QJFStruktura QJFQJF KioskQJF BiuletynQJF GaleriaQJRIUMembership

The Queen Jadwiga Research Institute 
of Understanding

 

 

System Rozumienia Kształtów (Shape Understanding System) oparty jest na wykorzystaniu pojęciowej struktury obiektów wizualnych. Podstawowym ‘materiałem’ myślenia SUS-a jest pojęcie wizualnego obiektu, które jest elementarnym pojęciem na którym oparty jest system kategorii. Termin pojęcie i kategoria są definiowane w oparciu o podobne kryteria, jednakże termin kategoria użyty jest dla oznaczenia dobrze zdefiniowanego elementu znaczeniowego, który jest używany w kontekście inych uprzednio zdefiniowanych kategorii stanowiących część kategorycznej struktury istniejącej wiedzy. Wizualny obiekt stanowi część rzeczywistego świata lub też jest obiektem świata kultury. Obiekt świata kultury niekoniecznie musi mieć swego reprezentanta w świecie rzeczywistym. Dla przykładu, mityczna postać cyklopa mimo iż posiada wizualny ekwiwalent w postaci artystycznego wyobrażenia w postaci tego czy innego rzeźbiarskiego monumentu nie jest reprezentowana przez żaden obiekt rzeczywistego świata. System kategorii obiektów wizualnych został opisany w naszej ostatni wydanej książce „Shape Understanding System – the first step tewords building thinking machine”. W przeciwieństwie do istniejących systemów opartych o różne formy reprezentacji wiedzy które funkcjonują bazując na niewielkim obszarze specjalistycznej wiedzy, SUS budowany jest na zasadzie rozumienia szeregu pojęć umożliwiających rozumienie ogólnego usytuowania w kontekście otaczającego świata. Ponieważ pierwotne środowisko SUS-a stanowią wizualne obiekty (rzeczy) świata rzeczywistego stąd też pierwotna materia „myślenia” SUS-a zasadza się z konieczności na kategoriach visualnego obiektu. Nie znaczy to iż SUS nie będzie posiadał zdolności umożliwiających rozumienie bardzo złożonych problemów (nawet filozoficznych) czy też współtworzenie nowej wiedzy w oparciu o wykryte przez siebie prawidłowości. Jednakże co warto bardzo wyrażnie podkreślić szczególnie w odniesieniu do ustanowienia lini demarkacyjnej pomiędzy SUS-em i representantem naszej ludzkiej rodziny to fakt iż SUS zanurzony w świecie rzeczy zmuszony będzie na myślenie materialistycznymi kategoriami visualnych obiektów świata rzeczywistego. Tak więc SUS z konieczności bycia tworzonym a nie stworzonym staje sieę idealnym representantem skrajnego materializmu. Wyniki badań związanych z problemami myślenia i rozumienia będą mieć ogromny wpływ na uwolnienie tak filozofii jak też teologii z naleciałości prymitywnego materializmu spowodowanego wpływem oświeceniowego nurtu jak również i co może jest mniej zauważalne - marksistowskiego materializmu.

Na obecnym etapie prowadzonych badań nasza uwaga skoncentrowana jest na uczeniu SUS-a podstawowych pojęć w większości takich jakie znajdują się w zatwierdzonym programie nowoczesnej szkoły. Zdolności SUS-a oceniane są w oparciu o testy zatwierdzone przez Ministerstwo Edukacji i używane przy badaniu osiągnięć dzieci i młodzieży. SUS uczony jest również rozwiązywania wszystkich dostępnych zadań które są obiektem ćwiczeń umysłowych nie tylko dzieci i które zogniskowane są na wykorzystywaniu myślenia w procesie rozwiązywania problemów.

