CC BY
55
Проблемы и решения автоматизации процесса сопровождения образовательного портала
Борисов Николай Анатольевич доцент, к.т.н., доцент кафедры МО ЭВМ факультета ВМК Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, (831)4623356 nborisov@inbox.ru
Карпенко Сергей Николаевич доцент, к.т.н., доцент кафедры МО ЭВМ факультета ВМК Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, (831)4623356 karpenko2911@gmail.com
Кузенкова Галина Владимировна доцент, к.х.н., доцент центра прикладной информатики факультета ВМК Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, (831)4623356 kuzenkovagv@mail.ru
Лебедев Илья Генадьевич инженер-программист факультета ВМК Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, (831)4623356 lebedev.ilya. g@gmail.com
Шестакова Наталья Валерьевна ассистент кафедры МО ЭВМ факультета ВМК Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, (831)4623356 4nvsh@mail.ru
Аннотация
В статье сформулированы направления для автоматизации процесса сопровождения образовательного портала. В качестве решения предлагаются дополнительные модули обработки результатов обучения и управления дистанционными учебными материалами портала. В работе обосновывается необходимость и предлагаются решения по автоматизации создания дистанционного учебного контента форматов SCORM и QTI. The directions for automating the maintenance of an educational portal are formulated in the article. Additional units for processing of learning outcomes and management of distance learning materials portal are offered as a solution. The necessity of automating the creation of distance learning content in SCORM and QTI formats is substantiated and the solutions are offered.
Ключевые слова
Системы дистанционного обучения, система обработки статистики результатов, модуль управления дистанционными учебными материалами, конвертор форматов, SCORM, QTI.
learning management system, statistics results processing system, control module of e-learning content, format converter, SCORM, QTI.
Введение
Внедрение в учебный процесс систем управления обучением (learning Management System, LMS, системы дистанционного обучения СДО) [1-4] позволяет управлять содержанием обучения каждого обучаемого персонально, в зависимости от его способностей и демонстрируемых им результатов обучения. Опыт работы с различными системами дистанционного обучения (SharePoint Learning KIT, SharePoint LMS, СДО Магистр, MOODLE, СДО Мираполис) показывает, что их функциональные возможности очень близки. Несмотря на различие на концептуальном уровне, в каждой системе есть широкие возможности создания учебного контента и управления процессом обучения и взаимодействия между участниками процесса. Разработчики учитывают веяния времени и предлагают разнообразный функционал, отвечающий требованиям учебного процесса. Тем не менее, остается трудоемкой организация загрузки исходного учебного материала, особенно для дисциплин математического и естественно-научного цикла. Например, в среде MOODLE основной является ручная постраничная загрузка учебного материала. Аналогично осуществляется загрузка рисунков и математических формул. Учитывая, что учебные материалы математических дисциплин могут содержать тысячи подобных объектов, данный подход неприемлем. Внешние редакторы контента в формате SCORM, AICC (или других современных форматов, отвечающих международным стандартам) и последующая загрузка ZIP-файла или QTI-пакета в систему более предпочтительны.
В основе системы дистанционного обучения факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) ННГУ лежат технологии Microsoft SharePoint Server 2010, SLK 2010 и Microsoft SQL 2008 Server. Для осуществления управления обучением развернута SharePoint LMS. Сопровождение и развитие систем дистанционного обучения на основе стандартных решений существенно ограничено отсутствием средств автоматизации ряда функций (сервисов) по информационному обеспечению процесса обучения, управлению дистанционным обучением, представлению результатов обучения. Деятельность преподавателя при применении стандартных функций для управления дистанционным учебным материалом также содержит множество рутинных операций, которые тоже должны быть автоматизированы. Таким образом, были выделены следующие направления разработки:
• создание системы рейтингов для сравнительного анализа результатов обучения,
• автоматизация управления дистанционными учебными материалами преподавателем,
• автоматизация создания дистанционных учебных материалов.
Представление статистики результатов обучения
В готовом решении SharePoint LMS существует возможность сразу получить информацию по результатам проделанной работы студентом по отдельному элементу контроля или по всем контролируемым заданиям одной дисциплины (функция Дневник). Однако этих данных не достаточно, чтобы увидеть состояние учебного процесса в целом.
