CC BY
9
УДК 004.31
ИНСТРУМЕНТЫ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА WEB-ОБУЧЕНИЯ
В ОБОЛОЧКЕ ГИПЕРТЕСТ
ПАНТЕЛЕЕВ Е.Р., д-р техн. наук
Рассмотрены инструменты поддержки концепции жизненного цикла Web-обучения в среде ГИПЕРТЕСТ. Описана интегрированная информационная модель, лежащая в основе предложенного подхода, и двухконтурная структура управления процессами Web-обучения. Приведено описание функциональных возможностей компонентов инструментального комплекса*.
Ключевые слова: дистанционное обучение, информационная модель, процесс обучения.
MEANS OF WEB-LEANING VITAL CICLE IN HYPERTEST MEDIUM
E.R. PANTELEEV, Ph.D.
This work is devoted to supporting means of Web-learning vital cycle in HUPERTEST medium. The author has described an integrated information model, which is the base of the approach suggested, and double-circuit structure of Web-learning processes control. There is also the description of functional opportunities of means complex components.
Key words: distance learning, information model, learning process.
Недостаток известных сред поддержки Web-обучения [1-5] состоит в том, что они не в полной мере компенсируют присущее данной форме обучения отсутствие личного контакта преподавателя и студента. Компенсация этого недостатка требует разработки моделей и интеллектуальных методов управления информационными ресурсами Web-обучения в контексте методических целей и фактически достигнутых результатов и с учетом возможностей, предоставляемых технологиями гипермедиа. Отсюда следует, что объектом автоматизации должен быть не изолированный процесс, а совокупность процессов, составляющих жизненный цикл (ЖЦ) Web-обучения: анализ целей, разработка обучающего и контролирующего материала, его использование и анализ качества результатов.
Впервые идея целевого планирования ресурсов на основе информационной интеграции процессов была практически воплощена в технологиях CALS/ИПИ, которые успешно применяются в сфере промышленной логистики. К сожалению, эта идея не нашла применения в сфере Web-обучения. В большинстве случаев информационные модели, которые реализованы в коммерческих средах-оболочках, предназначенных для разработки и сопровождения программ Web-обучения, примитивны и ориентированы на поддержку отдельных процессов. Например, в WebCT [4] формулировка целей (course description) и предусловий обучения (prerequisites) выполняется в формате плоского текста, в качестве учебного материала (content) используются неструктурированные файлы, связь содержания которых с целями обучения не формализована, а вопросы и задания тренажа и контроля (assignments) проектируются вне контекста целей и содержания Web-обучения. Подобные решения
реализованы и в системах Прометей [2], eLearningServer [5], ОРОКС [1].
Отсутствие интегрированной модели делает невозможными целевое планирование информационных ресурсов обучения и контроля в рамках конкретной дисциплины, оценку качества результата обучения как меры достижения поставленной цели и персональную компоновку информационных ресурсов Web-обучения в соответствии с фактически достигнутыми результатами. Тем более невозможно информационное согласование целей и содержания нескольких дисциплин учебной специальности.
Отсутствие у сред-оболочек модели, отражающей семантику информационных ресурсов Web-обучения, затрудняет также возможность повторного использования этих ресурсов, что, в свою очередь, удорожает процесс разработки новых учебных курсов. Следует отметить, что идея структурирования информационных ресурсов с целью их повторного использования не нова. Она оформлена в виде рекомендаций многочисленных стандартов (AICC, IEEE LOM 1484.12, IEEE API 1484.11.2, IEEE Data Model 1484.11.1, IMS, SCORM [6]). Эти стандарты формализуют синтаксис описания и программные интерфейсы обмена информационными ресурсами, но не предлагают моделей для представления их семантики. Данное обстоятельство ограничивает возможности целевого повторного использования информационных ресурсов и их персональной настройки.
Таким образом, проблема поддержки ЖЦ Web-обучения на основе интеграции его информационных ресурсов сохраняет свою актуальность.