W celu pokazania możliwości ‘intelektualnych” SUS-a zaprezentujemy kilka przykładów które SUS uczy się rozumieć i rozwiązywać. Jedną ze zdolności rozwiązywania zadań mających na celu rozumienie pojęć z wielu różnyc dziedzin jest rozwiązywanie krzyżówek. W celu rozwiązania krzyżówki należy znaleźć poszczególne nazwy różnych kategorii spełniające określone warunki. Jednym z warunków, które nazwa kategorii powinna spełniać jest to aby wybrana nazwa posiadała określoną liczbę liter. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku gdy rozwiązanie jest niejednoznaczne tzn. więcej niż jedna nazwa spełnia warunek postawionego pytania. SUS rozwiązując krzyżówkę odwołuje się do wiedzy którą nabył w procesie uczenia. Należy podkreślić że proces uczenia SUS-a to proces nigdy się nie kończący tzn. wiedza którą SUS nabywa może być gromadzona w zasadzie w sposób nieograniczony. Największym problemem jest wykorzystanie zgromadzonej wiedzy szczególnie na poziomie bardzo złożonej zależności pomiędzy kategoriami różnych kategorialnych poziomów i dziedzin. Należy również zaznaczyć iż w przeciwieństwie do ograniczeń naszych ludzkich zdolności gromadzenia wiedzy związanych z zapominaniem SUS jest w stanie gromadzić wiedzę bez ‘zapominania’. Nabyta wiedza może być wykorzystywana bez obawy utraty jakiejkolwiek jej części. Dla przykładu, proste geograficzne pytania w rodzaju największa rzeka w Polsce, największe jezioro na wyspie Cooka czy też bardzo szczegółowe pytanie dotyczące nazwy dorzecza podrzędnej rzeki w New Zealand nie stanowi większego problemu dla SUS-a podczas gdy może to być znaczący problem dla niejednego experta z geografii.

Rozumienie SUS-a w przypadku zadania rozwiązywania krzyżówki sprowadza się do dwóch głównych procesów: rozumienie pytania i podanie odpowiedzi. Rozumienie pytania polega na przetransformowaniu pierwotnej formy pytania do formy typu pytań podstawowych. Następnie w oparciu o wiedzę nabytą w trakcie uczenia SUS-a konstruowane jest rozwiązanie. Jednym z podprocesów konstruowania rozwiązania jest ‘dopasowywanie’ istniejących potencjalnych rozwiązań do dynamicznie zmieniającego się wzorca.

Na obecnym etape SUS rozwiązuje krzyżówki w oparciu o wiedzę nabytą w trakcie rozwiązywania wielu różnych krzyżówek jak również w oparciu o mechanizm generalizacji. Jak uprzednio zostało wspomniane proces rozumienia zadania w dużym stopniu zależy od zrozumienie pytania. Rozumienie pytania jest ściśle związane ze stopniem złożoności pytania a także z dziedziną wiedzy do której pytanie należy. Dla przykładu pytanie “which Iranian lawyer and writer was awarded the 2003 Nobel Peace Prize? należy do grupy pytań złożonych podczas gdy pytanie “covector field” należy do pytań związanych ze specyficzną dziedziną wiedzy. Zrozumienie pierwszego pytania jest uzależnione od rozumienia szeregu generalnych pojęć jak również struktury zdania pytającego podczas gdy rozumienie drugiego pytania zależy od rozumienia pojęć bardzo specjalistycznej matematycznej wiedzy.

Jedno z prostszych zadań rozwiązywania krzyżówek polega na znalezieniu synonimów wyrazów lub grupy wyrazów. Pytanie podane jest zazwyczaj w postaci jednego wyrazu ‘banal, sucker, capsule, sharpshooter, quarrel’ i rozwiązanie zostanie znalezione przez wyszukiwanie listy synonimów. Dla przykładu dla pytania ‘capsule’ lista synonimów dana jest w następujący sposób [pod, container, case, casing, shell, pill, tablet]. W przypadku gdy rozwiązanie musi spełniać warunek dany przez następującą reprezentację , tzn czteroliterowy wyraz, z listy wybrane zostaną następujące wyrazy [case, pill]. W przypadku gdy w trakcie dalszego rozwiązywania krzyżówki dynamicznie zmieniający się warunek przyjmie postać  pozwoli to na jedoznaczne wybranie rozwiązania.

