Méthodes de présentation visuelle des données. Méthodes de visualisation. Visualisation de l'information : cela en vaut-il la chandelle

Qui est engagé dans la conception Les interfaces des utilisateurs... De manière générale, Yuri parle de ceux qui recrutent dans Ces derniers temps popularité des techniques de conception - visualisation et infographie, sur leurs domaines d'application et de classification, le processus de création, les outils et les exemples pratiques.

Le sujet de la visualisation de l'information et de l'infographie revient régulièrement au travail et, en général, il est intéressant en tant que pratique du design et du design. Bien que nous travaillions dans l'entreprise sur des systèmes Web, là où la plupart des tâches sont résolues par des outils de conception standard tels que des formulaires ou des blocs d'informations, il est parfois nécessaire de soumettre une grande quantité d'informations d'une manière volumineuse et compacte. Il s'agit souvent de tâches assez spécifiques, qui demandent beaucoup de temps pour réfléchir à l'interface. Certes, ces tâches sont aussi parmi les plus intéressantes.

La pratique consistant à afficher des informations sous forme graphique a de nombreux synonymes, mais récemment, deux sont le plus souvent utilisés : la visualisation des données et l'infographie. Ces approches existent depuis longtemps, beaucoup de littérature a été écrite sur ce sujet (parmi les auteurs et designers les plus célèbres : Edward Tufte, Stephen Few, Ben Fry), mais tout d'abord il est intéressant de savoir où et comment les infographies sont utilisé.

Application

Il y a beaucoup de exemples intéressants visualisations, mais beaucoup d'entre eux sont plus des objets d'art que des supports d'informations pratiques. Et pour ceux-là, et pour les autres, on peut distinguer les domaines d'utilisation suivants :

Statistiques et rapports

Un genre autosuffisant, lorsque les données d'une certaine période de temps sont affichées ensemble. Par exemple, une image statique jointe à un rapport ou un graphique personnalisé dans un service de statistiques, avec la possibilité de modifier ses paramètres d'affichage.

Informations de référence

Ajout au texte principal, l'illustrant clairement avec les données référencées. Par exemple, pour donner une idée générale de la dynamique d'un des indicateurs, ou pour afficher un processus et ses étapes ; peut-être - pour montrer la structure d'un certain phénomène.

Services interactifs

Produits et projets dans lesquels l'infographie fait partie de la fonctionnalité. Par exemple, un diagramme de processus peut être utilisé comme outil de navigation pour les services avec des workflows complexes. Presque tout ce qui concerne le travail avec des cartes et se passe rarement de mélanger infographie et interactivité, sans oublier systèmes spécialisés comme les salles de contrôle et la plupart des jeux informatiques.

Illustrations

Pas tout à fait un genre pur - plutôt, l'utilisation de pratiques et d'approches de l'affichage de belles données pour créer des illustrations indépendantes. Ils ont une certaine signification, mais ce n'est pas leur tâche principale - la valeur principale est la qualité de la performance.

Expériences et art

Visualisation de données sans grand sens pratique, plutôt que des expériences ou des installations. Le plus souvent, ce sont des images complexes et encombrantes qui sont difficiles à "lire" couramment - la quantité de données et les relations entre elles sont telles que vous devez traiter l'image en plusieurs parties ; ou simplement des images abstraites, générées automatiquement. Récemment, la direction est devenue de plus en plus populaire et va périodiquement au-delà infographie- par exemple, sous la forme sculptures graphiques.

(attention ! plus de 9 mégaoctets)

Classification

L'ensemble d'outils de visualisation est assez vaste - des graphiques linéaires les plus simples aux affichages complexes de nombreuses relations. Ils peuvent être décomposés en plusieurs types :

Graphiques

Montrez la dépendance des données les unes par rapport aux autres. Ils sont construits le long des axes X et Y, bien qu'ils puissent être tridimensionnels.

Graphique en ligne (graphique en courbes, graphique en aires)

Le cas le plus courant. Combine avec une ligne un ensemble de points correspondant aux valeurs le long des axes. Par exemple, le trafic quotidien du site Web pendant un mois. Il peut afficher plusieurs ensembles de données à la fois - par exemple, afficher les statistiques des 3 pages les plus populaires.

Nuage de points (nuage de points)

Affiche la distribution d'un ensemble limité de points correspondant aux valeurs le long des axes. Une courbe d'alignement est souvent tracée entre les points - elle montre clairement des modèles parmi les valeurs. Par exemple, la relation entre l'expérience de travail et la productivité du travail chez 50 employés de l'entreprise (il est impossible de simplement connecter les points obtenus sous la forme d'un graphique linéaire - et le sens sera déformé et la ligne tremblante).

Tableaux comparatifs

Affiche les ratios de l'ensemble de données. Dans de nombreux cas, ils sont construits autour des axes, mais pas nécessairement.

Diagramme à bandes (diagramme à bandes)

Affiche un ou plusieurs ensembles de données en les comparant les uns aux autres. Il existe deux possibilités d'affichage dans le cas de plusieurs ensembles : soit sous la forme de plusieurs colonnes adjacentes, soit sous la forme d'une seule, mais divisée en interne selon les proportions des valeurs. Par exemple, le bénéfice annuel de trois entreprises au cours des 5 dernières années ou leur part de marché au cours de la même période.

Diagramme circulaire (diagramme circulaire)

Affiche le pourcentage occupé par chaque valeur dans l'ensemble de données sous la forme d'un cercle brisé. Par exemple, la part de marché des opérateurs cellulaires. Il peut afficher plusieurs ensembles de données à la fois - dans ce cas, les graphiques sont superposés les uns aux autres et chacun d'eux est plus petit que le précédent. Par exemple, la part de marché des opérateurs cellulaires au cours des 3 dernières années.

Graphique en aires (graphique à bulles)

Un mélange d'un graphique et d'un tableau - un ensemble de points sont placés le long de deux axes correspondant aux valeurs. Dans ce cas, les points eux-mêmes ne sont pas connectés et ont une valeur différente, qui est définie par le troisième paramètre. Par exemple, comparer le nombre d'articles achetés, le prix d'achat total et le budget total de l'acheteur.

Graphique en anneau (tableau des anneaux)

Affiche le pourcentage de nombre maximal, qui occupe l'une des valeurs de l'ensemble de données, sous la forme d'un anneau partiellement rempli. Par exemple, le nombre de médailles remportées au championnat est relatif au maximum. Souvent, plusieurs de ces graphiques sont utilisés à la fois, comparant différentes valeurs.

Nuage de points (diagramme de portée)

Affiche l'amplitude minimale et maximale des valeurs au sein d'un ensemble de données dans un graphique à barres découpé. Le début de la colonne se trouve pas horizontal axe, et au point de valeur verticale minimale. Par exemple, l'étalement du coût du mètre carré de logement dans différents quartiers de la ville.

Carte des pétales (carte radar)

Compare les magnitudes de plusieurs valeurs, chacune correspondant à un point sur un axe. Le nombre d'axes correspond au nombre de valeurs, et les points sont reliés par des lignes. Par exemple, comparer la rentabilité de chacun des 8 secteurs d'activité de l'entreprise.

Nuage de tags (nuage de tags)

Compare les mots-clés ou les phrases (valeurs) contenus dans un morceau de texte (ensemble de données), en donnant à chacun sa propre taille de police. La taille de la police dépend de la valeur du paramètre. Par exemple, les 25 mots les plus fréquemment mentionnés dans les journaux en décembre 2008.

