CC BY
25
УДК 004.896
А. Н. АФАНАСЬЕВ, Н. Н. ВОЙТ
РЕАЛИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРА СЦЕНАРИЯ ОБУЧАЮЩИХ КУРСОВ
Разработаны модель сценария обучения бизнес-процессам и проектированию изделий, а также интеллектуальный графический конструктор, реализующий модель сценария с целью синтеза компьютерных учебных курсов для проведения обучения без отрыва от производства в сокращённые сроки.
Ключевые слова: интеллектуальные системы обу фейсы.
Введение
Усложнение и появление новых технических объектов, сокращение сроков их проектирования, повышение качества проектных решений, появление новых САПР и множество развивающихся САПР требуют постоянного повышения квалификации инженеров предприятий.
Компьютерные системы обучения обеспечивают подготовку (переподготовку) инженерных кадров без отрыва от производства. В основе математического обеспечения таких систем положены компьютерные модели и методы, представляющие уровень готовности инженера к решению проектных задач, процесс обучения, предметную область проектной деятельности и информационные потоки данных процесса обучения. Указанные модели соответствуют международному стандарту IEEE Р1484.1 технологий обучения [1].
Наиболее перспективным направлением развития компьютерных систем обучения является их интеллектуализация, обеспечивающая повышение эффективности обучения (обучение в сокращённые сроки, повышение качества содержания обучения, учёт индивидуальных проектных характеристик обучаемого инженера, гибкость обучения).
В статье представлен результат по разработке теоретико-множественной модели сценария компьютерной системы обучения «Конструктор Сценариев Обучающих Курсов» КСОК [2], а также описана реализация КСОК.
Теоретико-множественное описание
модели сценария
Модель сценария представляет собой ориентированный граф. Множество вершин графа кроме «обучающих» (к ним прикреплены
© Афанасьев А. Н., Войт Н. Н., 2011
шя, проектная деятельность, графические интер-
теоретико-практический материал и проектные задания), содержит контрольные вершины, в которых выполняется процедура диагностики, определяющая уровни знаний, умений, навыков и компетентности инженера, а также траекторию, по которой нужно двигаться далее обучаемому [3, 4].
Модель сценария имеет вид S cenar iy =
= {G{yertex, edge), Reflaction, Alternativ}, где Giyertex, edge) - ориентированный граф сценария;
vertex = {vi, /— 1,К } - множество атрибутивных вершин, K¡ G vertex;
edge= {e¿, i= 19E} - множество дуг,
Reflection = {Rfí, R/2, Rf% RJ4} -
множество гетерогенных отображений вершин в объекты проектирования (R/] - этапы, задачи,
процедуры, паттерны, RJ2 - тестовые вопросы,
Rf3 - практические проектные задачи, RJ% -
контрольные точки содержащие требуемые
(целевые) значения лингвистических критериальных параметров (проектных характеристик) .обучаемого инженера);
Alternativ= {vj, если v/инциндентиа vj и
V/"Ф Kj, vi<vj } - выбор обучаемым инженером траектории обучения из у/ неконтрольной вершины.
Каждому обучаемому инженеру свойственна конкретная роль в производственном цикле, которая закреплена документально должностными обязанностями на предприятии. С помощью сценария учитывается механизм ролей обучаемого.
Реализация системы КСОК
Функциональные возможности
КСОК обеспечивает следующие функциональные возможности.
1. Графическое построение статического сценария курса обучения и его редактирование.
2. Автоматизацию построения связей учебных элементов.
3. Использование гетерогенного (разнородного) учебного материала.
4. Использование средств САПР в учебных целях для моделирования, экспериментирования с объектами.
5. Разработку веб-ориентированного курса обучения.
6. Разработку веб-ориентированной проектной документации.
7. Демонстрацию построенного учебного курса.
8. Сохранение курса в формате SCORM-2004-стандарта.
Разработка системы КСОК соответствует критериям качества требований разработанной системы, определённых стандартом IEEE Std 830-1998.
