Виртуальный университет: миф или реальность? Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Раздел 8

ПРИМЕНЕНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ПО ПЕРСПЕКТИВНЫМ ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

УДК 658.512

Ю.М. Вишняков, С.И. Родзин ВИРТУАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ: МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?

Классификация компьютерных обучающих систем. Термин «компьютерное обучение» является собирательным понятием, в основе которого лежат два классификационных признака: стратегия обучения и тип обучающей программы [1]. Чтобы показать взаимосвязь этих признаков необходима классификационная схема существующих компьютерных обучающих систем. Известные классифика-[2] , , , сложны и многомерны.

На наш взгляд наиболее предпочтительной является двумерная классифика-, .1

У

п

Р

а

в

л

е

н

и

е

Г ипермедийная обучающая система Игровые обучающие системы

Интеллектуальная обучающая система Узкоспециализи- рованная обучающая система Система реального времени

Репетиторство Линейная обучающая система

пассивное

рецептивное ------------►

готовность к открытию

готовность

действовать

управляемая

обучаемым

программа

адаптивная

программа

жесткая

программа

Поведение обучаемого

РисэййэяКлассификацияжомпъютерныхяэбучающихягистемя

Таким образом, классификация компьютерных обучающих программ зависит от двух признаков: стратегии управления обучением и поведения обучаемого. Альтернативными стратегиями обучения являются жесткозапрограммированный алгоритм (по существу без учета индивидуальных особенностей обучаемого), адаптивная программа, достаточно гибко реагирующая и контролирующая действия обу, , , , . -ны, альтернативными линиями поведения обучаемого являются:

♦ пассивно е поведение, когда обучаемый отвечает на вопросы;

♦ рецептивн ое поведение, когда обучаемый активно усваивает информацию, но делает это не творчески;

♦ пов едение, основанное на сотворчестве, базирующееся на когнитивной теории

,

;

♦ пов едение, основанное на готовности к новым действиям.

Итак, на классификационной схеме (см.рис.1) представлены основные 7 типов компьютерных обучающих систем. Оставляя за рамками данной работы детальную характеристику всех указанных типов систем, отметим, что на практике можно комбинировать различные классы систем, например, обучение вести с помощью гипермедийной системы, а для контроля знаний использовать экзаменационную систему задач или упражнений (репетиторство) и т.п. [3].

Остановимся несколько подробнее на анализе интеллектуальных и гипермедийных обучающих систем, поскольку они, на наш взгляд, должны составлять ядро концепции виртуального университета [4,5].

Особенность интеллектуальных обучающих систем состоит в том, что они должны быть способны, определив индивидуальные особенности обучаемого, самостоятельно спланировать стратегию обучения, контроля и подкрепления знаний [5]. Основой для проектирования подобного рода систем являются методы искус.

обучающих систем могут быть различными, однако все они, как правило, включают в себя базу знаний (БЗ) предметной области, БЗ обучаемого, экспертную систему (ЭС) планирования процесса обучения и модуль интерфейса [5].

БЗ обучаемого играет ключевую роль в интеллектуальной обучающей системе. Она должна быть динамической и модифицируемой. В зависимости от ее состояния в дальнейшем планируется стратегия обучения. Принято различать следующие модели БЗ обучаемого [7]:

♦ Стереотииная модель. Стереотип включает несколько типов обучаемых и, если у обучаемого обнаруживается несколько характеристических признаков, то его относят к определенному типу (например, при обучении программированию различают начинающих программистов, продвинутых программистов и

);

♦ Думающая модель. Знания обучаемого воспринимаются как некоторое подмножество знаний из БЗ предметной области, которая, в свою очередь, состоит из отдельных относительно небольших порций знаний. Тогда стратегия обучения состоит в постепенном наращивании БЗ обучаемого. Неверно понимаемая информация в этой модели не учитывается;

♦ Модел ь ошибок. Эта модель дополня ет предыдущую тем, что дополнительно к экспертным знаниям добавляется так называемая библиотека ошибок, содержащая типичные ошибки и недоразумения, что позволяет более тонко пла-

;

♦ Имитацио иная модель. Эта модель предусматрив ает исследование когнитивного состояния обучаемого с целью анализа его знаний и будущего поведения на основе изучения его реакций и ошибок. Модель должна уметь сымитировать поведение обучаемого, например, при решении неизвестной ему пробле-

.

Особенностью класса гипермедийных обучающих систем является хранение

( ),

с другом посредством гиперссылок. Это позволяет генерировать любые, в особенности нелинейные информационные структуры [8]. В качестве узлов могут, например, фигурировать текст, рисунок, график и т.п. Гипермедийная программа придает этой информации динамизм с помощью звука, анимации и видеофрагмен-.

