CC BY
196
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 004.75
ОРГАНИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА СТУДЕНТА ВУЗА
В. Г. Гришаков,
канд. техн. наук И. В. Логинов,
канд. техн. наук Академия ФСО России
Проводится обзор и отмечаются недостатки современных методов построения автоматизированных рабочих мест студентов высших учебных заведений. Обосновывается система требований к рабочему месту студента. Предлагается для организации рабочего места использовать сервис-ориентированный подход и мобильные хранилища данных.
Ключевые слова — автоматизированное рабочее место студента, информационно-вычислительная система вуза, хранилище данных, сервис-ориентированный подход.
Введение
Развитие образовательных процессов в высшей школе характеризуется широким внедрением информационных технологий. Не используя их, сегодня нельзя обучаться на технических специальностях и очень проблематично — на гуманитарных. Эффективность обучения студента напрямую связана в том числе и с эффективностью его рабочего пространства, правильная организация которого позволяет сократить непродуктивные затраты, в первую очередь временны е, на выполнение рутинных функций.
Основным элементом рабочего пространства является автоматизированное рабочее место (АРМ), с использованием которого решаются задачи, возникающие в процессе обучения. В вузе выделяются три основные категории сотрудников: научно-педагогические работники, студенты и обслуживающий персонал. Наиболее многочисленной категорией являются студенты, при этом степень автоматизации их деятельности средствами АРМ — наименьшая. В настоящее время студенты свое рабочее пространство, в том числе АРМ, организуют самостоятельно в соответствии с имеющимися у них навыками и знаниями, в большинстве случаев бессистемно и хаотично. Такая ситуация приводит к неэффективной организации деятельности студентов и предполагает на-
личие значительных резервов по повышению качества их обучения.
Анализ области исследования показывает, что, несмотря на общие усилия по повышению информатизации общества и вузов в частности, организации АРМ студентов не уделяется достаточно внимания с точки зрения как научного обоснования, так и практического внедрения. Под АРМ студента в основном понимается ПЭВМ с набором офисного программного обеспечения, специализированного программного обеспечения в рамках конкретных дисциплин, со средством доступа к информационно-вычислительной сети (ИВС) вуза и Интернету [1]. Развитие АРМ происходит по следующим основным направлениям:
— увеличение количества прикладных сервисов и функций, предоставляемых студенту через его АРМ, как в автономном, так и в сетевом режиме ИВС вуза [2] (совершенствуется доступ к информационным ресурсам, расписанию, оценкам, отчетностям и т. д.) на основе порталов, web-сайтов, средств коллективной работы и систем электронного документооборота;
— совершенствование интернет-АРМ, особенно используемых в рамках дистанционного обучения [3], при этом повышается эффективность средств коммуникации и расширяется доступ к информационным ресурсам (разработано множество систем, например: Student workstation DLS,
NetOp school, DL and Asymetrix toolbook, «Доцент», «Прометей», «ИДО МЭСИ», EN LINEA);
— совершенствование лабораторных стендов как составляющих АРМ в основном для технических (электроника, электротехника, физика), биологических (физиология, биология), телекоммуникационных (сетевое и системное администрирование, управление безопасностью), компьютерных (программирование, тестирование) дисциплин [4, 5];
— совершенствование средств и систем автоматизации обучения (Learning Management System — LMS и аналогичных систем), реализующих и часть функций автоматизации деятельности обучаемых (MOODLE, Sakai, ATutor, Claro-line, OLAT) [6].
При этом научно-техническая работа в области автоматизации деятельности преподавателя ведется более активно [7, 8]. В рамках указанных исследований решена часть задач, связанных со сложностью процесса автоматизации обучения, определяемая такими его особенностями, как многоплановость, творческая направленность, активность, отсутствующими во многих рутинных профессиях (делопроизводстве, бухгалтерии, учете). В то же время недостаточно внимания уделяется мобильному характеру работы преподавателей и студентов (в различных аудиториях, дома, на конференциях).
Анализ существующих наработок по организации АРМ студентов показывает отсутствие научно обоснованных требований к его архитектуре и набору функций в целом. При этом по отдельным направлениям автоматизации деятельности студента, в частности обучения по некоторым специальностям, элементы АРМ присутствуют. Поскольку в настоящее время только в России насчитывается не менее 3 млн студентов, обоснование архитектуры и принципов организации АРМ студента является актуальной задачей, решение которой позволит существенно повысить эффективность образовательного процесса.