Diagramme thermique (carte de chaleur)

Compare les valeurs au sein d'un ensemble de données en les peignant avec l'une des couleurs d'un spectre présélectionné. La base est une image ou autre schéma sur lequel sont disposées les valeurs. La couleur dépend de la valeur du paramètre et se superpose le plus souvent sous forme de taches. Par exemple, les éléments de la page d'accueil du site sur lesquels les utilisateurs cliquent le plus souvent.

Arbres et diagrammes de structure

Affiche la structure d'un jeu de données et les relations entre ses éléments.

Bois (arbre)

Affiche une hiérarchie de jeux de données dans laquelle les membres sont parents ou enfants les uns des autres. Il est construit sous la forme de nœuds reliés par des lignes, généralement de haut en bas. Un nœud est généralement affiché sous la forme d'un cercle ou d'un rectangle. Par exemple, un plan du site.

Carte mentale (carte mentale)

Affiche la composition et la structure d'un phénomène ou d'un concept sous la forme d'un arbre, dans lequel chaque nœud a un ou plusieurs enfants. Il s'agit d'un cas particulier d'arbre, avec la différence que les branches divergent à partir d'un nœud situé au centre de l'image. Par exemple, un synopsis d'un livre de gestion de projet qui reflète son contenu et ses concepts de base.

Schémas structurels formalisés

Ils montrent la composition et la structure du système ou de ses parties sous la forme de cartes, qui sont décrites avec divers degrés de détail et sont liées les unes aux autres en tant que parent et enfant.
Affiché de manière standardisée - par exemple, en utilisant UML (Unified Modeling Language) ou IDEFIX (Integration Definition for Information Modeling). Par exemple, toutes les entités nécessaires au fonctionnement d'un des modules du système logiciel.

Diagramme de Venn-Euler (Diagramme de Venn/Euler)

Affiche la relation entre les valeurs d'un jeu de données sous la forme de cercles qui se chevauchent (le plus souvent trois). La zone où tous les cercles se croisent montre le commun entre eux. Par exemple, l'intersection du respect des délais, du budget et des objectifs est la réussite du projet.

Platane (carte arborescente)

Affiche une hiérarchie de jeux de données dans laquelle les membres sont parents ou enfants les uns des autres. Il s'affiche sous la forme d'un ensemble de rectangles imbriqués, chacun étant une branche d'un arbre, et ceux qu'il contient sont des enfants et des branches. Les rectangles varient en taille selon le paramètre et ont une couleur qui est spécifiée par l'autre paramètre. Par exemple, une structure détaillée du budget d'une entreprise, qui montre en couleur le pourcentage de variation de chaque élément par rapport à l'année précédente.

Le sujet de la visualisation de l'information et de l'infographie revient régulièrement au travail et, en général, il est intéressant en tant que pratique du design et du design. Bien que nous travaillions dans l'entreprise sur des systèmes Web, où la plupart des tâches sont résolues par des outils de conception standard tels que des formulaires ou des blocs d'informations, il est parfois nécessaire de soumettre une grande quantité d'informations de manière concise et compacte. Il s'agit souvent de tâches assez spécifiques, qui demandent beaucoup de temps pour réfléchir à l'interface. Certes, ce sont quelques-unes des tâches les plus intéressantes.

La pratique consistant à afficher des informations sous forme graphique a de nombreux synonymes, mais récemment, deux sont le plus souvent utilisés - la visualisation de données et l'infographie. Ces approches existent depuis longtemps, beaucoup de littérature a été écrite à ce sujet. Les auteurs et designers célèbres incluent Edward Tufte, Stephen Few, Ben Fry. Mais avant tout, je me demande où et comment les infographies sont utilisées.

Application

Il existe aujourd'hui de nombreux exemples intéressants de visualisation, mais nombre d'entre eux sont des objets d'art plutôt que des supports pratiques. Je vois les domaines d'utilisation suivants :

• Statistiques et rapports... Un genre autosuffisant, lorsque les données d'une certaine période de temps sont affichées ensemble. Par exemple, une image statique jointe à un rapport ou un graphique personnalisé dans un service de statistiques, avec la possibilité de modifier ses paramètres d'affichage.
• Informations de référence... Ajout au texte principal, l'illustrant clairement avec les données référencées. Par exemple, pour donner une idée générale de la dynamique d'un des indicateurs, ou pour afficher un processus et ses étapes ; peut-être - pour montrer la structure d'un certain phénomène.
• Services interactifs... Produits et projets dans lesquels l'infographie fait partie de la fonctionnalité. Par exemple, un diagramme de processus peut être utilisé comme outil de navigation pour les services avec des workflows complexes. Presque tout ce qui concerne le travail avec des cartes se passe rarement d'un mélange d'infographie et d'interactivité, sans parler des systèmes spécialisés comme les salles de contrôle et la plupart des jeux informatiques.
• Illustrations... Pas tout à fait un genre pur - plutôt, l'utilisation de belles pratiques et approches d'affichage de données pour créer des auto-illustrations. Ils ont une certaine signification, mais ce n'est pas leur tâche principale - la valeur principale est la qualité de la performance.
• Dessins et schémas... Documents spécialisés montrant la structure et le fonctionnement de l'ingénierie complexe et des systèmes naturels. En plus des diverses cartes, ce sont souvent des choses qui sont rarement utilisées dans la vie de tous les jours, comme les circuits imprimés.
• Expériences et art... Visualisation de données sans grand sens pratique, plutôt que des expériences ou des installations. Le plus souvent, il s'agit d'images complexes et encombrantes difficiles à «lire» couramment - la quantité de données et les relations entre elles sont telles que vous devez traiter l'image en plusieurs parties ; ou simplement des images abstraites, générées automatiquement. Récemment, la direction est devenue de plus en plus populaire et dépasse périodiquement le cadre de l'infographie - par exemple, sous la forme de sculptures graphiques.

Classification

L'ensemble d'outils de visualisation est assez vaste - des graphiques linéaires les plus simples aux affichages complexes de nombreuses relations. Ils peuvent être décomposés en plusieurs types :

Graphiques

Montrez la dépendance des données les unes par rapport aux autres. Ils sont construits le long des axes X et Y, bien qu'ils puissent être tridimensionnels.

(graphique en courbes, graphique en aires). Le cas le plus courant. Combine avec une ligne un ensemble de points correspondant aux valeurs le long des axes. Par exemple, le trafic quotidien du site Web pendant un mois. Il peut afficher plusieurs ensembles de données à la fois - par exemple, afficher les statistiques des 3 pages les plus populaires. Exemples : © BFM.ru, SmartMoney, TeleGeography Research

(nuage de points). Affiche la distribution d'un ensemble limité de points correspondant aux valeurs le long des axes. Une ligne de tendance est souvent tracée entre les points - elle montre clairement des modèles parmi les valeurs. Par exemple, la relation entre l'expérience de travail et la productivité du travail chez 50 employés de l'entreprise (vous ne pouvez pas simplement connecter les points obtenus sous la forme d'un graphique linéaire - et le sens sera déformé et la ligne sera agitée). Exemples : © Statcon Plus d'exemples dans la galerie de modèles

Tableaux comparatifs

Affiche les ratios de l'ensemble de données. Dans de nombreux cas, ils sont construits autour des axes, mais pas nécessairement.

Arbres et diagrammes de structure

Affiche la structure d'un jeu de données et les relations entre ses éléments.

Diagrammes de visualisation de processus

Montrez un processus consistant en une séquence d'actions. Il peut comprendre un ou plusieurs scénarios d'évolution d'événements.