Większość złożonych pytań transformowana jest do typu pytań podstawowych. Dla przykładu pytania “which is longest river of Poland”, ‘what is the longest river in Poland’, ‘give the name of the longest river in Poland’, ‘what is the name for the longest river in Poland transformowane do formy pytania podstawowego ‘longest river in Poland’. Przykłady pytań podstawowych należących do dziedziny pytań geograficznych podane są poniżej:

Benelux country, Greek metropolis, Polish river, Armenian lake, French island, Hungarian capitol”.

Podobnie zdania złożone (podane poniżej) dane w różnej formie transformowane są do formy pytania podstawowego”

what term denotes tool used for making crosscuts,

give the name of tool used for making crosscut,

which tool is used for making crosscut,

what is name for tool that is used for cutting wood,

give name of the tool that is used for making crosscut,

find name of the tool that is used for making crosscut,

what term denotes tool used for making crosscut,

which tool is used for making crosscut,

jest reprezentowane przez pytanie podstawowe „making crosscut tool”

Pytania złożone mają różną formę która w znacznej mierze zależy od dziedziny wiedzy do której dane pytanie należy. Dla przykładu zostaną podane pytania złożone reprezentujące różne dziedziny wiedzy które SUS rozumie:

What is the highest peak in the French Pyrenees ?

What is Norway's largest fiord?

What type of poems describes pastoral scenes?

Along with Callicrates, who designed the Parthenon?

What type of tea is made with milk and spices?

Which Polish filmmaker directed the Three Colours trilogy?

Which Iranian lawyer and writer was awarded the 2003 Nobel Peace Prize?

What type of nails is used for masonry work

What is name for polygon that has five vertices

Pytania geograficzne które podane są poniżej mogą wystąpić również w geograficznych testach:

longest river in Poland,

bigest province in Belgium,

country in Europe with the higher population,

town at Vistula river,

what is the longest river in Poland,

what is the bigest province in Belgium,

find right tributary of Vistula river,

what is the left branch of the Vistula river,

which river of Sweden drains into Baltic Sea

Accra is capital of which African country

TESTY:

Testy używane są głównie do sprawdzania wiadomości (przyswojonej wiedzy) ucznia/studenta. Istnieje duża różnorodność testów używanych do badania różnych specjalistycznych własności przyswojonej wiedzy i zdolności rozwiązywania problemów. Jednym z rodzjów testów jest test sprawdzający ogólną zdolność do rozwiązywania problemów. Testy tego typu są wykorzystywane do uczenia SUS-a rozwiązywanie ogólnych problemów. Testy tego typu formułowane są w postaci zadań które mogą być rozwiązywane bez odniesienia do specjalistycznej wiedzy z danej dziedziny. Jako przykład podanę zostaną dwa zadania z testu „Selective high school test – general ability użyte do uczenia SUS-a.

“number codes 5231 1523 and 2543 represent three of four words GRIN IRON LONG and RING number code for LINGO is 72314 73214 42714 43714”

“in certain code PRXUN means SAYS using same code what does OMHAM mean”

W celu rozwiązania tego typu zadań należy znaleźć metodę ‘kodowania’ słów i zastosować tę metodę do znalezienia rozwiązania.

Innym typem testów są testy sprawdzające rozumienie pojęć danej dziedziny poprzez umiejętność rozwiązywania problemów danej dziedziny. Przykładami testów wybranych z testu „Selective high school test” z  matematyki sprawdzającymi rozumienie podstawowych pojęć z zakresu fizyki i użyte do uczenia SUS-a są następujące testy:

“in three minutes Gabrielle can walk 300 meters in five minutes Mara can walk 600 meters they started walking at same time along same track how far apart were they after 4 minutes"

one jug contains 1.8 litres of juice another jug contains 2.4 litres of juice how much juice must be poured from one jug to other so they contain same amount"