Поэтому образовательный портал е-ВМК был дополнен системой обработки статистики результатов (Рейтинги). Система статистики результатов обучения реализуется в виде сайта. Под рейтинговыми показателями (рейтингами) на портале e-ВМК понимаются количественные оценки качества обучения студентов. Такими показателями могут быть: экзаменационные оценки, результаты тестирования, соблюдение сроков и степень выполнения лабораторных работ, изучение студентом выставленных на портале дополнительных тем, участие в студенческих проектах и т.д.
База данных портала обеспечивает накопление рейтинговых показателей. Для их демонстрации с помощью разнообразных визуальных форм представления (таблиц, графиков или диаграмм) разработаны веб части (веб часть - набор элементов управления, предназначенных для отображения на веб-странице некоторого контента), позволяющие пошагово получить рейтинговые данные в зависимости от запроса пользователя. На рисунке 1 представлен результат выбора некоторых параметров в веб частях системы рейтингов. Выбранные рейтинговые показатели будут выданы в виде отчетов формата Excel документа. В зависимости от выбора показателей отчеты могут быть следующих категорий:
• Сравнение собственно рейтинговых показателей нескольких дисциплин в одной группе или одной дисциплины в разных группах.
• Сравнение распределения рейтинговых показателей нескольких дисциплин в одной группе или одной дисциплины в разных группах.
• Сравнение минимальных, средних и максимальных рейтинговых показателей нескольких дисциплин в одной группе или одной дисциплины в разных группах.
Рис. 1. Веб части системы рейтингов для пошагового выбора показателей.
Для преподавателей рейтинги предоставляют необходимую обратную связь с результатами обучаемых. На основе показателей рейтингов выявляется уровень освоения студентами изучаемого учебного материала, оценивается степень выполнения заданий для самостоятельного обучения, проверяются итоги промежуточного контроля успеваемости в комплексе. По результатам анализа рейтингов преподаватели могут организовать повторное изучение сложных (недостаточно освоенных) учебных тем, разработать необходимые учебные материалы, выделить группу сильных или слабых студентов, построив для них индивидуальные образовательные траектории, и т.д.
Для студентов рейтинги позволяют самостоятельно оценивать свой уровень освоения учебного материала. Анализ рейтингов дает возможность студентам выделить недостаточно освоенные разделы изучаемых учебных материалов, сравнить свою успеваемость по разным учебным курсам, оценить свои результаты промежуточного контроля. Достигнутые рейтинговые показатели могут быть сопоставлены с результатами других студентов в группе или в других группах -
такое сравнение может привнести соревновательный момент в процесс обучения, порождая дополнительные стимулы к обучению.
Для администраторов (декана, заместителей декана, заведующих кафедрами) рейтинги предоставляют значительный объем информации для эффективного управления процессом обучения. Анализ рейтингов позволяет получить общую оценку успеваемости на факультете, на курсе, в отдельных группах, сравнить результаты обучения по разным учебным дисциплинам для всего факультета в целом и далее вплоть до отдельного студента, оценить динамику изменения результатов обучения и многое другое.
На портале е-ВМК имеется широкий набор визуальных средств для демонстрации рейтингов и их последующего анализа. Важно отметить, что имеющиеся формы представления рейтингов позволяют проводить сравнительный анализ не только самих рейтинговых показателей, но и оценивать их распределения и получать обобщенные (минимальные, средние, максимальные) показатели рейтингов. Такой сравнительный анализ можно проводить для нескольких выбранных групп студентов и разных учебных дисциплин.
На рисунке 2 сравниваются показатели по трем дисциплинам в одной группе. Графики показывают, что успеваемость по математическому анализу в указанной группе выше, чем по двум другим дисциплинам.
Рис. 2. Сравнение рейтинговых показателей нескольких дисциплин
в одной группе.
Результаты сравнения показателей могут быть представлены в виде таблиц, графиков, гистограмм, круговых или лепестковых диаграмм.
Модуль управления дистанционными учебными материалами преподавателем
Традиционный подход управления дистанционными учебными материалами в системах дистанционного обучения, как правило, основан на установлении доступа конкретного пользователя к конкретному учебному элементу (дистанционному курсу, теме, заданию и т.п.). Разработчиками игнорируется тот факт, что элементов управления и пользователей может быть огромное количество. Автоматизация сводится лишь к созданию групп пользователей, что не решает задачу снижения трудоемкости по повторному назначению учебного материала выборочно.