Вспомогательными функциями являются:
1. Масштабирование изображения сценария с целью получения полного вида.
2. Цветовая настройка пользовательского графического интерфейса.
3. Автоматическое позиционирование и связывание вершин.
4. Автоматическое копирование содержания учебных элементов (файлов) в папку проекта сценария.
На рис. 1 представлена диаграмма вида деятельности КСОК. Пользователь запускает программу и создаёт новый сценарий либо открывает существующий, редактирует сценарий, сохраняет его и генерирует в автоматическом режиме HTML-файлы. Визуальная интерпретация сценария поддерживает интерактивный режим работы, навигационные функции перемещения по сценарию и служит для проверки сценария.
Пропуски некоторых операций построения сценария предусмотрены с помощью развилок, изображённых на рис. 1 ромбами.
Построение сценария имеет диаграмму видов деятельности, изображённую на рис. 2. Примитивами сценария являются вершины и дуги, нагруженные весами. Вершина имеет учебный материал, которым является файл.
Классы КСОК представлены на рис. 3, из которого видно, что документ состоит из одного сценария, агрегация вершин и дуг образует примитив.
Диаграмма вариантов использования КСОК представлена на рис. 4. Диаграмма деятельности (рис. 5) отражает поток управления между объектами.
Диаграмма управления КСОК
Основу диаграммы управления системы составляют три блока: разработчик курса.
система, обучаемый (рис. 6). Блок система является составным блоком и включает следующие блоки: интерфейс обработки событий и ошибок, логику программы, ввод/вывод данных, базу знаний, конечный продукт системы.
Блок интерфейс выполняет функции Windows-интерфейса. Блок обработка событий и ошибок выполняет функции слушателя (listener) событий и ловушек (catcher) ошибок программы. Блок логика программы включает внутреннюю структуру данных, процедуры и объекты программы. Составные части блока логика программы определяют цель и назначение программы. Блок база знаний включает учебный материал и тесты. Блок ввод/вывод управляет потоками данных и включает следующие операции: сохранить документ в файл, загрузить файл, сгенерировать сценарий. Конечный продукт системы включает набор html-файлов, которые работают как единое целое и составляют учебный курс.
Описание формата хранения данных
Разработан собственный формат хранения данных [5]. Шаблон формата файла следующий: vertexies | name | point | nameFile | path | id | х | у outEdgeCount,
где vertexies - признак начала информации о вершинах (учебных элементах);
name - название учебного элемента; point - полученный балл; nameFile - название прикреплённого файла; path - путь к прикреплённому файлу; id - номер учебного элемента; outEdgeCount - число исходящих вершин. После записи информации о вершинах записывается информация о дугах (траекториях): edges | idFrom | idTo | cost,
где edges - признак начала информации о дугах;
idFrom - номер вершины, откуда исходит дуга;
idTo - номер вершины, куда входит дуга; cost - вес (цена) дуги. Приведём фрагмент файла: vertexies \ общие принципы
моделирования деталей
| 0.0 | общие принципы моделирования дет алей, html |
D:\jproject\graphConstructor\sample\proba5 | 2 | 257 [ 134 | 0 | как создаются объёмные элементы \ 0.0 | как создаются объёмные элементы, html | D:\ jproject\ graphConstructor\ sample\ proba5 | 3 | 255 | 194 | 0 | эскиз и операции\ 0.0 | эскиз и операции.Ыт1 \ D:\ jproject\ graphConstructor\ sample\ proba5\ 4 | 255 | 255 | 0 |... | edges \ 0 \ 1 \ 0.0 \ 1 \ 2 \ 0.0 \ 1 \ 3 \ 0.01 7 I 41 0.01....