Matrices

Ils comparent des valeurs au sein d'un ensemble de données sous la forme d'un tableau.

Chronogrammes

Affiche la répartition des données dans le temps.

Cartes

Affiche des données qui dépendent de la géographie ou de l'architecture d'un certain objet.

Illustrations

Montrer un processus ou un phénomène sous une forme non formalisée.

Budget de l'État fédéral

établissement d'enseignement

plus haute enseignement professionnel

Académie d'éducation de l'État de Sibérie orientale

Faculté de Mathématiques, Physique et Informatique

Département d'informatique et méthodes d'enseignement de l'informatique

TRAVAIL DE COURS

"Technologie de visualisation de l'information pédagogique"

Spécialité - "Formation professionnelle la technologie informatique, informatique et informatique "

Irkoutsk - 2012

DANS conduire

JE.Fondements théoriques de la technologie de visualisation

II.Le rôle des méthodes de visualisation de l'information pédagogique dans l'enseignement

III.Aides pédagogiques visuelles électroniques basées sur les technologies informatiques modernes

IV.Technologies de visualisation des connaissances et présentation des résultats de la recherche dans le domaine de l'éducation

Conclusion

Bibliographie

INTRODUCTION

Richesse des informations monde moderne nécessite une préparation spéciale du matériel pédagogique avant de le présenter aux étudiants afin de fournir aux étudiants les informations de base ou nécessaires sous une forme visuellement observable. La visualisation suppose simplement le repliement de l'information dans une image initiale (par exemple, dans l'image d'un emblème, d'un blason, etc.).

L'un des moyens d'améliorer la formation professionnelle des futurs enseignants capables d'innovations pédagogiques, jusqu'au développement de technologies permettant de concevoir des activités éducatives efficaces d'un écolier dans les conditions de dominance de l'environnement visuel, est la formation de leurs compétences particulières. dans la visualisation des informations pédagogiques.

Selon les psychologues nouvelle information est appris et mieux mémorisé lorsque les connaissances et les compétences sont "imprimées" dans le système de mémoire visuo-spatiale. Par conséquent, la présentation de matériel pédagogique sous une forme structurée vous permet d'assimiler rapidement et mieux de nouveaux systèmes de concepts, méthodes d'action.

La visualisation du matériel pédagogique ouvre la possibilité non seulement de rassembler tous les calculs théoriques, ce qui vous permettra de reproduire rapidement le matériel, mais également d'appliquer des schémas pour évaluer le degré d'assimilation du sujet à l'étude.

La méthodologie de l'enseignement moderne utilisant l'infographie et les moyens audiovisuels devrait être guidée par les technologies futures et modernes, y compris les tendances dans le développement des façons d'utiliser l'information et les outils et technologies informatiques.

I. Fondements théoriques de la technologie de visualisation

A l'ère de la saturation de l'information, les problèmes d'assemblage des connaissances et de leur utilisation opérationnelle acquièrent une importance colossale. À cet égard, il est nécessaire de systématiser l'expérience accumulée de la visualisation de l'information éducative et de sa justification scientifique du point de vue d'une approche technologique de l'enseignement.

G.K. Selevko considère la technologie d'intensification de la formation sur la base de modèles schématiques et symboliques de matériel pédagogique comme l'expérience de V.F. Chatalov. Selon G.V. Lavrentyev. et Lavrentieva N.E., ses frontières sont beaucoup plus larges et l'expérience de Shatalov n'est qu'une de ses manifestations. Repoussant les limites de cette technologie, G.V. Lavrent'eva. et Lavrentieva N.E. lui donner un nom plus large, à savoir : la technologie de visualisation du matériel pédagogique, signifiant par là non seulement symbolique, mais aussi quelques autres images de « visualisation » qui s'imposent en fonction des spécificités de l'objet étudié. Il peut s'agir des éléments de base suivants de l'image visuelle :

direction;

structure;

mouvement.

Présents à un degré ou à un autre dans toute image visuelle, ces éléments affectent radicalement la perception et l'assimilation des informations éducatives par une personne. L'intensification de l'activité éducative et cognitive se produit du fait que tant l'enseignant que l'élève sont guidés non seulement par l'assimilation des connaissances, mais aussi par les modalités de cette assimilation, par les modes de pensée, qui permettent de voir les connexions et les relations entre les objets étudiés, et donc, de relier le séparé en un seul tout. La technologie de visualisation de l'information éducative est un système qui comprend les composants suivants :

un ensemble de connaissances pédagogiques ;

méthodes visuelles de leur présentation;

moyens visuels et techniques de transmission d'informations;

un ensemble de techniques psychologiques pour utiliser et développer la pensée visuelle dans le processus d'apprentissage.

La technologie de visualisation du matériel pédagogique a quelque chose en commun avec le concept pédagogique d'alphabétisation visuelle, apparu à la fin des années 1960 aux États-Unis. Ce concept est basé sur les dispositions relatives à l'importance de la perception visuelle pour une personne en train d'apprendre à connaître le monde et à sa place dans celui-ci, le rôle prépondérant de l'image dans les processus de perception et de compréhension, la nécessité de préparer conscience des activités dans un monde de plus en plus « visualisé » et une augmentation de la charge informationnelle.

La richesse de l'information du monde moderne nécessite une préparation spéciale du matériel pédagogique avant de le présenter aux étudiants afin de fournir aux étudiants les informations de base ou nécessaires sous une forme visuellement observable. La visualisation suppose simplement le repliement de l'information dans une image initiale (par exemple, dans l'image d'un emblème, d'un blason, etc.). Vous devez également prendre en compte les possibilités d'utiliser la visualisation auditive, olfactive, tactile, si ces sensations sont significatives dans ce métier.

Un moyen efficace de traiter et d'assembler l'information est de la « compresser », c'est-à-dire E. présentation sous une forme compacte et facile à utiliser. Le développement de modèles pour la représentation des connaissances sous une forme "compressée" est engagé dans une branche particulière des technologies de l'information - l'ingénierie des connaissances. L'adaptation didactique du concept d'ingénierie des connaissances repose sur le fait que, « d'abord, les créateurs de systèmes intelligents s'appuient sur les mécanismes de traitement et d'application des connaissances par les humains, en utilisant les analogies des systèmes neuronaux du cerveau humain. Deuxièmement, une personne agit en tant qu'utilisateur de systèmes intelligents, ce qui implique le codage et le décodage des informations par des moyens pratiques pour l'utilisateur, c'est-à-dire tant dans la construction que dans l'application des systèmes intelligents, les mécanismes de l'apprentissage humain sont pris en compte. » La théorie de la généralisation significative de V.V. Davydov, la théorie de l'élargissement des unités didactiques par P.M. Erdniev. Sous la "compression" de l'information, on entend tout d'abord sa généralisation, sa consolidation, sa systématisation, sa généralisation. après-midi Erdniev affirme que « la plus grande force de la maîtrise du matériel du programme est obtenue lorsque l'information pédagogique est présentée simultanément en quatre codes : dessin, numérique, symbolique et verbal ». Il convient également de noter que la capacité de transformer des informations orales et écrites sous forme visuelle est une qualité professionnelle de nombreux professionnels. Par conséquent, dans le processus d'apprentissage, des éléments de réflexion professionnelle devraient être formés :

systématisation;

concentration;

en soulignant l'essentiel dans le contenu.

Le fondement méthodologique de la technologie considérée est constitué par les principes suivants de sa construction : le principe de quantification du système et le principe de visualisation cognitive.

