CC BY
18
построение и использование электронных ресурсов на основе инструментального портала:
_____ ________и _
подход типовых моделей данных*
З. В. Бляндинл, В. Г. Казаков Новосибирский государственный университет, Россия e-mail: bayandina@phys.nsu.ru
Development and usage of electronic resources based on an instrumental portal is addressed. A typical data model approach is suggested, these data models can be used for designing various electronic resources.
Введение
В настоящее время широко развернулось строительство Интернет-порталов. Современные портальные технологии, предоставляя пользователям единую точку доступа к информации определенной тематики и принимая на себя доставку информации и взаимодействие с пользователем, наилучшим образом отвечают потребностям сегодняшнего дня. Популярность порталов связана с их беспрецедентной доступностью для пользователей, которые могут взаимодействовать через готовое высококачественное, своевременно модифицируемое, профессионально поддерживаемое программное обеспечение (ПО) без каких-либо затрат на его создание и сопровождение.
Целью проекта являлись разработка и организация открытой многофункциональной сетевой среды создания электронных средств обучения (ЭСО) как инструментального портала, доступного широкому кругу разработчиков и авторских коллективов. Важнейшими факторами, обеспечивающими эффективность инструментального портала, являются его высокая доступность для авторов ЭСО (исключается необходимость приобретения, установки и сопровождения ПО, снижаются требования к компьютерным ресурсам) и возможность коллективной работы авторских групп без ограничений на их территориальную и временную удаленность [1].
Основным технологическим решением является построение портала как информационной системы на основе мультимедиа баз данных (БД) учебных материалов, опубликованных в Интернет. В качестве метамодели БД портала используется оригинальная
*Часть исследований и разработок, описанных в статье, выполнена в рамках проекта "JointLab" — JEP-24025-2003 (программа EU-Tempus-Tacis) и при финансовой поддержке Министерства науки и образования РФ (программа "Развитие научного потенциала высшей школы", подпрограмма 3, № 8272).
© Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук, 2005.
документарно-фактографическая модель, сочетающая достоинства реляционного и объектного подходов с элементами XML-технологий и механизмами гипертекстовых систем. Программное обеспечение портала строится в трехуровневой архитектуре. Единственным ПО клиентской стороны является стандартный web-браузер. Серверный уровень представлен реляционной СУБД с возможностью масштабирования в соответствии с задачами портала (Interbase, MS SQL, Oracle) [2, 3].
При разработке научно-образовательных Интернет-ресурсов нами традиционно использовался подход построения ресурса "с нуля", когда автор ресурса взаимодействовал с проектировщиком модели данных, они вместе формулировали требования, на основе которых в дальнейшем реализовывалась модель данных ресурса. Инструментальный портал не предполагает такого индивидуального подхода для построения каждого ресурса: планируется, что автор будет работать с порталом удаленно через web-браузер без участия проектировщика модели данных. Следовательно, нужно обеспечить автора ресурса инструментами для самостоятельного построения модели данных, а при создании этих инструментов учесть, что автор может не обладать навыками проектировщика модели данных.
Для решения этой задачи можно воспользоваться одним из следующих средств:
— единственная фиксированная модель данных, описывающая все возможные варианты использования, которые могли бы заинтересовать большинство авторов ресурсов;
— набор фиксированных моделей данных, из которых автор может выбрать одну для реализации в начале работы над ресурсом;
— инструментарий построения или настройки моделей данных в терминах автора ресурса (например, модель данных генерируется на основе ответов автора ресурсов на некоторый набор вопросов).
Состояние реализации поддержки работы с различными моделями данных в существующих программных продуктах
Существующие программные продукты по работе с моделями данных можно разделить на две большие группы:
• Программные продукты, специализированные для одной предметной области и работающие с одной фиксированной моделью данных. Примеры таких продуктов для разработки ЭСО рассматриваются в [2]. Следует отметить, что большинство программных продуктов для разработки ЭСО не поддерживает возможность модификации модели данных в течение жизненного цикла ресурса и, как правило, возможности для проектирования модели данных при начальной настройке ресурса.
• Универсальные программные продукты. Как правило, это надстройки над СУБД, которые позволяют получить модель данных практически любого уровня сложности. При этом проектирование модели данных является нетривиальной задачей и каждая созданная модель данных — штучный проект.
Таким образом, нам неизвестны программные продукты, которые позволяют легко создавать и использовать различные модели данных, использовать существующие модели данных повторно и модифицировать модели данных в течение всего жизненного цикла ресурса.
