CC BY
117
УДК 004.415.2.043
МЕТАДАННЫЕ КАК ОСНОВА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ О.Б. Кремер, Т.Н. Недикова
Рассмотрено создание метаданных, относящих к определенной предметной области, на примерах разработки автоматизированных информационных систем
Ключевые слова: метаданные, структура данных, автоматизированная информационная система
Введение
В настоящее время многие программные разработки не нацелены на создание новых систем, а призваны улучшить или должны использовать уже существующие, т.е. унаследованные системы. Даже новые приложения обычно должны сосуществовать с унаследованными системами [1].
Каждая система проходит этапы жизненного цикла программного обеспечения (ПО), включающие разработку таких составляющих, как требования к ПО, программная архитектура, детальное проектирование, реализация, тестирование. Основой для реализации ПО являются метаданные.
Представим некоторые понятия. В общем случае под метаданными понимают следующее:
- информацию об используемых данных
[2];
- структурированные данные, которые представляют описание сущностей данных с целью их последующей идентификации, оценки, поиска, управления ими [3];
- набор допустимых структурированных описаний, которые доступны в явном виде, предназначение которых может помочь найти объект [4].
Метаданные используются при описании системы на таких основных уровнях, как логический, т.е. описание объектов системы в терминах предметной области; физический, т.е. описание представления данных в базе данных; презентационный, т.е. описание интерфейса пользователя [5].
Рассмотрим использование метаданных на физическом уровне описания системы.
Метаданные на физическом уровне описания системы
Кремер Ольга Борисовна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18
Недикова Татьяна Николаевна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473 ) 243-77-18
На физическом уровне описания системы рассматривают представление данных в базе данных.
Под базой данных (БД) понимают совокупность данных, которая организована по определённым правилам, имеющая общие принципы описания, хранения и работы с данными, независимая от использующих ее программ. Эти данные относятся к описываемой разработчиками предметной области и организованы так, что могут быть применены для решения определенных задач многими пользователями.
Под предметной областью (ПрО) здесь понимается часть реального мира, которая подлежит изучению разработчиками ПО с целью организации управления, а в последующем и ее автоматизации.
Исходя из сферы применения и правил организации, выделяют два класса автоматизированных информационных систем (АИС), которые основаны на базе данных: информационнопоисковые системы (ИПС) и системы обработки данных (СОД) [6].
Предметная область АИС рассматривается разработчиками ПО в виде совокупности реальных процессов и выделенных объектов или сущностей, которые представляют интерес для пользователей ПО. Каждая сущность ПрО имеет определённый набор выделенных свойств, или атрибутов, одни из которых можно отнести к существенным, другие - к малозначительным. Данное деление свойств носит относительный характер.
Для упрощения процедуры формализации ПрО разработчики часто идут по пути определения типов сущностей. Тип позволяет из всего множества сущностей ПрО выделить группу сущностей, которые однородны по структуре и поведению для рассматриваемой ПрО. Данные ПрО представляются экземплярами сущностей. Экземпляры сущностей, относящиеся к одному типу, обладают одинаковыми наборами атрибутов, однако должны отличаться значением хотя бы одного атрибута, с целью быть узнава-
емыми. Между сущностями ПрО возможно существование связей, имеющих различный содержательный смысл или семантику.
Таким образом, множество типов сущностей и типов связей между сущностями характеризует структуру ПрО. Конкретные данные представляются экземплярами сущностей и связями между ними. В базе данных АИС хранятся данные экземпляров сущностей и связей между ними, а описание типов сущностей и связей является метаданными [7].
Метаданные хранятся в той части БД, которая называется каталогом либо справочником данных. Зная формат метаданных, можно запрашивать и изменять данные без написания дополнительных программ. Метаданные в словаре-справочнике реляционной СУБД обычно организованы в виде набора таблиц и представлений.
Разработка модели описания метаданных предполагает выработку общего формального подхода, логики описания объектов, их свойств и связей между объектами.
ИПС, как один из классов АИС, ориентированы, как правило, на извлечение подмножества хранимых данных, удовлетворяющих некоторому поисковому критерию. Пользователя ИПС интересует, в основном, сами извлекаемые из БД сведения, а не результаты их обработки.
Обращения пользователя к СОД (второй класс АИС) чаще всего приводят к обновлению данных. Вывод данных может вовсе отсутствовать или представлять собой результат программной обработки хранимых сведений.
Представим примеры разработки АИС и создание метаданных, т.е. описание типов сущностей и связей ПрО.
Модель данных ИПС «Педагогические кадры Воронежской области»
Система повышения квалификации работников образования как часть образовательной системы активно развивается, поэтому авторы разработали специализированную систему управления повышением квалификации работников образования [8].
Предметной областью данной системы является сфера повышения квалификации педагогов, а ее информационным наполнением являются данные о педагогических кадрах региона.
