ЦЕНТРЫ РАЗРАБОТКИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ УЧЕБНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК НОВАЯ СТУПЕНЬ РАЗВИТИЯ ВИДЕО ОБРАЗОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004

С. М. Кузнецов, А. А. Рыбаков

ЦЕНТРЫ РАЗРАБОТКИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ УЧЕБНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК НОВАЯ СТУПЕНЬ РАЗВИТИЯ ВИДЕО ОБРАЗОВАНИЯ

В настоящее время для повышения качества учебного процесса используют различные технологии мультимедиа, одной из которых является видеоурок. Чтобы видеоурок обладал такими качествами как доступность, наглядность и эффективность, и соответствовал ожиданиям учащихся, необходимо выполнение определённых условий. Одно из наиболее важных условий - создание в вузе специализированного отдела - центра разработки мультимедийных учебных материалов, в основе которого должна быть программная разработка, позволяющая значительно ускорить процесс проектирования видеоуроков, а также повысить их эффективность.

Ключевые слова: образование, центр разработки мультимедийных учебных материалов, сценарий, видеоурок, педагог, исполнитель.

На сегодняшний день появляются новые и развиваются уже известные технологии мультимедиа. Многие из них уже успешно внедрены в различные сферы человеческой деятельности, в том числе некоторые из них активно используются в сфере образования. Одной из таких технологий является видеоурок [1], представляющий собой законченный мультимедийный продукт и являющийся наглядным уроком по определённой теме.

По сравнению с другими технологиями, направленными на качественное усвоение материала, видеоурок за счёт особой организации информации (видеоряд совместно с аудиосопро-вождением) [2], содержит в себе наибольшее её количество. Такие качества как доступность, наглядность и эффективность делают видеоурок одной из важных составляющих учебного процесса [3, 4].

На кафедре «Информатика и технология программирования» ВПИ (филиал) ВолгГТУ в рамках дисциплины «Базы данных» создан курс видеоуроков для информационной поддержки выполнения лабораторных работ [5], предусмотренных учебным планом. В ходе разработки учебного медиаматериала и внедрения его в учебный процесс было установлено, что для того чтобы видеоурок обладал выше названными качествами и соответствовал ожиданиям учащихся, необходимо выполнение нескольких следующих условий:

- во-первых, в его разработке должны участвовать две группы людей. Одна из них - специалисты компьютерного монтажа и дизайна, которая заниматься непосредственным созданием медиаматериала. Другая группа - специалисты предметной области, задача которых заключается в проектировании сценария разрабатываемого обучающего модуля.

- во-вторых, необходимо качественное оборудование: непосредственно ЭВМ, а также дополнительные средства для звукозаписи (микрофоны) и прослушивания с целью возможного редактирования (акустические системы).

- в-третьих, необходимо лицензионное программное обеспечение, предназначенное для создания видеоряда и аудиосопровождения.

- в-четвёртых, при непосредственной разработке видеоурока нужно придерживаться определённых требований. К примеру, необходимо учитывать, что продолжительность учебной видеозаписи для более качественного понимания и усвоения должна быть от 15 до 25 минут.

- в-пятых, необходимо специальное помещение, в котором должно находиться всё требуемое оборудование и происходить процесс разработки видеоуроков. Отдельное место локализации необходимо также и затем, чтобы исключить внешний шум, какие-либо посторонние звуки, затрудняющие процесс создания медиаматериала.

© Кузнецов С. М., Рыбанов А. А., 2012.

Таким образом, решение, за счёт которого разрабатываемые видеоуроки соответствовали бы всем перечисленным выше требованиям и ожиданиям, заключается в создании в вузе специализированного отдела - центра разработки мультимедийных учебных материалов.

Показателем успешного развития такого отдела является наличие как минимум трёх сфер его деятельности:

• создание учебного медиаматериала;

• разработка и организация специализированных курсов обучения, подготовки специалистов в области прикладных информационных технологий, касающихся работы с существующим программным обеспечением для создания видеоматериалов различного характера;

• исследовательская деятельность, направленная на повышение эффективности создания видеоуроков.