Предлагаемый подход состоит в следующем:
• Преподаватель формирует список тем и добавляет в каждую тему учебные материалы любых форматов (SCORM, doc, xls, pdf, и др.). При этом в список тем можно добавить (удалить) новую тему, в выбранную тему -добавить (удалить) новый материал, указав его тип (обязательный, самостоятельный)
• Преподаватель может назначать материалы студентам выборочно: а) назначить всем - помеченные материалы будут назначены всем студентам выбранных групп; б) назначить по выбору - откроется список студентов помеченной группы (в этом случае должна быть помечена только одна группа). В последнем случае выбранные материалы будут назначены индивидуально.
Данный принцип был реализован в процессе поиска оптимальной концепции образовательного портала для системы SharePoint Learning Kit (SLK). Для этого на сайт дисциплины устанавливался модуль управления дистанционным учебным материалом. На рисунке 3 представлен интерфейс модуля назначения материала, в котором реализована возможность быстрого назначения учебных материалов сразу по нескольким темам как индивидуально студенту, так и всей группе (или нескольким группам).
Рис. 3. Интерфейс модуля назначения учебного материала.
Для назначения материалов студентам, преподаватель в разделе «Темы дисциплины» выбирает тему, в разделе «Материалы темы» помечает назначаемые материалы, в разделе «Назначение материалов темы» помечает группы, которым будут назначаться материалы; устанавливает даты начала и завершения изучения; выбирает «Назначить всем» или «Назначить по выбору».
Таким образом, модуль позволяют выбрать индивидуальную образовательную траекторию для каждого студента или группы.
Автоматизация создания дистанционных учебных материалов
Один из важных моментов в работе системы дистанционного обучения - это быстрое создание и обновление дистанционных учебных материалов. Для создания учебных дистанционных материалов можно применить большое число программ (от программ-оболочек до универсальных профессиональных прикладных программных средств разработки). Как правило, концепция работы программ сводится к следующему: содержимое исходных файлов (текстовых документов, рисунков, аудио- и видео-файлов и т.п.) в ручном режиме вводится в новый проект редактора и затем конвертируется в требуемый формат, что требует значительного времени при разработке учебного материала. Часто определяющим фактором для создания учебных материалов является время. Наибольший интерес представляют программы-конверторы, которые непосредственно из исходных файлов автоматически создают дистанционный учебный материал (iSpring Prezenter, WordForce и др.), позволяющие дополнительно внедрять мультимедийные компоненты и интерактивные тестовые вопросы. Однако, следует сказать, что при применении коммерческого программного обеспечения для создания дистанционных учебных материалов мы сталкивались с определенными трудностями: технической несовместимостью итогового продукта (отсутствия идентификации как SCORM, не возвращение в систему результатов прохождения тестов или других заданий и др.), с искажением информации при конвертации (рисунков, видео, а также математических формул).
Из всего спектра программ для создания основных дистанционных учебных материалов нами были выбран редактор eAuhtor (компания Гиперметод), внутренний редактор тестов SharePoint LMS и разработано собственное программное обеспечение, устраняющее проблемы, описанные выше.
В целом разработка дистанционного учебного материала делится на несколько этапов:
1. Создание исходных файлов (конспекты лекций, материалы для практической работы и списки тестовых вопросов) в формате .doc или .docx.
2. Предварительная подготовка исходных файлов по устранению ошибок набора и форматирования, корректировка структуры содержимого.
3. Создание пакетов в требуемом формате для LMS.
Исходные материалы разрабатывают преподаватели предметники по шаблонам (стилевое оформление, требования к размещению иллюстраций, требования к формулам). Работа по второму и третьему этапу выполняется группой методистов портала е-ВМК. Объемы работы по каждому этапу могут быть очень большими в зависимости от сложности предмета и насыщенности формулами и иллюстративным материалом.
Применение шаблонов к текстовым документам существенно снизило трудозатраты последующих этапов, так как это способствовало единообразию представления учебного контента и лучшего понимания структурирования учебного материала в электронном виде. Кроме того, для преподавателей, привыкших работать с печатным документом, не были очевидны особенности веб-документов (например: не имеет значение тип выравнивания абзаца, некоторые символы в тексте и формулы,
набранные в виде текстовых символов, будут преобразованы в элементы, не соответствующие замыслу автора). Так, для борьбы с «неправильными символами» был разработан препроцессор, результатом работы которого был поиск символов, не соответствующих стандартной кодировочной таблице и последующая их замена на OLE-объекты MS Equation.
