Diplomová práca

Čestné vyhlásenie

1. Úvod

Cieľom mojej diplomovej práce je vytvoriť hypertextový učebný text pre predmet Neurónové siete, ktorý by sa dal použiť pre internetovú formu dištančného vzdelávania na našej škole. Produkt mojej diplomovej práce má byť systémom súborov (modulom), ktorý bude súčasťou pripravovanej Virtuálnej univerzity na našej fakulte. Tá bude centrom dištančného vzdelávania. Učebný text by mal byť kvalitným hypertextom s jednozačnými prednosťami pred tlačenou podobou učebného textu. V tvorbe textu by sa mal prejaviť osobný prínos. Je dôležité kvalitne pripraviť celý proces výučby predmetu, všetky jeho fázy, odôvodnené v didaktickej analýze. Nie je cieľom pripraviť celý predmet, ale vytvoriť kvalitnú formu predmetu. Obsah predmetu nech sa naplní na niekoľko lekcií. Diplomová práca má didaktické zameranie, nie programátorské.

Štruktúra diplomovej práce je zreteľná z obsahu. V pravom stĺpci obsahu je prístup k súborom, produktu diplomovej práce.

Tvorba produktu diplomovej práce má svoju vlastnú štruktúru podobajúcu sa na bežný návrh softvéru, ktorá je popísaná v kapitole 8. To sa týka hlavne týchto častí:
- informácie o predmete (názov, krátky obsah, ciele, počet hodín, potrebný čas, ukážková lekcia, podmienky štúdia)
- informácie o obsluhe modulu (pre študenta, pre učiteľa, pre administrátora)
- podrobný obsah a rozdelenie do lekcií
- jednotlivé lekcie (vrátane úvodnej a sumarizačnej)
- riešené príklady
- neriešené úlohy
- autotest (kvíz)
- testy zostavené z úloh
- zbierka príkladov a zbierka úloh
- register kľúčových slov
Prostredie predmetu má dôsledne navrhnutú a modifikovateľnú grafickú úpravu, ovládacie prvky. Učebný text je bohatý hypertext - použité sú formáty súborov TXT, HTML (XML), GIF, JPEG, PNG, Java script, v budúcnosti aj PHP. Hypertext obsahuje veľké množstvo odkazov.

Pri tvorbe textov predmetu vychádzam z prednášok a seminárov k predmetom KMI/NEU1/00 Neurónové siete a KMI/VYU1/00 Výpočtové učenie. Tieto predmety sú určené pre denné štúdium v odbore Informatika na magisterskom stupni. Ďalšie zdroje uvádzam na konci v časti Literatúra. V tejto práci nemám "vzor", nemám k dispozícii slovenský učebný text, ktorý by vystihoval obsah predmetu Neurónové siete pre vysokoškolské štúdium prírodovedeckého smeru na bakalárskom stupni. Text obohacujem vlastnou predstavou, komentárom, obrázkami. Inšpiráciou vo forme dištančného vzdelávania je mi predmet KEF/VMV1/02 Využitie multimédií vo vzdelávaní, realizovaný v internetovej forme na našej fakulte a Cisco Networking Academy Program (CNAP).

2. Časový plán

Diplomová práca je časovo rozdelená do 4 semestrov. Čas medzi začiatkom a ukončením by mohol byť rozvrhnutý takto:

1. semester (02.09.2002 - 14.02.2003) verzia 0.1 - téma, vedúci, cieľ, časový plán, úvod
2. semester (17.02.2003 - 01.04.2003) verzia 0.3 - didaktický zámer, hodnotenie, metódy a prostriedky
3. semester (01.04.2003 - 01.02.2003) verzia 0.4 - štruktúra predmetu, tvorba lekcií
4. semester (01.02.2004 - 01.04.2004) verzia 0.6 - tvorba lekcií a didaktická analýza
4. semester (01.04.2004 - 30.04.2004) finálna verzia 1.0

Prečo končím verziou 1?

Verzia 0 je vývojová fáza (alfa verzia). Verzia 1 je finálna, plne funkčná verzia. Myslím tým funkčnosť súborov pre Virtuálnu univerzitu, softvérový produkt. Ďalšími číslami budú číslované verzie produktu diplomovej práce, teda konkrétne súbory - až v priebehu používania. Predpokladám nutnosť dopĺňať a pozmeňovať súbory vo Virtuálnej univerzite v priebehu jej používania. Nemyslím tým prítomnosť tútora, ale prítomnosť autora.

3. Didaktický zámer

3.1 Cieľová skupina

Cieľovou skupinou v tomto didaktickom projekte sú vysokoškolskí študenti na bakalárskom stupni prírodovedeckého smeru (predpokladá sa odbor Informatika). Predmet diplomovej práce (Neurónové siete) má byť súčasťou dištančného vzdelávania internetovou formou. Nevylučujem ani širšiu cieľovú skupinu, v ktorej by boli aj ostatní vysokoškolskí študenti (z iných odborov a zameraní, alebo iných foriem štúdia). Myslím, že prospešný môže byť výučbový text aj pre malú skupinu ľudí, ktorí vyhľadávajú rôzne odborné informácie (v elektronickej forme, na internete).

3.2 Výchovno-vzdelávací cieľ

Študent si odnesie informáciu o tom, že neurónová sieť je výpočtový model (presné definície a vety), naučí sa niekoľko zaujímavých algoritmov (odvodenie a naprogramovanie), postupov pre programovanie (metódy, štýly), bude ju vedieť použiť ako optimalizačnú metódu, priblížia sa mu princípy fungovania nervovej sústavy živých biologických organizmov.