La quantification systémique découle des spécificités du fonctionnement de l'activité mentale humaine, qui s'exprime par divers systèmes de signes :

linguistique;

symbolique;

graphique.

Toutes sortes de modèles de représentation des connaissances sous une forme compacte et compressée correspondent à la propriété humaine de penser en images. Étudier, assimiler, méditer le texte - c'est précisément l'élaboration de schémas dans l'esprit, le codage de la matière. Si nécessaire, une personne peut restaurer, "étendre" l'intégralité du texte, mais sa qualité et sa force dépendront de la qualité et de la force de ces schémas en mémoire, qu'ils aient été créés intuitivement par un élève ou professionnellement par un enseignant. Il s'agit d'un travail intellectuel assez complexe et l'étudiant doit y être constamment préparé.

Le plus grand effet dans l'assimilation de l'information sera obtenu si les méthodes de prise de notes correspondent à la façon dont le cerveau stocke et reproduit l'information. Physiologistes P.K. Anokhin, D.A. Pospelov soutient que cela ne se produit pas de manière linéaire, dans une liste, similaire à la parole ou à l'écriture, mais dans l'entrelacement de mots avec des symboles, des sons, des images, des sentiments. Les scientifiques et éducateurs américains B. Deporter et M. Henaki justifient leur système d'apprentissage quantique par les spécificités du travail du cerveau. Leur contribution aux modes de création de modèles de matériel pédagogique est « Cartes mémoire », « Fiches de fixation et de création », « Méthode de regroupement ».

Le principe de la quantification du système consiste à prendre en compte les schémas suivants :

une grande quantité de matériel pédagogique est difficile à retenir ;

le matériel éducatif, situé de manière compacte dans un certain système, est mieux perçu ;

la mise en évidence de repères sémantiques dans le matériel pédagogique contribue à une mémorisation efficace.

Le principe de la visualisation cognitive découle des lois psychologiques, selon lesquelles l'efficacité de l'assimilation augmente si la visualisation dans l'enseignement remplit non seulement une fonction illustrative, mais également cognitive, c'est-à-dire que des éléments d'apprentissage graphique cognitif sont utilisés. Cela conduit au fait que l'hémisphère droit "figuratif" est connecté au processus d'assimilation. Dans le même temps, des "piliers" (images, schémas, maquettes), illustrant de manière compacte le contenu, contribuent à la cohérence des connaissances. Selon Z.I. Kalmykova, matériel éducatif abstrait, nécessite avant tout une concrétisation, et divers types de visualisation correspondent à cet objectif - du sujet au très abstrait, conventionnellement symbolique. "En percevant du matériel visuel, une personne peut saisir d'un seul coup d'œil tous les composants qui composent l'ensemble, tracer les connexions possibles entre eux, catégoriser selon le degré de signification, de généralité, qui sert de base non seulement à une compréhension plus profonde de l'essence de l'information nouvelle, mais aussi pour sa traduction dans la mémoire à long terme ».

Une représentation visuelle des principes est illustrée à la figure 1.

OUSG - généralisation, consolidation, systématisation, généralisation ;

CO - supports de signaux;

MD - activité mentale, réalisée à travers des systèmes de signes.

Riz. 1. Représentation visuelle des principes de la visualisation cognitive et de la quantification du système

G.K. Selevko soutient que tout système ou approche d'apprentissage peut être considéré comme une technologie s'il répond aux critères suivants :

la présence d'un cadre conceptuel ;

cohérence (intégrité des pièces);

la maniabilité, c'est-à-dire la capacité de planifier, de concevoir le processus d'apprentissage, de varier les moyens et les méthodes afin d'obtenir le résultat escompté ;

Efficacité;

reproductibilité.

L'essence de la technologie considérée, selon G.V. Lavrentyev. et Lavrentieva N.E., est réduit à l'intégrité de ses trois parties.

Utilisation systématique dans le processus éducatif de modèles visuels d'un type spécifique ou de leurs combinaisons.

Enseigner aux étudiants les méthodes rationnelles de "compression" de l'information et sa présentation cognitivo-graphique.

Techniques méthodologiques à inclure dans processus éducatif modèles visuels. Travailler avec eux comporte des étapes claires et s'accompagne de toute une gamme de techniques et de solutions méthodologiques fondamentales.

Le rôle des méthodes de visualisation de l'information pédagogique dans l'enseignement

Au cours des dernières décennies, des changements presque révolutionnaires ont eu lieu dans le domaine de la transmission d'informations visuelles :

le volume et la quantité d'informations transmises ont énormément augmenté ;

de nouveaux types d'informations visuelles et de méthodes de leur transmission se sont développés.

Les progrès technologiques et la formation d'une nouvelle culture visuelle marquent inévitablement l'ensemble des exigences des activités des enseignants.

L'un des moyens d'améliorer la formation professionnelle des futurs enseignants capables d'innovations pédagogiques, jusqu'au développement de technologies permettant de concevoir des activités éducatives efficaces d'un écolier dans les conditions de dominance de l'environnement visuel, est la formation de leurs compétences particulières. dans la visualisation des informations pédagogiques. Le terme "visualisation" vient du latin visualis - perçu visuellement, visuel. Visualisation de l'information présentation d'informations numériques et textuelles sous forme de graphiques, diagrammes, schémas structurels, tableaux, cartes, etc. Cependant, une telle compréhension de la visualisation en tant que processus d'observation présuppose une activité mentale et cognitive minimale des étudiants, et les outils didactiques visuels ne remplissent qu'une fonction illustrative. Une autre définition de la visualisation est donnée dans les concepts pédagogiques bien connus (la théorie des schèmes - RS Anderson, F. Bartlett ; la théorie des cadres - Ch. Volker, M. Minsky, etc.), dans lesquels ce phénomène est interprété comme le déplacement dans le processus de l'activité cognitive du plan interne au plan externe des images mentales, dont la forme est spontanément déterminée par le mécanisme de la projection associative.

De même, le concept de visualisation est compris par A. Verbitsky : « Le processus de visualisation est le repliement de contenus mentaux en une image visuelle ; étant perçue, l'image peut se déployer et servir de support à des actions mentales et pratiques adéquates. » Cette définition permet de séparer les concepts de « visuel », « moyen visuel » des concepts de « visuel », « aides visuelles ». Au sens pédagogique du concept "visuel" est toujours basé sur la démonstration d'objets, de processus, de phénomènes spécifiques, la présentation d'une image finie, donnée de l'extérieur, et non née et réalisée du plan interne de l'activité humaine. Le processus consistant à déployer une image mentale et à la "transférer" du plan interne au plan externe est une projection de l'image mentale. La projection est intégrée aux processus d'interaction entre le sujet et les objets du monde matériel, elle s'appuie sur les mécanismes de la pensée, couvre différents niveaux de réflexion et de réflexion, se manifeste dans diverses formes d'activité éducative.

Si nous considérons délibérément l'activité cognitive productive comme un processus d'interaction entre les plans externes et internes, comme le transfert des futurs produits d'activité du plan interne vers le plan externe, comme un ajustement et une mise en œuvre dans le plan externe des idées, alors la visualisation agit comme le principal mécanisme qui assure un dialogue entre les plans d'activité externes et internes. Par conséquent, en fonction des propriétés des aides visuelles didactiques, le niveau d'activation de l'activité mentale et cognitive des étudiants dépend.