Разработано так же приложение (DocToScorm, разработчик Толстов А.В.) для быстрого преобразования готового учебного материала, созданного в приложении MS Word (как наиболее широко распространенного формата исходных учебных материалов) в документ формата SCORM. Работа приложения заключается в разбиении документа Word на части в формате html (разбиение документа на части происходит путем выделения стилей заголовков из документа, предварительно сохраненного с помощью Word в формате XML), редактировании манифеста SCORM-пакета imsmanifest.xml (с целью добавления информации об иерархии заголовков и связывания каждого из них с конкретной частью разбитого документа), последующая архивация в ZIP. Кроме того, программа позволяет в исходный документ Word вставить тестовые вопросы шести типов: множественный выбор, единичный выбор, найти соответствие, заполнение пробелов и др. Правильные и неправильные ответы можно снабдить комментариями. Данные для генерации вопроса вводятся в word документ с помощью ADDIN Field. В содержимое Field.Data структура записывается в XML-формате, закодированном Base64: <w:fldData xml:space="preserve">
PAA/AHgAbQBsACAAdgBlAHIAcwBpAG8AbgA9ACIAMQAuADAAIgAgA GUAbgBjAG8AZABpAG4AZwA9.. ,.AC8AQwBRAHUAZQBzAHQAaQBvAG4APgA= </w:fldData>
При конвертации документа из xml в html, структура считывается из ее записи в закодированном формате, и преобразуется согласно правилам, заданным в XSL шаблонах, соответствующих типу вопроса.
Программа при создании SCORM-пакета сохраняет авторское форматирование документа Word, адекватно переносит формулы, рисунки, таблицы, гиперссылки, сноски (как всплывающие окна). Преобразование подготовленного документа Word из 50 страниц (т.е. создание SCORM-пакета) осуществляется в течение 2 минут, Подготовка аналогичного пакета в стандартном редакторе (например, eAuhtor) требует 1,5 часа работы методиста.
Наиболее трудоемкой деятельностью является создание тестов по математическим дисциплинам, т.к. вопросы содержат большое количество формул и специальных символов. Как правило, в имеющихся программах предлагаются лишь такого типа решения: импорт вопросов из текстового файла. При этом импорт формул и рисунков не поддерживается. Более удобен для импорта в систему СДО формат QTI (QTI - Question and Test Interoperability - стандарт разметки вопросов и других учебных материалов). Программ для конвертации вопросов в формат QTI нами не было найдено. Поэтому была разработана программа WordToQTI, формирующая QTI-пакеты из файла Word.
Приложение работает автономно и по подготовленному по шаблону файлу формата «.doc» формирует QTI-пакеты для последующего использования на портале (после применения операции импорта). В исходном файле могут использоваться три типа вопросов (как наиболее часто используемые в нашей работе): одиночный выбор, множественный выбор, ввод значения. В тексте каждого вопроса могут быть картинки или формулы. Кроме этого, исходный файл должен содержать преамбулу с информацией о тесте: название темы, количество вопросов, продолжительность выполнения, минимальный и максимальный баллы за весь тест, процент правильных ответов, при котором тест считается пройденным. Результатом работы программы
будет архивный файл формата QTI. QTI-пакеты затем импортируются в тест SharePoint LMS.
Кроме значительной экономии времени создание дистанционных учебных материалов на основе стандартов в сфере электронного обучения (AICC, SCORM, QTI и др.) предполагает универсальность и межплатформенность разработки. Опыт развития нашего портала показал, что даже при необходимости изменения общего проекта (например, переход на более современные версии веб-стандартов), учебные материалы требуют несущественных доработок.
Разработка средств быстрого создания дистанционных учебных материалов позволяет существенно облегчить их обновление, что, несомненно, повышает их актуальность и способствует повышению качества обучения компьютерным технологиям в университете [7].
Это позволит осуществить перевод на новую техническую и методическую базу осуществляемых на факультете программ повышения квалификации по суперкомпьютерным технологиям [8-10]. При этом средствами портала возможно не только организовать обучение в указанном направлений, но и осуществлять сертификацию обучаемых [11].
