CC BY
13
современные компьютерные системы
дистанционного обучения и виртуальные образовательные среды
© АВДееВ Сергей Анатольевич
ассистент кафедры «Информатика» учебно-исследовательского центра фундаментальных наук Саратовского государственного технического университета.
8 (845-2) 566-962, И asainf@post.ru
© ГлуховА Роза Марковна
кандидат технических наук, доцент кафедры «Информатика» учебно-исследовательского центра фундаментальных наук Саратовского государственного технического университета.
8 (845-2) 566-962, И ntz_segal@forpost.ru
В статье сравниваются методы организации учебного процесса в российских и западных учебных заведениях. Рассматриваются возможные способы организации дистанционного образования в высшем учебном заведении
Ключевые слова: дистанционное образование, система дистанционного обучения, виртуальные образовательные среды.
Учебный процесс (процесс овладения знаниями, умениями или культурой поведения на основе информации, получаемой от того или иного источника) может быть организован по-разному. В российских учебных заведениях основным источником учебной информации традиционно является преподаватель, передающий её обучаемым устно во время занятий. Такой подход является дешёвым (так как требует наличия у студентов только тетради и ручки), но не очень эффективным (так как приучает студентов к пассивному восприятию учебной информации и весьма ограничен в форме её представления).
В западных учебных заведениях перед началом занятий принято выдавать обучаемым предварительно разработанные обширные дидактические материалы, содержащие как теоретические сведения, так и разнообразные задания (case studies). Организация учебного процесса при этом основывается на методах соз-
дания заинтересованности обучаемых в работе с дидактическими материалами и на поощрении их индивидуальной работы в большей степени, чем на авторитарных мерах, как в первом случае. Роль преподавателя при этом - быть консультантом и организатором работы обучаемых, который помогает им в работе с дидактическими материалами и контролирует достижение учебных целей.
Сегодня акцент делается на компьютерную форму представления дидактических материалов с применением средств мультимедиа, позволяющих использовать в учебных модулях и элементах не только текст и графические иллюстрации, но также звук, анимацию и цифровое видео.
В настоящее время стремительно развивается рынок образовательных услуг на основе всемирной компьютерной сети Интернет и новейших компьютерных систем виртуального обучения. Мировая тенденция перехода к нетрадиционным формам образования прослежива-
ется в росте числа вузов, ведущих подготовку по новым информационным технологиям.
Дистанционное обучение является формой получения образования, наряду с очной и заочной, при которой в образовательном процессе используются лучшие традиционные и инновационные методы, средства и формы обучения, основанные на компьютерных и телекоммуникационных технологиях.
Основу образовательного процесса при дистанционном обучении составляет целенаправленная и контролируемая интенсивная самостоятельная работа обучаемого, который может учиться в удобном для себя месте, по индивидуальному расписанию, имея при себе комплект специальных средств обучения и согласованную возможность контакта с преподавателем по телефону, электронной и обычной почте, а также очно. Система дистанционного образования отвечает принципу гуманистич-ности, согласно которому никто не должен быть лишён возможности учиться по причине бедности, географической или временной изолированности, социальной незащищенности и невозможности посещать образовательные учреждения в силу физических недостатков или занятости производственными и личными делами. Существуют и другие трактовки понятий дистанционного обучения и образования, отражающие многообразие подходов к их пониманию. Дистанционное образование - особая, совершенная форма, сочетающая элементы очного, очно-заочного, заочного и вечернего обучения на основе новых информационных технологий и систем мультимедиа. Современные средства телекоммуникаций и электронных изданий позволяют преодолеть недостатки традиционных форм обучения, сохраняя при этом все их достоинства.
Дистанционное образование в высшем учебном заведении, включая и технические университеты, может быть организовано двумя совершенно разными способами:
- путём организации специальной структуры (факультета или отделения), который полностью обеспечивает дистанционное обучение по одной или нескольким специальностям и имеет свой штат сотрудников и преподавателей;
- путём использования существующей структуры обучения в университете с организацией при каждой соответствующей кафедре специальной группы преподавателей и сотрудников, обеспечивающих дистанционную подготовку студентов по дисциплинам, закрепленным за данной кафедрой.