В основе реализованного в оболочке ГИПЕРТЕСТ [7] подхода к организации поддержки ЖЦ Web-обучения лежит интегрирован-
ная информационная модель (ИИМ), которая объединяет формальное представление целей, структуры и содержания информационных ресурсов обучения, а также состояния знаний студента.
Цель Web-обучения представлена в ИИМ в виде профиля-вектора ключевых элементов знаний. В терминологии ГИПЕРТЕСТ элемент знаний - это визуальный фрагмент учебного материала, содержащий методически законченное описание значимых с точки зрения цели обучения сущностей предметной области обучения и их взаимосвязей (например, определение понятия, алгоритм метода, формулировка закона или теоремы и т.п.). Множество элементов знаний Web-учебника образуют его глоссарий. Подмножество элементов знаний, существенных для формирования оценки по данной дисциплине, носит название профиля. Профиль является критически важным элементом ИИМ, обеспечивающим формализацию связи между целями обучения и его содержанием. Эта связь устанавливается путем назначения эталонного и минимально приемлемого уровней подготовки (нижней границы) по каждой из составляющих профиля. Эталонный уровень подготовки - это максимальное количество баллов, которое может набрать студент в ходе выполнения всех процедур контроля, оценивающих соответствующий элемент профиля, нижняя граница задается в долях от этого эталона. Например, если общая сумма оценок элемента профиля составляет 100 баллов, а значение нижней границы - 0,4, то для получения удовлетворительной оценки за данный элемент необходимо набрать не менее 40 баллов. Профильная оценка знаний более информативна с точки зрения управления содержанием, чем традиционная для обучения вообще и Web-обучения, в частности скалярная оценка, так как анализ состояния персонального профиля знаний позволяет локализовать проблемные фрагменты материала и оптимизировать маршрут дальнейшего обучения.
Структура информационных ресурсов обучения представлена иерархией модулей обучения и контроля. Отличием модульного представления структуры в ГИПЕРТЕСТ от известных подходов [1-5] является формальная спецификация входного и выходного интерфейсов модуля. Входной интерфейс - это совокупность элементов знаний, которые требуются для успешного освоения материала модуля. Выходной интерфейс - это совокупность элементов знаний, определенных в теле модуля. Таким образом, структура информационных ресурсов Web-обучения представляет собой двудольный граф сети Петри, переходам которой соответствуют модули, а позициям - элементы знаний. Этот формализм оказывается продуктивным в задачах анализа структуры на ацикличность и достижимость целевого состоя-
ния при ее проектировании, а также для формирования рекомендаций по выбору персонального маршрута в процессе обучения.
Содержание обучения представлено:
• отображением элементов структуры информационных ресурсов на визуальные примитивы представления страниц учебника (текст, рисунки, интерактивные компоненты, мультимедиа);
• бинарным отношением «перекрестная ссылка» на множестве элементов структуры (модули, элементы знаний) и визуальных примитивов;
• отображением множества визуальных примитивов на множество элементов их форматирования и стилевого оформления.
Состояние знаний студента представлено проекцией его профильной оценки, которая представляет собой вектор баллов, набранных по каждой составляющей профиля, на эталон, определенный моделью целей обучения. В целях обеспечения совместимости профильной оценки с традиционной моделью оценивания профильная оценка знаний может быть преобразована в скалярную оценку, например, по пятибалльной шкале, путем вычисления функционала кусочно-линейной свертки:
Ри
\\
X
ке!
\
-А-Ч \\у< \\-\-
1е!
ке!
-(Б-А)
\ - \\
у \
х X\
ке!
Б + (5 - Б)
\\и - \\
\\та>< - \\+
| \\ < \\и <\\+
I \\+ < < ш™*.