Hlavným vzdelávacím cieľom je sprístupniť študentovi potrebné informácie z predmetu Neurónové siete tak, aby si študent s čo najväčšou efektivitou dokázal vytvoriť predstavu o neurónových sieťach, zapamätať si, pochopiť, použiť predkladané informácie. Neurónové siete možno chápať ako výpočtový model - cieľom je rozvíjať aj analytické, syntetické a hodnotiace myslenie študenta. Jednotlivé čiastkové vzdelávacie ciele sa týkajú samostatných lekcií, do ktorých je predmet rozdelený.

Niektoré úlohy budú zamerané na tvorivosť a nechávam pre študenta možnosť vypracovať projekt, ktorý môže byť podmienkou úspešného štúdia predmetu.

Prednosť v takto postavenom dištančnom vzdelávaní má logicky vzdelávací cieľ pred výchovným cieľom. Mojím zámerom je aj dodržať zásadu výchovnosti, preto formulujem aj výchovný cieľ - podporovať dobrý štýl učenia u študenta, špeciálne internetovou formou. Do výkladového textu sa snažím vniesť aj filozofický rozmer - pohľad na problém a pochopenie problému. Neurónové siete chápané ako výpočtový model majú dosť úzky vzťah s umelou inteligenciou, umelo vytvorenými systémami, tu pociťujem potrebu dotknúť sa aj otázky etiky a morálnych zásad.

Výchovno-vzdelávací cieľ predmetu má byť v súlade s profilom absolventa vysokoškolského štúdia na bakalárskej úrovni prírodovedeckého smeru, o čo sa snažím v čiastkových cieľoch pre jednotlivé lekcie.

3.3 Prehľad súčasného stavu vo svete

4. Náročnosť a vzťah k iným predmetom

Ide o vysokoškolské štúdium na bakalárskom stupni prírodovedeckého smeru (predpokladá sa odbor Informatika), dištančné vzdelávanie internetovou formou. Predmet Neurónové siete má mať rozsah na jeden semester. Vychádzam z náročnosti predmetu KMI/NEU1/00 Neurónové siete v dennej forme štúdia, ktorý má v jednom semestri 2 hodiny prednášku a 1 hodinu seminár počas 14 týždňnov, čiže 3 hodiny za týždeň počas 14 týždňov, čo je spolu 42 hodín. Tento čas považujem za potrebný na zvládnutie predmetu, je to čas potrebný na štúdium s pomocou Virtuálnej univerzity, riešenie zadaných úloh, prípadne aj vypracovanie projektu. Pri študovaní ďalších materiálov nad vyžadovaný rozsah bude samozrejme potrebný väčší čas. Preferuje sa priebežné štúdium počas celého semestra (14x 3 hodiny), ale nevylučuje sa ani blokové štúdium (42 hodín), teda najmenší počet dní, aký študent potrebuje na štúdium.

Študent bude potrebovať počítač s pripojením na internet, grafický prehliadač HTML stránok. Bude počítať matematické úlohy - vhodný je nejaký tabuľkový kalkulátor, prípadne iný matematický softvér. Ďalej bude potrebné vyriešiť algoritmické úlohy - napísať a spustiť krátky program v ľubovoľnom programovacom jazyku vhodnom pre matematické a iteračné algoritmy, nie je nutný grafický výstup programov. V texte sa uvádzajú odkazy na niektoré simulačné programy použiteľné v tomto predmete. Študent si ich môže stiahnuť a nainštalovať (bude potrebovať UNIX/Linux alebo MS Windows).

Neurónové siete možno považovať za výpočtový model. Predpokladá sa dostatočná znalosť matematiky (algebra, matematická analýza, diferenciálny počet, diskrétna matematika, numerické metódy), programovania a algoritmov (matematické úpravy, iteračné algoritmy, algoritmizácia a vypočítateľnosť). Vedomosti z fyziky, biológie stačia na úrovni strednej školy.

Predmet Neurónové siete má blízko k iným predmetom z odboru Informatika - Teória algoritmov a vypočítateľnosti, Výpočtové učenie, Výpočtové modely, Automaty a formálne jazyky, Fuzzy logika, Deduktívne a znalostné systémy. Príbuznosť predmetu Neurónové siete možno nájsť aj v odboroch Biológia, Genetika, Elektronika.

Predpokladám, že predmet Neurónové siete bude zaradený na konci bakalárskeho štúdia (5. alebo 6. semester), absolvovanie predmetu Neurónové siete by nemalo byť podmienkou pre štúdium iných predmetov. Absolvovanie tohto predmetu môže byť východiskom k záverečnej práci (diplomovej) alebo pre pokračovanie v ďalšom štúdiu.

5. Hodnotenie

Uvádzam vlastný návrh spôsobu hodnotenia, ktorý podľa mňa spĺňa požiadavky aj študentov aj učiteľov - som ešte stále študent, ale zároveň sa učím byť učiteľom.

V každej kapitole sú okrem učebného textu aj riešené príklady a neriešené kontrolné úlohy (autotest, kvíz). Autotest je nepovinný, pozostáva z úloh, ktorých riešenie vie posúdiť sám systém Virtuálnej univerzity. Rozhodne, či riešenie bolo správne alebo nesprávne. Autotest ale nie je hodnotený, slúži ako pomôcka študentovi pre sebakontrolu.

Hodnotenie úspešnosti štúdia sa vykonáva priebežne po lekciách. Študent musí správne vyriešiť úlohy ku každej lekcii. Svoje riešenia pošle tútorovi kurzu na posúdenie, alebo systém dištančného vzdelávania (Virtuálna univerzita) riešenia úloh automatizovane vyhodnotí bez prítomnosti tútora. Minimálna požadovaná úspešnosť 50 % je hranicou, od ktorej môže študent pokračovať v nasledujúcej lekcii. Pri riešení úloh sa ponúkajú pomôcky, nápoveda. Použitie pomôcok pri riešení úlohy má svoju cenu - znižuje úspešnosť riešenia úlohy, najviac po minimálnu požadovanú úspešnosť. Môže sa zdať, že študent použitím pomôcok ľahko úspešne absolvuje celý predmet, aj keď s minimálnou požadovanou úspešnosťou. Nie je to tak, pomôcky k riešeniu úloh nie sú hotovým riešením, iba navádzajú študenta na správne riešenie. V prípade problémov alebo hocijakých otázok je vo Virtuálnej univerzite ku predmetu pridelený tútor (učiteľ), s ktorým môže študent komunikovať cez elektronickú poštu.