Деятельность по разработке медиаматериала должна быть направлена не только на предоставление видеопомощи студентам в освоении дисциплин, предусмотренных учебным планом. Отделу также необходимо выполнять различные видеоуроки на заказ со стороны внешних учреждений, организаций. Чтобы обеспечить создаваемым видеоурокам такое качество как доступность, центру разработки мультимедийных учебных материалов того или иного вуза рекомендуется открыть собственный сайт в сети Интернет и использовать его преимущественно для распространения видеоматериалов, а также для приёма заявок на новые медиа разработки.

Важно, чтобы в задачи отдела также входило обучение студентов различных специальностей и направлений искусству создания видеоуроков. Для этого сотрудниками центра разработки мультимедийных учебных материалов должны разрабатываться специальные курсы, основной целью которых является предоставление обучающимся всей необходимой информации касательно процесса проектирования и монтажа видеоуроков. Данные курсы предполагают наличие, как теоретических знаний, так и практических умений и навыков работы с программным обеспечением, прямо нацеленным на создание видеоматериалов. Такое всестороннее развитие студентов позволит им принимать активное участие в развитии отдела, а также всего вуза в целом.

Поскольку сфера видео обучения ещё только развивается, центру разработки мультимедийных учебных материалов целесообразно проводить собственные исследования в этом направлении. Необходимо постоянно стремиться повысить эффективность учебного медиа материала за счёт использования уже существующих и разработки новейших методов, средств и алгоритмов.

Таким образом, центр разработки мультимедийных учебных материалов - это специализированный отдел вуза, деятельность которого состоит в разработке и внедрении в учебный процесс видеоуроков, обучении их созданию, а также повышении эффективности медиа материала за счёт внутренних исследований.

Как было отмечено выше, для разработки видеоуроков необходимо использовать различное программное обеспечение, как минимум, видео и аудио редакторы. Анализ существующих программных средств для проектирования медиа материала показал, что программного обеспечения, обеспечивающего информационную поддержку в процессе разработки видеоматериалов, на сегодняшний момент не существует.

В настоящее время в рамках бакалаврской работы «Анализ и разработка алгоритмов автоматизированной системы информационной поддержки процесса разработки учебных видеоматериалов» разрабатывается приложение, позволяющее значительно ускорить процесс проектирования видеоуроков, а также заметно повысить их эффективность - Video Lesson Helper. Ввиду специфики функций программное решение не имеет существующих аналогов.

В целом, приложение представляет собой интерфейс между человеком, знающим предметную область (далее, педагог) и человеком, непосредственно разрабатывающим медиа материал (далее, исполнитель). В задачи педагога входит создание плана урока (окно создания планов видеоуроков приложения показано на рисунке 1), детальное его описание (окно добавления фрагментов сценария приложения показано на рисунке 2), задание технических характеристик (окно задания технических характеристик видеоурока приложения показано на рисунке 3), а также проектирование сценария видеоурока.

Рис. 1. Окно создания планов видеоуроков

Исполнителю, придерживаясь предоставленной информации, необходимо разработать все требуемые фрагменты видеоурока. В случае, когда педагог подтвердит корректность каждого из таких фрагментов и определит их последовательность, исполнителю остаётся лишь объединить их, получив в итоге готовую учебную видеозапись.

WS Video Lesson Helper v.1.0. - Добавление фрагмента сценария видео... 1 1=1

Имя Фрагмента: |Понятие Функции пользователя

Примечание: | Описание понятия Функции пользователя

Элементы Фрагмента:

СЛ1ВЕхрег(\гСиЬе.с)!1*библиатека содержит Функции IB Expert

»i ►

Элемент: | С:\IBExpert\zCube.dll

Описание: [библиотека содержит Функции IB Expert

Добавить элемент 1 Изменить элемент Удалить элемент 1

Изменить Фрагмент

Рис. 2. Добавление/изменение фрагмента сценария

Рис. 3. Окно задания технических характеристик видеоурока

Основой разрабатываемого приложения является информационно-логическая модель учебного материала, а именно - её структурное представление. Структуру любого учебного материала можно представить в виде графа С(Х,У), где X - множество вершин, представляющих собой структурные единицы учебного материала (материал в целом, главы, разделы, темы, параграфы, понятия); V - множество отношений (рёбер и гиперрёбер) между ними.