Первый путь требует очень большой подготовительной работы как в организационном, так и в методическом плане. Необходимо не только
подобрать и обучить руководящие и преподавательские кадры, но и создать методическую и материальную базу. Они должны обеспечивать весь (дистанционный) учебный процесс по всем учебным дисциплинам данной специальности. Весь процесс от момента приёма студентов (вступительных экзаменов) до момента выпуска (защиты диплома) специалистов требует гарантии качества подготовки каждого выпускника. Естественно, что для такой подготовки нужна напряженная продолжительная специализированная работа большого и, в каком-то смысле, уникального коллектива, обеспеченная значительным целевым финансированием.
Второй путь можно считать эволюционным. При движении по этому пути каждая кафедра, способная участвовать в разработке элементов дистанционного обучения, реализует свои возможности постепенно, по мере появления (выделения) соответствующих ресурсов. Подобная реализация, конечно, потребует значительно больше времени, но может оказаться и значительно более реальной и качественной. При эволюционном развитии системы дистанционного обучения появляется возможность учесть опыт уже долгое время функционирующей системы заочного (да и дневного тоже) обучения, а также адаптировать указанную систему к быстро меняющимся внешним условиям.
Рассмотрим коротко содержание системы дистанционного обучения (СДО) для обучения студентов технического университета. При разработке структуры данной системы учитывалось, что на первых этапах система будет использовать уже устоявшиеся и утверждённые свыше учебные планы и программы подготовки специалистов по утверждённым специальностям. После разработки и испытания методической и экспериментальной базы система постепенно начнёт адаптироваться к новой форме самостоятельного дистанционного обучения, видимо, сначала по отдельным специальностям. Таким образом, методический комплекс для дисциплины с полностью дистанционным обучением должен быть адаптирован к использованию в сети (Интернет или др.).
Первым элементом методического комплекса дисциплины СДО являются, естественно, рабочие учебные программы (электронная версия) для всех специальностей дневного и заочного обучения, выполненные в формате гипертекста HTML, что позволяет студенту работать с ними в режиме ON-LINE.
Образцы экзаменационных билетов позволяют студентам изучать материал, ориентируясь на содержание курса, выносимое на экзамены. При переносе данного элемента в раздел, предназначенный для обучающихся
Научно-практический журнал. ISSN 1995-5731
самостоятельно и дистанционно, в нём должны быть представлены все экзаменационные билеты.
Минимально необходимый комплекс знаний и умений (МНКУ) выполняется в формате HTML и позволяет студенту выделить те позиции в учебном материале, освоение которых должно быть максимально «твердым». Эти знания, умения и навыки потребуются ему в процессе дальнейшего обучения по выбранной специальности.
Основные определения, законы и формулы также представляются в формате HTML, что позволяет работать с данным методическим элементом в режиме ON-LINE.
Конспект лекций (в формате «*.rtf» или «*.pdf») является необходимым элементом любого курса с полностью дистанционным обучением. Его наличие помогает студентам и дневной, и особенно заочной форм обучения, однако следует учитывать огромную трудоёмкость создания электронного конспекта курса, содержащего значительное количество лекций (более 100 часов в МГТУГА).
Тексты тестов представляются в формате HTML и предназначены для подготовки к сдаче определённых блоков учебного материала методом компьютерного тестирования. Кроме этого, обязательно должны быть представлены образцы компьютерных тестов (DOS, Windows) [1].
Описания к компьютеризированным лабораторным работам (в формате «*.rtf» или «*.pdf»). Особое место в СДО занимают лабораторные работы. Этот элемент системы являлся до настоящего времени мало исследованным и проработанным. Трудно представить себе, например, физические эксперименты, проводимые ON-LINE на базе существующей техники и линий связи между преподавателем (физической лабораторией) и студентом, находящимся на значительном удалении (например, в Тюмени или Якутске). Планируется работа по созданию оригинальных компьютерных лабораторных работ, в которых используется видеозапись экспериментов на реальных установках практикума.
Возможны следующие варианты ONLINE режимов имитационного моделирования прохождения студентом лабораторных работ с помощью интеллектуальных технологий, которые могут быть применены в дистанционном обучении:
ON-LINE-режим с использованием CGI. Интерфейс выполнен в виде формы представления результатов лабораторной работы, в которой не заполнены некоторые поля. Перед началом работы студент получает задание,
проводит некоторые расчёты, по результатам которых вносятся данные. Полученная страница нажатием кнопки «Выполнить эксперимент» отсылается на сервер, где обрабатывается CGI-скриптом, передается как задание на расчёт моделирующей программе, результат работы которой возвращается на клиентскую сторону в виде стандартной HTML-страницы. Подготовительные этапы с содержанием работы, целями и методами их выполнения предоставляются обучаемому в виде текстового файла;
ON-LINE-режим на основе JAVA-апплетов. Интерфейс может быть выполнен в виде измерительных приборов с элементами управления, необходимыми при проведении данной работы. Наиболее приближенный к реальности режим, однако он требует достаточно высокой скорости соединения и мощного компьютера у студента;
ON-LINE-режим на основе JAVA-скриптов. Интерфейс выполнен в виде стилизованных измерительных приборов с элементами управления, необходимыми при проведении данной работы. Менее приближенный к реальности режим, чем предыдущий, однако он не требует высокой скорости соединения и мощного компьютера у студента [2].
