Информационные пространства: генезис требований к фундаментальным свойствам Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Зиндер Е.З.

Фонд поддержки системного проектирования, стандартизации и управления проектами,

г. Москва, президент, e-mail: EZinder@fostas . ru

Информационные пространства: генезис требований к фундаментальным свойствам

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Информационное пространство, базовые требования, наследование свойств, среда обитания, образовательная среда, информационно-образовательное пространство, онтологическая модель.

АННОТАЦИЯ

Обсуждается подход к проектированию систем, претендующих на реализацию свойства «быть информационным пространством», в особенности, существенно выходящих за рамки организации или обозримого объединения организаций. Подход ориентирован на преодоление недостатков в практике проектирования систем такого масштаба. Он состоит в определении базовых требований к информационному пространству (ИП), основанных на устойчивом и общем для разных ИП фундаменте, составляемом понятиями «среда обитания человека», «информационная среда обитания», «предприятие», «архитектура предприятия» и некоторыми смежными. Работа выполнена при поддержке гранта № 13-07-00917 РФФИ, включает разработку высокоуровневых онтологических моделей и индуцируемых этими моделями требований к ИП. Подход применен к проектированию интегрированных информационно-образовательных

пространств.

Многие создаваемые людьми системы, информационные и не только, вышли на качественно новый уровень масштаба и сложности. Однако к созданию многих из них применяются старые подходы, и успех в их создании явно ограничен, а иногда отсутствует. Одним из классов таких систем являются системы, получившие название «Информационное пространство» (ИП). Размер и частота неудач столь велики, что потребовался специальный анализ ситуации и предложение подхода, который ее сможет изменить, хотя бы в методическом ее аспекте. Работа, результаты которой излагаются, выполнена при поддержке гранта № 1307-00917 РФФИ, подход применен к определению базовых типов требований к интегрированным информационно-образовательным пространствам (ИОП).

Состояние вопроса

Понятие «Информационное пространство» имеет уже значительную историю и применяется очень широко, в том числе, как бытовое и метафорическое. Однако его используют в качестве рабочего инструмента и специалисты: аналитики, проектировщики и разработчики информационных систем. Называются и реализуются разные виды ИП: глобальное, корпоративное, образовательное, индивидуальное и т.д. Тем не менее, общепринятой трактовки и набора свойств, единого состава требований к ИП не существует, а нормативные документы лишь увеличивают степень хаоса. Критичность ситуации особенно велика, когда разные ИП должны пересекаться и/или использоваться совместно, что требует согласованности многих их свойств и наличия общих типов требований к ИП как к системам. В качестве примеров ИП будем рассматривать т.н. информационно-образовательные пространства (ИОП) и информационное пространство электронного правительства / государства (ИПЭП).

Отметим, что понятию «Информационное пространство» придается особая важность. Предприятиям рекомендуют, а государственные организации обязывают создавать «единые ИП», в мало-мальски сложных случаях говорят об интегрированных ИП, педагоги, психологи и правозащитники требуют охранять индивидуальные ИП, и т.д. Однако произвол и разнобой в создании того, что называют ИП, не позволяют говорить ни о единстве, ни об интегрированности. Более того, характеристики многих подобных «пространств» заставляют говорить об отсутствии и многих других параметров и показателей использования, которые надо бы полагать целевыми, вплоть до результативной работоспособности. Известным и показательным примером являются многолетние попытки создания того, что можно было бы принять в качестве единого ИПЭП. Это относится как к «верхней» части этого ИП - к «Единому порталу государственных услуг», так и к промежуточной части его системной архитектуры, известной как «Система межведомственного взаимодействия», СМЭВ. Число переделок этих систем, качество их работы и частные причины неудач неоднократно разбирались и оценивались многими экспертами.