À cet égard, le rôle des modèles visuels pour la présentation de l'information éducative augmente, permettant de surmonter les difficultés associées à l'apprentissage basé sur la pensée logique abstraite. Selon le type et le contenu de l'information pédagogique, des méthodes de compactage ou de déploiement étape par étape utilisant une variété de moyens visuels sont utilisées. Actuellement, l'utilisation de la visualisation cognitive d'objets didactiques semble prometteuse en éducation. Cette définition englobe en effet tous les types possibles de visualisation d'objets pédagogiques, fonctionnant sur les principes de concentration des connaissances, de généralisation des connaissances, d'élargissement des fonctions d'orientation et de présentation de moyens didactiques visuels, d'algorithmique d'actions éducatives et cognitives, mises en œuvre dans des moyens visuels.

En pratique, plus d'une centaine de méthodes de structuration visuelle sont utilisées - des diagrammes et graphiques traditionnels aux cartes "stratégiques" (feuilles de route), aux araignées (araignées) et aux chaînes causales (chaînes causales). Cette diversité est due à des différences significatives dans la nature, les caractéristiques et les propriétés des connaissances dans divers domaines. La plus grande capacité d'information, à notre avis, est l'universalité et l'intégrabilité des schémas structurels et logiques. Cette méthode de systématisation et d'affichage visuel de l'information éducative repose sur l'identification de liens significatifs entre les éléments de connaissance et l'activité analytique-synthétique lors de la traduction d'informations verbales en non-verbal (figuré), synthétisant un système intégral d'éléments de connaissance. Maîtriser les types énumérés de significations concrètes, dérouler une chaîne logique de pensée, décrire des images et leurs signes d'activité mentale, ainsi que des opérations utilisant des moyens verbaux d'échange d'informations, forment des modes de pensée productifs si nécessaires aux spécialistes au rythme moderne du développement de la science, de la technologie et de la technologie. Selon les acquis de la neuropsychologie, "l'apprentissage est efficace lorsque le potentiel du cerveau humain se développe en surmontant les difficultés intellectuelles dans la recherche de sens par l'établissement de modèles".

Les diagrammes structurels et logiques créent une clarté particulière en organisant les éléments de contenu sous une forme non linéaire et en mettant en évidence les connexions logiques et successives entre eux. Cette visibilité repose sur la structure et les connexions associatives caractéristiques de la mémoire à long terme d'une personne. D'une certaine manière, les schémas structuro-logiques agissent comme un lien intermédiaire entre le contenu linéaire externe (le texte du manuel) et le contenu non linéaire interne (dans l'esprit). Comme l'un des avantages des circuits logiques structurels A.V. Petrov souligne qu'"il remplit la fonction de combiner des concepts dans certains systèmes". À eux seuls, les concepts ne peuvent rien dire sur le contenu de la matière d'enseignement, mais étant liés par un certain système, ils révèlent la structure de la matière, ses tâches et ses voies de développement. Comprendre et comprendre une nouvelle situation survient lorsque le cerveau trouve un soutien dans les connaissances et les idées antérieures.

Cela implique l'importance d'une mise à jour constante des expériences antérieures pour la maîtrise des nouvelles connaissances. Le processus d'apprentissage d'un nouveau matériel peut être représenté comme la perception et le traitement d'une nouvelle information en la corrélant avec les concepts et les méthodes d'action connus de l'étudiant, grâce à l'utilisation des opérations intellectuelles maîtrisées par lui. L'information entrant dans le cerveau par divers canaux est conceptualisée et structurée, formant des réseaux conceptuels dans la conscience. De nouvelles informations sont intégrées aux schémas cognitifs existants, les transforment et forment de nouveaux schémas cognitifs et opérations intellectuelles. Dans le même temps, des connexions sont établies entre des concepts et des méthodes d'action connus et de nouvelles connaissances, et la structure de nouvelles connaissances émerge.

Selon les psychologues, les nouvelles informations sont mieux assimilées et mémorisées lorsque les connaissances et les compétences sont « imprimées » dans le système de mémoire visuo-spatiale. Par conséquent, la présentation de matériel pédagogique sous une forme structurée vous permet d'assimiler rapidement et mieux de nouveaux systèmes de concepts. , méthodes d'action. Un exemple est le schéma visuel : "Modèle de couleurs RVB" (voir Fig. 2).

Riz. 2. Schéma du concept "Modèle de couleur RVB"

La visualisation du matériel pédagogique ouvre la possibilité non seulement de rassembler tous les calculs théoriques, ce qui vous permettra de reproduire rapidement le matériel, mais également d'appliquer des schémas pour évaluer le degré d'assimilation du sujet à l'étude. Dans la pratique, la méthode d'analyse d'un diagramme ou d'un tableau spécifique est également largement utilisée, dans laquelle les compétences de collecte et de traitement de l'information sont développées. La méthode permet aux stagiaires d'être activement impliqués dans l'application des informations théoriques dans les travaux pratiques. Une place particulière est accordée à la discussion commune, au cours de laquelle il est possible de recevoir un retour rapide, de mieux se comprendre et de mieux comprendre les autres. En résumant ce qui vient d'être dit, on constate que, selon la place et la finalité des matériels didactiques visuels dans le processus de formation d'un concept (étude d'une théorie, d'un phénomène), le choix d'un certain modèle structurel et l'affichage visuel du contenu de la formation doit être présenté avec diverses exigences psychologiques et pédagogiques.

Lors de la visualisation de matériel pédagogique, il convient de garder à l'esprit que les images visuelles raccourcissent les chaînes du raisonnement verbal et peuvent synthétiser une image schématique d'une plus grande "capacité", condensant ainsi l'information. Dans le processus d'élaboration de matériels pédagogiques et méthodologiques, il est nécessaire de contrôler le degré de généralisation du contenu de la formation, de dupliquer les informations verbales du figuratif et vice versa, afin que, si nécessaire, les maillons de la chaîne logique soient entièrement restaurés par les étudiants.

Un autre aspect important de l'utilisation du matériel didactique visuel est de déterminer le rapport optimal entre les images visuelles et les informations verbales et symboliques. La pensée conceptuelle et visuelle dans la pratique sont en interaction constante. Ils se complètent et révèlent différents aspects du concept, du processus ou du phénomène étudié. La pensée verbale-logique nous donne une réflexion plus précise et plus généralisée de la réalité, mais cette réflexion est abstraite. À son tour, la pensée visuelle aide à organiser les images, les rend holistiques, généralisées, complètes.

La visualisation des informations pédagogiques permet de résoudre un certain nombre de problèmes pédagogiques :

fourniture d'une intensification de la formation;

améliorer les activités éducatives et cognitives;

formation et développement de la pensée critique et visuelle;

perception visuelle;

présentation figurative des connaissances et des activités d'apprentissage;

transfert de connaissances et reconnaissance de formes;

améliorer la littératie visuelle et la culture visuelle.

Aides pédagogiques visuelles électroniques basées sur les technologies informatiques modernes

Dans l'enseignement scolaire, ils ont toujours utilisé et utilisent encore le plus différents types clarté. Leur rôle dans le processus d'apprentissage est exceptionnel. Surtout dans le cas où l'utilisation d'aides visuelles ne se limite pas à une simple illustration afin de rendre le programme plus accessible et facile à apprendre, mais devient une partie organique de l'activité cognitive de l'élève, un moyen de former et de développer non seulement visuel- pensée figurative, mais aussi abstraite-logique... Ceci, à son tour, nécessite une révision et un changement importants des supports d'enseignement visuels traditionnels, qui devraient devenir dynamiques, interactifs et multimédias.

