Исследование индивидуальных когнитивных стилей студентов при освоении курса «инженерия знаний»

Введение

Курс «Инженерия знаний» является важным для понимания и развития профессиональных навыков по разработке интеллектуальных систем, а также для подготовки аналитиков широкого профиля. Он освещает вопросы извлечения, структурирования и формализации знаний. Ядром курса является онтологический инжиниринг (Гаврилова, 2008). Студенты учатся создавать практические онтологии для различных предметных областей. При этом сначала они создают индивидуальные онтологии, а затем работают в группе. Многолетний опыт показал, что студенты существенно отличаются по качеству построенных онтологий.

Данная статья отражает результаты исследования по выявлению взаимосвязей индивидуального когнитивного стиля студента и особенностей формирования онтологий предметной области.

О когнитивных стилях

Из множества характеристик когнитивного стиля из научной литературы по когнитивной психологии [Холодная, 2004] были выбраны три: полезависимость/поленезависимость (ПЗ/ПНЗ), импульсивность/ рефлексивность, узость/широта категории.

Оценка онтологий

Оценивать качество построенных онтологий можно двумя способами:

• Экспертный — аналитик-онтологист и эксперты оценивают качество по различным критериям, таким как полнота, сбалансированность, «правильность» и т.п.
• Формализованный — с помощью набора метрик, по которым оценивается каждая онтология.

Второй способ предпочтительнее по двум причинам: отсутствие субъективизма и возможность автоматизации. Для оценки онтологий использовался расширенный набор метрик [Болотникова, Гаврилова, Горовой, 2011].

На основании анализа литературы и эмпирического опыта в разработке онтологий были выдвинуты следующие гипотезы:

1. Люди, принадлежащие к полюсу ПНЗ имеют более развитые когнитивно-структурирующие способности, соответственно качество онтологий, построенных поленезависимыми испытуемыми, будет выше.
2. Импульсивные индивидуумы строят поверхностные онтологии, без достаточной категоризации на верхнем уровне, в то время как рефлексивные строят более глубокие онтологии.
3. Онтологии «неточных» испытуемых в тесте Кагана на «импульсивность /рефлексивность» более запутанны.
4. Когнитивный стиль «Узость / широта категорий» влияет на ширину онтологий: широкие категоризаторы склонны строить «широкие» онтологии.

Обсуждение результатов

Первая гипотеза не подтвердилась: связи между показателем ПЗ/ПНЗ и рангом онтологии не наблюдается. Это положительный факт, так как он означает, что навыку создания хороших онтологий можно научить.

Вторая гипотеза частично подтвердилась: метрика «90% line глубины» коррелирует с временем первого ответа в тесте Кагана, т.е. рефлексивные испытуемые строят более глубокие онтологии. При этом обратной корреляции между временем первого ответа и шириной онтологий не выявлено.

По третьей гипотезе — число ошибок в тесте Кагана коррелирует со значениями метрики «Среднее число родителей на узел», характеризующей запутанность онтологии, что подтверждает данную гипотезу.

Кроме того, это число ошибок коррелирует с метриками «Минимальная глубина», «Коэффициент ветвистости семейств» и обратно коррелирует с взвешенным коэффициентом ветвистости листьев.

Четвертая гипотеза полностью подтвердилась: широкие категоризаторы построили онтологии большего размера (по числу концептов), и при подробном изучении оказалось, что это было достигнуто за счет большего количества «детей» у каждого родительского концепта. Соответственно результаты теста «Средние суждения» коррелируют с такими метриками как «Средняя ширина онтологии», «Количество листьев», «Абсолютная мощность семейств» и т.п. Кроме того, они коррелируют со среднеквадратичным отклонением относительной ширины онтологии. Последнее говорит о том, что количество концептов на соседних уровнях и в различных ветках существенно разнится, а значит онтологии у широких категоризаторов несбалансированы.

Заключение

Представленные выше выводы говорят о том, что поленезависимые студенты более других склонны к аналитической работе, что можно использовать при выдаче рекомендаций в аспирантуру и профессиональной ориентации. Также результаты можно использовать при организации групповой работы студентов по структуризации данных и знаний, а также другой аналитической деятельности.

Работа выполнена в рамках проекта «Структурирование знаний и КОнтента МЕтодами группового дизайна онТологий (КОМЕТ)», РФФИ №11-07-00140.