ArticlePDF Available

Wizualizacja informacji w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych

Authors:
  • College of Social and Media Culture, Toruń, Poland

Abstract and Figures

Umiejętność analizowania i wykorzystywania dużych zbiorów danych w praktyce dydaktycznej zaczyna odgrywać coraz większą rolę zarówno na polu metodyki nauczania jak i praktyki dydaktycznej. Współczesne trendy w nauce światowej jasno wskazują na coraz większą unifikację na polu nauk przyrodniczych. Wykorzystanie interaktywnych systemów sieciowych pozwala prześledzić zmianę struktury nauki współczesnej z uwzględnieniem wyników najnowszych badań.
No caption available
… 
Content may be subject to copyright.
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
1
Wizualizacja informacji w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych.
Grzegorz Osiński, Instytut Informatyki, WSKSiM Toruń
Wiesława Osińska, INIBI, UMK Toruń
Streszczenie
Wstęp
Umiejętność analizowania i wykorzystywania dużych zbiorów danych w praktyce
dydaktycznej zaczyna odgrywać coraz większą rolę zarówno na polu metodyki nauczania jak
i praktyki dydaktycznej. Współczesne trendy w nauce światowej jasno wskazują na coraz
większą unifikację na polu nauk przyrodniczych. Wykorzystanie interaktywnych systemów
sieciowych pozwala prześledzić zmianę struktury nauki współczesnej z uwzględnieniem
wyników najnowszych badań.
Chociaż od dawna cytujemy stare chińskie przysłowie, iż „jeden obraz wart jest więcej
niż tysiące słów” to nadal proces przekazywania dużych ilości profesjonalnej informacji
odbywa sza pomocą opisowego języka naturalnego w postaci długich tekstów. Ilustracje
traktowane pomocniczo, wybiórczo i mają raczej pomóc w zrozumieniu tekstu a nie być
integralną niezależną częścią przekazu. Nie ma w tym nic dziwnego, wszak czytanie tekstów
jest najsprawniejszą metodą dydaktyczną stosowaną w nauczaniu „od zawsze”. Doskonale
wiemy, że proces czytania uruchamia w mózgu czytelnika liczne procesy, pozwalające nie
tylko wyobrazić sobie opisywany problem, ale przede wszystkim zapoczątkować proces
refleksyjnej analizy, który jest najważniejszy w zrozumieniu problemu. Dlatego tak wielu
twórców i naukowców cały czas przedkłada sążniste teksty nad prostsze, ale skuteczniejsze
metody wizualizacji. Niestety rozwój technologii komputerowych wymusza szybkość i
jasność przekazu. Uczniowie niechętnie analizują długie teksty, a raczej posługując się
narzędziami wyszukiwania starają się odnaleźć tylko ten fragment, który pozwoli im
rozwiązać problem. Jeśli kopernikańska zasada deprecjacji pieniądza dała początek
nowoczesnej ekonomii to, do czego doprowadzi proces deprecjacji informacji?
Mamy z tym problemem raczej negatywne skojarzenia. Dzisiaj, kiedy informacja
kiepska wypiera informacje profesjonalną i ważną, niektórzy badacze przewidują dalszy
proces prymitywizacji przekazu informacji a co za tym idzie ogólny spadek poziomu
nauczania. Powszechny dostęp do globalnych zasobów informacji wcale nie zwiększył
indywidulanej skuteczności w rozwiązywaniu problemów. Czasami wręcz przeciwnie,
zarówno nauczyciel jak i uczeń czują się zagubieniu w olbrzymim gąszczu danych, jakie
oferują im zasoby sieciowe. Nie posiadamy skutecznych narzędzi selekcji i weryfikacji
danych a jednocześnie jesteśmy ciągle nastawieni na szukanie informacji i nie mamy j
czasu ani energii, aby zapamiętywać i analizować. Na twórczy proces refleksji czasami
zupełnie już nie ma miejsca. Zastosowanie nowych narzędzi wizualizacji informacji może
pomóc rozwiązać te problemy. Właściwie skonstruowane i wykorzystane „mapy informacji”
pozwolą na automatyczne uruchomienie procesów analitycznych już w czasie poszukiwania
informacji. Nie podając uczniowi rozwiązania „na tacy”, jak czynią to wyszukiwarki
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
2
internetowe, zmusimy go do analizy już na etapie poszukiwania. Spróbujmy znaleźć
odpowiedź na tak postawione pytania.