.

На основе некоторого факта обучаемый может проследить контекст и ссылки на другие факты. Связанные с данным фактом понятия могут быть проиллюстрированы графически и «оживлены» путем анимации. Гипермедийные обучающие системы основаны на идее создания новых форм представления знаний, которые позволяют существенно упростить обмен знаниями между обучающей системой и .

Концепция проекта интеллектуальной гипермедийной обучающей сис-. , -

ной обучающей системы позволит повысить эффективность дистанционного образования и самообразования. Не будем повторять известные по многочисленной литературе преимущества и недостатки методик дистанционного образования. Укажем лишь на следующие особенности, связанные с применением интеллектуальных гипермедийных обучающих систем в сфере дистанционного образования:

♦ обучаемый самостоятельн о определяет темп обучения, тип программы и пред-

;

♦ длительность <урока» зависит от состояния обучаемого в данный момент;

♦ беспроблемная возможность по вторения того или иного материала;

♦ глубокий отпечаток знаний благодаря интерактивности и когнитивной графи-

;

♦ высокая мотивация благодаря адапти вному поступлению порций информации;

♦ стабильность нагрузки на обучаемого, поскольку качество процесса обучения не зависит от кондиции учителя.

Известный классический подход к построению гипермедийных систем [8] базируется на том, что вся структурная и содержательная информация импортируется в среду извне, а затем данные конвертируются в специальные форматы. Доступ к содержащейся внутри системы информации через внешние приложения становится невозможным из-за того, что файлы имеют свои внутренние форматы. Подобного рода подход имеет еще один недостаток среда становится зависимой от используемой программной платформы. Следовательно, импортировать результаты на другие платформы либо невозможно, либо потребует значительных затрат. Другой недостаток классического подхода заключается в некоторой избыточности

. , , многократно используемое в среде, избыточно запоминается не как ссылка на информацию, а как отдельный объект. Это означает, что при изменении содержания каждый из найденных системой объектов должен быть актуализирован.

, -грамм является большой объем демонстрационной графики. Для упрощения процесса портирования и модификации среды обучения все графические и текстовые данные должны запоминаться и конвертироваться в стандартные форматы. Демон-

страция графики и доступ к текстам можно производить с помощью относительно небольших программ пользовательского интерфейса (Front-End-Program). Такой подход выгодно отличается от классического подхода описанного выше тем, что требует значительно меньших затрат на экспорт презентационных модулей в другие платформы и системы. Дополнительно к «автономному» использованию среды, при котором на некотором компьютере хранится как текстовая, так и графическая часть программы обучения, появляется возможность преобразовывать учебную информацию централизованно на сервере с помощью программ пользовательского интерфейса вызываемых, например, через Internet. Другое преимущество предлагаемой концепции заключается в гибком использовании информации из БЗ предметной области для разных целей, например, для самообучения, для лекционного курса, для справочных целей и т.п. Таким образом, структура обучающей среды является трехуровневой: программы пользовательского интерфейса, например, Java-программы; реляционный банк данных; медийные файлы в стандартном формате. Программы пользовательского интерфейса служат для презентации содержа. Java -

ет экспортировать презентационные компоненты без дополнительных усилий в .

, , обучающей системы запоминается в реляционном банке данных. Доступ презентационной программы к банку данных может быть осуществлен, например, с помощью независимого интерфейса ODBC (Open DataBase Connectivity) или JDBC (Java DataBase Connectivity). Задача интерфейса заключается в том, чтобы на базе языка SQL осуществить DBMS-независимый обмен данными между интерфейсным приложением и банком данных. С помощью ODBC или JDBC интерфейса можно связать интерфейсные приложения с такими базами данных, как ORACLE, Sybase, Microsoft, IBM и т.д.

Отдельные медийные файлы, из которых состоит обучающая система, хранятся не только в уже упомянутом банке данных, но и являются независимыми друг от друга файлами. В банке данных заполняются ссылки на текущие медийные файлы. Другая причина для внешней конвертации файлов данных состоит в простоте способа их изменения с помощью известных программ обработки графики, звука или текста.

Интеграция интеллектуальных гипермедийных обучающих систем в виртуальные образовательные структуры. Основой виртуал ьного университета, на наш взгляд, должны быть интегрированные интеллектуальные гипермедийные обучающие среды и телекоммуникационные технологии. Все учебнометодические материалы (тренажерные системы, видеоматериалы, анимационная и имитационная графика, тексты лекционных курсов) представляются в виде гипермедийных документов. Выдача материала производится по сети, e-mail или .

доступом к ним в режиме on-line. Связь через телеконференции поможет решить проблемы групповой работы обучаемых.

Все это открывает новые перспективы для студентов виртуального универси-

.

