Автоматизация на
основе применения компьютеров и вычислительных сетей проникает
во все сферы жизни современного общества, связанные с
использованием и переработкой информации. В первую очередь,
информатизация на базе автоматизированных систем затронула
процессы в производственной сфере. Появились автоматизированные
системы проектирования, управления производством.
технологическими процессами и др. В настоящее время все заметнее
становится тенденция к информатизации сферы образования,
особенно в связи с переходом к постиндустриальному обществу.
Создаются электронные учебники, разрабатываются
автоматизированные системы обучения, организуются виртуальные
университеты, обсуждаются вопросы дистанционного образования.
Однако в силу
очевидной сложности формализации процессов обучения и из-за
новизны Internet-технологий эти проблемы находятся на начальной
стадии своего решения, возможности современных информационных
технологий используются в малой степени. Информатизация
образования должна быть направлена, в первую очередь, на
определение того, что нужно изучать в конкретных условиях, на
обеспечение поиска, извлечения, передачи и представления знаний
в системах дистанционного обучения (ДО).
Революционные
изменения в сфере образования грядут по следующим причинам.
Первая
причина связана с
образовательными потребностями в постиндустриальном обществе.
Нужны маршруты (траектории) обучения, соответствующие конкретным
условиям, запросам и индивидуальным особенностям обучаемых.
Сегодня электронные (сетевые) учебники отражают представления
авторов, инвариантные к таким особенностям. Это соответствует
стандартам традиционной системы образования. Однако в рамках
концепции будущего открытого образования, осуществляемого по
дистанционным технологиям, можно предвидеть появление большого
числа пользователей, которых не удовлетворят существующие
неадаптированные учебники.
Вторая
причина связана с
тенденциями развития информационных технологий, открывающих
новые возможности в интеллектуализации автоматизированных систем
и их пользовательского интерфейса. Глобальная сеть Internet
открыла доступ к информационным серверам, находящимся в
различных точках земного шара. Растет пропускная способность
сетей, позволяя территориально разобщенным людям беседовать в
реальном масштабе времени. Продолжает действовать так называемый
закон Мура, по которому производительность ЭВМ увеличивается в
два раза каждые полтора года. В конце 2000 г. корпорация Intel
представила новый процессор Pentium 4 с частотой 1,5 ГГц.
Дальнейший рост быстродействия позволит уже в ближайшее время
создавать модели окружающей нас обстановки с сотнями предметов,
с учетом влияния предметов друг на друга, с имитацией их
перемещений, с включением в наблюдаемую на экране дисплея
картину виртуальных собеседников. Все это открывает
беспрецедентные возможности перед сферой образования в доступе к
учебной информации и оптимизации форм ее представления.
Однако по мере
расширения компьютеризации учебного процесса все заметнее
становится дисбаланс между техническими возможностями хранения,
передачи информации в телекоммуникационных сетях и ее
представления в различных формах для воздействия на органы
чувств человека, с одной стороны, и требованиями к содержанию
информации в сетевых серверах, к структурированию знаний и
избирательного доступа к источникам знаний, с другой.
Информационное наполнение сетевых серверов и эффективное
управление знаниями является главной и, в то же время, наиболее
трудной для реализации задачей в проблеме создания
информационно-образовательных сред в компьютерных сетях.
В концепции
будущего открытого образования [1] важным элементом является
возможность выбора обучаемым средств, места и времени обучения,
соответствующих его запросам. Это подразумевает наличие
альтернативных учебных пособий и прикладного программного
обеспечения, причем они должны быть согласованными по
терминологии, системам обозначений, интерфейсам для создания
нужных комбинаций учебных средств.
Для выполнения
этих требований нужны новые методы структуризации и поиска
информации в учебных серверах.
В данной статье
излагается одна из возможных точек зрения на создание
распределенной обучающей среды, интегрирующей знания
определенных предметных областей.
Структура
информационно-образовательной среды дистанционного обучения
Под
информационно-образовательной средой (ИОС) дистанционного
обучения (ДО) понимается совокупность учебных материалов,
средств их разработки, хранения, передачи и доступа к ним,
предназначенная для ДО.
Основу ИОС
составляют электронные (сетевые) учебники. В системе
полномасштабного ДО необходимо иметь электронные учебники по
каждой дисциплине учебного плана.
Современный
электронный учебник состоит из следующих частей .
Основная часть,
излагающая содержание предмета, представленная в виде
гипертекста с графическими иллюстрациями и, возможно, с аудио- и
видеофрагментами.
Глоссарий.
Контрольные
вопросы, упражнения и задания для практического освоения
материала и самотестирования вместе с рекомендациями и примерами
выполнения заданий.