Historia
Wykorzystywanie metod wizualizacji znane jest od bardzo dawna i oczywiście
słusznie kojarzy się z tworzeniem map. Mapy geograficzne przedstawiały na jednym obrazie
duże ilości danych przydatnych podczas podróży. Najstarsze mapy starożytne nie miały
systemu odniesienia, były tworzone na podstawie opisów podróżników. Dopiero Klaudiusz
Ptolemeusz (ur. ok. 100, zm. ok. 168) użył linii odniesienia, interpretowanych dzisiaj, jako
długość i szerokość geograficzna. W ten sposób powstały mapy kartograficzne umożliwiające
orientacje przestrzenną. W XVII wieku zaczęto nanosić na mapy informacje geologiczne,
ekonomiczne, polityczne i inne. Mapy przestały służyć tylko do orientacji przestrzennej a
zaczęły pełnić role leksykonów informacyjnych. Zaczęły pojawiać się użyteczne
zastosowania aplikacyjne. W 1845 roku, aby powstrzymać epidemie cholery w Londynie
miejscowy lekarz John Snow naniósł na mapę dzielnicy Soho aktualne dane
epidemiologiczne. Dokładna analiza tych danych a w szczególności korelacje pomiędzy
położeniami ujęć wody i miejsc zachorowań pozwoliła szybciej opanować epidemię. Podobną
metodę przyjął Charles Minard tworząc mapę moskiewskiej wyprawy Napoleona z roku
1812, naniósł na nią informacje dotyczące warunków meteorologicznych, liczebności armii
oraz dystansów pomiędzy kolejnymi bitwami. Mapa ta pozwoliła dokładnie zanalizować
przyczyny klęski Napoleona pod Moskwą i była przez kolejne lata podstawową pomocą
dydaktyczną na akademiach wojskowych całego świata.
Początek XX wieku to niestety ciemny okres” wizualizacji. Z pewnością do dzisiaj
odczuwamy gwałtowne zahamowanie procesu tworzenia i wykorzystania map
wizualizacyjnych. Metodologia redukcjonistyczna skupiła się na szczegółach.
Wykorzystywano oczywiście elementy wizualizacyjne, ale tylko dla ilustrowania szczegółów.
Równolegle dzięki wykorzystaniu najpierw maszyn matematycznych a potem komputerów
szybko rozwijały się metody statystyczne. Zaczęto stosować, pełne i kompletne wyniki analiz
w postaci tabel i prostych wykresów. Naukowców zafascynowała precyzja wyników
numerycznych, więc wypełniły one nie tylko literaturę specjalistyczną, ale również
podręczniki szkolne. Czasami jeszcze dzisiaj w kiepskich podręcznikach możemy znaleźć
obszerne tabele i tylko proste wykresy. A przecież już od drugiej połowy XX nauka o
wizualizacji na świecie przeżywa swoisty renesans. Dzięki interakcji i wykorzystaniu
zasobów sieciowych zaczęto tworzyć wizualizacje całościowych procesów. Powstały
zarówno nowe modele wizualizacyjne jak i coraz lepsze narzędzia. Dodatkowo w
wizualizacjach zaczęto wykorzystywać szeroko elementy semiotyczne. To właśnie
zastosowanie elementów kodów znacznikowych pozwoliło stworzyć współczesne metody
wizualizacyjne. Połączenie treści wizualnych i semiotycznych stało się kluczem w rozwoju
map nauki i wiedzy. Co prawda do dzisiaj nie rozwiązaliśmy jeszcze problemu wnowagi
semantyczno syntaktycznej w tworzonych mapach, ale dzięki wykorzystaniu najnowszych
zdobyczy neuronauk z pewnością stanie się to już wkrótce.
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
3
Zastosowanie w edukacji
Każde dziecko odbywa pierwsze podróże „palcem po mapie”, poznaje w ten sposób
nazwy miejsc, określa rodzaje krajobrazów oraz odległości. Specjalistyczne mapy
geograficzne przekazują nam informacje o klimacie, gospodarcze, uwarunkowaniach
społeczno-ekonomicznych i wielu innych parametrach. Ten świat zamknięty na kartce papieru
od setek lat jest nieodłącznym elementem procesu edukacji we wszystkich szkołach świata.
Każdy nauczyciel geografii wie, że analiza skomplikowanego problemu powinna się zacząć
od „pracy z mapą”, która daje wgląd w całokształt problemu, ale również pozwala na
szczegółowe studiowanie każdego elementu w odniesieniu do wielu rożnych czynników,
zarówno tych zawartych na mapie jak i tych, które uczeń przyswoił wcześniej. Skuteczność
nauki za pomocą dobrych map jest niepodważalna, wie o tym każdy uczeń i nauczyciel.
Jednak jak te klasyczne techniki mapowania wykorzystać obecnie w XXI wieku do nauki
przedmiotów przyrodniczych?
Rys. 1 Mapa fizyki stworzona przez Bernarda H. Potera (Places&Spaces http://scimaps.org
1
)
Na rysunku 1 widzimy mapę fizyki przedstawioną w konwencji mapy geograficznej.
Wszystkie klasyczne działy fizyki na niej przedstawione w postaci kontynentów i
półwyspów, poprzecinanych zatokami i rzekami. Należy zwrócić uwagę, że w centralnym
1
Wszystkie mapy pochodzące z wystawy Places&Spaces zostały opublikowane dzięki uprzejmości ambasador
wystawy na Polskę dr Wiesławie Osińskiej http://scimaps.org/ambassadors.html
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
4
punkcie mapy znajduje się nauka o cieple, otoczona rzekami elektromagnetyzmu i mechaniki.