Прежде чем детализировать структуру виртуального университета, поясним возможные сценарии и роли его участников. Возможны следующие варианты ста-

туса пользователя: гость; обучающийся; преподаватель и автор курса; исследова-.

Права гостя ограничены справочной информацией и демонстрационными версиями учебных курсов. Обучающийся имеет свой электронный адрес, доступ к учебным программам на текущий семестр, возможность получить разнообразные консультационные и библиотечные услуги. Преподаватель или автор курса осуществляет роль консультанта и координатора индивидуальной самостоятельной рабо. , , имеет возможности широкого поиска интересующей его информации, в том числе через №№^сервер.

, -формах: технической и пользовательской. Техническая платформа включает сетевую структуру и системное программное обеспечение. Пользовательскую платформу образуют разнообразные учебно-методические программы, учебная документация и т.п., которая в отличии от технической платформы зависит от целей пользователя и может влиять на состав технической платформы.

Техническая платформа должна базироваться на системном программном обеспечении, включающем разнообразные Шетй-услуги [9]. Перечислим их:

♦ WWW-cepвep является основой гипермедийного независимого пользовательского интерфейса в виртуальном университете;

♦ РТР-сервер является альтернативой www при передаче, например, демонстрационных программ или больших пакетов данных;

♦ МаП-сервер управляет передачей сообщений между пользователями сети виртуального университета и хранит сообщения электронной почты. Этот сервер разрешает асинхронный обмен любыми документами;

♦ New-cepвep служит для организации дискуссий и рабочих консультаций;

♦ СИа^сервер обеспечивает обмен информацией (текстовый диалог) в реальном времени, разговор в сети Шете! сразу нескольких участников, причем текст, введенный каждым из них, отображается одновременно на экране у всех уча;

♦

- -

терам сети в отличие от широковещательного режима, когда пересылка информации идет всем узлам сразу.

, -ситета могут применяться уже существующие информационные системы и технологии, является преимуществом и, одновременно, недостатком при реализации технической платформы университета. Система, управляющая виртуальным уни-,

каждой изучаемой дисциплине. Если ставится новый курс, то должен быть гарантирован также и канал доступа к нему. Понятно, что при наличии нескольких сотен различных курсов вручную обрабатывать эти связи нереально. На рис. 2 представ, -

.

Рис.гпШримерждминистрирования:жэормированиешндивидуалъногояучебногожланая)бученияі

Из рисунка следует, что, если студент готов согласно учебного плана изучать некоторую дисциплину, то учебно-методические материалы по дисциплине должны стать доступными для изучения.

Общая архитектура виртуального университета представлена на рис. 3.

Зарегистри-

рованные

студенты

НТТР

сервер

HTTPS

-

ные гости

HTTP

-

тели, авторы

Сервер

www

Сервер

www

HTTPS Адм инистратор

Серверные службы

New

Mail

Chat

Audio/

Video

DBMS

Управление коммуникациями

-

дуализация

Учебный отдел

Поддержка

доступа

-

оборот

Интерфейс

преподавателя/

автора

Интерфейс

администратора

Служба

администри-

рования

Интерфейс

библиотеки

Пользователь

Документы

Управление

Библиотека

Операционная система

РисхухАрхитектура виртуального университета Г ибкость системы обеспечивается, например, применением С01-интерфейса. Известно, что протокол НТТР предусматривает передачу данных по сети «откры-» .

и сервером и снижает информационную безопасность в сети виртуального университета. Для защиты информации можно применить www<epвep «безопасности», использующий разнообразные методы защиты с помощью ключей, что гарантируют невозможность манипулирования данных в ходе их передачи по сети [7].

Обсуждаемый проект виртуального университета предусматривает открытый ин-, .

этого имеются два альтернативных варианта. Первый вариант основан на механизме тиражирования и автоматизированном обмене данными между базами данных администратора и DBMS. Второй вариант возможен, если применяется не трехуровневая схема взаимодействия «етиент - банк данных» (см. рис. 5), а двухуровневая схема, в которой отсутствует DBMS-^юз со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Сервер администратора решает проблему интеграции всех базовых компонент системы и располагается на www-сервере.

Сервер администратора требует наличия двух различных интерфейсов. Один из них отвечает за конфигурирование базовых компонент системы и базируется на интерфейсе прикладного программирования CGI, используемом в Internet. CGI определяет взаимодействие программы создания динамических www-до^ментов и HTTP-сервера. Другой интерфейс выполняет собственно задачи администрирования банков данных пользователей и документов. Административный сервер является основой интерфейса преподавателя/автора курса. При включении новой дисциплины, например, вначале вся информация должна попасть в документную базу данных, затем в родственную группу дисциплин пользовательской базы данных. Далее, необходимо сконфигурировать каналы связи с другими серверами (News, Chat и т.д.).