Следует отметить, что в настоящее время в России широко распространены СДО в режиме OFF-LINE, что обусловлено низким уровнем аппаратного и программного обеспечения конечных пользователей, а зачастую и невозможностью подключения к сети.
Для реализации СДО, в том числе и в вузе, в режиме ON-LINE используются так называемые виртуальные образовательные среды.
Виртуальные образовательные среды (ВОС) прошли в своём развитии три поколения и сейчас вступают в четвёртое.
ВОС первого поколения стали появляться сразу после появления World Wide Web в 1992 г. Они позволили спроектировать, разработать и использовать первые простые сетевые или ON-LINE курсы. В их основу легла электронная почта и статические Web-страницы. Существенным недостатком ВОС первого поколения является отсутствие какой-либо интеграции и взаимодействия между их отдельными компонентами. В связи с этим ON-LINE курсы, которые были созданы с использованием этих систем, по сути дела, представляли собой несколько модернизированную форму традиционного обучения по переписке.
Примерно с конца 1996 г. на рынке программных продуктов стали появляться ВОС второго поколения, которые в настоящее время представляют собой мощные средства
по созданию ON-LINE курсов и их изучению. В настоящее время существует большое число (более 8о) разнообразных коммерческих ВОС 2-го поколения. Наиболее известные из них приведены в нижеследующей таблице.
обучения в распределённой компьютерной среде. Наиболее признанное определение термина «программный агент» следующее: программный агент — это программная система, обладающая, по крайней мере, четырьмя базовыми
Название ВОС 2-го поколения Интернет-адрес программного продукта
BlackBoard http:/www.blackboard.com
WebCT http:/www.webct.com
Learning Space http:/www.lotus.com/learningspace
ToolBook II http:/www.asymetrix.com
Front Page 2002 http:/www.microsoft.com
AuthorWare http:/www.macromedia.com
Director http:/www.macromedia.com
Virtual-U http:/www.virtual-u.cs.sfu.ca/vuweb
Convene http:/www.convene.com
Intrakal http:/www.anlon.com
ВОС второго поколения предоставляют разработчикам ON-LINE курсов и их пользователям (обучаемым) многочисленные функции, которые можно разделить на несколько категорий:
- функции планирования и администрирования;
- функции по поддержке создания учебных материалов и учебных заданий;
- функции тестирования и оценки знаний студентов или слушателей;
- функции коммуникаций.
При всех очевидных достоинствах ВОС второго поколения, у них есть и слабые стороны, связанные с недостаточным использованием, технологий совместной разработки проектов на базе сети Интернет и средств интеллектуализации и визуализации процесса обучения и преподавания на основе сети Интернет, а также коммуникационных и мультимедийных технологий.
C 1999 г. начинают активно разрабатывать и внедрять в университетах новую технологию обучения, а точнее, новую высокоэффективную технологию преподавания - так называемую Web-Lecturing Technology (ВОС третьего поколения), которая базируется на активном использовании мультимедийных технологий и высокоскоростных каналов передачи информации по сети Интернет. Доминирующим при построении новых ВОС является использование теории искусственного интеллекта и, в частности, тех её разделов, которые ориентированы на решение задач кооперативного (совместного)
свойствами:
- автономностью;
- способностью общения;
- реактивностью;
- активностью.
В основу современных систем обучения INTERLABS и EVA положены подходы, которые в настоящее время оцениваются как наиболее перспективные для данной прикладной области. Они развиваются в основном в рамках проблем искусственного интеллекта, а точнее - в его разделах, ориентированных на решение задач кооперативного обучения в распределённой многоагентной компьютерной среде. Понятие «агент» является одним из ключевых в современных обучающих системах. Это понятие может играть роль виртуальных учителей, студентов, персональных ассистентов, помогающих студентам в обучении, администраторов курсов и т.п. В общем случае мультиагентные системы (МАС) представляют собой сложные распределённые компьютерные системы, для функционирования которых необходимо существование специальной среды компьютерной поддержки, обеспечивающей логический и временной контексты для создания, функционирования и удаления или уничтожения агентов, ориентированных на решение задач предметной области.