ПОСТРОЕНИЕ РЕСУРСОВ НА ОСНОВЕ ПОРТАЛА
25
1. Подход на основе типовых моделей данных
Инструментальный портал позволяет создавать и использовать несколько типовых моделей данных. В составе инструментального портала нами была разработана модель данных электронного учебника. Портал позволяет создавать не только типовые модели данных для электронного учебника, но и другие типы достаточно сложных моделей данных, например модель данных системы тестирования и модель данных виртуального музея. Все эти три типовых модели обладают общими чертами (хранение больших объемов однотипных данных, использование описаний объектов в виде нерегулярных структур данных и т. п.).
1.1. Типовая модель данных электронного учебника
Для разработки типовой модели данных электронного учебника использовался опыт создания следующих электронных ресурсов, разработанных в Мультимедиа-центре НГУ:
1. Учебник для средней школы "Родная история" — http://mmedia.nsu.ru/history [4].
2. Учебный ресурс "Физика атомов и молекул" — http://i-portal.nsu.ru/atom [5].
3. Спецкурс "Средневековое книжное искусство" — http://i-portal.nsu.ru/art [6].
4. Учебный ресурс "Православная культура" — http://mmedia.nsu.ru/culture [7]. Основные элементы модели:
— класс Раздел учебника — класс-контейнер для Глав учебника;
— класс Глава — класс-контейнер для Уроков учебника;
— класс Урок — класс, содержащий основную информацию об уроке: название, связи со страницами урока, списками контрольных вопросов к уроку и т. п;
— класс Страница урока — класс, представляющий собой логически выделенную часть урока, как правило, это несколько абзацев текста и при необходимости иллюстрация. В тексте могут встречаться гипертекстовые ссылки на справочный материал и математические формулы.
Принципиальная схема такой модели представлена на рис. 1 (данная схема не отражает деталей реализации и иллюстрирует только взаимодействие основных классов модели и связи от этих классов к другим типам классов).
Рис. 1. Принципиальная схема типовой модели данных электронного учебника.
1.2. Типовая модель данных виртуального музея
Типовая модель данных виртуального музея разработана на основе опыта создания электронных ресурсов:
1. Учебник для средней школы "Родная история" — http://mmedia.nsu.ru/history (одной из частей этого ресурса является виртуальный музей) [4].
2. Интернет-ресурс "Археологический -№еЬ-музей" — http://mmedia.nsu.ru/museum [8].
3. Интернет-ресурс "История информатики" — http://mmedia.nsu.ru/infohistbd [9].
Основными элементами модели являются:
— класс Коллекция — класс-контейнер для Экспонатов музея. Используется для классификации большого количества Экспонатов (как правило, одного типа). Предполагается, что каждый Экспонат содержится, по крайней мере, в одной Коллекции;
— Экспонат — один из возможных типов классов, характерных для экспонатов музея (Фотография, Документ, Письмо) или классов, представляющих специализированные типы экспонатов (например, в ресурсе "Археологический то^Ь-музей" были разработаны классы Музейный объект и Петроглиф, предназначенные для хранения специализированных научных данных);
— класс Экспозиция — класс-контейнер для Стендов. Класс предназначен для представления выделенных Экспонатов музея, класс спроектирован специально для постоянного отображения выделенных Экспонатов музея. Стенд может не содержаться ни в одной Экспозиции, а может сразу в нескольких Экспозициях;
— Стенд — класс-контейнер для Экспонатов стенда. Предназначен для группировки тематически связанных Экспонатов музея (обычно содержит Экспонаты разных типов);
Рис. 2. Принципиальная схема типовой модели данных виртуального музея.
ПОСТРОЕНИЕ РЕСУРСОВ НА ОСНОВЕ ПОРТАЛА
2 7
— Экспонат стенда — класс-оболочка для объекта Экспонат. Содержит информацию об Экспонате, специфическую для определенного Стенда (обычно текстовый атрибут). Экспонат стенда связан ровно с одним из Экспонатов. Экспонат может быть связан с несколькими Экспонатами стендов, а может быть не связан ни с одним из них. В последнем случае доступ к Экспонату возможен только через Коллекцию. Такой подход обычно используется для ресурса научного назначения, когда регистрируется большое количество Экспонатов, а лишь некоторые из них выставляются для общего просмотра.
Принципиальная схема такой модели представлена на рис. 2 (данная схема не отражает деталей реализации и иллюстрирует только взаимодействие между основными классами модели и связи от этих классов к другим типам классов).