Возникает вопрос об организации клиент^ерверных приложений для коммуника-. -кол коммуникаций. Сервер, располагая таким же протоколом коммуникаций, реализует логику конкретного приложения. Выбор в качестве инструментального средства, на, Java :

♦ имеется специальный механизм, который позволяет выполнять Java-профамму

www ;

♦ Java Java-

;

♦ Java .

JCS- Java- , Java-

апплетов исполняются не внутри www-браузера, а через интерпретатор на так называемой виртуальной Java-машине. JCS-сервер, по сути, является посредником между JCC- . JCS JCC

JCP- , -

вается связь между клиентом и сервером, затем производится передача данных и де. , Login-

, . -зи можно реализовать три различных сценария.

♦ клиент посылает сообщение и ждет ответа сервера (^анзакция);

♦ сервер посылает сообщение клиенту без получения запроса от клиента, например, Chat- ;

♦

.

, -

реждения является достаточно гибкой и реконфигурируемой в зависимости от числа пользователей и задач, связанных с организацией процесса дистанционного образова-.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стефанюк ВЛ. Теоретические аспекты разработки компьютерных систем обучения. - Саратов: СГУ, 1995.

2. LibertK.N. Padagogik im Netzwerk computergestutzten Lernsysteme // Diss.: Heidelberg. - 1992.

3. Вишняков ЮМ., Родзин С-.И. Информатизация наукоемких технологий обучения. // Интеллектуальные САПР. - Таганрог: изд-во ТРТУ, 1998. - Вып. 2(8). - С. 226-230.

4. Вишняков ЮМ., Родзин С.И. Интегрированная интеллектуальная система дистанционного образования. // Труды ДГТУ. - Донецк: ДГТУ, 1999. - Вып.(6). - С. 260-265.

5. Vishnjakov Y.M., Rodzin S.I., ZurA. Dezign of Integrate Intelligent System for Distant Tutoring // Интеллектуальные САПР. - Таганрог: изд-во ТРТУ, 1999. - Вып. 3(13). - С. 170-175.

6. . ., . . // и системы управления. - 1996. - Вып. 5. - С. 85-92.

7. Puppe F. Intelligente Tutorsysteme // Informatik Spektrum. - 1992. - 15, №4. - С. 195-207.

8. Pohl C. Methodik und Realisation von Systemen zur effizienten Wissensvermittlung durch Hypermedia. - Europaische Hochschulschriften. - Bd. / Vol. 2428. - Peter Lang. - 1999.

9. Вишняков ЮМ., Родзин С.И. Интеллектуальный сервер международной лаборатории ELDIC // Труды 9 международной НМК «Наукоемкие технологии образования». - Таганрог: изд-во ТРТУ, 1999. - С.68-69.

10. Родзин С.И. Отказоустойчивый протокол передачи и маршрутизации сообщений в многопро-

// « многопроцессорные системы». - Таганрог: изд-во ТРТУ, 1999. - С. 62-63.

УДК 681.324:378.1

ВЛ. Божич, Н.В. Горбатюк, А.В. Непомнящий КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА

.

мультимедийной обучающей системы. Рассмотрены особенности построения такой системы на основе использования трех моделей: изучаемого объекта, актуального состояния обучаемого и тьютора.

1. Актуальность разработок компьютерных обучающих систем. Организации любого уровня и профиля сталкиваются с задачей обеспечения непрерывного образования своих сотрудников, инициируемой различиями в функционировании социальных сред разработчиков технических средств и их пользователей. Эти различия обусловле-, , тогда как работа пользователя обеспечивается на уровне индивидуальных возможно,

.

персонала на новый, поскольку при этом непрерывно дестабилизируется система межличностных и групповых отношений в организации.

Компьютерное обучение в контексте этих проблем рассматривается в качестве альтернативы традиционным методам обучения, основанным на лекциях, практических и лабораторных занятиях и т.п. Имеются многочисленные исследования, подтверждающие факты его эффективности с точки зрения уменьшения сроков обучения и сокращения финансовых затрат как со стороны организаций, так и со .

Компьютерное обучение снижает полную стоимость затрат на разработку обучающих модулей и постановку процесса обучения, но требует инвестиций в виде персональных компьютеров и автоматизированных рабочих мест. В результате, начальные затраты на организацию компьютерного обучения выше, чем на традиционные технологии.

В течение многих лет крупные ведомства США изучали выгоды, которые могут быть получены, используя компьютерное интерактивное обучение, как альтернативу традиционным методам обучения на основе учебных классов. Исследования проводились с помощью структурированной модели оценки, которая рабо-