В настоящее время разработана платформа агентов и многоагентная система персональной помощи учащимся, включающая в себя совокупность агентов поддержки и интеллектуальных агентов. Модель персональных ассистентов строится на основе их ментальных состояний по
Научно-практический журнал. ISSN 1995-5731
принципам архитектуры BDI (belief, desire intention). Для представления модели пользователя и планирования действий агента используются концепции убеждений, знаний, компромиссов и описание поведения агента на основе правил.
Сегодня существует ряд систем обучения третьего поколения, основанных на самом активном использовании сети Интернет, например, системы Stanford - On-line, JTL, MANIC, CALAT, AOF, Sync-O-Matic 3000, WLS, Mstar, Classroom 2000, Kmi Stadium, CA309 и др.
Система преподавания INTERLABS разработана в центре исследований технологий на базе сети Интернет в университете Брэдли (США). INTERLABS является типичным представителем третьего поколения систем обучения на основе сети Интернет и обладает всеми типовыми функциями.
Обучающая система EVA разработана сотрудниками центра исследований вычислений Национального политехнического института Мексики. Краеугольным камнем EVA на сегодняшний день является многоагентный комплекс персональной помощи учащимся.
Разработанные платформа агентов (ПА) и многоагентная система персональной помощи (МСПП) играют ключевую роль в построении и реализации концепции виртуального университета в обеих системах обучения. Каждый клиент EVA и INTERLABS связывается с тем сервером системы, на котором он зарегистрирован. Однако при этом его агент - персональный ассистент, считав данные своего пользователя с соответствующего сервера, устанавливает с помощью служебных агентов ПА связь с теми пользователями, которые входят в его рабочую группу, но уже независимо от места их регистрации. Тем самым создается виртуальное распределённое обучающее пространство - виртуальный кампус или виртуальный университет.
ВОС четвертого поколения находятся в самой начальной фазе своего планирования и разработки прототипов. Основне характеристики этого поколения:
- интеллектуализация;
- персонализация и адаптация учебного материала к запросам конкретного пользователя;
- соответствие разрабатываемым стандартам по представлению учебных материалов в сети Интернет;
- ориентирование на новую парадигму образования, в центре которой стоит обучаемый и глобальные образовательные ресурсы, а не преподаватель и локальные ресурсы;
- новые технологии преподавания и обучения, основанные на возможностях сети Интернет.
В настоящее время уже существует ряд технологий, на базе которых предполагается строить ВОС четвертого поколения, причём технология мультиагентов является одним из самых перспективных средств для их построения. В настоящее время прототипы программных и интеллектуальных агентов уже достаточно широко используются в ВОС, в которых они могут играть роли:
- виртуальных учителей;
- виртуальных студентов или компаньонов по обучению;
- виртуальных персональных ассистентов, помогающих студентам в обучении;
- виртуального администратора, помогающего в области администрирования и планирования действий обучаемого.
Перспективы развития СДО связаны с:
- доработкой существующего и созданием нового программного обеспечения;
- адаптацией методического обеспечения к условиям эксплуатации в электронной сети;
- постепенным созданием курсов для разных специальностей, полностью приспособленных для системы.
Для полномасштабной реализации СДО в режиме ON-LINE с использованием ВОС необходима коренная модернизация как материальной, так и методической базы вузов; а, кроме того, необходимо многократное увеличение в нашей стране количества персональных компьютеров (с возможностью доступа в Интернет) на душу населения.
Библиографический список
1. Авдеев С. А., Глухова Р. М., Рязанов С. А.
Проблемы использования «on-line» тестирования в процессе обучения. [Текст] // Теоретические и прикладные проблемы преподавания математики и естественно-научных дисциплин слушателям гуманитарных специальностей специализированных вузов: матер. межвуз. научно-практ. конф. - Саратов: СЮИ МВД России, 2008. - ISBN 978-5-7485-0502-4.
2. Авдеев С. А., Глухова Р. М. «On-line» тестирование в процессе обучения. [Текст] // Интернет и инновации: практические вопросы информационного обеспечения инновационной деятельности: матер. междунар. научно-практ. конф. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008.