Нижегородский государственный университет является одним из партнёров проекта «Современные образовательные технологии преподавания математики в инженерном образовании России», выполняемого в рамках программы Темпус IV (№ гранта: 543851-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR) при поддержке Европейской Комиссии. Основой проекта является возможность использования разрабатываемой консорциумом европейских вузов электронной системы поддержки обучения математике Math-Bridge, крупнейшей все-европейской платформе электронного обучения, открывающей онлайн доступ к разнообразным курсам по математике.
Данный проект профинансирован при поддержке Европейской Комиссии в рамках программы Темпус (№ гранта: 543851-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR). Эта публикация отражает исключительно взгляды авторов. Комиссия не несет ответственности за любое использование информации, содержащейся здесь
This project has been funded with support from the European Commission.
This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.
Заключение
Разработана система рейтингов, дающая основу для совершенствования образовательного процесса, повышения качества обучения, обеспечения возможности достижения личностно-ориентированного подхода к обучению.
Предложен принцип и реализован модуль управления дистанционными учебными материалами преподавателем за счет создания нескольких образовательных траекторий для одного студента или группы (групп) студентов (для системы SharePoint Learning Kit).
Разработаны программы для автоматизации создания дистанционного учебного контента. Предлагаемые разработки могут быть применены не только на платформе MS SharePoint 2010, но и в других системах, поддерживающих форматы SCORM и QTI.
Литература
1. Готская И. Б., Жучков В. М. Кораблев А. В. Выбор системы дистанционного обучения. URL: http://ra-kurs.spb.ru/2/0/2/1/?id=13 (дата обращения: 12.07.2014).
2. Системы дистанционного обучения (обзор). URL: http://swsu.org/index.php?gpunkt=16&punkt=0# (дата обращения: 12.07.2014).
3. Критерии выбора системы дистанционного обучения. Обзор рынка технологий дистанционного обучения в СНГ, Т. 5, 2011. URL: http://student-madi.ru/METODIKA/Tom5 .pdf (дата обращения: 12.07.2014). (дата обращения: 12.07.2014).
4. Богомолов В. А. Обзор бесплатных систем управления обучением // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2007. - V.10. - №3. - C.439-459. - ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/depository/v10_i3/pdf/9_bogomolov.pdf
5. Гергель В. П., Карпенко С. Н., Кузенкова Г. В., Шестакова Н. В. Применение дистанционных образовательных технологий в классической системе образования факультета ВМК // Современные информационные технологии и ИТ-образование / Сборник докладов научно-практической конференции: учебно-методическое пособие / под ред. В.А. Сухомлина. М.: ИНТУИТ.РУ, 2009. - С. 193-199.
6. Гергель В. П., Карпенко С. Н., Кузенкова Г. В., Шестакова Н. В. Концепция образовательного портала факультета классического вуза // Современные информационные технологии ИТ-образование / Сборник избранных трудов VI Международной научно-практической конференции: учебно-методическое пособие. Под ред. проф. В.А. Сухомлина. М.: ИНТУИТ.РУ, 2011. - С. 460-465.
7. Стронгин Р. Г., Швецов В. И., Гергель В. П. Обеспечение качества преподавания информационных технологий в нижегородском государственном университете // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Инновации в образовании. 2005, № 1. - С. 79-85.
8. Воеводин В. В., Гергель В. П. Суперкомпьютерное образование: третья составляющая суперкомпьютерных технологий // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 2010, Т 11, № 2. -С. 117-122.
9. Гергель В. П., Линев А. В., Мееров И. Б., Сысоев А. В. Об опыте проведения программ повышения квалификации профессорско-преподавательского состава по направлению высокопроизводительные вычисления // Открытое и дистанционное образование, 2010, № 3. - С. 15-20.
10. Баркалов К. А., Гергель В. П., Гергель А. В., Мееров И.Б., Сысоев А. В. Организация и проведение всероссийской школы по суперкомпьютерным технологиям // Открытое и дистанционное образование, 2010, № 2. - С. 24-29.
11. Гергель В. П., Мееров И. Б., Сысоев А. В., Русаков А. В., Одинцов И. О., Самофалов В. В. Программа профессиональной сертификации по параллельному программированию // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского, 2012, № 4-1. - С. 41 -44.