Czemu nauka o cieple (termodynamika) zajmuje tak ważne miejsce? Patrząc dokładniej na
szczegóły zauważymy na prawo od „Heat” półwysep położony pomiędzy rzekami
elektromagnetyzmu i mechaniki. Prześledźmy kilka nazwisk z tego obszaru począwszy od
Lorda Kelwina poprzez Wilhelma Roentgena po znajdującego się po drugiej stronie rzeki
Maxa Plancka, co je łączy? Kiedy podążymy dalej wzdłuż południowego wybrzeża
odkryjemy kolejne postaci Nielsa Bohra i Erwina Schrödingera i wtedy zagadka będzie
rozwiązana. To nauki o cieple dały rzeczywisty początek współczesnej fizyce atomowej i
kwantowej, kiedy połączyły się ze zdobyczami nauki o elektromagnetyzmie. Nazwiska Bohra
i Maxwella znajdują na przeciwległych przylądkach. Takich zawiązków historyczno-
naukowych jest wiele ich analiza znacznie ułatwia zrozumienie trudnych problemów i
pozwala poznawać fizykę, poprzez podróż po archipelagach przedstawionych na mapie.
Czytelnikom postawiam rozwiązanie problemu, dlaczego rzeka wypływająca z Zatoki
Dźwięku łączy się z Wodami Mechaniki obok nazwiska Hermana von Helmholtza?
Widzimy, więc, że zastosowanie map w edukacji ma, zupełnie inny charakter niż tylko
prosty przekaz dużego zbioru informacji. Każdy z nas wie, że mapę trzeba umi czytać.
Obecny proces tabloizacji przekazu informacji powoduje, że element analityczny a razem z
nim semantyczny opis obrazu przestaje być istotny. Cała informacja ma być przekazana
bezpośrednio – stąd taka duża popularność piktogramów, nawet w sposobie okazywania
uczuć – emotikony stosowane przez młodzież w przekazach SMS zastąpiły refleksję nad
własnym stanem emocjonalnym. Analiza dobrze przygotowanej mapy pozwala zrozumieć
dużo więcej niż tylko proste łączenie z pozoru odległych faktów, to proces, w którym z
informacji rodzi się prawdziwa wiedza. Jak to się dzieje? Czy wykorzystując najnowsze
zdobycze neuronauk rzeczywiście możemy usprawnić proces nauczania?
Rys. 2 Schemat analizy informacji zawartej na mapie z punktu widzenia procesów kognitywnych. Źródło:
W.Osińska na podstawie Barres and Lee (2014).
Pamięć wizualna
Pamięć długoterminowa
Rozpoznawanie
połączeń
pomiędzy
kształtami
Semantyczna baza
obiektów
podobnych
Schemat obiektów
podobne
kształty
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
5
Na rysunku 2 przedstawiono schematyczny proces „czytania mapy” z punktu widzenia
najważniejszych struktur aktywowanych w mózgu odbiorcy. Widzimy zatem, że najpierw w
pamięci wizualnej, często zwanej też pamięcią operacyjną, tworzona jest w przestrzeni
umysłu „mapa kształtów” oraz wzajemnych połączeń pomiędzy nimi. Następnie w trakcie
tworzenia się śladu pamięciowego w strukturach pamięci długotrwałej porównywany jest
obiekt z przestrzeni umysłu z innymi znanymi i nazwanymi już wcześniej obiektami. Tutaj
rodzą się skojarzenia i refleksje. Odbiór mapy powinien, więc być najpierw całościowy,
traktowany jako globalny rezonans pomiędzy prekoncepcjami w mózgu odbiorcy a
reprezentowana treścią graficzną.
Mówiąc prostym językiem mapa ma zmuszać do myślenia. Jednak, aby to było możliwe
najpierw trzeba nauczyć odbiorcę jak czytać mapy. A to już niewątpliwie problem z zakresu
dydaktyki, który wymaga indescyplinarnego podejścia wielu specjalistów. Powinniśmy
wypracować w systemie edukacji osobne ścieżki edukacyjne, które będą skierowane na
dogłębną analizę prezentowanych treści a nie tylko na odczytywanie prostych komunikatów.
W tym celu powinniśmy zwrócić szczególną uwagę na wykorzystanie istniejących już u
odbiorców systemów prekoncepcji.
Prekoncepcje to nasze intuicyjne i stereotypowe wyobrażenia o procesach i obiektach, nad
którymi nigdy nie zastanawialiśmy się dogłębnie sami, ale powstały one w spontaniczny
sposób w czasie naszego życia. Często nie zdajemy sobie sprawy z ich istnienia, dopiero
konkretny problem, przed którym stajemy uruchamiają te procesy w naszym mózgu w
pierwszej kolejności. Obraz zawsze niesie w sobie ładunek informacyjny i emocjonalny.