Отношения между вершинами в таком графе делятся на три типа: иерархические, семантические и просмотровые последовательности. Иерархические отношения формируют древовидную структуру графа С(Х,У) и направлены от подчиняющей вершины к подчинённым (например, от главы к разделам). Семантические отношения формируют сетевую структуру графа С(Х, V), отражают смысловую корреляцию между вершинами и могут быть двунаправленными (например, раздел - раздел, глава - раздел). Просмотровые последовательности могут формировать как линейную, так и разветвлённую структуру графа С(Х, V), определяются на множествах вершин одного иерархического уровня, обозначаются гиперрёбрами. Именно они описывают порядок следования структурных единиц учебного материала.

На основе информационно-логической модели учебного материала разработана база данных, взаимодействующая с проектируемым приложением (схема показана на рисунке 4). Она используется не только для хранения, но и для предоставления пользователям всей необходимой информации.

УРОК

1Р_Урока

Название-урока

Продолжительность

Формат

Длина

Ширина

Размер

предполагает

ЦЕЛЬ

ЭЛЕМЕНТ

ЗНАНИЕ УМЕНИЕ НАВЫК

Ю_ЗУН Ю_Цепи (FK) ID Урока (FK)

Имя_ЗУН Тип ЗУН

р*

Ю_Цепи ID Урока (FK)

Название-цепи

получить^

ФАЙЛ

Ю_Файпа Ю_Элемента (FK) Ю_ЗУН (FK) Ю_Цели (FK) ID Урока (FK)

Файл Имя_файпа Описание

Ю_Элемента Ю_ЗУН (FK) Ю_Цели (FK) ID Урока (FK)

Имя_элемента Примечание Уточнено Уточнение

Номер_эл емента_в_готовом_уроке

Файл_результат

Запрос_на_уточнение

Примечание_к_резупьтату

Запрос_на_доработку

Доработано

Номер_эп емента_в_ЗУН Готовность_эп емента Имя_файла_резупьтата

Рис. 4. Схема базы данных разрабатываемого приложения

Система позволяет выполнять педагогу и исполнителю ряд запросов: уточнение выбранного элемента, извещение о необходимости уточнить (доработать) выбранный элемент, запись и чтение файла результата в базу данных, подтверждение и отмена готовности выбранного фрагмента и другие (окно просмотра существующих планов видеоуроков приложения показано на рисунке 5).

Рис. 5. Окно просмотра существующих планов видеоуроков

В разрабатываемом приложении также реализован последовательный алгоритм декомпозиции, который используется для генерации сценария - последовательности элементов обучающего модуля. Совокупность таких элементов и отношений между ними образуют граф урока С(Х,У).

Задача декомпозиции формируется как задача разбиения графа урока С(Х, V) на множество графов частей урока С;(Х;,У;),1 = 1, к, где к - число частей, на которое разбивается урок. Подграф С} должен иметь максимальное число рёбер, т. е. быть максимально связным.

Формирование подграфов составляет суть последовательных алгоритмов разрезания, на каждом шаге которых в очередную часть графа добавляется максимально связный с ним фрагмент урока. Получим зависимость для выбора вершины 0} 6 (Х\Х(-), подсоединяемой к формируемому подграфу С1;(ХI, и{). Приращение числа внешних связей подграфа после подсоединения к нему вершины 0} будет равно:

где - число внешних связей подграфа С(- с фрагментом 0} до его включения в

Ь2 - число внешних связей фрагмента 0} после его включения в подграф С

Пусть Е - множество номеров вершин подграфа с1е§ (С^) - локальная валентность фрагмента О}, тогда

1*(0,) = ЛееЕ aje,

где а^е - элемент матрицы смежности А, - число ребер графа С, инцидентных О у

Откуда следует выражение для Д Ь:

Очевидно, подсоединяться к подграфу должна вершина, дающая уменьшение внешних связей подграфа (ДЬ < 0), либо минимальное приращение (ДЬ > 0).

Алгоритм последовательного разрезания графа фрагментов урока G(X,V) на произвольное число подграфов частей уроков с ограничениями на число п элементов в подграфе (n < N) и максимально допустимое число m внешних связей подграфа (m < М) определяется следующим образом:

1. В графе G(X,V) выбирается вершина Oj G X с deg(Oj) = min. Если таких вершин несколько, выбирается вершина с максимальным локальным числом кратных рёбер и включается в формируемый подграф Gt: Xt = Xt U О;.