Podmienkou úspešneho ukončenia štúdia predmetu je absolvovanie všetkých lekcií s úspešnosťou aspoň 50 %. Celková úspešnosť v percentách je informáciou len pre študenta, pre nikoho iného. Nutné je iba dosiahnuť úspešnosť nad 50 % z každej lekcie. Úlohy hodnotené tútorom majú percentuálne hodnotenie ako informáciu pre študenta s tým, že pri úspešnosti menšej ako 50 % tútor vyžaduje prepracovať riešenie úlohy. Tútor dáva ešte slovné hodnotenie za jednotlivé úlohy a celé štúdium. Účelom je čo najviac pomôcť študentovi a viesť študenta pri štúdiu. Podmienkou úspešného ukončenia štúdia predmetu môže byť aj vypracovanie projektu, ktorý posúdi a ohodnotí tútor.

Spôsob hodnotenia možno upraviť po dohode s ostatnými autormi predmetov vo Virtuálnej univerzite a samozrejme s kompetentnými osobami fakulty.

Záverečné hodnotenie v nejakej klasifikačnej stupnici sa môže realizovať prepočtom z celkovej úspešnosti v percentách. Myslím si, že v dištančnej forme vzdelávania nie je vhodný tento spôsob hodnotenia, pretože študent sa učí aj na svojich chybách pri riešení úloh, čo logicky vedie k horšiemu hodnoteniu. Dalo by sa namietať, že študent má možnosť naučiť sa a vyskúšať sa na nepovinných úlohách (kvíz), ktorých výsledok sa nepočíta do záverečného hodnotenia. A potom už študent vyrieši povinné hodnotené úlohy správne. To ale znamená, že sa študent musí zamerať na riešenie úloh, na ich správne vyriešenie, stratí sa prvotný vzdelávací cieľ - sprístupniť študentovi potrebné informácie z predmetu Neurónové siete tak, aby študent s čo najväčšou efektivitou dokázal vytvoriť si predstavu o neurónových sieťach, zapamätať si, pochopiť, použiť predkladané informácie. Z pohľadu na množstvo učiva, ktoré má študent zvládnuť sa mi zdá riešenie väčšieho množstva úloh málo efektívne, nadbytočné pre pochopenie učiva, čo je stratou času vzhľadom na obmedzený časový rámec pre tento predmet. Preto si myslím, že treba upustiť od zamerania sa na správne riešenie úloh, snahu o čo najlepšie hodnotenie a zamerať sa skôr na informácie, ktoré predmet sprístupňuje študentovi, aj za cenu toho, že študent nebude vedieť všetko.

V prípade, že je nutné hodnotenie v klasifikačnej stupnici, tak by som dal študentovi možnosť vybrať si v priebehu celého semestra, či má byť hodnotenie prepočítané z celkovej úspešnosti v percentách za všetky lekcie, alebo chce absolvovať nepovinné preskúšanie po ukončení všetkých lekcií. Toto ďalšie preskúšanie by bolo tvorené testom, ktorý musí študent vyriešiť za stanovený čas. Test by bol zostavený z úloh pre jednotlivé lekcie. Úlohy by nemali byť tie isté, aké už študent riešil, ale podobné. V teste by mali byť úlohy viacerých typov - na počítanie, výber správnej možnosti, doplnenie, tvorivosť. Pri type úloh na dopĺňanie, na tvorivosť nemožno vylúčiť subjektívne hodnotenie odpovedí tútorom. Je ťažké zostaviť takýto test, ktorý by bol rovnocenný s priebežným hodnotením.

Zhrniem môj návrh hodnotenia do jednej myšlienky:
Lepšie je, keď sa študent zameriava na svoje štúdium a nie na hodnotenie svojho štúdia. Preto si myslím, že najvhodnejšie záverečné hodnotenie pre tento predmet (ale aj pre iné predmety vo Virtuálnej univerzite) je hodnotenie prospechu "áno/nie" a k nemu podrobnejšie slovné hodnotenie od tútora.

 6. Metódy a prostriedky

Prevádzka Virtuálnej univerzity s modulom Neurónové siete

7. Štruktúra predmetu

7.1 Informácie o predmete a o dištančnej forme vzdelávania

Na začiatku, pri vstupe do kurzu, si môže každý záujemca prečítať všeobecné informácie o kurze a spôsobe štúdia - Všeobecné informácie - je tam definovaná cieľová skupina, požiadavky na vedomosti študenta a požiadavky na technické vybavenie potrebné ku štúdiu, opis formy a obsahu kurzu, časová náročnosť kurzu, podmienky pre úspešné zvládnutie kurzu. Informácie pre študenta obsahujú špeciálne usmernenia pre toho, kto sa už rozhodol zapojiť do kurzu. Informácie pre učiteľa (tútora) obsahujú usmernenia len pre učiteľa, nie pre ostatných. Všetky informácie by mali byť upravené len v týchto troch súboroch.

7.2 Ukážková lekcia

Myslím, že je dobré, ak študent má možnosť pred začatím kurzu vidieť, vyskúšať si ukážkovú lekciu. Tá by mala byť reprezentatívna, ale aj zrozumiteľná vzhľadom na to, že čitateľ nemusí rozumieť obsahu, keďže ešte nie je zapojený do kurzu. Najjednoduchším riešením je, že ukážková lekcia je zároveň prvou riadnou lekciou kurzu.