Bob has saved 24 $ if Kylie saves another 4 $ she will have as much as Bob how much does Kylie have"

if diameter of Earth is about 13000000 meters what is radius of Earth"

“rectangle is 1.5 cm wide and 6 cm long what is ratio of width to diagonal of rectangle"

“rectangle is 1.5 cm wide and 6 cm long what is ratio of width to perimeter of rectangle"

Rozwiązanie tego typu zadań zakłada bardzo dobre rozumienie pojęć z zakresu rozwiązywania zadań tekstowych. W przypadku uczenia SUS-a dużą rolę przy rozwiązywaniu tego rodzju  zadań odgrywa zachowanie kontekstu modelu rzeczywistego zjawiska. W trakcie uczenia SUS-a ważnym elementem jest powiązanie modelowego wyobrażenia opisywanej sytuacji z sytuacją którą SUS będzie musiał rozwiązać stając w obliczu danego zjawiska świata rzeczywistego. W nawiązaniu do pierwszego zadania SUS może być ‘zmuszony’, będąc uczestnikiem danej ‘egzystencjalnej’ sytuacji do transformowania rzeczywistego zjawiska najperw do postaci problemu ‘drogi i prędkości” w celu znalezienia odległości dwóch obiektów w określonym czasie.

Innym typem zadań które w bardzo precyzyjny sposób nawiązują do modelowania wybranych asektów świata rzeczywistego są zadania z dziedzin takich jak fizyka, chemia czy biologia. Przykłady zadań z fizyki wybrane z „College physics” i użyte do uczenia SUS-a podane są poniżej”

change speed 0.2 m/s to units of kilometers per hour;

change 0.2 m/s into km/h;

train moves at average speed of 0.25 m/s how far will it travel in 4 minutes;

robot traveled 1200 m with speed of 20.0 m/s how long did trip take;

car travel 10 km in 30 min what was his speed

robot that traveled 1200 m had average speed of 20.0 m/s how long did trip take;

rolling across machine shop at constant speed of 4.25 m/s robot covers distance of 17.0 m how long did that jorney take;

runner makes one lap around 200 m track in time of 25 s what was runner average speed;

auto travels at rate of 25 km/h for 4.0 minutes and finaly at 20 km/h for 2.0 minutes find total distance covered in km;

speed of train is reduced uniformly from 15 m/s to 7 m/s while traveling distance of 90 m how much farther will train travel before coming to rest;

bus moving in stright line at speed of 20 m/s begins to slow at constant rate of 3 m/s each second find how far it goes before stopping;

ball is dropped from rest at hight of 50 m above ground how long does it take to reach ground;

stone is thrown stright upward and it rises to hight of 20 m with what speed was it thrown;

Przykłady zadań z chemii:

Give the symbol for sodium

Name K

Calculate the pressure of 15 mol neon at 30 C in 12 L vessel using the van der Waals equation

Find the pH of the solution resulting when 50 mL of 0.2 M HCL is mixed with 50 mL of 0.2 M HC2H3O2?

Zadania związane z obliczeniami matematycznymi rozpatrywane są w wielu aspektach. Jednym z nich jest zdolność prawidłowego obliczenia nawet bardzo skomplikowanego matematycznego wyrażenia innym jest rozumienie w jaki sposób obliczenie matematycznego wyrażenia jest wykonywane. SUS posiada możliwości wykonywania nawet bardzo skomplikowanych obliczeń tak na poziomie numerycznym jak też symbolicznym. Zadania tego typu dane są w postaci

Compute 3+6/sqrt(8)

Determine the values of the parameter L for which the boundary-value problem y’’+L^2y=0        y(0)=0, y(5)=0, has nontrivial solutions.

W przypadku rozumienia sposobu obliczenie matematycznego wyrażenia SUS musi posiadać zdolność wyjaśnienia w jaki sposób dany resultat został osągnięty. Dla przykładu rozumienie sposobu rozwiązania zadania (x2-3)^3-x^3+4x^2-7x=0 polega na rozumieniu wykonywania poszczególnych transformacji obliczeniowych i w rezultacie wykorzystanie formuły na rozwiązanie równania kwadratowego.