Здесь р - оценка знаний студента ^ w¡ - эталонное значение ¡-й составляющей профиля; I -множество элементов профиля; w¡j - количество баллов, фактически набранных студентом j по ¡-й составляющей профиля; w+, w-, мтах -средний балл, нижняя граница и эталон соответственно; А - оценка, сопоставленная нижней границе; В - оценка, сопоставленная среднему баллу.
Из этого выражения следует, что вес ¡-й составляющей профиля определяется отношением эталона для этой составляющей к сумме эталонов по всем составляющим профиля. Таким образом, значение w¡ можно интерпретировать как коэффициент значимости ¡-й составляющей профиля оценки знаний.
ИИМ обеспечивает информационное согласование процессов планирования, проектирования, реализации и мониторинга Web-обучения и создает предпосылки для управления качеством обучения в рамках двухконтур-ной схемы «планирование - реализация плана качества» (рис. 1).
(В"'
«0Г ^Студент |
Администратор, куратор
Рис. 1. Двухконтурная система управления качеством в ГИПЕРТЕСТ
Внешний контур этой схемы выполняет функции планирования качества путем формирования эталонного уровня подготовки и компоновки информационных ресурсов, обеспечивающих возможности для достижения эталонного уровня подготовки.
Внутренний контур реализует план качества, выполняя персональную настройку информационных ресурсов в функции рассогласования целей и фактических результатов обучения.
Под персональной настройкой информационных ресурсов понимается формирование рекомендательных статусов для модулей учебного материала («рекомендован», «не рекомендован», «изучен») и динамическая маршрутизация процедур контроля [7].
Поддержку функций управления процессами ЖЦ Web-обучения в рамках описанной схемы обеспечивают АРМ администратора, разработчика, обучаемого и куратора программ обучения. Целевое планирование информационных ресурсов реализует АРМ разработчика, персональную адаптацию этих ресурсов - АРМ студента, мониторинг качества обучения - АРМ администратора и куратора.
Визуальный редактор (ВР) - инструмент АРМ разработчика. Поддержка принципа «разработчик видит учебник таким, каким его увидит студент», низкий уровень требований к уровню подготовки разработчика в области сетевых технологий, необязательность сетевого подключения создают предпосылки для массового применения ВР. ВР предоставляет разработчику следующие возможности:
1. Импорт учебного материала программ из файлов MS Word. В том случае, если разработчик располагает электронной версией учебного материала в формате MS Word, целесообразно использовать этот материал в качестве прототипа Web-учебника. После выполнения операции импорта документа MS Word в среду ВР к нему можно применять все доступные средства редактирования.
2. Создание и редактирование программ непосредственно в среде ВР. Разработчику предоставляется набор инструментов для структурирования и визуального наполнения учебного и контролирующего материала Web-учебника: средства формирования сетевой модели учебника, настройки перекрестных ссылок, форматирования и стилевой разметки визуального материала, добавления в программу объектов мультимедиа (рис. 2).
3. Сохранение результатов редактирования в формате XML-файла обмена.
4. Загрузку программы из файла XML. В формате XML сохраняются не только заключительные, но и промежуточные результаты редактирования. Для продолжения редактирования требуется выполнить операцию загрузки.
Чтобы обеспечить массовый сетевой доступ к Web-учебнику, созданному в среде ВР, XML-файл учебника по окончании разработки необходимо конвертировать в формат ИИМ и разместить в базе данных ГИПЕРТЕСТ. Функцию преобразования документа XML и его размещения в базе выполняет утилита «конвертор» в составе АРМ администратора. Администратор должен загрузить файл учебника на сервер приложений ГИПЕРТЕСТ, запустить конвертор, в случае безошибочного завершения анализа структуры XML-документа разрешить его запись в базу данных, иначе, выгрузить с сервера файл сообщений об ошибках для передачи разработчику. С помощью той же утилиты администратор может выполнить и обратное преобразование содержимого ИИМ в формат XML, что на практике оказывается полезным при утрате исходного файла XML.