7.3 Podrobný obsah predmetu a rozdelenie do lekcií

Predmet Neurónové siete je spracovaný hlavne podľa rovnomenného predmetu, ktorý sa vyučuje dennou prezenčnou formou a potom podľa príbuzných predmetov a iných zdrojov. Je zrejmé, že nemôžem pokryť komplexne celú problematiku predmetu, vybral som dôležité časti, ktoré sú podľa mňa podstatné a tie, ktoré sú preferované v škole. V rámci diplomovej práce nespracujem celý semester (kurz), iba niekoľko lekcií, čo však nie je v rozpore s cieľom diplomovej práce, teda radšej menší rozsah, ale kvalitnejší. Rozdelil som predmet do štrnástich lekcií, pretože toľko má semester týždňov:
  1. Neurón - definícia, modely, časti
  2. Neurónová sieť - definícia, história, topológia, simulácia, implementácia, vhodné úlohy, typy sietí
  3. Algoritmizácia - matematická formalizácia, výpočtové učenie a výpočtové modely
  4. Učenie - definícia a vybrané algoritmy
  5. LMS, Back-propagation - podrobný popis
  6. Simulované žíhanie - termodynamický model
  7. Formálne jazyky a automaty - matematická formalizácia, PAC-model
  8. Perceptron - podrobný popis
  9. Hopfieldova sieť - podrobný popis
10. Rekurentné siete - popis niektorých modelov
11. Kohonenova sieť - podrobný popis
12. Neurobiológia a simulácie
13. Genetické a evolučné metódy
14. Zhrnutie

7.4 Lekcie

Jedna lekcia predstavuje štúdium študenta na jeden týždeň z predmetu. Vychádzam z pôvodnej prezenčnej dennej formy štúdia, čiže študent sa môže venovať lekcii raz za týždeň, akoby bol v škole. Je na študentovi, či zvolí takýto prístup, alebo si lekciu rozdelí do viacerých sedení pri počítači v rámci týždňa, prípadne štúdium sústredí z viacerých lekcií do kratšieho času. Hlavnou časťou každej lekcie je učebný text - hypertext - pozostávajúci z čistého textu, obrázkov, prípadne aj animácií, zvuku a odkazov vrámci predmetu alebo vrámci internetu. K textu sú pripojené riešené príklady a na koniec aj neriešené úlohy, ktoré má študent vyriešiť. Autotest (kvíz) je automatizovaný test zostavený z úloh, ktorý nie je zahrnutý do hodnotenia štúdia.

7.5 Riešené príklady

Sú to ukážkové príklady na práve popísanú problematiku v učebnom texte. Ak ide o slovný príklad, je iba formulovaná odpoveď. Ak ide o matematický príklad, je vysvetlený postup, zdôvodnenie a vypočítaný výsledok. Ak ide o algoritmickú úlohu, je vysvetlený postup, zdôvodnenie, časť algoritmu napísaný v programovacom jazyku. Riešené príklady sú typové s jednoducho zvolenými parametrami.

7.6 Neriešené úlohy

To sú úlohy, ktoré má vyriešiť študent, aby mohol úspešne pokračovať v štúdiu. Sú formulované rovnako ako typové riešené príklady, ale majú iné parametre. Na začiatok predpokladám vyhodnocovanie úloh učiteľom. Študent pošle učiteľovi riešenie úloh po každej kapitole elektronickou poštou a učiteľ študentovi odpovie s opravou úloh a hodnotením. Nepredpokladám na začiatok použitie automatizovaného testu, pretože to by si vyžiadalo zvýšené nároky na programátorskú prípravu úloh zo strany autora kurzu, autora WWW stránok a náročnejšej prevádzky servera. V budúcnosti, hlavne pri väčšom počte študentov bude nutné aj automatizované vyhodnocovanie úloh.

7.7 Testy

Z úloh môže byť zostavený test. Autotest (kvíz) je automatizovaný test, ktorý nie je zahrnutý do hodnotenia študenta. Autotest má slúžiť ako sebakontrola študenta, pretože človek sa učí aj na vlastných chybách. Po autoteste študent skúsi riadny test, ktorý už je hodnotený. Zo začiatku nepredpokladám použitie testu (automatizovaného), iba sekvenciu úloh ku každej kapitole. S postupom času a s väčším počtom študentov sa uplatní aj automatizovaný test. Hovoril som iba o malých testoch po každej kapitole, ale ako som navrhol môj vlastný spôsob hodnotenia štúdia vyššie v texte, mohol by byť použitý aj test na konci štúdia, ktorý by obsahoval vybrané úlohy zo všetkých lekcií. Úlohy nemusia byť rovnaké, môžu sa použiť pri každom spustení testu stále nové parametre úloh. Dobrý by bol aj nejaký automat na generovanie úloh z typových predlôh, počul som o takých projektoch, možné je, že iná diplomová práca to vyrieši.

7.8 Doplnky

Všetky veci ešte nespomenuté sa pripoja ako odkazy do hypertextu a ak treba, upravia sa pokyny v informačných súboroch. Doplnkom môže byť napríklad iná literatúra na domáce štúdium, internetové stránky s problematikou, programy na matematické a algoritmické riešenie úloh, simulačné programy. Ako doplnok do systému Virtuálnej univerzity by som ocenil vytvorenie diskusného fóra pre študentov aj učiteľov.

Jeden doplnok som už vytvoril - je to register kľúčových slov z učebného textu. V registri je zoznam slov usporiadaný podľa abecedy, každé slovo je odkazom do učebného textu, kde sa nachádza prvýkrát alebo s najväčšou dôležitosťou (definícia).