Анализ процесса обучения студента с точки зрения его автоматизации
Процесс обучения является творческим и предполагает длительный срок, в течение которого происходит освоение большого объема разнообразной информации, развитие навыков и умений и становление компетентного специалиста. Для этого в процессе обучения студент работает на нескольких пространственно разнесенных АРМ: домашнем ПЭВМ, ноутбуке или нетбуке, терминальном устройстве, входящем в состав ИВС вуза, мобильном телефоне (коммуникаторе), а также на других, более редко используемых технических средствах.
Основу рабочего пространства студента составляет распределенное хранилище данных и набор программного обеспечения по их обработке, включающий средства непрерывного обучения. В хранилище данных студента входят личная, развлекательная и специальная (по изучаемым дисциплинам) информация, которая представлена документальными и мультимедийными данными. Перенос локальных данных между удаленными рабочими местами осуществляется с использованием внешнего носителя (обычно флеш-диска), объем которого значительно меньше хранилища данных. Физическое представление информации в настоящее время организовано хаотично (используется несколько типов носителей, данные хранятся в слабоструктурированном виде, применяется файловое хранилище). Протоколы взаимодействия между различными субъектами (студент — студент, студент — преподаватель, студент — родственник) четко не определены и устанавливаются в зависимости от навыков субъектов и образованности в области информатики, что приводит к значительным затратам времени на последующее упорядочивание информации. Размер хранилища данных составляет в среднем несколько сотен гигабайт и сотен тысяч документов, что сопоставимо с размером сайтов крупных корпораций. Прикладные сервисы по обработке данных предоставляются как установленным программным обеспечением, так и ИВС вуза, при этом их качество зачастую не удовлетворяет потребностям студентов.
Следует отметить, что существуют технологии организации АРМ на основе удаленного доступа к рабочему столу (через RAdmin, Х^егуег, MSTSC) за счет применения подгружаемых виртуальных машин, а также на основе порталов вузов и онлайновых сервисов. Однако они имеют недостаток, связанный, в первую очередь, с требованием наличия постоянного доступа к серверу для загрузки оболочки и документов, который ограничен каналом связи. При этом работа с мультимедийными данными без их предварительной загрузки затруднительна. Вторым недостатком является сложность обеспечения защиты данных в связи с их удаленным хранением, что накладывает определенные ограничения на использование рассматриваемых технологий.
Множество рабочих мест студента и средства автоматизации образуют распределенное АРМ студента, которое, с одной стороны, является составной частью ИВС вуза, а с другой — выступает в роли домашнего мультимедийного центра. Анализ существующих ИВС вузов показывает, что АРМ студентов занимают в них около 70-80 % от всех АРМ и около 50-70 % от общего количества терминальных устройств, что определяет
важность рассматриваемой составляющей для процессов совершенствования ИВС вузов.
Система требований к функциональным возможностям АРМ студента
Отличие АРМ студента от используемых в других предметных областях заключается в функциональных требованиях к нему [9, 10]. В АРМ студента входят следующие функциональные блоки: система хранения данных, набор системных и прикладных сервисов (в первую очередь по обучению), набор методических средств обучения работе на АРМ.
В соответствии с общими принципами построения АРМ должно обеспечивать дружественный интерфейс по взаимодействию как с пользователем, так и с внешними системами. Должна обеспечиваться возможность настройки интерфейса (внешнего вида, стилей, цветовых гамм), количества подключаемых и отображаемых модулей с использованием генераторов интерфейса. Следует отметить, что в настоящее время понятие «дружественный интерфейс» реализуется многими лидерами разработки программного обеспечения и web-сайтов и предполагает удобство как с точки зрения взаимодействия с интерфейсом, так и с точки зрения цветового восприятия. Методические средства обучения работе на АРМ должны обеспечивать обучение студента работе с сервисами в режиме реального времени при выполнении конкретной задачи.