Причины ситуации

Если абстрагироваться от частных недостатков, то можно увидеть, что одной из фундаментальных причин такого положения являются попытки перенести правила разработки локальных и корпоративных ИС на системы качественно иного характера и порядка, какими являются ИП, всерьез претендующие на название «пространство». Отметим, что проявление подобного качественного перехода по сути было зафиксировано около 25 лет назад в комплексе стандартов ГОСТ 34, где было указано, что стандарты этого комплекса не распространяются на автоматизированные системы масштаба государства. В современных

стандартах инжиниринга систем ISO/IEC 15288 и ISO/IEC 12207 таких ограничивающих указаний нет, но объективное существование указанного качественного перехода от этого не исчезло.

Стоит обратить внимание на распространенный способ проектирования большинства систем, претендующих на роль ИП. Часть требований к целевым свойствам ИП определяется в ходе обследования конкретной организации (включая ее клиентов), когда есть возможность ее выделить. Такой организацией может быть, например, университет или орган государственного управления. Остальные свойства и требования к системе домысливаются, частично - заимствованием примеров «лучшей практики» (независимо от того, подходят они или нет к данному случаю), частично - изобретением локальных решений. Подобный подход может быть удачен, но происходит это преимущественно в случаях автоматизации именно одной организации. В тех же случаях, когда предлагается создать ИП существенно большего охвата, то есть принципиально выходящие за рамки одной организации или малого и фиксированного их числа, проявляются многие недостатки такого подхода:

• изначальное отсутствие в архитектуре ИП многих свойств и компонентов, которые надо относить к базовым,

• несовпадение в требованиях и даже в типах требований разных локальных или более широких ИП, которым предстоит взаимодействовать в ходе функционирования,

• отсутствие совместимости даже при попытках использования общих стандартов на инфраструктурные ИКТ-механизмы, поскольку таковые не дают содержательной совместимости релевантных ИП для решения задач конкретной тематической области.

Это приводит, как минимум, к повышенным затратам на доработки ИП для последующего включения базовых свойств (когда обнаруживается, что без них ИП как система «не работает»), в частности, для обеспечения совместимости разных ИП. Часто уже после окончания разработки обнаруживается, что для совместимости недостаточно применять одну версию стандартов TCP/IP и HTML, и даже UDDI и WSDL, т.к. недостатки в создании систем уровня ИП коренятся в области информационного проектирования, причем начиная с его самых верхних концептуальных уровней.

Стоит отметить и то, что существующая практика обучения специалистов в сфере ИКТ ориентирует большинство из них на инженерно-технологический подход к задачам. В частности, в России результатом является значительное число способных программистов, в том числе, работающих за рубежом, при непропорционально малом количестве созданных и устойчиво развиваемых ими продуктов и систем рассматриваемого масштаба.

Однако называть одно или два упущения - неверно, так как коренной

недостаток находится в самом подходе к пониманию ИП как проектируемого объекта. В силу этого и стал необходим иной подход к пониманию и к созданию систем, реализующих свойство быть информационным пространством.

Основы подхода к проектированию систем класса «информационное пространство»

Предлагаемый подход состоит в определении таких базовых требований к ИП как к системе, которые основаны на устойчивом, естественном и общем для разных ИП фундаменте. Поскольку большинство критических случаев относится к созданию ИП, существенно выходящих за рамки одной организации или даже обозримого объединения организаций, подход в первую очередь основан на том, что определяется более широкий и более фундаментальный контекст определения базовых свойств и требований к ИП. Анализ показал, что этот контекст задают в первую очередь такие высокоуровневые понятия, как «среда обитания человека», «информационная среда обитания», «предприятие», «архитектура предприятия».

Для большей конкретности примером целевого вида ИП в данной работе служит т.н. информационно-образовательное пространство (ИОП), реализацией которого для себя занимается сейчас практически каждое образовательное учреждение (ОУ), будь то университет или школа. Для определения базовых требований к ИОП в контексте рассмотрены также понятия «образовательная среда» (ОС), «информационно-образовательная среда» и некоторые другие. Свойства последних разбирались, в частности, в [1, 2, 3].

