识的框架。从建构主义的角度来看,一个学习者获得新知识通过一个集成的新概念与现有18]。这小说强调了先验知识学习的重要性的概念。在[19,20.概念图是表示为本体发展的第一阶段。后(21),也可以灵活地显示知识拓扑用于有意义的学习与教育的主题词表。
概念地图感兴趣是源于他们的互连与记忆理论和教育科学(22]。著名语句的语义记忆理论是指关联知识网络。其主要的前提是,知识是记忆的网络互连的概念。关闭知识表示与越多,越有可能学习者将召回数据在适当的时刻。通过这种方式,网络是一个集成的多个概念。这个理论基础导致了实用的方法,采用概念图的语义网络。
的一个著名概念图环境CMAPTools [17]。这个软件起源于人类和机器认知研究所(IHMC),使学生和教师,共同或单独显示知识并分享他们在同行和同事。IHMC建立了一系列公共服务器免费用于教学,支持知识的共享。CMAPTools维护知识共享的客户机-服务器架构通过概念地图服务器,使概念映射到被连接到相关领域和其他类型的媒体,如视频、图像和主页。同时,提出通过网络是一个工具,促进出版与自动将概念图转换为HTML格式适合浏览互联网(23]。今天,CMAPTools广泛适用于工程活动由于他们关注过程和产品的接口。常见的概念图模式非常象征的认知状态。随着CMAPTools,其他一些concept-based图形工具存在,但他们有另一个关注的概念关系,对象的身份,他们的功能角色。
为了方便解决教育问题,概念图介绍了各种各样的教育应用程序,包括学习和教学,课程设计,和评估在力学、化学、信息技术等(24]。他们为初学者提供一个有用的环境,教师适应课程开发者和学习者在理解学习知识领域的全貌。研究人员应用概念图在通信所需的课程设计和教学活动建设。
概念图的作用目前从个体学习者合作学习促进转移(25]。前者旨在支持个人学习,从而帮助教师或学生发现知识获取中的错误或合并收购和旧的概念。另一方面,后者的确提高了学习者和教师之间的接触和理解的问题。举例来说,有些研究[26),发现协作概念映射增强学生的互动,帮助他们在学习课程的特定部分。许多方法被发现产生新的知识和信息共享。协作技术实施安排不同的活动(27),交互的方法(同步、异步,或两者兼而有之),管理(28),和共同工作。同步和异步远程用户学会合作在地图设计中,评论,和同行审查。学生获得的技术分享他们的地图和反馈安排。
3所示。教育辞典
一个有效的描述模型的形式教育主题词表(ET)开发出了本文的作者作为电子产品本体设计的第一步(2]。与其他知名词典等是主要是为了实现教育目的。考虑,每一个学科研究的概念在一个特定的上下文和给他们独特的含义,偏离的意思相同的词在其他上下文和在日常语言。妥善组织课程等被直接描述非循环图而专业词典是由森林这样的图形表示。基于这一目标,等拓扑估计和定义在[29日]。
构建等,电子产品的关键概念是第一选择的候选人包括等(30.]。这些概念提出的不同作者并不总是一致的,他们经常使用类似条款描述相同的概念,但并非完全相同。因此,这些条款主要是由教师分成适当的组分类来减少他们的总数。接下来我们的目的是总结大型数据集通过移除任何冗余数据寻找关键概念。最后,评估“力量”的关系是决定。在最简单的情况下,没有循环和最小的线性拓扑概念提出了链接。然而,许多概念有复杂的关系,而其中一些没有互联等领域内的其他概念和脱钩是最小化。
外星人用来储存这些分组条件已经成为一个合适的工具从这个观点(31日]。每个条目表示一篇文章解释了一个独立的概念,包括它的术语和定义。概念的含义是描述一个特定的条目被称为定义概念而早些时候介绍条目用来解释一个定义的概念被称为父母。下面十行代表一个非常短的片段电力电子课程(教育辞典的32),定义以下概念:(1)“电力电子转换器(压电)”:电子转换器转换能源在一个电力电子系统,(2)“直流/直流转换器”:“派克”转换直流来直流的另一个层面上,(3)“负载”:对象连接到“派克”输出,(4)“供应”:权力行喂“压电陶瓷”,(5)“提高”:“负载”的一代电压的水平高于“供应”电压,(6)“助推器”:“派克”和“提高”的可能性,(7)“提高转换器”:“助推器”,(8)“开关直流转换器”:建立在“直流/直流转换器”切换工作原理,(9):“巴克转换器开关直流转换器”输出电压小于输入电压,(10)“buck-boost转换器”:“巴克转换器”加上“提高转换器”。