В общем виде информация, предназначенная для хранения, структурирована авторами следующим образом:
- базовая информация о педагоге, включающая фамилию, имя, отчество, домашний адрес, возраст, образование;
- информация о профессиональной деятельности педагога, включающая название образовательного учреждения, его должность, стаж работы;
- информация о прохождении курсовой подготовки педагогом;
- информация об аттестации педагога;
- дополнительная справочная информация, включающая справочники образовательных учреждений области, населенных пунктов области, высших образовательных учреждений страны, списки кафедр и.т.п.
После этапа анализа информации, предназначенной для хранения в системе, и детализации её параметров, была разработана концептуальная модель. В ходе проектирования модель была представлена в виде реляционной схемы, где все элементы ПрО были описаны в терминах «сущность, атрибуты, отношение».
Спроектированная модель данных «Педагогические кадры Воронежской области» состоит из 50 реляционных таблиц, а также хранимых процедур, триггеров и последовательностей, реализующих логику системы, осуществляющих проверку корректности вводимых данных и поддержание целостности системы, т. е. были подготовлены метаданные для разработки ПО ИПС.
Метаданные программного комплекса для проверки знаний студентов
Другой пример создания метаданных при проектировании информационно-поисковой системы - разработка программного средства для проведения информационного мониторинга контроля знаний студентов [9].
В Воронежском государственном техническом университете на кафедре автоматизированных и вычислительных систем в состав ПО учебного процесса входят такие программные средства, разработанные преподавателями, как электронные учебно-методические комплексы (ЭУМК) по дисциплине. Одно из программных средств, входящее в состав ЭУМК, - это программный комплекс, состоящий из следующих трех программ: «Подготовка тестов», «Тестирование», «Просмотр результатов тестирования», которые обращаются к общей БД.
Программа «Подготовка тестов» предназначена для преподавателя и служит для ввода
тестов и формирования вариантов в БД для последующего проведения тестирования.
Вторая программа комплекса - программа «Тестирование» предназначена для проведения автоматизированного тестирования студентов по дисциплине. В ней реализованы следующие возможности по работе с БД:
- считывание варианта тестирования из
БД;
- запись полной информации о ходе тестирования в БД.
Третья программа комплекса - программа «Просмотр результатов тестирования» предназначена для получения структурированной информации преподавателем о результатах проведения тестирования студентов. В данной программе реализованы следующие возможности по работе с БД:
- создание запроса выборки информации из БД по таким признакам, как имя, группа студента, тема, дата, время, вариант, количество вопросов, количество правильных ответов, список ответов и время тестирования;
- поиск в БД информации и вывод на экран результатов запроса.
Данный комплекс позволяет осуществлять информационный мониторинг контроля знаний студентов, основой для разработки ПО было построение структуры БД и создание метаданных.
Создание метаданных для реализации автоматизированного рабочего места учителя
Следующий пример создания метаданных для разработки ПО - ПО для автоматизированного рабочего места учителя школы [10, 11].
Одним из видов автоматизированной поддержки принятия решения для оптимизации траектории обучения является программнометодический комплекс (ПМК) преподавателя, активно использующего компьютерную технику для подготовки и проведения занятий. По мере накопления информации в комплексе решается проблема быстрого поиска необходимой информации, а также представления знаний преподавателя в ПрО.
При создании комплекса был проведен этап анализа потребностей участников образовательного процесса. На его основе построены иерархические структуры, отражающие отношения между потребностями, целями и задачами обучения, а также тестовыми вопросами и заданиями для проверки результирующего
уровня подготовки, т. е. достижения поставленных целей.
Следующий шаг разработки ПМК - это определение профиля пользователя, т.е. краткая характеристика основной категории лиц, на которых рассчитан программный продукт. Рассмотренный профиль пользователя ПМК учитывается при выборе стратегии его автоматизированной поддержки и приемов работы.
Далее формируется перечень структурных единиц материала для решения учителем педагогических задач с помощью комплекса, а также очерчивается содержание учебнометодического материала, включаемого в ПМК, и намечаются основные положения воплощаемой в нем психолого-педагогической стратегии.
Структура ПМК состоит из трех блоков, каждый из которых состоит из нескольких информационных компонентов.
Первый блок - программа обучения началам информатики учащихся школы. Второй блок - учебно-методический материал. Третий блок - контроль знаний учащихся. В состав каждого блока входят от трех до пяти укрупненных компонентов.
Таким образом, созданы метаданные, как информация об используемых данных.
Структура СОД в ЭУМК по дисциплине
В ВГТУ на кафедре автоматизированных и вычислительных систем разработаны ЭУМК по ряду дисциплин, типовая структура которых состоит из трех блоков: «Методический материал», «Учебный материал», «Контроль знаний», каждый из этих блоков представлен несколькими информационными компонентами [12, 13].