На рис. 1 показана диаграмма онтологической модели высокоуровневых понятий, предложенная для определения требований к информационным пространствам вообще и, в частности, к ИП в образовании. Для анализа возможностей привязки онтологии к практике ОУ в диаграмму включены сущности, отражающие нормативное понимание терминов «информационно-образовательная среда» и «электронный образовательный ресурс». Заданный контекст позволил определить базовые требования к ИП методом естественного наследования свойств более общих понятий или понятий, задающих агрегированные сущности, которые объемлют целевые ИП и ИОП. В первую очередь, это среда обитания, предприятие, образовательная среда. Базовые требования к ИП определяются при этом как индуцируемые понятиями, старшими в плоскостях обобщения и агрегации.

Помимо адекватности масштаба, объективности и большей стабильности преимуществом подхода является формируемое в нём более полное понимание фундаментальных истоков требований к свойствам ИП. В примере с ИОП это понимание состоит, в частности, в том, что многие базовые требования к ИОП возникают вне прямой связи с образовательной деятельностью, а, например, лишь по причине связи

ИОП с реально широкой средой обитания обучающихся.

Рис. 1. Онтология высокоуровневых понятий и сущностей для определения требований к информационным пространствам в образовании (верхний уровень, Upper

Ontology)

Такое понимание обосновывает включение многих базовых свойств ИОП в его архитектуру еще до погружения в анализ специфики конкретных образовательных процессов, дает проектировщикам большие основания для управления требованиями к ИОП, например, для включения конкретных требований в первую или вторую очередь реализации.

Для определения требований к такому частному виду ИП, как ИОП, разработана онтологическая модель информационных пространств, см. рис. 2.

Генезис базовых типов требований к ИОП опирается на семантику связей, показанных на рис. 1 и рис. 2. Примером является утверждение о том, что «образовательная среда университета» и «индивидуальное информационно-образовательное пространство студента Х» являются частями или частными разновидностями полной среды обитания студента Х. Благодаря этому у этих сред и пространств объективно определяются общие свойства.

Имеет рмь члалыов». тель» в

Глобзльное ИП

Обучающийся

Интегрированное

ИП

Целое - часть

Им«т роль «пользователь» в

целое часть

Имеет роль «автор» в

Целое - часть

Информационно-образовательное пространство (ИОП)

Имеет роль ■ппгьзо-ватель» в

Индивидуальное иоп обучающегося ка к субъ е ктз ОС

Информационная сфера (покапьная)

Может включать •гак часть

Может включать как часть

Может включать как часть

Внутреннее иоп ОС

образовательной

организации

целое - часть

часть ИП органп ззции-партнера

Может включать •гак часть

Интегрированное

ИОП ОС

ИП по разновидностям контента (объектов культурного нэследлз. м о в о ст них о бъ ект ое. дм да ста ч е СЧСС, специализированные,... >

целое иасть

целое часть

Электронный образовательный

Целое -часть

ресурс (ЭОР)

Информационный ресурс ИП

Род -вид

Рис. 2. Онтологическая модель для информационных пространств При этом, для индуцирования требований к ИП и, в частности, к ИОП с учетом приведенных онтологий применяется общий методологический прием:

• в плоскости обобщения связь «род - вид» традиционно означает наследование видовым понятием всех свойств родового понятия.

• в плоскости агрегации «понятие-часть» наследует не все свойства «понятия-целого», причем определение свойств «понятия-целого», наследуемых «понятием-частью», принимается на основе экспертных решений.

Метод определения упомянутого экспертного решения не разбирается, так как в рамках публикации нет возможности анализировать структуры агрегированных сущностей и свойства их компонентов, влияющие на такое решение.

Свойства среды обитания, учитываемые в требованиях к ИП Прежде чем показать категории и типы требований к ИП, наследуемые от понятий «среда обитания», «образовательная среда» или «предприятие» необходимо вычленять те характеристические свойства этих понятий, которые учитываются как специфические для ИП. Приведем

описание таких свойств, принятых в данном подходе, для понятия «Среда обитания человека» (СО).