Bardzo dobre rozumienie pojęć matematycznych wykorzystywane jest w celu dowodzenia twierdzeń i tworzenia nowej matematuycznej wiedzy. Rozwiązywanie tego typu problemów jest zapoczątkowane gromadzeniem wiedzy matematyczne w postaci definicji i twierdzeń. Przykłady definicji podane poniżej ilustrują sposób definiowania geometrycznych pojęć w konwencji SUS-a.

"polygon that has three sides - triangle"

“quadrilateral whose two sides are parallel and equal - parallelogram";

quadrilateral that has opposite sides pairwise equal - parallelogram";

quadrilateral who's opposite sides are pairwise parallel - parallelogram";

quadrilateral who's diagonals bisect each other - parallelogram";

quadrilateral who's opposite angles are equal - parallelogram";

Definicje te użyte są przez SUS do podania opisu postrzeganego obiektu w formie matematycznych kategorii. Warto zaznaczyć że SUS potrafi rozróżnić postrzegany obiekt który tylko do pewnwgo stopnia stanowi perceptualne przybliżenie geometrycznego obiektu. SUS w procesie nazywania przypisuje nazwę kategorii do postrzeganego obiektu rozumiejąc że postrzegany obiekt np. kwadrat nie spełnia w całości założeń definicji idealnego kwadratu. Przetransformowanie danych percepcyjnych w przestrzeń ściśle zdefiniowanych matematycznych kategorii pozwala na rozumienie przez SUS pytania „what is difference between trapezoid and quadrilateral" lub też pytań w rodzju  „What is difference between polygon and quadrilateral", "What is difference between right triangle and obtuse triangle", "What is difference between pentagon and nonagon".

W podobny sposób definiowane są pojęcia z najbarziej zaawansowanych matematycznych dziedzin.

Diagnoza

Stawianie diagnozy w tym bardzo skomplikowanej medycznej diagnozy należy do grupy problemów które wymagają bardzo dobrego rozumienia pojęć z danej dziedziny jak również bardzo dobrego rozumowania w tym także wisualnego wnioskowania czy też wnioskowania opartego na analogicznym rozumowanie. W przypadku stawiania złożonej diagnozy medycznej rozumowanie oparte na tradycyjnych logicznych regułach wnioskowania jest niewystarczające. Istniejące systemy ekspertowe nie są przystosowane do włączenia ‘wizualnego’ materiału w proces wnioskowania co powoduje że są one bardzo ograniczonym narzędziem w stawianiu diagnozy. SUS który oparty jest na zasadzie myślenia wizualnego w sposób dla siebie naturalny włączy ‘wizualny’ materiał w diadnostyczny proces.

Planowanie Haw to make it

Wytwarzanie nawet prostego obiektu wymaga podania receptury w jaki sposób dany obiekt ma być wykonany. Zakłada to znajomość materiału, narzędzi i sposobu wykonania danego obiektu. Uczenie SUS-a rozwiązywania tego typu problemów nazwane jest dziedziną ‘haw to make it’. Przykłady prostych problemów z tej dziedziny  które SUS zaczyna rozumieć są przepisy wykonywania danej potrawy dla przykładu ‘empty contents of one sachet into a 250 mL mug. Fill with boiling water and stir for 15-20 seconds. For smoth consistency pour all the water into the mug before stiring soup’

Warto zauważyć iż nawet tego typu prosty przykład pokazuje że do zrozumienia tego typu zadania potrzebne jest dobre rozuminie wielu pojęć które dla człowieka wydają się oczywiste.