À cet égard, la visualisation informatique des informations éducatives est particulièrement intéressante, qui vous permet de présenter visuellement des objets et des processus à l'écran sous toutes sortes d'angles, en détail, avec la possibilité de démontrer les relations internes. composants, y compris ceux cachés dans le monde réel, et, ce qui est particulièrement important, dans le développement, dans le mouvement temporel et spatial. La visualisation informatique des informations pédagogiques est assurée par des supports visuels spécifiques, créés sur la base des technologies multimédias modernes, grâce auxquels il devient possible d'inclure toute la variété des supports visuels dans le processus d'apprentissage - texte, graphiques, son, animation, vidéo images. Il s'agit par exemple de cartes interactives, de notes de référence animées (dynamiques), d'affiches interactives, etc. Et dans ce cas il ne s'agit pas d'une simple traduction des supports visuels traditionnels (tableaux, schémas, images, illustrations) en format numérique, mais sur le développement et la création de types de visibilité complètement nouveaux. Dans le même temps, son apparition est causée non seulement par le besoin d'informations visuelles expressives et de stimulation visuelle, auxquelles les étudiants modernes se sont déjà habitués, mais également par les caractéristiques didactiques de ce nouveau type de visualisation éducative.

Dans la littérature pédagogique, il n'y a toujours pas de concept généralement accepté pour définir un nouveau type de visualisation, créé sur la base de technologies de l'information... Cela est dû au fait que cette visibilité est un phénomène très complexe, dont les caractéristiques distinctives particulières sont intégrées dans un seul système intégral, et qu'il est donc si difficile d'en identifier l'essence, c'est-à-dire de déterminer les caractéristiques principales et de distinguer eux des propriétés secondaires. Même les auteurs utilisent des noms différents :

« Visualisation par ordinateur » ;

« Visibilité dynamique » ;

« Visibilité interactive » ;

« Visibilité virtuelle » ;

« Visibilité multimédia » ;

"Visibilité hypertexte", etc.

En même temps, ces termes sont utilisés dans des sens loin d'être identiques, ce qui crée des difficultés supplémentaires.

Dans le cadre de cette discorde, Kuchurin V.V. propose au cours de la discussion de se laisser guider par le concept de « visibilité électronique », par lequel on entend le logiciel outil informatique présentation d'un complexe d'informations hypertextes visuelles différents types présenté à l'étudiant sur l'écran de l'ordinateur, en règle générale, en mode interactif (dialogue).

Les composants de visualisation électronique peuvent être à la fois des images statiques (images, diagrammes, tableaux, etc.) et dynamiques (vidéo, animation).

Ses principales caractéristiques sont l'interactivité, le dynamisme (animation) et le multimédia.

Tout d'abord, les supports pédagogiques visuels électroniques sont interactifs. Il s'agit d'un concept assez large en termes de contenu, à l'aide duquel la nature et le degré d'interaction entre les objets sont révélés dans la science moderne. De plus, cette propriété ne se réduit nullement à la communication entre les personnes. Dans la formation à l'utilisation des technologies de l'information et de la communication, l'interactivité est « la capacité de l'utilisateur à interagir activement avec le support d'information, à le sélectionner à sa guise, à modifier le rythme de présentation du matériel ». Conformément à cela, l'interactivité des supports visuels d'enseignement basés sur le multimédia offre à l'étudiant et à l'enseignant, dans certaines limites, la possibilité d'interagir activement avec lui et de contrôler la présentation de l'information, à savoir de poser une question et d'y recevoir une réponse. (interactivité retour d'information) déterminer le début, la durée et la vitesse du processus de démonstration (interactivité temporelle), déterminer la séquence d'utilisation de fragments d'informations (interactivité ordinale), modifier, compléter ou réduire la quantité d'informations de contenu (interactivité de contenu) et même créer votre propre création produit (interactivité créative). De telles possibilités d'aides pédagogiques visuelles interactives permettent l'utilisation de méthodes d'enseignement basées sur des problèmes qui assurent l'assimilation de concepts et de modèles scientifiques basés sur l'expérience personnelle d'interaction avec eux. En d'autres termes, l'interactivité offre des opportunités non seulement pour la perception passive de l'information, mais aussi pour la recherche active des caractéristiques des objets ou des processus étudiés. Par conséquent, l'interactivité confère à la visualisation électronique un caractère cognitif (cognitif), introduit des éléments de jeu et de recherche dans le travail pédagogique, encourage naturellement les étudiants à une analyse approfondie et complète des propriétés des objets et des processus étudiés.

La nature dynamique des supports pédagogiques visuels électroniques est fournie à l'aide de la technologie d'animation, qui vous permet de manipuler la couleur, la taille des objets, créer une animation locale, mettre en évidence l'un des objets ou une partie d'un objet en soulignant, en caressant, en remplissant , etc. De plus, avec l'aide de l'animation, l'illusion du mouvement est créée, changement, développement. Tout cela rend la visibilité plus émotionnelle et impressionnante. Dans le même temps, l'animation, donnant une représentation visuelle de la dynamique d'un phénomène, crée des conditions pour démontrer les signes et les modèles des événements, phénomènes et processus étudiés par l'action, pour comparer différentes opinions et formuler son propre point de vue. Ainsi, la dynamique de l'animation par ordinateur est utilisée non seulement et même pas tant pour renforcer l'impact émotionnel en montrant le mouvement d'un objet ("live picture"), mais pour activer l'activité cognitive, pour démontrer visuellement la logique du mouvement de pensée de l'ignorance à la connaissance.

Une propriété telle que le multimédia revêt également une importance particulière pour les caractéristiques de la visualisation électronique, créée sur la base des technologies de l'information modernes. Elle est associée aux technologies modernes de l'information fondées sur l'utilisation simultanée de divers moyens de présentation de l'information et représentant un ensemble de techniques, méthodes, méthodes et moyens de collecte, d'accumulation, de traitement, de stockage, de transmission, de production d'audiovisuel, de texte, informations graphiques dans les conditions d'interaction interactive de l'utilisateur avec un système d'information mettant en œuvre les capacités des environnements d'exploitation multimédia. Les technologies multimédias permettent la présentation intégrée de toute information audiovisuelle sur l'écran, réalisant un dialogue interactif entre l'utilisateur et le système. Pour cette raison, ils sont activement utilisés dans le développement et la création de supports pédagogiques visuels, dont les composants sont des images statiques et animées, ainsi que des informations textuelles et vidéo avec accompagnement sonore.

Selon les principales caractéristiques, les aides visuelles électroniques peuvent être divisées en dynamiques (animées), interactives et multimédias.

La visualisation dynamique (animée) est un outil pédagogique qui est une image mouvante et changeante. Il vous permet de former des représentations visuelles du développement d'événements et de processus dans le temps et l'espace, de concentrer l'attention des étudiants sur un objet d'étude spécifique, d'augmenter la densité de la leçon en accélérant la fourniture d'informations. Le contrôle est limité aux fonctions de lecture, d'arrêt et de pause, ce qui indique d'ailleurs l'interactivité limitée, dans ce cas temporelle, de la visibilité dynamique (animée).

La visualisation dynamique (animée) comprend des aides pédagogiques visuelles spécifiques telles que des cartes animées, des diagrammes animés, des diagrammes, des graphiques, des diaporamas.

La visualisation interactive est un outil d'apprentissage qui est une illustration animée hypertexte combinée à un ensemble d'outils de contrôle qui permettent à l'utilisateur d'interagir avec elle de manière interactive.

Actuellement, les enseignants utilisent des cartes interactives, des diagrammes interactifs, des plans de sites interactifs, des reconstitutions interactives, etc.