Описания
лабораторных работ с необходимыми ссылками на другие разделы
сетевого курса, если в учебной программе такие работы
предусмотрены. В описания лабораторных работ должны быть
включены, кроме необходимого теоретического материала, также
контрольные вопросы, сведения об используемом оборудовании и
программно-аппаратном обеспечении, задание и форма представления
результатов.
Разработка
сетевого учебника – весьма дорогостоящая работа. Эту работу
выполняют с помощью инструментальных средств.
Инструментальные
средства – программное и информационное обеспечение,
используемое для представления учебных материалов в форме,
требуемой для использования в ИОС. По типу применяемых
инструментальных средств различают технологии разработки сетевых
курсов.
Инструментальные
средства можно разделить на две группы:
- общедоступные
средства, ориентированные на Web-технологии и не использующие
дорогостоящих специальных средств;
- инструментальные
средства, специально ориентированные на разработку сетевых
курсов.
В первую группу
входят сравнительно недорогие или свободно распространяемые
программные продукты. К ним относятся, например, редакторы
HTML текстов, графические редакторы, конверторы форматов данных,
возможно также применение средств создания аудио- и
видеофрагментов. В этой технологии удается минимизировать
первоначальные финансовые затраты, квалифицированные
пользователи могут модернизировать и адаптировать созданные
сетевые курсы. Однако создание сетевых курсов характеризуется
при этом повышенными затратами времени.
Более быстрое
создание сетевых курсов осуществляется с помощью интегрированных
инструментальных сред, примерами которых могут служить Learning
Space фирмы Lotus, ToolBookII компании Asymetrix , WebCT
университета Британской Колумбии [6], AuthorWare компании
Macromedia и др. Имеющиеся в инструментальной среде средства
позволяют решать вопросы представления учебного материала с
выбором типов шрифтов, палитры цветов, расположения и
насыщенности графических фрагментов, анимации, звукового
сопровождения и т.п. в соответствии с рекомендациями,
обеспечивающими продуктивную работу пользователей.
Сетевой учебник
при своем использовании погружается в программно-информационную
среду, выполняющую необходимые функции пользовательского
интерфейса, телекоммуникационной связи "студент-лаборатория",
"студент-преподаватель" и "студент-студент", доступа к
индивидуальной рабочей тетради, содержащей график учебных
занятий, результаты выполнения учебных заданий и другие заметки
пользователя, связанные с изучением курса.
Практические
работы, включая эксперименты и расчеты при курсовом и дипломном
проектировании, могут выполняться в виртуальных или удаленных
лабораториях.
Виртуальная
лаборатория - учебное подразделение вуза, оснащенное
компьютерным оборудованием и программным обеспечением,
имитирующим процессы, протекающие в изучаемых реальных объектах.
В виртуальных лабораториях характерно использование программ
моделирования процессов в изучаемых или проектируемых объектах,
но могут использоваться также математические пакеты, программы
оптимизации, базы данных и другие компоненты программного и
информационного обеспечения. Типичными примерами программного
обеспечения для расчетов и анализа процессов в исследуемых
системах могут служить математические пакеты типа MathCAD,
программы анализа электронных схем PSpice, механических
устройств Adams, систем с механическими, гидравлическими,
электрическими и электронными элементами типа ПА9, логических
схем на основе языка VHDL, программы моделирования полей
физических величин по методу конечных элементов типа Ansys,
программы геометрического моделирования и др.
и Удаленная
лаборатория (лаборатория удаленного доступа) отличается от
виртуальной лаборатории наличием реального
учебно-исследовательского оборудования, к которому обеспечен
дистанционный доступ.
Прикладные сетевые
энциклопедии знаний
Использование
современных инструментальных средств расширяет возможности
представления учебного материала в нужной форме и облегчает
работу студентов с созданным учебником. Однако собственно работа
авторов по подбору материалов и их изложению, определяющая
содержание учебника, остается традиционной. В результате
традиционного подхода сроки написания учебников остаются излишне
большими, а их содержание оказывается ориентированным на условия
обучения, усредненные по запросам обучаемых и уровню их
предварительной подготовки без учета индивидуальных особенностей
каждого студента.
В то же время по
большинству предметов в современной системе образования имеется
несколько пособий разных авторов, изданных разными вузами, эти
пособия текстуально различны, но по своему содержанию во многом
дублируют друг друга. Адаптация содержания пособий к конкретным
запросам на образовательные услуги не предусматривается.
Создание сетевых
учебников на основе преобразования таких пособий не может в
достаточной мере удовлетворить требования, предъявляемые к
учебным материалам в сфере дистанционного обучения. В частности,
значительные усилия приходится затрачивать на сопровождение
каждого учебника, особенно в динамично развивающихся
приложениях. Причем внесение в учебник изменений и дополнений в
соответствии с авторским правом разрешается только самим
авторам, что не всегда осуществимо.