8. Tvorba súborov pre Virtuálnu univerzitu

8.1 Požiadavky od zadávateľa

8.2 Východisková situácia

8.3 Moja predstava

8.4 Analýza

8.5 Prostriedky pre tvorbu súborov

8.6 Použité štandardy, formáty, jazyky

8.7 Systém súborov

8.8 Obsluha celku vo virtuálnej univerzite

8.9 Doplnky a zmeny

9. Didaktická analýza

9.1 Dištančné vzdelávanie

Podľa môjho názoru je dištančné vzdelávanie, špeciálne internetovou formou, vhodné pre študentov, ktorí majú vzťah k informačným technológiám. Dobrý vzťah k forme štúdia je predpokladom úspešnosti štúdia. Dištančné vzdelávanie poskytuje slobodu v rozhodovaní študenta o rozdeľovaní svojho študijného/pracovného času, výbere prostredia a prostriedkov štúdia. Keďže škola má nielen vzdelávaciu úlohu ale aj výchovnú, je potrebné výchovne pôsobiť na študenta (radiť, usmerňovať) - do predmetu sú zakomponované podmienky a odporúčania pre štúdium. Spolieham sa na dostatočnú vyspelosť študenta, pretože ide o vysokoškolského študenta. Dištančné vzdelávanie je určite menej vhodné pre žiakov základných a stredných škôl, kde je podiel výchovy oproti vzdelávaniu väčší. Spracovanie celého štúdia študenta do dištančnej formy je pre školu náročné, ale snáď sa v budúcnosti začne takáto investícia vracať v podobe pružnosti, efektívnosti, kvalite školy, taktiež aj v pružnosti študentov, schopnosti prispôsobiť sa novým ekonomicko-hospodárskym situáciám. Nezabúdajme, že cieľom nemá byť vytvorenie novej technológie, aby existovala, ale aby prinášala úžitok ľuďom, krajine. Preto treba dištančné vzdelávanie posudzovať kriticky, hodnotovo, nenechať sa strhnúť módnym technologickým trendom. Dištančné internetové vzdelávanie má aj nevýhody, aspoň niektoré vymenujem: obmedzená medziľudská komunikácia, sedavý spôsob štúdia s negatívnymi zdravotnými dôsledkami, nedostatok širšej praktickej činnosti a zručnosti, zmena životného štýlu.

9.2 Celý predmet

Zvolená forma dištančného internetového štúdia je pre predmet Neurónové siete vhodná v plnom rozsahu. Tento kurz má byť v problematike základný, nepredpoklá sa zachádzanie do detailov. Budúce rozširovanie o ďalšie moduly môže byť viac špecifické. Vzhľadom na zameranie kurzu ako úvod do problematiky sa mi zdá časové a obsahové rozvrhnutie dobré - samozrejme záleží od subjektívneho pohľadu hodnotiteľa.

9.3 Rozdelenie do lekcií

Snažil som sa naplniť stanovený cieľ obsahu predmetu. Nie je ľahké zostaviť rozdelenie do lekcií, pretože existuje málo príkladov výučby predmetu Neurónové siete, nemal som hotovú kostru, učebné osnovy. Pokryl som definíciu neurónu, definíciu neurónovej siete, popis rôznych typov neurónových sietí, ľahké príklady vybraných typov. Zahrnul som aj elementárne poznatky z biológie, príbuzných informatických predmetov, filozofie. Myslím, že nemám priestor na to, aby som dôsledne a úplne pokryl všetko, čo by do predmetu patrilo. Nechal som sa ovplyvniť mojou školou, literatúrou, ale vcelku je to moje rozhodnutie, čo som zahrnul do predmetu.

9.4 Lekcie

Úvod - to ešte nie je riadna lekcia, iba úvodná lekcia, pripravujem ňou pôdu pre začiatok, naznačím štýl textu, zadania úloh. V úvode som popísal v skrátenej podobe tie základné informácie, ktoré by študent už mal vedieť a motivačnými otázkami vťahujem čitateľa do textu. Text v úvode je ľahký, nenáročný, nemal by byť problém prečítať ho pre kohokoľvek. Poskytol som minimum nových informácií a zrozumiteľne som sumarizoval, kategorizoval základné poznatky, nevyhnutné pre neskoršie pochopenie textu. Prvá úloha v úvode má funkciu nadviazania komunikácie medzi študentom a učiteľom. Nútim študenta, aby sa zamyslel, ohodnotil svoje doterajšie poznatky a stanovil si cieľ v štúdiu. Komunikácia s učiteľom mu má pomôcť vyhodnocovať svoj pokrok v štúdiu.

1. Neurón - celá lekcia je rozdelená do viacerých častí. Na tomto mieste iba krátko opisujem, o čom je reč a predkladám ciele.

1.1 Neurón a jeho bloková schéma - v tejto časti sú uvedené základné informácie na zapamätanie a pochopenie, podané sú jednoduchým spôsobom. Dotýkam sa biológie, ale smerujem výklad k informatickému podaniu. Obrázky sú dôležitou súčasťou, vytvárajú vizuálnu predstavu, čo je neurón a ako pracuje.

1.2 Elektrický model neurónu - vysvetlenie podstaty z iného sveta, technického, kvôli elektronickej realizácii neurónov a neurónových sietí. Zaradil som túto časť z dôvodu pochopenia, že ide definíciu neurónu ako abstraktného modelu, modely môžu byť rôzne. Detaily neuvádzam, pretože študent tohto kurzu nie je technického odboru, ale prírodovedeckého.

1.3 Charakteristika signálov - je pokračovaním výkladu technickým spôsobom. Na našej škole sa doteraz tomu nepripisovala dôležitosť. Pozoroval som však, že študenti v skutočnosti nevedia vysvetliť, načo je neurón, akú má funkciu, nemajú vytvorenú dostatočne presnú predstavu. Pochopenie pojmu signál a činnosti neurónu pri spracúvaní signálu by malo vytvoriť lepšiu predstavu ako len matematická definícia. Detaily nie sú dôležité, táto časť je zameraná na pochopenie.