这里的概念之间有引号和一个斜体字体用于传入从之前的学科,比如电子和电气工程。定义的概念术语占领每一行的左边而定义。在表1,命令概念表的一个片段。
这些排名同义词典现在伴随许多电子文件相关的课程在塔林大学学习电子技术。的帮助下互动超链接,一个教育辞典澄清和解释的概念通过其他学习材料包括艾滋病讲座和实践。这个交互式分层次结构化字典解释目前大约有1000在电力电子的概念。每一个等条目都有语义(有意义的)与前面的定义。一个按字母顺序命令同义词典索引和数据库表安排。同时,主题索引存在,引导学习者在整个学科,从根概念知识树的叶子。
4所示。概念图作为一名教师的工具
后(33),上述方法应用于教学电子应该代表准确信息知识领域的研究。的任何地图图示或多或少等片段,在地图开发我们选择的集合概念和安排的基本命题连接词。这些概念被完成在一个合适的拓扑结构的更一般的概念出现在地图,和更具体的概念占据较低水平。概念在相同级别的泛化是位于相同的拓扑的水平。因此,我们概念映射的结果是由概念、关系和拓扑。
在[1),程序之间共享知识转移的四个主要步骤:(我)信息检索,(2)概念提取,(3)搜索的关键概念,(iv)评价“关系力量。”
根据这个组织,在构造域的概念图,每个老师在我们团队已经区分内容覆盖通过讲课和内容提供实验室,运动,和其他的研究。此外,教科书等信息资源,科学和流行的书籍,网站为学生提供必需的数据。安排成功提取概念,教师收集他们的条款在教育词典总结大型数据集和删除数据冗余。在这个过程中,概念的评价“力量”的关系决定。在最简单的情况下,线性映射拓扑不循环和链接可以提出以最小的概念。然而,到目前为止,许多概念复杂的互连,相反,一些概念与其他概念没有联系,老师最小化这种解耦使用点对点通信。
我们发现的一个焦点问题特定的教训应该解读为不超过25的概念。这种需求影响概念映射以最小的冗余和最小损失的信息。因此,简单是第一重要的教练的要求。如果一个概念太大,可以使用一些概念图。以同样的方式,总结了一章和研究领域的一部分。
概念地图不同的教练是主观的,因为每一个概念图代表了作者的个人知识和技能。在一个教育背景下,教师想推断出学生的理解和对主题的看法。学生所使用的术语的教育家也希望将使评估结果,因此概念地图应该由不同的资源以同样的方式,也就是说,使用相同的单词。这个需求影响概念映射在两个方面:(我)要提取的概念和关系从一个共同的基本,(2)概念层次结构反映了特定领域的概念的重要性。
根据上述规定,概念图设计的主要问题是歧视的最有意义的概念不太重要的。因此,教师采取的第一步是要考虑哪些概念最重要,那些学生不应该排除。概念图创建的第二步是加入有意义的信息结构的概念。通过这种方式,一个特定的网络组成的设计概念节点(点,顶点)和链接(弧边)等概念之间的关系提供了“,”“相关”,或“的一部分。“除了这两个步骤,另一个质量细节吸引地图设计师的兴趣,如隔离的主要概念与其他使用不同的突出(颜色、字体、形状等),代表人物,和图标和连接到外部网站,应用程序,或从其他机构概念地图。开发的地图还包括的概念不同的领域之间的交叉连接,展示一个知识领域与另一个领域。
图1代表一个片段构建的同义词典的电力电子CMAPTools环境。所有开发的地图包括节点的关键概念在圆角矩形封闭。每个概念都有个人定义标签。拓扑的概念分层的方式表示的最一般的概念在左边和右边的不按层次结构排列的一般概念。平等的概念泛化级别都位于相同的拓扑级别。的层次上定义一个特定的子域名也是它的上下文信息被应用或考虑。交叉连接地图所示为命名的捷径。因此,概念图的结果包括概念、关系和拓扑。