Помимо этой функции АРМ администратора обеспечивает выполнение следующих операций:
• регистрацию пользователей;
• открытие и закрытие этим пользователям индивидуального доступа к программам Web-обучения;
• создание и наполнение учебных групп, закрепление за ними программ Web-обучения и назначение куратора группы по каждой из программ;
• мониторинг учебного процесса.
üí.i Визуальный редактор учебных кура"" (г) г»
Файл Структура Модуль Стили/ Сервш
□ ВЫ &
;ил^y_
ив
Модульная структура
□ЕН
) Входы /
-/171 Соединения в звез ^ Входы ^ Выходы О Звезд. ЕЕ& ЛинеЭДые нап Э Линейный про Митральный I 3 Обратное чере 3 Прямое черед 3 Трех- и четыр| — Фазные напря + ■■■Н Соединение в твеиго, <! (
Интерфейсы модуля
UB
Л j4 л'
В ' У лв lúCA . h в
с , Рве Ic С'
N
U,
CN
Рис.6
Звезда
Базовая фаза Линейные напряжения Линейный провод Напряжение смешения не
Элементы стилевой разметки
г [пы ---|ф<
Прямая последовательно!
[Щ=Линейным Аязывается провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника. Точка, в которой концы(фаз) соединяются^ общий узел, называется нейтральной (на р/ ПОГ^-иютветственно нейтра" нагрузки).
Провод, соединяющий нейтрал
Перекрестная ссылка
приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром).
Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной , с нейтральным проводом -четырёхпроводной.
0
Рис. 2. Структура и визуальное представление учебного материала в редакторе ГИПЕРТЕСТ
АРМ студента позволяет:
• работать с учебным материалом, используя персональные рекомендации по выбору маршрута;
• выполнять процедуры тренажа и контроля знаний и использовать в режиме тренажа персональные аннотации ошибок;
• просматривать персональный профиль знаний и удалять результаты выполнения тренажа с целью его повторного выполнения.
АРМ куратора предоставляет пользователю следующие возможности.
• Формирование графика контроля знаний по каждой из назначенных ему администратором программ Web - обучения путем назначения сроков выполнения тестов программы (рис. 3,а);
• Мониторинг учебного процесса (рис. 3,б).
а)
б)
Рис. 3. Средства мониторинга процесса обучения: а - формирование графика контроля; б - результаты контроля (ссылки открывают доступ к персональным профилям)
Список литературы
1. Игнатова И.Г., Резонтов К.В., Радзевич Д.С. Возможности сетевой оболочки ОРОКС для поддержки процесса дистанционного обучения через Интернет (http:// ito.edu.ru/2001/ito/III/1/III-1-15.html, 2001).
2. Прометей: Тест-система (http:// www.prometeus.ru/ products/test/ ).
3. Богданов В., Прохоров А. Системы дистанционного образования // Компьютер Пресс. - 2001. - № 8. - С. 138-142.
4. Сайт WebCT (http://www.webct.com).
5. Агапонов С.В., Кречман Д.Л., Кузьмина Е.А. Система управления обучением eLearning Server 3000 v // Educational Technology and Society, #6(4), 2003. - С. 177-185.
6. Sharable Content Object Reference Model (SCORM) Overview // Advanced distributed learning (http://www.adlnet.org, 2004).
7. Пантелеев Е.Р., Шмелева И.А. Персональная адаптация программ методической Web-поддержки автоматизированного проектирования // Вестник ИГЭУ. -2005. - Вып. 4. - С. 130-137.
8. Электронная контрольно - обучающая система ElLabWork / А.В. Афанасьев, С.В. Гребнов, Е.А. Герт, В.А. Суворов, А.В. Листочкин, В.А. Мартынов // Вестник ИГЭУ. - 2004. - Вып. 3. - С. 116-117.
Пантелеев Евгений Рафаилович,
ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», доктор технических наук, профессор кафедры программного обеспечения компьютерных систем, телефон (4932) 26-98-60, e-mail: erp@poks.ispu.ru