1.4 Matematický model neurónu - táto časť je kľúčová, na zapamätanie, pochopenie a vytvára predpoklady na použitie. Definuje sa neurón tak, ako sa bude používať ďalej v texte. Uvedené sú matematické vzťahy, ktoré má študent počas celého kurzu vedieť, používať a aj modifikovať ich. Predošlé technické časti nájdu v tejto časti priame uplatnenie, študent nebude vidieť za funkciou neurónu iba vzorec a čísla, ale vie si ho predstaviť ako súčiastku. Záver dáva tušenie, kam sa bude uberať budúca lekcia, čo sa dá chápať aj ako motivácia.

1.5 Zhrnutie - opakovanie je dôležitou fázou vyučovacieho procesu. Ešte raz a skrátene sa prejdú všetky dôležité poznatky. Ak po tejto časti nie je niečo jasné, je potrebné sa vrátiť na začiatok.

1.6 Príklady - nasledujú riešené príklady, ktoré sa dajú chápať ako upevnenie vedomostí, pochopenie detailov, použitie nových informácií, alebo aj ako návody na riešenia úloh. K dispozícii bude ešte autotest, ako doplnok ku príkladom a úlohám.

1.7 Úlohy - ďalej nasleduje kontrolná fáza, kde je študent nútený použiť svoje vedomosti.

Podobne sa môžu analyzovať nasledujúce lekcie:

2. Neurónová sieť - znova je lekcia rozdelená do viacerých častí, nadväzujem na informácie z predošlej lekcie a na tomto mieste pridávam motiváciu.

...

9.5 Riešené príklady

Príklady sú ukážkou, ako očakávam (ja ako  učiteľ) riešenia úloh od študenta, poskytujem mu návody.

1.1 Príklad zameraný na zapamätanie a čiastočne na pochopenie, overujem, či študent čítal text, alebo či má potrebnú predstavu.

1.2 Tento príklad je zameraný na zapamätanie a aj na použitie informácií, vyžaduje si to trochu popremýšľať, pretože odpoveď nie je uvedená v učebnom texte, je jeho dôsledkom, pre niekoho môže byť aj novou informáciou, čo sa však v úlohách podobného typu nebude vyskytovať.

1.3 Zapamätanie, pochopenie, analýza. Od študenta sa žiada argumentácia, zdôvodnenie.

1.4 Zapamätanie a použitie matematického vzťahu. Príklad je jednoduchý, ale je podstatný, je typovým príkladom pre celý kurz.

1.5 Ťažší príklad, potrebné sú aspoň základné vedomosti z logických obvodov. Inak je zameraný na použitie, analýzu.

Podobne by som analyzoval ďalšie príklady v tejto a budúcich lekciách.

9.6 Neriešené úlohy

Úlohy majú podobné formulácie ako príklady, mali by byť typovo pokryté príkladmi. Skupina úloh pre každú lekciu by mala obsahovať rôzne formulácie - vymenovať, vybrať, ako, prečo, zmeniť, zdôvodniť, porovnať, vypočítať, napísať, naprogramovať, usporiadať a iné. Mali by sa použiť rôzne typy úloh - uzavreté s výberom jednej/viacerých správnych odpovedí, otvorené, počítacie, programovacie, tvorivé, záleží od konkrétnej kapitoly. Cieľové zameranie úloh by celkovo malo pokryť všetky úrovne (či už podľa Bloomovej alebo Niemierkovej taxonómie úrovní cieľov). Úloh by malo byť väčšie množstvo, aby bolo z čoho vyberať a mohli by byť aj generované z typovej predlohy. Dôraz kladiem na zrozumiteľné a jednoznačné znenie úlohy (v riešenom príklade si môžem dovoliť aj nejednoznačnosť). Problematicky sa hodnotia odpovede na otázky, ak existuje viac správnych odpovedí. Nebudem podrobne analyzovať vlastné úlohy, pretože analýza je podobná ako u príkladov a ku zmysluplnej analýze sa žiada prečítať aj znenie aj riešenie každej úlohy, čo by zabralo priveľa miesta.

9.7 Testy

Ako som vysvetlil v predošlých kapitolách, testy si vyžadujú dynamické HTML stránky, čo som v doterajšej mojej práci nepredpokladal. Takže v súčasnosti testy sú zostaviteľné len z pevne vybratých úloh. Navyše, na začiatok plánujem používať len samostatné zadania úloh, nie testy. Testy prídu až keď bude potreba rýchlejšej a efektívnejšej práce. V prípade, že je test nutný, tak ho zostavím ako sekvenciu hotových úloh. Testy predpokladajú dosť veľký výber úloh, v súčasnosti tých úloh ešte nie je veľa aj vzhľadom na to, že je spracovaných málo lekcií kurzu.

Prioritnejšie je tvoriť a dopĺňať autotesty, ktoré sú akousi spätnou väzbou pre študenta. Zvláštnosťou tejto diplomovej práce je, že je informatická a teda ťažisko práce nie je v písanom texte ale v priložených súboroch, ktoré je možné dopĺňať v budúcnosti, preto tlačená práca neodzrkadľuje aktuálny stav v prevádzkovanom kurze.

9.8 Doplnky

Hotovým doplnkom je napríklad register kľúčových slov. Register je prístupný z pravého panelu, kde je obsah kurzu a tiež v dolnej časti kliknutím na "otáznik". Register je abecedne usporiadaný zoznam kľúčových slov, ktoré sa nachádzajú v učebnom texte. Každé slovo je odkazom do textu na stranu, kde sa vyskytuje poprvýkrát alebo s podstatným významom. Register dopĺňam priebežne s písaním lekcií, takže úplný bude po dokončení celého kurzu. Register hodnotím ako veľkú pomôcku, efektívnu pri opakovaní alebo hľadaní odpovede na otázky. Register sa dá použiť aj na ohodnotenie hĺbky učebného textu podľa počtu kľúčových slov.