Открытие программы
N
/Создание нового'' I сценария
Редактирование сценария
/Генерация Веб V сценария
I
Сохранение Л V Веб-сценария )
Работа над сценарием завершена
Открытие сценария у
Сохранение
сценария )
Демонстрация Л сценария )
/ V
Выход из программы
а
[^Добавить учебный элемент^«-
Этзп разработки топологии сценария курса
^Разместить учебный элемент^
г
Добавить дугу
^вязать учебный элемент _файлом_у
|€оздать документ учебного^
элемента
с
Редактировать документ учебного элемента
)
Этап наполнения сценария курса
I
I ^Установить балл' ^
I
ДУ/и
>
б
Рис. 1. Диаграмма вида деятельности КСОК
Рис. 2. Диаграмма вида деятельности сценария КСОК
Документ -Имя
+Создатъ() +Изменить()
1
-Содер>нмт
Сценарий Состоит из Примитив
-Тип
+Создать() +Изменитъ() +Удалить() +Демонстрация() +Создать() +Удалитъ() . А А
Вершина(Учебный элемент)
-Название -Название файла -Местоположение -Число сходящих дуг -Число входящих дуг -Стартовая -Активная
+Создать() +Удалить() +Дать название() +Переместить() +Дать файл() +Просмотреть() +Сделать активной() +Сделать стартоеой() ♦Связать с ()
Дуга(Связь)
-Балл
-Исходит от -Входит в
+Создать() +Удалить() ♦Установить балл ()
Рис. 3. Свойства и методы основных классов КСОК
со
о
5
Я <<
н
4
ю
Обучаемый инженер
Разработчик сценария
■►^Эткрыть программу^
1
(„_ Сценарий уже существует
Загрузить сценарий-
^Учесть пожелания обучаемого инженера^
Сценария нет
к
Редактировать сценарий^
•с
Тестировать сценарий
Имеются ошибки в сценарии
9*
Сделать пожелания к усовершенствованию сценария
9
^Проходить обучение по сценарию^
■»^Новый сценарий^
^Разработать сценария)
Ошибок нет в сценарии
(Записать сценарий)
т
^Генерировать Мт1-сценарий^
(г
I
Закрыть программу
ь
Передать сценарий обучаемому инженеру
Не давать сценарий обучаемому
инженеру
СП
-о
Рис. 5. Диаграмма деятельности КСОК
Разработка учебного
материала для ^ сценария .
Представление сценария графической моделью
Редактирование Веб-сценария учебного курса
Разработка Веб-сценария учебного ч: курса .
Де монстра ция разработанного сценария
Редактирование сценария
Разработка сценария
Удаление сценария
Редактирование учебного материала,разработанного по стандарту 5ССЖМ-2004
Сохранение
Сохранение по стандарт 5ССЖМ-2004
Редактирование учебного материала для сценария
I
Рис. 4. Диаграмма вариантов использования КСОК
_1_
Конечный продукт
А :
Обучаемый
Рис. 6. Диаграмма управления КСОК
4
Рис. 7. Сценарий изучения 3-Э твёрдотелого моделирования САПР КОМПАС в КСОК
В Графический конструктор разработки гипертекстовых электронных учебно'методических комплексов
Файл Операции Слрошса
<;Сия1е!
13 Сценарии
СЗуправление видами Ф* СЗупоазлеиие состояв СЗ просмотр и измене о- СЗ Понятие ьлда мер« £3 создание заготоьки СЗ настройка >орте*з <г СЗ структура чертежа СЗ компоновка черте* ЕЭ Создание рабьего СЗ редагшровайие оп СЗ удаленно объо*тое о- £3 редактирование эп СЗ Основы редагтмрое СЗ построение осмоен о- [¡3 простановка рззмэ о- сЗ простансекз технол СЗ простановка Значе) СЗ заполнение основн СЗ ввод тохн^еекк* тр ^ СЗ Оформление черте ^ СЗ Общие принципы и *-СЗ*ак создаются обьс о- СЗ н операции *-СЗ эскиз СЗ операции
Основ* ЗО-нод/лироими*
лег!
Памяти» •им *ярте*я
ОВцмг принципы ■омлиро11»рА^еТ1Л?й
упрЗ*ЛЯМЯЯ СОСТати»« 1ИАВ1
СОЭДЯНЯ« рабомгочя-рт**«
кас сожмется объяции* глваекп*
оча эСигк^ кяу
просмотр я вэяямемяя пярдшцро» 1>да
семя *п*ряця*
р^лс^гю оидоцм* Мт.