СО - корневое содержательное понятие подхода. Оно определяет и такие агрегированные сущности, которые могут включать сущности, обозначаемые всеми остальными рассматриваемыми понятиями. Для наших целей важно, что для СО человека характерны следующие свойства:

• конечность, то есть наличие границ того или иного рода;

• наличие центрального субъекта;

• интегральность, то есть объединение сред нескольких типов, возможность включения других субъектов, а также объектов другой природы;

• масштабируемость;

• изменяемость под воздействием разных факторов, в том числе, под целенаправленным воздействием разных субъектов СО.

При этом:

• СО человека определяется [4] как совокупность всех объектов, явлений и процессов, внешних по отношению к человеку, с которыми он находится в прямых или косвенных взаимоотношениях, и как синоним окружающей среды. Под взаимоотношениями понимаются все возможные виды прямых и косвенных двусторонних воздействий;

• обязательность наличия центрального субъекта обосновано в [5] для любой среды обитания и, особенно, применительно к СО человека;

• выделяется СО индивида, сообщества людей, человека как родового понятия (т. е. людей в целом). Сообществом людей здесь может быть любое описанное подмножество людей, выделенное по определенным правилам. Так, для университета - это его студенты, для случая городской СО - жители города;

• границы СО задает определенность центрального субъекта - через границы совокупности объектов, прямо или косвенно связанной с ним;

• другой тип границ задает тематика или иное общее свойство (набор свойств) объектов среды;

• в определениях СО человека указывается на присутствие в СО нескольких разнотипных сред обитания, в число которых входят [6], в частности, «Природная экологическая среда», «Социальная среда», «Информационная среда». Типы сред обитания рассматриваются и на более детальном уровне [4], например, «Культурная среда», «Производственная среда», «Социально-психологическая среда», и др. Интегральность всей СО проявляется в том, что центральный субъект имеет дело не с объектами одного по тематике типа, а с комплексом взаимодействий и объектов разных типов. Поэтому СО не просто объединяет, но интегрирует разные типы сред;

• СО может иметь различный масштаб как степень охвата - субъектов и / или типов частных сред. Кроме того, СО может менять свой масштаб во времени. Например, примером может быть объединение информационных сред обитания сотрудников и студентов университета в одной СО. Поэтому в общем случае базовым свойством СО является свойство, называемое здесь масштабированием;

• СО практически никогда не является неизменной. Изменчивость СО требует учета в свойствах ИП сама по себе, но надо особо выделять целенаправленные изменения СО со стороны как центрального субъекта, так и других субъектов/акторов среды. Эта целенаправленность по определению может привнести в СО свойства понятия «предприятие».

Учитываются тенденции развития СО разных видов. В их число входят:

• рост степени глобализации СО по масштабу распространения;

• создание индивидуализированных СО и их взаимодействие с объемлющими СО;

• взаимопроникновение и интеграция всё большего числа различных типов СО (культурного, природного, информационного) в комплексной СО.

Указанные выше свойства и зависимости, а также наследование в ИОП свойств обобщенного ИП, определяют включение в базовые типы требований к ИП и ИОП, указанные в Таблицах 1 и 2. Более полно представлена первая из указанных категорий требований, представленная в первом столбце таблиц-требований как «Требования к ИОП, прямо не связанные с ИКТ». Производные от них требования к ИКТ даны в следующих двух столбцах в краткой форме или частично опущены. Основным принципом при определении этих производных требований является принцип множественности альтернативных ИКТ-решений для удовлетворения потребностей и реализации требований основной деятельности.

Таблица 1. Базовые требования к ИП как к части Среды обитания центрального

субъекта на примере наследования свойств ИОП от комплексной СО и образовательной

среды (ОС)

Требования к ИОП, прямо не связанные с ИКТ Начальные организационно-технологические требования к ИОП Перспективные организационно-технологические требования к ИОП

1 2 3

Определение центрального субъекта ИОП Управление доступом к ИОП со стороны разных индивидов, находящихся и не Роботы и программные агенты в составе центрального субъекта (с учетом новой парадигмы

находящихся в составе его коллективного субъекта инжиниринга предприятий)

Определение тематических и культурологических границ ИОП Планирование вариантов лингвистического обеспечения Отражение организационной культуры, возможно включая мул ьти кул ьтур ность