La visibilité multimédia est un outil d'apprentissage dans lequel sont intégrés des objets d'information différents types: son, texte, image.

Un exemple de visualisation multimédia est le multimédia, les panoramas multimédias, les affiches sonores électroniques.

Malheureusement, à l'heure actuelle, l'utilisation d'aides visuelles à l'enseignement, créées sur la base des technologies de l'information modernes, cause des difficultés notables pour de nombreux enseignants associées à la sélection d'aides visuelles pour résoudre des problèmes pédagogiques spécifiques, des techniques et des méthodes de travail organiser des activités éducatives.

IV.Technologies de visualisation des connaissances et de présentation des résultats de la recherche dans le domaine de l'éducation

visualisation formation pédagogique ordinateur

Le développement de la technologie informatique a résolu les problèmes de traitement d'un tel volume d'informations. Mais il y avait un problème pour visualiser les résultats d'un tel traitement. Il utilise diverses techniques de visualisation grâce auxquelles des quantités importantes et complexes de données peuvent être facilement représentées. Systèmes de reconnaissance d'images visuelles - 2 dimensions (symboles, signes graphiques, codes, codes à barres) - FineReader et objets tridimensionnels (images photographiques, systèmes de sécurité et vidéo) - intégrés dans les équipements photographiques modernes, technologie de vision industrielle (travail de l'ordinateur systèmes avec des tableaux de données).

Les graphiques et schémas simplifient la perception et facilitent la perception humaine du texte. Parfois quelques schémas suffisent pour comprendre le sens de ce qui est présenté sur plusieurs pages du projet.

Le codage couleur est utilisé dans la recherche pour analyser et prédire divers processus physiques et mathématiques. Par exemple, dans l'étude des processus thermiques, des transferts d'énergie, on peut clairement démontrer la distribution et l'évolution de la température dans un schéma de couleurs, dans des processus sociologiques, et illustrer des phénomènes naturels.

Le développement rapide des graphiques 3-D - la visualisation scientifique s'est transformée en une branche indépendante de la science, incorporant les bases du calcul différentiel, de la géométrie et de la programmation. Le passage à la technologie 3D a transformé les graphiques d'un support de présentation en une méthode puissante pour résoudre des problèmes scientifiques. La visualisation tridimensionnelle peut être largement utilisée pour les systèmes éducatifs dans divers domaines scientifiques. L'enseignement à l'aide de modèles tridimensionnels est très visuel et permet de diversifier les formes de présentation du matériel et d'augmenter l'intérêt de l'auditeur.

La visualisation virtuelle est de la plus haute importance dans les systèmes d'apprentissage interactifs, tels que les simulateurs de divers types.

Les professionnels utilisant les technologies audio et visuelles dans leurs activités professionnelles ont besoin d'un développement professionnel permanent. Comme ils ont généralement déjà une formation de base, le suivi du développement de nouvelles technologies, les méthodes d'utilisation de nouveaux produits logiciels et solutions peuvent être mises en œuvre via des formulaires à distance. Cela fait référence aux technologies de cas, à diverses formes de test et d'attestation à distance, aux conférences Web, etc.

L'Internet plus les activités de projet utilisant les outils TIC sont aujourd'hui un outil puissant, à la fois dans la sphère éducative et sociale, pour promouvoir de nouvelles méthodologies d'enseignement, le développement des affaires et augmenter les compétences d'un spécialiste, mais il doit être utilisé habilement. Dans les conditions de l'information moderne et des réalités sociales, une nouvelle approche méthodologique de l'enseignement de ces disciplines liées à l'utilisation de l'infographie et des moyens audiovisuels s'impose.

Les tendances dans le développement des technologies de l'information modernes conduisent à une augmentation constante de la complexité des systèmes d'information (SI) et, par conséquent, du contenu des disciplines de leur étude pour diverses spécialisations. Les disciplines modernes dans le domaine des TIC se caractérisent par les caractéristiques suivantes : la complexité de la description (un grand nombre de fonctions, de processus, d'éléments de données et de relations complexes entre eux), qui nécessite l'étude des lois et des techniques de modélisation et d'analyse des données et processus, ainsi que de nouveaux outils intelligents.

La méthodologie de l'enseignement moderne utilisant l'infographie et les moyens audiovisuels devrait être guidée par les technologies futures et modernes, y compris les tendances dans le développement des façons d'utiliser l'information et les outils et technologies informatiques. Dans la méthodologie moderne, bien sûr, les conditions techniques nécessaires doivent être présentées, Logiciel et les exigences pour l'utilisateur qui créent les conditions de l'appel au graphisme numérique et à la conception informatique. Mais il est encore plus important que la composition des complexes pédagogiques et méthodologiques inclue dans un premier temps la possibilité de leur modernisation et de leur intégration avec une évolution dynamique de la ressource informationnelle.

Conclusion

Dans ce dissertation les technologies de visualisation de l'information éducative ont été considérées, qui permettent d'utiliser de manière variable et rationnelle divers modèles schématiques-symboliques de représentation des connaissances ; éliminer le déséquilibre du texte et des visuels illustratifs, "colmatage" avec le texte ; accroître l'expressivité du langage visuel et des symboles, qui prennent une importance particulière à l'ère des technologies de l'information ; optimiser le temps consacré à la perception et à l'assimilation des informations et ainsi augmenter l'efficacité des activités éducatives et cognitives.

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"On dit qu'un dessin vaut mille mots, et c'est vrai, pourvu que le dessin soit bon." Archer

Avec une augmentation de la quantité de données accumulées, même en utilisant des algorithmes de Data Mining arbitrairement puissants et polyvalents, il devient de plus en plus difficile de « digérer » et d'interpréter les résultats obtenus. Et, comme vous le savez, l'une des dispositions du Data Mining est la recherche de modèles pratiquement utiles. Un modèle ne peut être utile en pratique que s'il peut être compris et compris.

En 1987, à l'initiative du comité technique de l'informatique graphique de l'ACM SIGGRAPH IEEE Computer Society, en lien avec la nécessité d'utiliser de nouvelles méthodes, outils et technologies de données, les tâches correspondantes de la direction de la visualisation ont été formulées.

Les méthodes de présentation visuelle ou graphique des données comprennent des graphiques, des diagrammes, des tableaux, des rapports, des listes, des diagrammes structurels, des cartes, etc.

Traditionnellement, la visualisation a été considérée comme une aide à l'analyse des données, mais maintenant de plus en plus de recherches parlent de son rôle indépendant.

Les techniques d'imagerie traditionnelles peuvent trouver les applications suivantes :

∙ présenter des informations à l'utilisateur sous une forme visuelle ;

∙ décrire de manière compacte les modèles inhérents à l'ensemble de données d'origine ;

∙ réduire la dimension ou compresser les informations ;

∙ réparer les lacunes dans l'ensemble de données ;

∙ trouver du bruit et des valeurs aberrantes dans un ensemble de données.

Visualisation de l'outil d'exploration de données

Chacun des algorithmes de Data Mining utilise une approche de visualisation spécifique. Dans les conférences précédentes, nous avons couvert un certain nombre de méthodes d'exploration de données. Au cours de l'utilisation de chacune des méthodes, ou plutôt de sa mise en œuvre logicielle, nous avons reçu des visualiseurs, à l'aide desquels nous avons pu interpréter les résultats obtenus grâce au travail des méthodes et algorithmes correspondants.

∙ Pour les arbres de décision, il s'agit d'un visualiseur d'arbre de décision, d'une liste de règles, d'un tableau de contingence.