Podstawowy błąd w wielu metodach edukacyjnych polega na pomijaniu lub umniejszaniu
znaczenia tego drugiego. A przecież to właśnie ładunek emocjonalny uruchamia te znaczenia
prekoncepcyjne, które dla odbiorcy mają kluczowe znaczenie wspomnienia z dzieciństwa
czy też z osobistych przeżyć mają większe znaczenie niż opis semantyczny, który często
towarzyszy prezentowanemu obrazowi. Na rysunku 3 przedstawiono mapę współczesnej
nauki, nie jest to prosta wizualizacja. Z pewnością u odbiorcy najpierw wywołuje ona rodzaj
„szoku poznawczego” – zadajemy sobie pytanie, „co to jest?”. Jeśli w następnej kolejności
pojawi s chęć dokładniejszej analizy w celu zrozumienia obrazu to cel został osiągnięty.
Gorzej, jeśli odbiorca patrząc na mapę stwierdzi, „do czego mi potrzebne”, ale motywacja
do nauki to przecież główne zadanie nauczycieli, trzeba wykorzystać wszystkie możliwe
środki, aby zachęcić uczniów do analizy mapy i uruchomienia procesów analitycznych. Z
praktyki wiemy, że nie jest to proste. Dokładna analiza mapy nauki z rysunku 3 winna
odbywać się bezpośrednio na portalu www.scimaps.org, gdzie jest ona dostępna w postaci
cyfrowej, którą można dowolnie powiększać i przesuwać. Ale żeby zmusić odbiorcę do
dogłębnej analizy trzeba go zachęcić, czy reprezentacja graficzna tej mapy jest na tyle
atrakcyjna aby czytelnik zechciał analizować ją dalej? Może pytanie pomocnicze zmusi
uczniów do analizy, zapytajmy, więc dlaczego pomiędzy chemią i biologią znajduje się
obszerny dział muzyki? Czy znaczy to, że tych przedmiotów mamy uczsię „śpiewająco”
czy t zgodnie z renesansowymi standardami każdy naukowiec pracujący w tych
dziedzinach naukowych powinien być uzdolniony muzycznie? Odpowiedź na to pytanie nie
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
6
jest proste, ale można znaleźć wskazówki umożliwiające jego rozwiązanie w dodatkowej
literaturze przedmiotu przedstawionej na końcu niniejszej pracy.
Rys. 3 Mapa współczesnej nauki stworzona przez zespół składający się z psychologa Johana Bollena,
informatyka Herberta Van de Sompela, matematyka Arica Hagberga, fizyka Luís M.A. Bettencourta oraz
programistę Lyudmila Balakireva, Ryana Chuta, oraz grafika Marka A. Rodrigueza (Places&Spaces
http://scimaps.org)
Estetyka przekazu graficznego staję się niezwykle ważnym elementem, który musi być
dostosowany do indywidualnego odbiorcy. Szczególnie istotny staję się podczas czytania map
różna kolorystyka i odpowiedni dobór tekstur może być dla jednego odbiorcy bardzo
atrakcyjny ale dla innych wręcz odrzucający. Trudno dobrać uniwersalną szatę graficzną – ale
technologia prezentacji map pozwala nam na szerokie zastosowanie różnych technik, nawet
ich łączenie. Ten swoisty synkretyzm stosowany we właściwym zakresie pozwoli zapewne
odnaleźć złoty środek we właściwym doborze odpowiedniej kompozycji graficznej dla
prezentowanej mapy. Nie istnieje prosta recepta ma właściwy dobór kompozycji graficznych.
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
7
Stosowanie prostych zasad wynikających z teorii Gestalt jest oczywiście konieczne ale
absolutnie niewystarczające. Trudno przypuszczać aby proces całościowej percepcji obrazu
był oparty li tylko na prostej analizie kształtów, linii, położenia i konfiguracji poszczególnych
kształtów. Niedoceniana rola układu limbicznego w procesie percepcji obrazu odbija się
często na skuteczności przekazu dydaktycznego. Cały czas jest dla nas wielką tajemnica
olbrzymi ładunek emocjonalny zgromadzony w naszych mózgach od wczesnego dzieciństwa,
który ma decydujący wpływ na postrzeganie przez nas otaczającej rzeczywistości. Niektórych
kształtów i kolorów po prostu „nie lubimy”, różne kształty budzą w naszym mózgu uczucia
odrzucania czy nawet strachu. Z kolei pozytywne skojarzenia są przyswajane łatwiej i
powodują uruchomienie tych procesów poznawczych które mogą uruchomić procesy
analityczne.