2. По матрице смежности А определяется множество r(Xj) смежных с Gt вершин и определяются их относительные приращения Д L.

3. Из множества T(Xt) выбирается вершина О,- с минимальным приращением AL, а если таких вершин несколько, выбирается вершина с deg(Oj) = max и включается в Gt: Xt = Xt U Oj.

4. Определяется и фиксируется число внешних связей подграфа Gt: М = £Xiext L2(Oj) и продолжается формирование подграфа Gt до достижения Xt = п в соответствии с п. п. 2 - 4.

Проверяется условие m < М. Если оно выполняется, подграф сформирован, если нет, то в качестве окончательного варианта выбирается подграф G{ графа Gt с максимальным числом вершин, для которого m < М (т. е. один из промежуточных результатов формирования подграфа).

При формировании сценария видеоурока ограничение на максимальное число внешних связей m не учитывается, что упрощает алгоритм. Для всех декомпозиций Gt(X,V) (начиная с разбиения G(X,V)) ограничение на максимальное число элементов подграфов п формируется следующим образом:

N ..

п = у - для чётного количества элементов;

N+1 ..

п = —2— для нечётного количества элементов.

Алгоритм прекращает свою работу при выполнении условия п < 2 для каждого полученного подграфа Gt, поскольку для однозначного определения последовательности элементов сценария достаточно наличия до двух вершин в каждом подграфе.

Поскольку в качестве отношений между элементами используются просмотровые последовательности, граф G(X,V) может иметь как линейную структуру, так и разветвлённую. В последнем случае педагогу потребуется значительное количество времени для определения эффективной последовательности элементов в видеоуроке. Приложение самостоятельно определяет такую последовательность при наличии отношений между фрагментами, указываемыми проектировщиком видеоматериала. Таким образом, педагогу необходимо лишь задать связи Vj между фрагментами Х^ проектируемого обучаемого модуля: на их основе функция декомпозиции построит оптимальный ряд элементов автоматически (окно разработки сценария видеоурока приложения показано на рисунке 6).

Гибкая система диалога между специалистами, хранение всех материалов в базе данных, удобный механизм создания планов уроков и сценариев обучающего видео - главные достоинства разрабатываемого приложения, благодаря которым рекомендуется использовать его в качестве основы центра разработки мультимедийных учебных материалов.

Рис. 6. Окно разработки сценария видеоурока

Успешное развитие центров разработки мультимедийных учебных материалов позволит в дальнейшем интегрировать базы данных отдельных отделов в одну крупномасштабную информационную базу видеоуроков. Быстрый поиск необходимого материала, логически локализованного в пределах одного ресурса - лишь одно из немногих достоинств данного подхода. Однако чтобы достигнуть таких колоссальных результатов, каждому вузу страны необходимо в ближайшее время серьёзно подойти к вопросу создания и содержания центра разработки мультимедийных учебных материалов в своих стенах.

Библиографический список

1. Рыбанов, А. А. Видеоурок как средство эффективного обучения прикладному и системному программному обеспечению / А. А. Рыбанов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2009. - № 11. -С. 42-48.

2. Рыбанов, А. А. Возможности видеоурока и их использование на занятиях по информатике / А. А. Рыбанов // Школьные технологии. - 2011. - № 1. - С. 118-122.

3. Панкова, Л. А. Исследование методов адаптации к обучаемому в современных компьютерных обучающих системах / Л. А. Панкова, А. А. Рыбанов // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2008. - Т. 5. - № 5. - С. 67-69.

4. Кузнецов, С. М. Использование видеоуроков в учебном процессе / С. М. Кузнецов, А. А. Рыбанов// Пятнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных и студентов. г. Волжский, 25-29 мая 2009 г.: Тезисы докладов. - 2009. - В 4 т. - Т. 1. - Волжский: Филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» - С. 68-69

5. Рыбанов, А. А. Видеоурок как средство активизации и интенсификации обучения / А. А. Рыбанов// Информатика и образование. - 2009. - № 11. - С. 99-103.

КУЗНЕЦОВ Сергей Михайлович - студент, Волгоградский государственный технический университет (Волжский политехнический институт (филиал)).

РЫБАНОВ Александр Александрович - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Информатика и технология программирования», Волгоградский государственный технический университет (Волжский политехнический институт (филиал)).