Масштабирование по центральному субъекту (индивид, сообщество, человек обобщенно) Открытая архитектура Технологическое масштабирование Индивидуализация интерфейсов Гармонизация информации ИОП и онтологий разных представлений индивидов и групп в составе его коллективного субъекта

Масштабирование по охвату тематики Интеграция данных разных тематических областей и источников Семантическая интеграция разнородных информационных объектов

Возможность динамических изменений ИОП действиями внутренних и внешних агентов Динамическое расширение состава источников данных в ИОП Динамическая семантическая интеграция разнородных информационных объектов

Существенно, что указанные в этой и следующей таблицах типы требований рассматриваются как обобщенные требования к любому варианту ИОП или ИП в тех естественных случаях, когда ИП может / должно обеспечивать доступ к информации других пространств, предприятий и сред обитания, а также позволять решать сложные задачи поиска информации необходимого и достаточного содержания и ее предоставления в форме, адекватной потребностям пользователя. В частности, при проектировании ИОП важно, что они не зависят от частных особенностей того или иного ОУ

Свойства ИП, учитываемые в требованиях к ИОП Приведем два свойства, отличающие ИП от СО или информационной среды обитания, принципиальные для целей проектирования частных видов ИП:

• необязательность наличия в ИП центрального субъекта уровня индивида или сообщества. Благодаря этому существуют такие открытые пространства, как мировое пространство СМИ, библиотечное, архивное и музейное информационные пространства, и т.д.;

• слово «пространство» в названии ИП используется как термин, в строгой трактовке. При этом элементарные объекты пространства и отношения между ними организованы правилами, позволяющими различать места расположения объектов и расстояния между ними, определять траектории и производить целенаправленное движение, отображать ИП в виде своего рода карт. Отметим, что такая трактовка

выбрана как необходимая всеми участниками проекта указанного выше гранта РФФИ.

Применительно к ИОП или ИПЭП эти отличия задают приведенные в Таблице 2 требования к ИОП.

Таблица 2. Базовые требования к характеристикам МОП как к разновидности

информационного пространства

Требования к ИОП, прямо не связанные с ИКТ Начальные организационно-технологические требования к ИОП Перспективные организационно-технологические требования к ИОП

1 2 3

Для некоторых ИОП -отсутствие выделенного центрального субъекта Открытость архитектуры Изначальное требование возможности глобального масштабирования Предоставление выбора языка общения и других вариантов интерфейса субъекту-пользователю

Множественность групп акторов-пользователей с разными свойствами (способами восприятия информации, местами пребывания, и др.) Разные эргономические требования и требования юзабилити для разных групп акторов Индивидуализация интерфейсов пользователей и их программных агентов Сервисы, ориентированные на семантику услуги

Систематическое введение порядка в разных измерениях ИОП Управление степенью совпадения запросов и найденных ответов (Другие требования сильно зависят от тематической области) Определение степени семантической близости объектов и расстояния между информационными объектами разных типов

Взаимодействие ИОП с социальным информационным пространством (социально-психологическим, социально-экономическим) всей образовательной среды Соответствие законодательству Информационная безопасность Определенность экономической модели Поддержка обратных связей с пользователями ИОП Анализ и учет влияния обратных связей

Возможность объединения разных информационных сфер или «локальных» ИП, включаемых в ИОП Открытость архитектуры Инфраструктурные свойства ИОП Интеграция данных Интеграция разных концептуальных схем в общую схему Семантическая интеграция неоднородных информационных сфер и объектов

Свойства ИОП, обеспечиваемые этими требованиями, позволяют: • проектировать ИОП открытых образовательных сред, пользоваться

которыми может любой индивид без регистрации или иного формального закрепления себя в этой ОС;

• предоставлять возможности использования ряда государственных услуг любым посетителям, например, гражданам других стран, рассматривающим условия для туристов или иных гостей страны;

• конструировать подпространства ИОП и их модели, позволяющие решать многие практически важные задачи, опирающиеся на результаты сравнения разных объектов или их параметров. В частности, в число задач, которые должно и может поддерживать ИОП, входит фиксация целей образования, определение индивидуальных образовательных траекторий, определение и использование очередности изучения академических дисциплин и отдельных образовательных модулей, сравнение компетенций и планирование последовательного движения от начальных уровней компетенции к более высоким ([7, 8]).