К системе хранения данных предъявляются требования по автоматической настраиваемой индексации и осуществлению синхронизации распределенных узлов хранилища данных в автоматическом режиме. При этом время доступа к данным должно быть меньше времени поиска информации во внешних информационных системах (ИВС вуза или Интернете), что в большинстве информационных систем не реализуется. Системные сервисы должны обеспечивать функции коммуникации, защиты данных, хранения в автоматическом режиме без дополнительных действий пользователя. Дополнительно должна быть предоставлена возможность подключения к сторонним автоматизированным обучающим системам с использованием технологий, реализуемых вузом. Прикладные сервисы должны обеспечивать функционал, достаточный для эффективного обучения: просмотр, редактирование и подготовку документов всех распространенных форматов; поиск данных во внутренних и внешних информационных базах данных и знаний по запросу пользователя; информирование и напоминание о событиях; планирование работ. Подключение новых сервисов должно производиться в автоматическом режиме по запросу пользователя.
Модель АРМ студента и его место в составе ИВС вуза
Автоматизированное рабочее место студента в соответствии со своим предназначением входит в состав корпоративной ИВС вуза [11]. Исходя из организационной структуры корпоративной ИВС вуза подсистемы вуза осуществляют взаимодействие с АРМ студента путем генерации управляющих воздействий и ведения автоматизированного обучения (рис. 1).
Представленная система требований предполагает многоуровневую модель АРМ студента (рис. 2). Основой АРМ является распределенное хранилище данных, между узлами которого отсутствуют постоянные физические связи. Для синхронизации и репликации данных должны быть разработаны специализированные прикладные протоколы [12]. Система управления хранилищем управляет распределенным хранилищем данных, выполняет функции ввода, упорядочивания, репликации, выборки, классификации, индексации и выдачу затребованных данных в структурированном виде.
Рис. 1. Место АРМ студента в составе корпоративной ИВС вуза
Внешние
информационные
системы
Прикладные сервисы
Передача
инфор-
мации
Системные
сервисы
Хранилища данных
Обмен
файлами
Пользователь АРМ студент
Система управления АРМ
Прикладные сервисы
Системные сервисы
Система управления хранилищем данных
Распределенное хранилище данных
Рис. 2. Организационная модель АРМ студента
Системные сервисы отвечают за выполнение системных функций: хранения данных, защиты, коммуникаций, документооборота и т. д.
На основе системных базируются прикладные сервисы, которые выполняют отдельные функции, связанные с процессом обучения и обеспечением иных потребностей. Система управления управляет всем АРМ как в автоматизированном режиме путем определения настроек и обучения, так и в автоматическом режиме, обеспечивая взаимодействие всех элементов АРМ. Студент, как пользователь АРМ, для выполнения своих задач обращается через пользовательский интерфейс к системе управления и прикладным сервисам.
На всех уровнях АРМ осуществляется взаимодействие с внешними информационными системами: обмен файлами, данными, пользовательской и управляющей информацией. Каждый уровень многоуровневой модели АРМ студента должен удовлетворять предъявляемым требованиям по функциональным возможностям, обеспечению совместимости и масштабируемости.
Перспективный вариант реализации АРМ студента
Перспективным направлением развития АРМ студента является его реализация на основе сервис-ориентированного подхода, широко внедряемого в ИВС вузов [13]. При этом в качестве
основного варианта предлагается использовать веб-сервисы, которые в настоящее время фактически стали стандартным средством предоставления доступа в Интернет. Перспективное АРМ состоит в общем случае из нескольких связанных терминалов (рис. 3).
Каждый терминал включает web-сервер и web-браузер. Web-сервер осуществляет две основные функции — предоставление набора локальных сервисов студенту (доступ к программным сервисам и данным) и взаимодействие с внешними системами: другими терминалами АРМ (репликация данных, доступ к сервисам), порталом вуза (а через него — к автоматизированным обучающим системам) и сторонними информационными системами Интернета. При этом программное обеспечение АРМ представляет собой слабосвязанную систему, обладающую масштабируемостью и повышенной управляемостью. Корпоративный портал вуза должен обеспечивать единство технологий предоставления прикладных сервисов. Создание АРМ на основе сервис-ориентированной архитектуры должно выполняться в следующей последовательности:
— разработка архитектуры АРМ, интерфейсов и протоколов взаимодействия прикладных и системных сервисов;
— реализация системных сервисов и организация распределенного хранилища данных, особая роль при этом должна быть уделена разработ-
Информационные Ї
системы Интернета 1 Портал вуза
-| , і
Предоставление сервисов и обмен данными
Хранилище данных
Программы как сервис -----
Web-cepвep терминала ► Web-cepвep терминала
►
Специальным образом сконфигурированный шеЬ-браузер терминала
Средства настройки и управления
Терминал 1 АРМ студента
Сервисы і і Данные Репликация данных і Данные і
' ' ' ' ' V
Хранилище данных
Сервисы
Специальным образом сконфигурированный шеЬ-браузер терминала
Средства настройки и управления
Терминал 2 АРМ студента
Рис. 3. Вариант организации АРМ студента
ке механизмов репликации актуальных данных и подгрузке дополнительных, отсутствующих на текущем терминале;
— реализация критических прикладных сервисов с возможностью динамического подключения новых с более развитой функциональностью;
— разработка и внедрение прикладных сервисов в рамках обеспечения образовательных процессов.