1.3. Типовая модель данных системы тестирования
Типовая модель данных системы тестирования разработана на основе опыта создания следующих электронных ресурсов:
1. Учебник для средней школы "Родная история" — http://mmedia.nsu.ru/history (одной из частей этого ресурса является система тестирования) [4].
2. Учебный ресурс "Православная культура" — http://mmedia.nsu.ru/culture [7].
Основными элементами модели являются:
— класс Тест — класс-контейнер для Вопросов, используется для организации вопросов по определенной тематике. Один Вопрос может содержаться в нескольких Тестах;
— Вопрос — один из возможных типов классов, представляющих вопрос: выбор одного ответа из нескольких, выбор нескольких правильных ответов, упорядочение списка, сопоставление изображений с ответами и т. п.;
— классы, отвечающие за выставление баллов и хранение ответов, данных каждым участником тестирования.
Заключение
Мультимедиа-центром НГУ создан прототип инструментального портала с возможностью построения типовых ЭСО. Ведется разработка прототипов типовых моделей данных: система тестирования и виртуальный музей. Таким образом, реализован подход построения набора фиксированных моделей данных, из которых автор может выбрать одну для реализации. В дальнейшем планируется разработка инструментария построения или настройки моделей данных в терминах автора ресурса.
Прототип портала прошел полный цикл апробации. Два учебных ресурса, построенных в этой системе, стали номинантами конкурса "Образование в Рунет" (http://konkurs.audito-rium.ru). Учебный ресурс "Физика атомов и молекул" с использованием моделей физических явлений (реализованы на языке Java) и представлением математической нотации на языке MathML стал лауреатом конкурса студенческих работ IEEE и был удостоен малой золотой медали Сибирской ярмарки на выставке "УЧСИБ-2004" в номинации "Электронный учебник" (http://i-portal.nsu.ru/atom).
Список литературы
[1] Казаков В.Г., БАяндинА З.В. Инструментальный портал разработки электронных средств обучения // Тр. X Всерос. научно-метод. конф. Телематика'2003. СПб., 2003. Т. 1. С. 197-198.
[2] БАяндинА З.В., Задорожный А.М., Казаков В.Г. и др. Организация информации в учебных ресурсах, построенных на базах данных: решение на основе метамодели данных // Вест. НГУ. Сер. Информационные технологии. 2004. Т. 1, вып. 2. С. 73-90.
[3] БАяндинА З.В., Мозлов Е.В. Построение информационных систем образовательно-научного назначения на основе баз данных, опубликованных в Интернет: подход к реализации архитектуры // Там же. С. 97-106.
[4] Разработка мультимедиа учебного пособия на CD-ROM по курсу "Родная история". Научно-техн. отчет / НГУ. Рук. темы А.М. Задорожный; Исполнители В.Г. Казаков, Е.Г. Алексеев, Т.Е. Алексеева и др. Новосибирск, 1998. 16 с.
[5] Казаков В.Г., Николаев А.Н., Оришич А.М. Построение Интернет-ресурсов вуза в области физико-математических дисциплин на основе БД учебных материалов // Тез. Между-нар. научно-метод. конф. "Новые информационные технологии в университетском образовании". Новосибирск, 2001. С. 64-65.
[6] Емельянов П.Г., Казаков В.Г., Лебедев И.А., Панина Н.Л. Учебно-исследовательская гипермедиа-система по истории книги // Матер. Междунар. научно-практ. конф. "Новые информационные технологии в университетском образовании". Новосибирск, 1999. С. 70-71.
[7] Казаков В.В., Аникеева А.В., Отмахова С.О. Технология разработки мультимедиа-учебника "Православная культура" // Тез. докл. XI Междунар. студенческой школы-семинара "Новые информационные технологии". Крым, Судак, 2003. Т. 2. С. 405-407.
[8] Хаславская Л.М., Казаков В.Г., Задорожный А.М. и др. Создание компьютерного курсового обеспечения "Древнее искусство Сибири" по курсу археологии и этнографии // Матер. Междунар. научно-метод. конф. "Новые информационные технологии в университетском образовании". Новосибирск, 1997. С. 89-90.
[9] Отмахова С.О., Казаков В.В. Виртуальный архив "История отечественной кибернетики и информатики" // Тез. докл. XI Междунар. студенческой школы-семинара "Новые информационные технологии". Крым, Судак, 2003. Т. 2. С. 403-405.
Поступила в редакцию 18 марта 2005 г.