Рассмотрим процесс обработки данных в ЭУМК по дисциплине, представляющий знания преподавателя в ПрО.
Преподаватель на начальном этапе создания ЭУМК определяет структуру комплекса, т.е. осуществляет сбор и ввод перечня информационных компонентов, входящих в состав каждого из трех блоков комплекса. Данная структура размещается и хранится на сервере вуза. Эту структуру преподаватель может изменять. Студенту предоставляется возможность просмотра структуры ЭУМК для быстрой навигации по необходимому материалу дисциплины.
Следующий этап функционирования ЭУМК - работа с тематической информацией, т. е. преподаватель осуществляет сбор и ввод
учебно-методической информации по дисциплине и размещает ее в заданной структуре комплекса на сервере. Данную информацию преподаватель может корректировать. Студент просматривает учебную и методическую информацию в ходе изучения дисциплины.
На этом же этапе организуется возможность поиска информации в ЭУМК по ключевым словам. Преподаватель осуществляет настройку навигации по электронным материалам, т. е. выбирает те ресурсы комплекса, по которым можно будет искать информацию. Студент может проводить поиск и просмотр результатов поиска, т. е. проводится обработка информации и выдача результатов. Далее преподаватель может провести анализ результатов поиска по ключевым словам, т. е. просмотреть введенные студентами слова и перечень ресурсов, предъявленных им для просмотра, с целью анализа результатов поиска и последующей доработки комплекса.
Последний этап функционирования - работа с информацией для проверки знаний студентов.
Таким образом, для каждого из перечисленных компонентов организованы процессы сбора, ввода и коррекции исходных данных в комплекс, процессы размещения данных и хранения в памяти в виде баз данных, процессы обработки данных с целью получения результатов и процессы выдачи данных в виде, удобном для восприятия студентом или преподавателем. Для реализации СОД были созданы метаданные.
Выводы
Представленные примеры создания метаданных для разработки ПО демонстрируют метаданные и как информацию об используемых данных; и как структурированные данные, которые представляют описание сущностей данных с целью их последующей идентификации, оценки, поиска, управления ими; и как набор допустимых структурированных описаний доступных в явном виде, предназначение которых может помочь найти объект.
Литература
1. Брауде Э. Технология разработки программного обеспечения. - СПб.: Питер, 2004. - 655 с.
2. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный словарь-справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Либерия, 2001. — С. 536
3. Task Force on Metadata. Summary Report. // American Library Association. — 1999. — Т. June.
4. D. C. A. Bultermann Is It Time For a Moratorium on Metadata? // IEEE MultiMedia. — 2004. — Т. Oct-Dec.
5. Лядова Л. Метамоделирование и многоуровне-
вые метаданные как основа технологии создания адаптируемых информационных систем
www.foibg.com/ibs isc/ibs-04/IBS-04-p20.pdf
6. Подвальный С. Л. Актуальные проблемы систем управления и информационных технологий/ С.Л. Подвальный, О.Я. Кравец // Информационные технологии моделирования и управления. 2012. Т. 78. № 6. С. 519-528.
7. Карпова И. П. Базы данных: учебное пособие. -Московский государственный институт электроники и математики (технический университет). 2009. http://window.edu.ru/resource/693/69693
8. Бачурина Л. А. Информационная система «Педагогические кадры региона», основанная на реляционной модели данных / Л.А. Бачурина, М.В. Богданова, С.Л. Подвальный // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 1. С. 106-109.
9. Подвальный С.Л. Разработка программных средств для создания и поддержки интернет-ресурса с использованием реляционной базы данных / С.Л. Подвальный, О.Б. Кремер, В.С. Болгов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 10. С. 12-14.
10. Подвальный С. Л. Разработка программных средств поддержки принятия решения для оптимизации траектории обучения / С. Л. Подвальный, О.Б. Кремер, Л.П Гаврикова // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Системный анализ и информационные технологии. 2007. № 1. С. 35-39.
11. Кремер О.Б. Создание программнометодического комплекса для поддержки принятия решений о траектории индивидуализированного обучения / О.Б. Кремер, С.Л. Подвальный // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т. 3. № 5. С. 103-106.
12. Кремер О.Б., Недикова Т.Н., Подвальный С.Л. Структура системы обработки данных в электронном учебно-методическом комплексе по дисциплине. // Труды международного симпозиума "Надежность и качество". 2010. Т. I. С. 137-139.
13. Подвальный С.Л. Разработка программного комплекса для автоматизации процесса создания специальных программных средств / С. Л. Подвальный, О. Б. Кремер, А. М. Белянин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 11. С. 199-201.
Воронежский государственный технический университет
METADATA AS THE BASIS FOR IMPLEMENTING SOFTWARE O.B. Kremer, T.N. Nedikova
Considered the creation of the metadata attached to a specific subject area, on examples of the development of automated information systems
Key words: metadata, data structure, the automated information system