Для web-браузера должны быть разработаны надстройки, позволяющие гибко настраивать АРМ студента, по аналогии с конструктором АРМ КАСКАД, прототипы которых широко распространяются многими операторами телематических услуг.
Литература
1. Horvath L., Rudas I. Course Modeling for Student Profile Based Flexible Higher Education on the Internet // Journal of Universal Computer Science. 2006. Vol. 12. N 9. P. 1254-1266.
2. Положение об автоматизированном рабочем месте (АРМ). — Сыктывкарский лесной институт, 2008. — 4 с.
3. Печатнов В. В. Автоматизированная система дистанционного обучения «Доцент» // Материалы обучающего семинара для работников образования по проекту «Развитие заочной распределенной многопрофильной школы Алтайского края», Барнаул, 26-27 января 1996 г. / Барнаульской гос. пед. ун-т, 1996. С. 9.
4. Дмитриев В. М., Коротина Т. Ю. Автоматизация процесса группового проектного обучения // Докл. ТУСУР. 2008. № 2(18). Ч. 2. С. 125-130.
5. Дмитриев В. М., Кураколов А. Н. Лабораторное автоматизированное рабочее место // Вестник Московского гос. пед. ун-та. Сер. Информатика и информатизация образования. 2005. № 4. С. 55-59.
6. Богомолов В. А. Обзор бесплатных систем управления обучением // Образовательные технологии и общество. 2007. № 10(3). С. 439-459.
7. Григорьева К. В. Разработка АРМ преподавателя для управления качеством обучения: дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2003. 178 с.
Заключение
В статье аргументирована актуальность выработки научно обоснованных требований к АРМ студента вуза. Показана система функциональных требований, определяющих архитектуру АРМ, и построена его организационная модель, представленная в виде многоуровневой схемы. При создании АРМ в качестве перспективного принимается сервис-ориентированный подход, обеспечивающий гибкость, управляемость и масштабируемость АРМ. Направление дальнейших исследований заключается в детализации требований и выработке вариантов АРМ с реализацией интерфейсов и протоколов взаимодействия.
8. Лежебоков А. А., Гладков Л. А. АРМ преподавателя с интеллектуальной поддержкой // Программные продукты и системы. 2005. № 4. С. 12.
9. Шураков В. В. и др. Автоматизированное рабочее место для статистической обработки данных. — М.: Финансы и статистика, 1990. — 190 с.
10. Извозчикова С. А., Комнатова В. В., Непша А. А. Создание автоматизированного рабочего места по оценке информационных ресурсов // Изв. Оренбургского гос. аграрного ун-та. 2009. Е. 4. № 24-1. С. 147-149.
11. Крюков В. В., Шахгельдян К. И. Корпоративная информационная среда вуза: методология, модели, решения: монография. — Владивосток: Дальнау-ка, 2007. — 308 с.
12. Логинов И. В. Организация мобильного хранилища данных в составе распределенного АРМ // Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТН0П-2010: Материалы IV Меж-дунар. науч.-техн. конф., Орел, 22-23 апреля 2010 г. В 5 т. Т. 4. С. 62-66.
13. Соловьев В. М. Средства сервис-ориентированной архитектуры в образовании // Тр. XIV Всерос. науч.-метод. конф. «Телематика 2007», Санкт-Петербург, 18-21 июня 2007 г. СПб.: ИТМО, 2007. С. 110-111.