9.9 Príručka pre učiteľa (tútora)

Je vlastne metodickou príručkou. Pokynmi, ako má učiteľ postupovať, hlavne vtedy, keď učiteľ je len tútorom, teda nie je autorom učebného textu. Momentálne taká príručka nie je k dispozícii. Dôvodom je nedostatočný záujem o testovanie kurzu, nedokončený učebný text a hlavne to, že tútorom som zatiaľ iba ja.

10. Skúsenosti z praxe a dosiahnuté výsledky

Prvotné poznatky ako učiteľ som získal v rámci štúdia a počas pedagogickej praxe na základnej, strednej aj vysokej škole. V predmete Neurónové siete som žiaľ doteraz nemal možnosť získať praktické pedagogické skúsenosti. Tento môj kurz, produkt diplomovej práce, je prvou praktickou pedagogickou skúsenosťou nielen v tomto predmete, ale aj vo forme dištančného vzdelávania. Doterajšia účasť v mojom kurze s podtitulom Testovacia verzia nebola štatisticky významná. Prevažovali zainteresovaní, teda nie nestranní účastníci. Zistený nedostatočný záujem o môj kurz môže byť čiastočne spôsobený slabou reklamou z mojej strany, ale asi najviac tým, že nie je spracovaný celý kurz a aj úzkou špecializáciou predmetu. V budúcnosti sa plánuje môj kurz použiť ako alternatívny učebný text alebo alternatívna forma štúdia v rovnomennom predmete doteraz v dennej forme štúdia. Oslovil som niekoľkých odborníkov v oblasti Neurónových sietí z akademickej sféry. Žiaľ, do odovzdania diplomovej práce nemali dostatok času, aby prispeli cennými radami a pripomienkami. Ak sa tak stane v budúcnosti, zmeny sa prejavia v aktualizovanej verzii kurzu. Za doterajšiu snahu a ochotu komunikovať so mnou by som sa im chcel touto cestou poďakovať.

11. Záver

Diplomová práca pre mňa samotného priniesla to, že som sa podrobne zaoberal neurónovými sieťami, didaktickým spracovaním informácií o neurónových sieťach, čím som sa ešte lepšie priblížil k pochopeniu, čo sú to neurónové siete, ako fungujú, ako ich možno použiť. Ďalej mne osobne priniesla prvú pedagogickú skúsenosť s dištančnou formou štúdia. Bol som nútený pracovať s rôznymi technickými prostriedkami, čo taktiež malo pozitívne dôsledky na moje vedomosti, zručnosti a skúsenosti.

11.1 Didaktický zámer

Zmeniť podobu predmetu Neurónové siete z dennej formy štúdia do podoby vhodnej pre dištančné vzdelávanie pre študentov prírodovedeckého smeru sa mi, verím, podarilo. Obohatil som pôvodný predmet o technickú podstatu, technické vysvetlenie činnosti, okrajovo biologickú podstatu neurónu a neurónovej siete. Nezabudol som vniesť aj trochu filozofického a etického pohľadu. To všetko na úkor čisto odbornej matematiky. Nedegradoval som však odbornosť a kvalitu obsahu predmetu, iba som ho obohatil o lepšiu čitateľnosť a vynechal som možno príliš detailné a nie veľmi podstatné drobnosti, ktoré študentom veľmi sťažujú štúdium - pochopenie podstaty a schopnosť zapamätať si všetky informácie. Dištančné vzdelávanie má aj svoje nevýhody, ktoré musíme kompenzovať a prevýšiť jeho výhodami - atraktívnosťou, efektivitou, názornosťou. Cieľová skupina mojej práce je úzka, takmer presne vymedzená, pokiaľ ide o študentov našej školy a okrajovo pre ľubovoľných záujemcov. Vzdelávací cieľ sa mi darí napĺňať. Píšem "darí", pretože produktom diplomovej práce nie je celý kurz, ale jeho forma a iba začiatok obsahu. Myslím, že to, čo som už urobil, splnilo stanovené ciele. A ostáva mi záväzok do budúcnosti, že obsah kurzu budem priebežne dopĺňať a buď sám, alebo podľa možnosti spolu s niekým ho dokončím. Ten záväzok som si nedal iba ja sám, ale dal som ho aj škole, ktorá plánuje používať môj produkt v reálnom procese výučby. Výchovný cieľ je minoritný v tejto práci, ale rozhodne je prítomný. Je ním odporúčanie a usmerňovanie pre študenta, ako by malo prebiehať jeho štúdium. Skryto sa realizuje aj všeobecnejší cieľ - profilovať prírodovedecké vzdelanie a etické a morálne hodnoty študenta.

11.2 Prehľad súčasného stavu

Súčasný stav vo svete som podrobnejšie opísal v práci. Ten dáva východiská a podnety, ako postupovať. Súčasný stav produktu mojej diplomovej práce charakterizujem ako splnený cieľ - hotový začiatok zvoleného predmetu Neurónové siete a realizácia môjho názoru na časť veľkého projektu Virtuálna univerzita. Mojím cieľom nebolo vytvoriť systém Virtuálnej univerzity. Mojím cieľom bolo vytvoriť formu nevyhnutnú na prevádzku zvoleného predmetu, teda modul do Virtuálnej univerzity. Formu som sa snažil optimalizovať tak, aby bola ľahko včleniteľná do väčšieho systému, ľahko modifikovateľná a jednoduchá. Bola to veľmi ťazká úloha, kde som musel použiť vlastné názory a schopnosti a ako negeneralizovať môj subjektívny vkus. Budúcnosť ukáže, či sa mi to podarilo. Obsah predmetu je spracovaný z malej časti. Odôvodnením je veľmi veľká odborná a časová náročnosť tvorby učebného textu. Modul samostatný je pripravený na používanie, momentálne ako testovacia verzia. Celý je na priloženom CD-ROM v modifikovateľných formátoch. Stačí ho nakopírovať na WWW server a s minimálnymi zásahmi je pripravený pracovať. Ako prototyp je celý modul časťou mojej WWW stránky, statický, verejne prístupný. Učebný text budem tvoriť a zdokonaľovať aj naďalej po odovzdaní diplomovej práce.