Na Uniwersytecie Indiana, w School of Library and Information Science powstała inicjatywa,
by kolekcjonować, wygenerowane przez różnych naukowców mapy i zcentralizować ich
publikowanie za pomocą specjalistycznego portalu sieciowego. Jest on dostępny online i
zachęcamy do korzystanie z zawartych tam licznych przykładów wizualizacji. Mapy
pogrupowane są kolejne generacje, kolekcja jest ciągle uzupełniana o nowe mapy: po dziesięć
sztuk co roku. Kolejne generacje map odnoszą się do żnych tematów: 1 generacja (2005):
Rola i znaczenie map, 2 generacja (2006): Rola i znaczenie cytowań naukowych, 3 generacja
(2007): Rola i znaczenie prognoz, 4 generacja (2008): Mapy nauki w planowaniu decyzji
ekonomicznych, 5 generacja (2009): Mapy nauki dla twórców polityki naukowej, 6 generacja
(2010): Mapy nauki dla naukowców, 7 generacja (2011): Mapy nauki jako wizualne interfejsy
dla bibliotek cyfrowych, 8 generacja (2012): Mapy nauki dla dzieci, 9 generacja (2013):
Mapy nauki dla codziennych prognoz naukowych, 10 generacja (2014): Kłamstwa na mapach
nauki. Prezentowane przykłady wizualizacji dobrze przedstawiają najnowsze trendy w nauce,
dziedziny najszybciej rozwijające się (często najlepiej finansowane), zanikające kierunki
badawcze, interdyscyplinarne wspólne obszary badawcze, aktualne i historyczne paradygmaty
badawcze itp. Atrakcyjność map pod względem graficznym sprawia, że wzbudzają one
zainteresowanie szerokiej publiczności, dlatego sprawdzonymi miejscami na ich ekspozycje
są biblioteki i centra promujące naukę. Cała wystawa była prezentowana w toruńskich
Centrum Nowoczesności Młyn Wiedzy w roku 2014.
Portal informacyjny
Aby przybliżyć zagadnienia dotyczące wizualizacji informacji polskim użytkownikom w
połowie 2014 uruchomiono specjalny portal internetowy www.wizualizacjainformacji.pl.
Twórcy portalu postawi sobie za cel popularyzacje metod wizualizacyjnych wśród jak
najszerszego kręgu odbiorców. Ekran startowy portalu jest przedstawiony na rysunku 4. W
jednym miejscu można znaleźć informacje w języku polskim na temat najnowszych
zagadnień dotyczących zastosowania metod wizualizacji w różnych dziedzinach wiedzy.
Aspekty edukacyjne znajdują się w każdym dziale gdzie szczegółowo opisano zarówno
narzędzia służące do wytwarzania własnych użytecznych w procesie nauczania wizualizacji
jak i odnośniki do obszernych zasobów sieciowych. Na bieżąco tworzony jest blog dotyczący
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
8
aktualnych nowości i problemów w portalu Infoviz. Aktualne wpisy można wnież śledzić
na utworzonych specjalnie w tym celu stronach popularnych portali społecznościowych.
Portal otwarty jest dla wszystkich zainteresowanych, zapraszamy do współpracy zwłaszcza
nauczycieli praktyków zarówno tych, którzy już wykorzystują dostępne materiały jak i tych
którzy chcieli by się podzielić opiniami na temat trudności lub braków w literaturze, które
powinny być uzupełnione.
Rys. 4 Ekran startowy portalu www.wizualizacjainformacji.pl.
Ostrzeżenie zamiast zakończenia
Oby nigdy nie przydarzyła się nam przygoda Małego Księcia z powieści Antoine de
Saint-Exupéry, który spotkał geografa nie umiejącego nic powiedzieć o planecie, na której
mieszkał. Swoją niewiedzę tłumaczył w bardzo prosty sposób: „Jestem geografem to prawda,
lecz nie jestem badaczem. Bardzo brak mi badaczy. Zadanie geografa nie polega na liczeniu
miast, rzek, gór, oceanów i pustyń. Geograf jest zbyt ważną osobistością, aby mógł pozwolić
sobie na łazikowanie. On nie opuszcza swego biura, lecz przyjmuje badaczy, wypytuje i notuje
ich spostrzeżenia.” Geografowi brakowało po prostu dobrej jakości informacji, znał
wszystkie metody tworzenia doskonałych map ale nie miał danych aby je tworzyć.
Pamiętajmy zatem, że najważniejsza jest rzetelna informacja, którą trzeba zbierać w
rzeczywistym procesie badania empirycznego tylko tak zebrane dane dają nam możliwość
tworzenia użytecznych wizualizacji.
BIULETYN POLSKIEGO STOWARZYSZENIA NAUCZYCIELI PRZEDMIOTÓW PRZYRODNICZYCH
Tom 42 (4/2014) ISSN 1509-6351
9
Literatura /kolejność chronologiczna/:
Osinska V, Osinski G., Kwiatkowska A. Visualization in Learning: Perception, Aesthetics and Pragmatism in
Maximizing Cognitive Learning through Knowledge Visualization, IGI Global 2015 (in press)
Osiński G. Kognitywne aspekty wizualizacji informacji. Współczesne oblicza komunikacji i informacji.
Problemy, badania, hipotezy, Toruń: UMK 2014 s. 11 -22
W.Duch, Memetics and Neural Models of Conspiracy Theories, IEEE World Congress on Computational
Intelligence, Beijing, China, 2014
Barres V., Lee J. Templete Construction Grammar: From Visual Scene Description to Language Comprehension
and Agrammatism, Neuroinformatics, 12, 2014, 181-208.