概念地图开发成为一个合适的工具支持教师在促进学生对学习材料的理解,提高他们对新材料的理解。
5。概念图作为一个学生的工具
学习者的概念图的目的是解释学习者的个人理解和可能性画个人例子对现有理论和实践任务。地图的概念表示图形等的一些片段作为一个灵活的工具来关注的重要方面,他们实际上帮助探索学生学习和他们如何做。
映射过程表明学习者眼中重要的概念以及它们与这些概念。映射的结果可以对明确学习目标,改进教学策略,确定适当的评估工具,了解学生的学习目标被实现。
概念图通常用于以下两个方面:学习使用(我)学生被要求开发自己的概念图在焦点话题之后,(2)学生被要求分析一些初步设计概念图由导师或其他学习者。
这两种方法看起来是有效的工具在提高学习成果。这些地图进行一个反思的过程,收集,并选择适当的知识。根据(34),这个概念地图允许学生(我)发展自主学习的柔性结构,(2)管理大量信息的知识库构建的学习过程,(3)跟踪个人发展各领域和方面,(iv)与他人分享他们的地图反馈或评价,(v)促进建立个人学习目标。
概念图设计时在教室里,我们遵循的建议35)和限制通常映射时间由5至20分钟。相反,如果映射指定作业,学习者将大量的信息从许多来源,如书籍、互联网和其他数字媒体库。这些来源的内容可能是有用的去欣赏这门课或简化知识的理解。否则,它并不是一个微不足道的工作为学生组织和识别的主要主题的话题。因此,学生迫使多个学习对象和做笔记的概念映射到个性化学习,提高技能,保证知识共享。
概念图的分级特性允许组织从高抽象水平概念更具体的层。这个属性可以使用学生管理和结构化数据。定性分析技术后,学生建立自己的关系后来形成他们的个人概念图的概念。学生也可以提供一个预定义的地图结构教师。移动通过研究项目,他们可以学会理解这些概念,认识到宝贵的学习过程中他们的工作的例子。在这工作,学生可以提供定义的概念通过描述他们自己的观点。
许多不同的方法,学生申请当代表类似的概念被披露。基于对学生的地图,常见情况下已确定如下:(我)学生常常插入多余的节点之间的相关概念;(2)相同的节点映射层次通常分层树中移动到不同位置;(3)同一个节点通常是由一个学生作为主要的概念而另一个认为它作为子公司的概念;(iv)一个特定的节点在一个地图可以匹配许多节点在地图由另一个不同的学生;(v)一般的学生提供不同的相同的节点之间的联系,因此反映了这些关系的不同理解。
它被发现这一概念映射没有培训是很有问题的学生,通常无法结构和集成的信息在一个适当的方式。后(6,36),产生有利的结果我们认为培训是一个关键因素。因为概念图可以很容易地解释学习者,我们安排培训和地图同时施工。学生不要求生成地图在电脑上。在培训他们准备了小手写地图适合容易阅读。我们同意37)这一概念映射可以相对轻松地进入教室。从5到15分钟的概念图训练很容易适应几乎任何时间表。因此,我们不等时间级地图3到10分钟,出现耗时不超过多项选择题测验或短文。
因此,我们的经验表明概念图学习提高学生的理解,他们所获得的类,以及它们如何使之前的类和概念之间的联系。映射强化知识集成为学习者提供一个活动促进这样的集成。至于学生提高他们的理解,他们可能找到更合适的证据在他们的知识领域。因为这个动态特性的学习,个人概念图可能永远不会完成(34]。概念映射也促进了许多讨论,特别是如果他们被放置在屏幕上和学生看到他们。最后,地图帮助找到何时何地的学生需要更多的指令。
6。概念地图作为评估工具
进一步的概念图是在评估他们的重要作用[38]。概念图是一种有价值的工具的评估程序,因为他们显然代表了学习者的知识通过多个反馈根据学生的个人特点和要求。