11.3 Môj osobný prínos

V mojej práci sa nevyskytuje iný existujúci učebný text, moje spracovanie nie je kompilačnou prácou. Literárne zdroje, z ktorých som vychádzal, sú úzko špecializované a vyhranené. Musel som učebný text sformulovať sám, aby bol vhodný na zvolený účel. Nie som autorom odborného obsahu. Všetky objekty hypertextu doteraz zahrnuté do modulu sú mojím dielom, neprevzaté z iných zdrojov. Pochopiteľná je po tomto vysvetlení odborná a časová náročnosť tvorby učebného textu, ktorá je približne 10-násobkom času určeného na štúdium hotového textu. Môj prínos vidím v grafickom spracovaní a návrhu podoby Virtuálnej univerzity. Ďalej som vo svojej práci uviedol množstvo vlastných postojov a názorov na spôsob štúdia v dištančnej forme, na spôsob hodnotenia, na celkový zmysel internetového dištančného vzdelávania. Som rád, že môžem prispieť ku formovaniu budúcnosti štúdia na našej škole, že moja práca je akceptovateľnou alternatívou.

11.4 Prehľad produktu diplomovej práce

Najprv krátko o texte diplomovej práce - okrem popisu produktu obsahuje diplomová práca ciele, východiská, metódy, postupy, prostriedky tvorby produktu, popis štruktúry predmetu, didaktickú analýzu predmetu a taktiež diplomová práca obsahuje moje vlastné postoje a názory na štúdium v dištančnej forme, spôsob hodnotenia a celkový zmysel dištančného vzdelávania.

Produktom diplomovej práce je modul, ktorý je stromovo usporiadanou súborovou štruktúrou. Štruktúra je detailne popísaná v práci. Teraz by som rád prezentoval to, čo sa v práci nepíše, ale dá sa vidieť v prílohe.

Po vstupe do modulu sa okno prehliadača rozdelí do viacerých častí. Hore je hlavička, v ktorej je názov školy, názov predmetu. Hlavička je aktívna - text je odkazom na hlavné stránky, podržaním myši nad mojím menom sa zobrazí moja poštová adresa, podržaním nad názvom predmetu sa zobrazí aktuálna verzia. V ľavej časti okna je hlavný priestor, kde sa zobrazuje celý učebný text s hypertextovými objektami. Grafická úprava je zameraná na odlíšenie častí, prehľadnosť, čitateľnosť. V pravej časti je obsah kurzu s aktívnymi odkazmi. Vpravo dole je niekoľko ovládacích prvkov príslušných ku práve zobrazenej stránke - šípky na posúvanie stránok, "ABC " reprezentuje vstup do registra kľúčových slov, "?" reprezentuje vstup do autotestu.

Po úvodnej lekcii nasledujú jednotlivé riadne lekcie. Každá lekcia začína kratučkým úvodom, oboznámením s cieľmi lekcie, vymenovaním častí lekcie. Lekcie sú tvorené podľa prevládajúcej výkladovej metódy, obsahujú motiváciu, výklad učiva, príklady, úlohy, opakovanie. Hypertext výrazne zlepšuje názornosť, orientáciu. Na konci každej lekcie je uvedená študijná literatúra, prípadne námety na ďalšie štúdium. Povinnou časťou štúdia sú úlohy, podľa ich riešení je študent hodnotený. Autotest a register sú doplnkami uľahčujúcimi štúdium. Na záver je plánovaná sumarizačná lekcia a dodatočné úlohy vo forme testov.

Predstavujem si samostatné štúdium študenta cez internet. Nechcem, aby to budilo dojem, že na jednej strane je študent a na druhej je stroj. Na druhej strane je v skutočnosti autor kurzu, ktorý sa prihovára študentovi cez čítaný text a pomocou rôznych multimediálnych doplnkov. Taktiež je počas štúdia na druhej strane prítomný učiteľ (tútor), ktorý je tam na to, aby študentovi radil, usmerňoval ho, pomáhal mu v štúdiu. Virtuálna univerzita by mala byť o komunikácii medzi študentom a učiteľom a medzi študentami navzájom.

11.5 Zhrnutie výsledkov

Vypracovanie tejto diplomovej práce znamená pre mňa prvú praktickú pedagogickú skúsenoť v predmete Neurónové siete a v dištančnom vzdelávaní. Podarilo sa mi zmeniť podobu čisto matematicko-odborného predmetu do príťažlivejšej hypertextovej formy pre študentov, ktorí sú v tejto práci cieľovou skupinou. Výsledok mojej práce je vo vzťahu k predmetu iba začiatkom, spracoval som iba malú časť celého kurzu. Na moju prácu môže nadviazať niekto iný, urobil som pre neho kvalitný základ. Budúcnosť môže byť aj taká, že neprestanem dopĺňať učebný text a buď ja sám alebo v spolupráci s inými ho celý dokončím. Predpokladaným termínom na dokončenie celého kurzu je koniec roka 2004. To, čo som urobil doteraz, podľa mňa splnilo stanovený cieľ diplomovej práce.

Mojím osobným prínosom je hypertextové spracovanie učebného textu bez hotovej predlohy a podľa viacerých odlišných literárnych zdrojov. Vytvoril som zaujímavý prostriedok s učebným textom, ktorý bude dúfam užitočný. Mojím prínosom je okrem obsahu aj grafická forma produktu a v práci vyjadrené a v pripravovanom dištančnom vzdelávaní realizovateľné moje názory na dištančné vzdelávanie.

Mám sen o škole, v ktorej sa študent zameriava na svoje štúdium a nie na hodnotenie svojho štúdia...

Literatúra a adresy

Prílohy