Разработка
содержания учебников и их версий, адаптированных под конкретные
запросы, оказывается существенно проще при наличии
информационных моделей предметных областей (приложений) и
специальных предметных баз знаний в виде сетевых энциклопедий.
Основой для
создания информационно-образовательных сред для ДО на основе
сетевых энциклопедий является структурирование знаний,
унификация интерфейсов структурных единиц и построение системы
управления структурированными знаниями. Возникающие здесь
проблемы напоминают аналогичные проблемы построения систем
управления данными в автоматизированных промышленных системах,
хотя управление слабоструктурированными знаниями в системе ДО
выглядит более сложной задачей, чем управление фактографическими
данными о промышленной продукции.
Структурирование
учебного материала заключается в его разделении на модули.
Каждый модуль дополняется спецификацией, включающей интерфейсные
и регистрационные атрибуты. Интерфейсные атрибуты служат для
согласования данного модуля с другими модулями в составе
компилируемых учебных пособий и включают списки терминов,
специфичных для данной предметной области и используемых
символических обозначений величин. Особо выделяются термины и
понятия, определяемые в модуле. Примерами регистрационных
атрибутов могут служить имена авторов модуля, даты внесения
изменений, данные о сертификации модуля и т.п.
Сетевая
энциклопедия представляет собой совокупность учебных модулей
вместе с соответствующей системой управления. Для каждой темы
учебных программ в энциклопедии желательно иметь несколько
модулей в целях обеспечения адаптации к конкретным условиям
обучения. Модули будут различаться методическими особенностями,
подробностью и стилем изложения материала, ссылками на те или
иные примеры и т.п. Система управления выполняет такие функции,
как управление версиями учебника, ведение словарей, управление
гиперссылками, согласование форматов данных, регистрация
модулей, интерфейс с пользователем на языке, близком к
естественному, и др.
Из модулей
энциклопедии компилируются учебные пособия, причем компиляция
возможна на трех уровнях. Первый уровень относится к
ресурсному центру ДО, который создает и рекомендует некоторую
базовую версию сетевого учебника. На втором уровне имеется
возможность формирования адаптированных версий учебника
локальными преподавателями, имеющими дело с конкретными группами
обучаемых. На третьем уровне сами обучаемые компилируют свои
индивидуальные версии, которые можно рассматривать как конспекты
курса. При таком подходе появляется категория
авторов-составителей электронных пособий, при естественном
сохранении авторских прав на модули у их разработчиков,
желательно наличие системы сертификации скомпилированных версий.
Отметим основные
преимущества подобной информационно-образовательной среды ДО:
Существенное
упрощение и ускорение разработки новых учебных пособий,
соответствующих новым достижениям науки и техники, изменившимся
запросам промышленности, потребностям новых нарождающихся
дисциплин и т.п., поскольку значительная часть нового пособия
может покрываться имеющимися модулями.
Легкость
сопровождения сетевых учебников, поскольку локальные
преподаватели могут самостоятельно вносить изменения, создавая
свои версии пособий путем замены или добавления модулей, в том
числе модулей собственной разработки.
Расширение
возможностей оптимизировать информационную поддержку выбранной
студентами траектории обучения в системах открытого образования.
Для поддержки
рассмотренной ИОС в системе управления знаниями необходимо иметь
средства автоматического формирования интерфейсов на основе
глоссариев и согласования модулей в составе версий на основе
интерфейсных атрибутов. Очевидным фактором, способствующим
согласованию модулей, является стандартизация терминов, их
определений внутри приложений, преобразование предметных
указателей в словари типа прикладных протоколов STEP.
Структурирование
знаний и построение ИОС в виде сетевых энциклопедий является
первым, но весьма полезным шагом на пути дальнейшей
интеллектуализации систем ДО. Будущие системы будут способны в
среде виртуального учебного класса вести диалог с обучаемым,
определять его текущие потребности и автоматически формировать
порции учебного материала, удовлетворяющие эти потребности.
Создание первых сетевых энциклопедий приближает появление
интеллектуальных систем ДО.
Литература
- Открытое
образование: предпосылки, проблемы, тенденции развития / Под
ред. В.П. Тихомирова // Изд-во МЭСИ, М.: 2000.
- Усков В.Л.
Дистанционное инженерное образование на базе Internet/Библиотечка
журнала "Информационные технологии", 2000, № 3.
- Путилов Г.П.
Концепция построения информационно-образовательной среды
технического вуза/ М.: МГИЭМ, 1999.
- http://www.lotus.com/learningspace
- http://www.asymetrix.com
- http://www.webct.com
- http://www.macromedia.com
- Норенков И.П.
Концепция модульного учебника. – Информационные технологии,
1996, № 2.
Инженер Электронный журнал
|