Osinska V., Dreszer-Drogorob J., Osinski G., Cognitive Approach in Classification Visualization: End-users
study, Classification & Visualization. Interfaces to Knowledge. Haga 2013 1, 273-281
Osińska V. Rola mechanizmów wizualizacyjnych w architekturze informacji. Toruńskie Studia Bibliologiczne, nr
6, s. 81-96, 2012
Chen, C.H., Emerging Topics in Computer Vision and its Application, Word Scienctific 2012.
H.P. Op de Beeck & C.I. Baker, The neural basis of visual object learning, Trends in Cognitive Sciences, vol.
14, pp. 22-30, 2010.
Steele J., Iliinsky N. Beautiful Visualization. Looking at Data Through the Eyes of Experts, O Reilly 2010
Onians, J.; Neuroarthistory: From Aristotle and Pliny to Baxandall and Zeki; Yale University Press, Yale 2008.
G. Zhou, N. Nocente, Wytze Brouwer, Understanding Student Cognition Througth an Analysis of Their
Preconceptions in Physics, The Alberta Journal of Educational Research, 54,1 2008 (14-29)
Duch, W., Creativity and the Brain, A handbook of creativity for teachers, World Scientific Publishing 2007
... Zastosowanie nowych narzędzi, np. eytrackingu może pomóc rozwiązać te problemy [7] . ...
... "Właściwe skonstruowane i wykorzystane "mapy informacji" pozwolą na automatyczne uruchomienie procesów analitycznych już w czasie poszukiwania informacji. Nie podając uczniowi rozwiązania "na tacy", jak czynią to wyszukiwarki internetowe, zmusimy go do analizy już na etapie poszukiwania" [7]. ...
Conference Paper
Full-text available
In 20th/21st century we observe dynamic changes in information and communication technologies. This is a time of increasing the speed of information sharing, collection, verification, and automatic categorization. The aim of this paper is to present eyetracking technology in the study of empirical data sets, also in terms of their applications in didactics. The analysis has been subjected to contemporary trends in eytracking applications in marketing, medicine and teaching. Examples of use the eyetracking in the analysis of data visualization and the effectiveness of this technology are presented as a tool to support the preparation of teaching materials.
Chapter
Problematyka dotycząca projektowania struktur informacyjnych zazwyczaj koncentruje się wokół problemów użytkowych. Właściwe i skuteczne projektowanie aplikacji służących do zarządzania zbiorami danych i ich prezentacja w sieciowych systemach informatycznych dominuje obecnie w badaniach z zakresu szeroko rozumianej architektury informacji. To niezmiernie szerokie spektrum zagadnień obejmujące właściwe stosowanie wyników badań pochodzących z różnych dziedzin naukowych. Oprócz zagadnień obejmujących właściwe stosowanie technologii informatycznych należy zwrócić szczególną uwagę na inne ważne czynniki: estetykę projektowanego przekazu, właściwe zastosowanie narzędzi prezentacyjnych w systemach służących wspomaganiu procesu dydaktycznego czy też opracowanie metod badania skuteczności tworzonych narzędzi informacyjno-komunikacyjnych. Jeszcze niedawno panował pogląd, że zastosowanie właściwego aparatu matematycznego w badaniach struktur informacji cyfrowej rozwiąże problemy związane z przetwarzaniem i wyszukiwaniem dużych zbiorów danych. Pogląd ten jednak został zweryfikowany w toku dynamicznego i szybkiego rozwoju sieciowych technologii komputerowych. Okazało się bowiem, że dostępne strumienie informacji są tak obszerne, że musimy zastosować najpierw odpowiednie narzędzia filtrujące i dostosować finalny efekt analizy do naturalnego systemu percepcji człowieka w formie odpowiednio skonstruowanej wizualizacji. Algorytmy numeryczne pełnią w tym procesie rolę narzędzi, które przygotowują i przetwarzają zbiory różnorodnych struktur danych, tworząc z nich uniwersalne obrazy – wizualizacje – które w swoich przestrzeniach topologicznych, chociaż prezentowanych na klasycznych monitorach, pozwalają odkrywać nowe powiazania, poszukiwać korelacji i wyciągać wnioski. Człowiek staje się w tym procesie elementem zasadniczym, w odróżnieniu od zautomatyzowanych procedur algorytmicznych, które traktują go tylko jako odbiorcę, użytkownika bądź klienta. Rola architektura informacji jest w takich procesach fundamentalna; wykorzystanie odpowiednich metod analitycznych i prezentacyjnych pozwala nie tylko na właściwe przygotowanie wizualizowanych zbiorów danych, ale nade wszystko na odpowiednie przygotowanie wyjściowej wizualizacji, która ma ułatwić przyswajanie informacji oraz umożliwić jej przyszłe, twórcze wykorzystanie. Na podstawie takiej wizualizacji możliwe jest wyciąganie wniosków i podejmowanie decyzji odnoszących się do analizowanych dużych zbiorów danych . Jednak aby takie działania były skuteczne, trzeba najpierw odpowiednio przygotować rozproszone zazwyczaj zbiory danych. Wizualizacja będziemy zatem traktowali jako reprezentację struktur informacji. W procesie tworzenia wizualizacji konieczne jest wykorzystanie praw rządzących procesami naturalnej percepcji obrazów przez człowieka. Wizualizacja musi zostać skonstruowana w taki sposób aby nie tylko umożliwić sprawną analizę wizualną ale również być na tyle atrakcyjna estetycznie, aby osoba dokonująca analizy podchodziła do tego procesu z pozytywnym nastawieniem emocjonalnym. Można stwierdzić, że obrazy „muszą być ładne” i powinny „się podobać”, jednak nie jest łatwy do osiągnięcia cel. Przecież odnalezienie uniwersalnych kanonów piękna to zagadnienie daleko wykraczające poza stosowane powszechnie metody matematyczno-technologiczne. Jednak jeśli twórcą uda się we właściwy sposób zastosować metody tworzenia wizualizacji struktur danych w taki sposób, aby były one jednocześnie użyteczne i piękne, to sukces zarówno komercyjny jak i zapewne naukowy mają zapewniony.