Используется итерационный процесс синтеза требований к ИП и к видовым понятиям, например, ИОП. В итерациях учитываются характеристические свойства разных смежных понятий из показанных онтологий. Так, синтез требований к ИОП учитывает как базовые требования к ИП, так и основные, но самые общие свойства понятия «образовательная среда», определенные, в частности, в [1, 2, 3].

В связи с ограничениями объема публикации, свойства предприятия, в роли которого выступает практически каждая активная образовательная среда (ОС), как и свойства обобщенной ОС, учитываемые в требованиях к ИП типа ИОП, не включены в данную публикацию. Однако они задают существенную и по значению и по объему конкретизацию указанных выше рамочных требований к ИП. В значительной степени эти свойства отражены в работах [7, 8]. Заключение

Предложенный подход дает основу для систематического анализа и проектирования ИП как информационных систем такого большого масштаба, который полностью или частично выводит их за рамки методов, исторически разработанных для систем масштаба предприятий или их объединений.

Высокоуровневые онтологические модели позволили зафиксировать смысловые связи целевого понятия «Информационное пространство» и его разновидностей со смежными высокоуровневыми понятиями в плоскостях обобщения и агрегации и, тем самым, определить правила наследования фундаментальных, базовых требований к системам класса ИП.

Система типов требований к ИП и такой его разновидности, как интегрированное информационно-образовательное пространство, создает основу для введения устойчивой рамочной схемы («фреймвока») проектирования пересекающихся и кооперирующихся информационных

пространств разных масштабов и уровней интегрированности.

Определенные в данной работе требования к ИП включают требования трех категорий: требования, не связанные прямо с ИКТ (непосредственно отражающие потребности «бизнеса») и организационно-технологические требования двух групп: первой очереди реализации и перспективные, предполагающие, в частности, достижение новых уровней семантической интеграции информационных объектов в интересах обитателей и пользователей этих пространств.

Литература

1. Веряев А.А., Шалаев И.К. От образовательных сред к образовательному пространству: понятие, формирование, свойства // Педагог. 1998

2. Осмоловская И.М. ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ.

3. http://pedagog.vlsu.ru/fileadmin/Dep_pedagogical/konf_lerner/OsmolovskayaJ.M..pdf

4. Зиндер Е З Юнатова И Г. Перспективные архитектуры комплексных образовательных сред. Доклад на V Международной конференции "Современные информационные технологии и ИТ-образование".//Москва, 8-10 ноября 2010 г. СБОРНИК ИЗБРАННЫХ ТРУДОВ под редакцией В.А. Сухомлина. Изд-во МГУ, Москва, 2011, стр. 25-72.

5. Экология человека. Понятийно-терминологический словарь. — Ростов-на-Дону. Б.Б. Прохоров. 2005. http://human_ecology.academic.ru/Среда_окружающая.

6. M.B. Рац. Экология Природы или экология Человека? // ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И СОВРЕМЕННОСТЬ, № 3, 1999, стр. 150-160.

7. Экологический портал. http://www.ecology-portal.ru/publ/11-1-0-702

8. Зиндер Е.З., Тельнов Ю.Ф., Юнатова И.Г. "Методика построения модели компетенций на основе профессиональных стандартов в области ИКТ для создания программ дополнительного профессионального образования"//«Вестник УМО», № 6(2), 2011, стр. 112-118.

9. Zinder, E., Yunatova, I.. (2013). Conceptual Framework, Models, and Methods of Knowledge Acquisition and Management for Competency Management in Various Areas. In P. Klinov and D. Mouromtsev (Eds.). KESW 2013, CCIS 394, (228-241). Berlin Heidelberg: Springer-Verlag.