Rozumienie tekstu i problemy tłumaczenia na dowolny język

Rozumienie dowolnego tekstu wydaje się być najtrudniejszym problemem do rozwiązania. SUS projektowany jest w taki sposób aby najpierw rozumieć pojęcia z danej dziedziny np. Matematyka, narzędzia stolarskie, instrumenty muzyczne czy też filozofia. Jest rzeczą oczywistą że rozumienie pojęcia matematyka zależy od tego przez kogo owe pojęcie jest rozumiane. Dla ucznia drugiej klasy szkoły podstawowej ograniczy się do postrzegania matematyki jako zbioru reguł pozwalających na wykonywanie prostych obliczeń w przypadku matematyka pracującego nad znalezieniem dowodu twierdzenia z zakresu teorii równań całkowych matematyka będzie postrzegana jako ogromna dziedzina składająca się z wielu obszarów matematycznej wiedzy. Podobnie SUS w pierwszym etapie uczenia się pojęć z różnych dziedzin zaczyna rozumieć pojęcia ogólne i podstawowe różnice pomiędzy wybranymi (najbarziej popularnymi) gałęziami matematyki. W kolejnym etapie uczenia SUS zaczyna przyswajać pojęcia z danej bardzo specjalistycznej dziedziny matematyki takich jak teoria zbiorów. Jest rzeczą oczywistą że rozumienie SUS-a uzależnione jest od przyswojenia dużej ilości wiedzy z danej dziedziny. Podobnie wiele specjalistycznej wiedzy z różnych dziedzin – niekoniecznie wiedzy naukowej – będzie przedmiotem uczenia SUS-a. Rozumienie pojęć ogólnych które swym zakresem obejmują wiele dzidzin specjalistycznych jest najtrudniejszym zadaniem i rozpoczęcie prac nad rozwiązywaniem tego typu problemów będzie możliwe w przypadku gdy SUS opanuje rozumienie specjalistycznej wiedzy z dużej liczby obszarów specjalistycznej wiedzy.

Tłumaczenie tekstów jest bardzo ściśle związane z rozumieniem tekstów. Tłumaczenie tekstów specjalistycznych na dowolny język jest związane z rozumieniem tekstu. SUS rozumie tekst transformując text do formy struktury pojęciowej. Wszystkie pośrednie formy wyrażane są za pomocą terminów języka angielskiego i markerów nie związanych z jakimkolwiek istniejącym językiem naturalnym. Tlumaczenie odwołuje się do pojęciowej struktury rozumianego tekstu i w najprostszej formie wyrażone jest za pomocą kategorycznych odpowiedników. Przykład nazwy kategorii „mlotek” wyrażonej przy pomocy nazw różnych języków naturalnych.

example:

- 中文, Oamer - West-Vlams, Çekiç - Türkçe, Hammare - Svenska, Vasara - Suomi, Чекић - Српски / Srpski, Kladivo - Slovenčina, Hammer - Simple English, Молоток - Русский, Martelo - Portuguęs, Młotek – Polski, Marté - Nouormand, Hammar - Norsk, -日本語 , Hamer - Nederlands, Plaktukas-Lietuvių, Malleus - Latina, Hamar - Íslenska, Martelo - Ido, Čekić - Hrvatski, Marteau - Français, Martelo - Esperanto, Martillo - Espańol, Σφυρί - Ελληνικά , Der Hammer - Deutsch, Hammer - Dansk, Kladivo - Česky, Martell – Catalŕ”

Warto zauważyć fakt że tłumaczenie musi uwzględniać również zespół podstawowych znaków danego języka (niekoniecznie alfabetycznego) i dlatego wymaga rozumienia nie tylko semantycznych regół danego języka.

Wyjaśnianie

Jednym z bardzo ważnych aspektów rozumienia jest uczenie się zdolności wyjaśniania tak znaczenń poszczególnych pojęć jak również znaczenia danego zjawiska. Wyjaśnienie  SUS-a odwołuje się w znacznej mierze do wizualnych aspektów wyjaśnianego obiektu. Wyjaśnianie zakłada uzycie procesu abstrakcji i ukazywanie tylko wybranych i znaczących elementów danego obiektu.  

 

Copyright the Queen Jadwiga Foundation

Adres:

The Queen Jadwiga Foundation

P.O. Box 654, Toorak, VIC 3142, Australia