∙ Pour les réseaux de neurones, selon l'outil, il peut s'agir de la topologie du réseau, un graphique de l'évolution de la valeur d'erreur, démontrant le processus d'apprentissage.

∙ Pour les cartes Kohonen : cartes d'entrées, sorties, autres cartes spécifiques.

∙ Pour la régression linéaire, la ligne de régression agit comme un visualiseur.

∙ Pour le clustering : dendrogrammes, diagrammes de dispersion.

Les nuages ​​de points et les graphiques sont souvent utilisés pour évaluer les performances d'une méthode.

Toutes ces manières de visualiser ou d'afficher des données peuvent remplir l'une des fonctions suivantes :

∙ sont une illustration de la construction d'un modèle (par exemple, représentant la structure (graphique) d'un réseau de neurones) ;

∙ aider à interpréter le résultat obtenu;

∙ sont un moyen d'évaluer la qualité du modèle construit ;

∙ combiner les fonctions listées ci-dessus (arbre de décision, dendrogramme).

Visualisation des modèles d'exploration de données

La première fonction (illustration de la construction d'un modèle), en fait, est une visualisation du modèle de Data Mining. Il existe de nombreuses façons différentes de présenter un modèle, mais le représenter graphiquement donne à l'utilisateur une "valeur" maximale. L'utilisateur, dans la plupart des cas, n'est pas un spécialiste de la modélisation, le plus souvent il est un expert dans son domaine. Par conséquent, le modèle de Data Mining doit être présenté dans le langage qui lui est le plus naturel, ou, au moins, contenir un nombre minimum d'éléments mathématiques et techniques divers.

Ainsi, la disponibilité est l'une des principales caractéristiques du modèle de Data Mining. Malgré cela, il existe également une manière aussi répandue et la plus simple de représenter un modèle comme une "boîte noire". Dans ce cas, l'utilisateur ne comprend pas le comportement du modèle qu'il utilise. Cependant, malgré le malentendu, il obtient le résultat - les modèles révélés. Un exemple classique d'un tel modèle est le modèle de réseau de neurones.

Une autre façon de représenter le modèle est de le présenter de manière intuitive et compréhensible. Dans ce cas, l'utilisateur peut vraiment comprendre ce qui se passe « à l'intérieur » du modèle. Ainsi, il est possible d'assurer sa participation directe au processus.

De tels modèles offrent à l'utilisateur la possibilité de discuter ou d'expliquer sa logique avec des collègues, des clients et d'autres utilisateurs.

Comprendre le modèle conduit à comprendre son contenu. Grâce à la compréhension, la confiance dans le modèle augmente. Un exemple classique est un arbre de décision. L'arbre de décision construit améliore réellement la compréhension du modèle, c'est-à-dire utilisé l'outil d'exploration de données.

En plus de la compréhension, ces modèles offrent à l'utilisateur la possibilité d'interagir avec le modèle, de lui poser des questions et d'obtenir des réponses. Un exemple de cette interaction est la fonction de simulation. Grâce à la boîte de dialogue "système-utilisateur", l'utilisateur peut acquérir une compréhension du modèle.

Passons maintenant aux fonctions qui aident à interpréter et à évaluer les résultats de la construction de modèles d'exploration de données. Ce sont toutes sortes de graphiques, graphiques, tableaux, listes, etc.

Des exemples d'outils de visualisation qui peuvent être utilisés pour évaluer la qualité d'un modèle sont un nuage de points, un tableau de contingence et un graphique de l'évolution de l'ampleur de l'erreur.

Nuage de points est un graphique de l'écart des valeurs prédites par le modèle par rapport aux valeurs réelles. Ces graphiques sont utilisés pour les valeurs continues. L'évaluation visuelle de la qualité du modèle construit n'est possible qu'à la fin du processus de construction du modèle.

Tableau de contingence utilisé pour évaluer les résultats de la classification. De tels tableaux sont utilisés pour différentes méthodes classification. Nous les avons déjà utilisés dans des conférences précédentes. L'évaluation de la qualité du modèle construit n'est possible qu'à la fin du processus de construction du modèle.

Graphique d'amplitude d'erreur... Le graphique montre le changement de l'ampleur de l'erreur dans le processus de fonctionnement du modèle. Par exemple, lors du fonctionnement des réseaux de neurones, l'utilisateur peut observer l'évolution de l'erreur sur les ensembles d'apprentissage et de test et arrêter l'apprentissage pour éviter que le réseau ne soit « recyclé ». Ici, l'évaluation de la qualité du modèle et de ses changements peut être évaluée directement dans le processus de construction du modèle.

Des exemples de visualiseurs qui aident à interpréter le résultat sont : la ligne de tendance dans la régression linéaire, les cartes de Kohonen, le nuage de points dans l'analyse de cluster.

Techniques d'imagerie

Les méthodes de visualisation, selon le nombre de mesures utilisées, sont généralement classées en deux groupes :

∙ présentation des données en une, deux et trois dimensions;

∙ présentation des données en quatre dimensions ou plus.

Présentation des données en une, deux et trois dimensions

Ce groupe de méthodes comprend des méthodes bien connues d'affichage d'informations qui sont disponibles pour la perception par l'imagination humaine. Presque tous les outils d'exploration de données modernes incluent des méthodes de présentation visuelle de ce groupe.

Selon le nombre de dimensions de la vue, celles-ci peuvent être les suivantes :

∙ dimension unidimensionnelle (univariée), ou 1-D ;

∙ une dimension bidimensionnelle (bivariée), ou 2-D ;

∙ Mesure 3D ou projection, ou 3-D.

Il convient de noter que l'œil humain perçoit le plus naturellement les représentations bidimensionnelles de l'information.

Lorsqu'il utilise une présentation d'informations en deux et trois dimensions, l'utilisateur peut voir les modèles de l'ensemble de données :

∙ sa structure de cluster et la répartition des objets en classes (par exemple, dans un diagramme de dispersion) ;

∙ caractéristiques topologiques;

∙ présence de tendances;

∙ informations sur l'arrangement mutuel des données;

∙ l'existence d'autres dépendances inhérentes à l'ensemble de données étudié.

Si l'ensemble de données a plus de trois dimensions, les options suivantes sont possibles :

∙ l'utilisation de méthodes multidimensionnelles de présentation de l'information (elles sont discutées ci-dessous) ;

∙ réduction de dimension à présentation à une, deux ou trois dimensions. Exister différentes façons réduction de la dimensionnalité, l'un d'eux - l'analyse factorielle - a été discuté dans l'une des conférences précédentes. Les cartes de Kohonen auto-organisées sont utilisées pour réduire la dimensionnalité et visualiser simultanément les informations sur une carte en deux dimensions.

Présentation des données en 4+ dimensions

Les représentations de l'information en quatre dimensions et plus sont inaccessibles à la perception humaine. Cependant, des méthodes spéciales ont été développées pour la possibilité d'afficher et de percevoir de telles informations par une personne.

Les modes les plus connus de présentation d'informations multidimensionnelles :

∙ coordonnées parallèles;

∙ "Les visages de Tchernov";

∙ cartes radar.

Coordonnées parallèles

En coordonnées parallèles, les variables sont codées horizontalement, avec une ligne verticale définissant la valeur de la variable. Un exemple d'ensemble de données présenté en coordonnées cartésiennes et en coordonnées parallèles est donné dans la Fig. 16.1. Cette méthode de représentation de données multidimensionnelles a été inventée par Alfred Inselberg en 1985.

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