Article
Full-text available
Autorzy stosując nowe metody i narzędzia badawcze starają się odpowiedzieć na pytanie czy Mikołaj Kopernik był w Wilnie i jeśli tak, to kiedy. Rozważają, czy współczesna neuronauka w połączeniu z analizą dużych zbiorów danych za pomocą metod wizualizacyjnych pozwoli odkryć nowe fakty. W artykule znajduje się dokładny opis nowej metodologii badawczej, która może być przydatna i służyć w przyszłości bibliologom czy historykom. Słowa kluczowe: metodologia badań; wizualizacja danych; neuronauka; Mikołaj Kopernik; wizualizacja nauk historycznych; analiza sieci społecznych; historiografia Biblioteka Uniwersytetu Wileńskiego wita nas pięknymi metalowymi drzwiami, gdzie na dzie-sięciu płaskorzeźbach przedstawiono litewską historię książki. I chociaż możemy polemizować z tymi alegorycznymi obrazami przedstawiającymi różne wydarzenia z historii, to za owymi wrotami do " świątyni wiedzy " znajdziemy rzeczy o wiele ciekawsze. W Sali Smuglewicza ze ścian i stropów spoglądają na wchodzących postaci: Arystotelesa, Sokratesa, Eurypidesa, Platona i wielu innych uczonych oraz artystów starożytnej Grecji. Twarze tych wielkich uczonych patrzą dzisiaj na centralnie umieszczone dzieło Mikołaja Kopernika De revolutionibus orbium coelestium. Jak głosi legenda, jest to dokładnie ten sam egzemplarz, który podano autorowi na łożu śmierci. Czy w tej legendzie jest jakieś ziarno prawdy? Czy nowoczesne technologie pozwolą nam rozwiązać ową zagadkę księgi Kopernika, podobnie jak pomogły znaleźć miejsce jego doczesnego pochówku i zrekonstruować wygląd jego twarzy dzięki fragmentowi włosa znalezionego w jednej z ksiąg w bibliotece dalekiej Szwecji? Czy możemy dzisiaj uruchomić swoisty wirtualny wehikuł czasu, aby odpowiedzieć na pytania: czy wielki polski astronom ma jakieś ważne związki ze średniowiecznym Wilnem i czy spuścizna Uniwersytetu Mikołaja Kopernika sprowadzona z Uniwersytetu Wileńskiego to tylko " wiatr historii " , czy może obecność Mikołaja Kopernika w Wilnie była ważnym faktem, a dzisiaj została zupełnie zapomniana?
Article
Full-text available
Conspiracy theories, or in general seriously distorted beliefs, are widespread. How and why are they formed in the brain is still more a matter of speculation rather than science. In this paper one plausible mechanisms is investigated: rapid freezing of high neuroplasticity (RFHN). Emotional arousal increases neuroplasticity and leads to creation of new pathways spreading neural activation. Using the language of neurodynamics a meme is defined as quasi-stable associative memory attractor state. Depending on the temporal characteristics of the incoming information and the plasticity of the network, memory may self-organize creating memes with large attractor basins, linking many unrelated input patterns. Memes with fake rich associations distort relations between memory states. Simulations of various neural network models trained with competitive Hebbian learning (CHL) on stationary and non-stationary data lead to the same conclusion: short learning with high plasticity followed by rapid decrease of plasticity leads to memes with large attraction basins, distorting input pattern representations in associative memory. Such system-level models may be used to understand creation of distorted beliefs and formation of conspiracy memes, understood as strong attractor states of the neurodynamics.
Chapter
Full-text available
Visualization is currently used as a data analysis tool and considered a way of communicating knowledge and ideas in many areas of life such as science, education, medicine, marketing, and advertisement. Authors try to show that information visualization techniques are being more and more widely applied in the education process. Visualization mechanisms are designed taking into account analytical and content-related potential, timeliness, online availability, and aesthetics. The classical (tabular) forms remain dominant in information presentation. They can be observed in the structure of most websites and e-learning courses. Alternative solutions are non-linear layouts e.g., network or fractal. Visualization maps with specifically designed architecture begin to play an important role in education and science development. Authors emphasize that implementation of such tools should be supported and developed in e-learning platforms. To create a knowledge map we need to use advanced data analysis and layout algorithms. Mapping of information requires interdisciplinary collaboration between researchers in different fields who can perceive and apply contemporary trends in visualization including natural shape perception, 3D representation problems, as well as the aspects of neuroaesthetics.