很难评估每个学生知道在一个广泛的学科领域。概念图的一个重要特性是,对于每一个学生,他们往往是独特的。众所周知,人类的思想是非常不同的,尤其是在解释时,如质量或完整性。据报道在39),不同的人会构造不同的概念图,即使他们回答相同的问题和分享相同级别的专业知识。这种独特性阻止老师做一个快速评价自估计对象不是对或错,而是更复杂,复杂,准确直接关系到学生对解决领域的理解。因此,评估过程容易被复杂而耗时的,一般来说,包括一个强烈程度的主观主义,应该减轻(40]。主体性出现当老师问他们建造的概念图相同的知识表示在他们的演讲或教科书。
迎接挑战,它被发现在6)如何评估学生的可能性中提取定量和定性信息的研究材料。在[39]提出了分区评估过程的使用遵循的步骤的创建以及客观指标分配每一步。一些作者得了地图沿着几个维度,包括他们的全面性,细节的数量和复杂性的链接。
我们发现这个概念地图作为评估工具至少需要考虑两个问题:(我)如何设计、地图(2)他们是如何解释的。
这两个问题导致了两种方法的有效性都通过对比学习者的地图与专家的(22,38]。前,学生的概念方法,收集地图的概念和链接一个学生识别相对评估领域。学生直接或间接构造他的地图,在一位老师的帮助下实现了学习者的想法。这种方法的力量,重点是了解一个特定的学生欣赏特定的领域。学生个体差异的理解可以在这里拍摄。然而,这种方法所带来的概念图可以大,复杂,且难于预测,通常问题提供一个最终判断一个学生的知识。在第二种方法,称为外部生成的概念方法,评估代表两个概念映射之间的定量比较学生的和老师的地图。解释这个结果后,地图通过确定这两个映射之间的相似性。参照地图可能由导师根据他/她自己的知识或地图构造代表教科书的重要知识。两者之间的相似性的度量地图显示学生的知识水平。
学生提交的地图通常是相当不同的(22]。从我们的实践几个这样的例子如图2。三组(60)第二阶段课程本科学生被要求构建概念图研究的整流器在一系列的讲座,练习,和实验室。映射的焦点问题是展示学习者的系统化的知识从不同的来源获得的能力,如类课程、教科书和教程,网络,和点对点通信。示例表明,学习者展示概念关系的不同理解,排名,链接和点头。一些学习者像创建了地图在教室里工作。这样的地图通常收到相当低的分数全面性,详细级别,和复杂性维度。获得更高的等级,地图应该表示大量的概念,他们的交叉连接,因此显示,学生可以区分层次结构层域的元素。有意义的链接的数量导致分数显著。
地图解释通常包括定量评分和定性判断的合理性评估模型。在我们的期末成绩评估过程涉及到学生的得分地图沿着这样的维度:概念的数量,链接的数量,等级水平的数量,和例子的数量。这些评分数据源于概念映射目标代表宽度等特征,深度,和连接。除了得分沿着这些维度,地图一般检查无效的位置的数量以及主要概念和关系的缺失。在评估期间,每一个维度上得分范围从0到5。
获得的分数的分布在我们实验认为,大部分学生可以达到很高的评级。这表明,在课程结束时,大多数学生已经获得了他们学习的概念。的体积获得细节,大多数学生已经收到了中层分数。这证明了学生的差异可能意识到详细的概念描述。的得分分布概念连接最大变异从而显示学生仔细学习之间的差异和不太成功的人在系统的学习。
当然,概念地图不能是唯一的评估工具,因为他们代表着全面评估过程的一部分。通常他们需要太多时间解释,仍然可以保持模棱两可。他们不保证学生能够应用概念设计或其他真实的工程活动。
7所示。结论
结果表明,教育工作者和学生有困难发展和解释概念在电子地图以及在建立概念和实体之间的关系。概念图,结构复杂而耗时的任务,需要相当的努力的决心的主要概念和关系。拟议的研究打开了有用的方式对教育者和学生概念图应用程序。给出的建议如何获得更好的结果在电子理解和评估。它还显示,由于其面向流程的本质、概念映射扩大成功的机会在所有学习过程。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。