СОЭД*НЯ| ЭЯГОЛ»ГМ «рт«1
^ЛТЛг/^ИэуУд .Сг>е
илггрои«! ЯЯрТКЯЯ
г.#рацяя
ггеияг чгрггя»
.кг*
С1ругтуря чертгжя
еовпоиокд ирг ежа. лосялими* пряидои
остроянпг вСК01Н1Л ПРИМИ
останома р#Х€рВ1
Ос и о! у Р1 вдггяряннпд недели
остдновг 1 тгеколотчгС1ЮС а6а?ня«*няД
Сценарии могут быть сохранены в SCORM-формате. Каждый XML-файл сценария имеет заголовок: <?xml version=,f 1.Oflencoding=nutf-8"?>. Название элементов учебного курса в utf-8 кодировке.
Далее следует элемент manifest, который представляет собой инструкции по объявлению метаданных, организаций, ресурсов и пространств имен. Это корневой элемент в пакете учебного курса SCORM.
В пакете можно выделить две основные части: объявление элементов учебного курса и их организация, объявление ресурсов (используемых файлов). Секция по организации учебного курса начинается с элемента <organizations> и может включать в себя несколько организаций учебных курсов. Для нашей задачи необходима только одна. В качестве объектов организации выступают элементы <item>, которые могут иерархически вкладываться друг в друга.
Секция объявления ресурсов начинается с элемента <resources>. Содержит перечисление всех используемых ресурсов, соответствующих им файлов и типов.
Связи учебных элементов и соответствующих им ресурсов осуществляются по идентификаторам. Атрибут элемента <item> iden- tifierref соответствует и де нти ф и катору identifier элемента <resource>.
Пользовательский интерфейс КСОК представлен на рис. 7.
Заключение
Разработано теоретико-множественное описание новой модели сценария процесса обучения, реализован программный продукт КСОК [6].
На сайте http://gc.ulstu.ru имеется описание компьютерной системы обучения КСОК. Система написана на языке Java.
Проект находится на четвёртом этапе завершения НИОКР 1-го года в рамках государственного контракта № 7462р/10267 от 30.01.2010 г.
Разработанные программные средства внедрены в практику работы ОАО «Ульяновский механический завод» и учебный процесс Ульяновского государственного технического университета.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1.
http://ltsc.ieee.org/wgl/files/lEEE_l 484 01 _Э09 Ь TSA.pdf
2. РОСПАТЕНТ: СВИДЕТЕЛЬСТВО об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006610929. «Графическая студия разработки электронных учебников».- Москва, 2006.
3. Афанасьев, А. Н. Разработка алгоритмического, методического и информационного обеспечения АОС для САПР КОМПАС-ЗЭ / А. Н. Афанасьев, Н. Н. Войт // Вестник УлГТУг- 2005. -№3. - С. 50-57.
4. Афанасьев, А. Н. Интеллектуальная обучающая система концептуальному проектированию автоматизированных систем / А. Н. Афанасьев, Н. Н. Войт // Изв. Самарского научного центра Российской академии наук. - 2010. - Т. 12, №4 (2). - С. 465-468.
5. Войт, Н. Н. Концептуальная модель ОгарЬСоп^гисШг / Н. Н. Войт // Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике».- Ульяновск : УлГТУ. - 2006. -Т.2.-С. 16-17.
6. Войт, Н. Н. Интеллектуальное прогнозирование траектории обучения проектировщика с помощью временных рядов индивидуальных проектных характеристик / Н. Н. Войт // Сборник научных трудов семинара с международным участием по результатам НИР, поддержанной ФЦП, проект №02.740.11.5021 «Интеллектуальный анализ временных рядов». - Ульяновск : УлГТУ, 2010.-С. 29-40.
Афанасьев Александр Николаевич, кандидат технических паук, профессор кафедры «Вычислительная техника» УлУТУ. Войт Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ.