Article
Full-text available
Through a classroom-based study, the authors collected quantitative and qualitative data about student preconceptions in physics. Data analysis produced an in-depth understanding of the features of student preconceptions and cognition. For example, we found that students thought analogically as scientists did, however they used analogies in a different way. We also found that student preconceptions were highly correlated and some preconceptions were more fundamental than others. Having the core preconception likely means having many other ones. The pedagogical and research implications of these findings are highlighted.
Article
Full-text available
W wizualizacji informacji powszechnie wykorzystuje się zasady działania percepcji wizualnej. Techniki wizualizacji umożliwiają reprezentację danych na różnych poziomach organizacji, pomagając w zrozumieniu ich struktury i wzajemnych korelacji. Metody wizualizacyjne znajdują szerokie zastosowanie w serwisach, zaprojektowanych według logiki architektury informacji. Interakcja interfejsu jest warunkiem koniecznym do zapewnienia funkcjonalnej wizualizacji. Potencjał eksploracyjno-wyszukiwawczy wizualizacji dostrzegają architekci informacji, którzy zajmują się unifikacją procesu projektowania w celach użytkowych. Autorka wymienia wspólne cechy, obszary zastosowań i źródła architektury i wizualizacji informacji w serwisach sieciowych. Jednocześnie, wbrew nielicznym opiniom sceptyków, udowadnia wzajemną korzystną integrację metod wizualizacji i sposobów kształtowania przestrzeni informacyjnych.
Chapter
Full-text available
Visual communication take play essential role in contemporary information processes. But we can’t consider visual information streams independently from semantics contents. We should noted that the visual information in the form of both static and dynamic processes must meet the basic criteria required by the human sensory system. Modern methods of visualization allow the preparation of multi-dimensional data structures that involve the human perceptual system than ever before. A good examples were used in Places and Spaces exhibition where posters presentation includes all of the described processes. Visual announcement should be prepared not only factually correct but should also meet high aesthetic criteria. We must ask if we can identify the natural universal criteria for visual presentation. Human perception system as a product of nature should be prepared better for such kind of communications.
Chapter
Full-text available
Visualization of scientifi c information extends the possibility to explore how the science is organized and change over time. Particularly classifi ed data include a great potential of discovering the structure and dynamics of specifi ed domain. The authors applied tested and previously presented conception of ACM CCS (Computing Classification System) classification mapping into a sphere surface. This visualization layout could be mainly used as a multiperspective analytical tool of classification structure. Classification sphere also might be considered as an ergonomic interface for exploring scientifi c resources as well as information retrieval. Classifi ed documents form patterns according to their semantic similarity. Obtained graphical representations deliver quantitative material for analysis of classifi cation development and dynamics. The authors try to fi nd reliable tools to evaluate this spherical visualization design. They constructed an appropriate interface and surveyed the distinct groups of users, who were asked about key aspects of visualization layout. Results of our study allow evaluating classifi cation visualization thereby improving proposed methodology as well as discovering new semantic features and laws in visual layout.
Article
Full-text available
How does the language system coordinate with our visual system to yield flexible integration of linguistic, perceptual, and world-knowledge information when we communicate about the world we perceive? Schema theory is a computational framework that allows the simulation of perceptuo-motor coordination programs on the basis of known brain operating principles such as cooperative computation and distributed processing. We present first its application to a model of language production, SemRep/TCG, which combines a semantic representation of visual scenes (SemRep) with Template Construction Grammar (TCG) as a means to generate verbal descriptions of a scene from its associated SemRep graph. SemRep/TCG combines the neurocomputational framework of schema theory with the representational format of construction grammar in a model linking eye-tracking data to visual scene descriptions. We then offer a conceptual extension of TCG to include language comprehension and address data on the role of both world knowledge and grammatical semantics in the comprehension performances of agrammatic aphasic patients. This extension introduces a distinction between heavy and light semantics. The TCG model of language comprehension offers a computational framework to quantitatively analyze the distributed dynamics of language processes, focusing on the interactions between grammatical, world knowledge, and visual information. In particular, it reveals interesting implications for the understanding of the various patterns of comprehension performances of agrammatic aphasics measured using sentence-picture matching tasks. This new step in the life cycle of the model serves as a basis for exploring the specific challenges that neurolinguistic computational modeling poses to the neuroinformatics community.
Article
In the new discipline of neuroarthistory, its originator, John Onians, wants to argue that a neurological understanding of the great artists of the past can go some way to restoring the brain and its conscious self, the mind, to current inquiry. Neuroarthistory is the first in Onians' projected trilogy of books. This introductory volume, which takes a range of thinkers—philosophers, social theorists, scientists, art historians—as “neural subjects,” will be followed by a neuroarthistorical approach to European art and then world art.