Логотип СОО Система
Открытого
Образования

Четверг, 21 сентября 2017                       

http://www.engineer.bmstu.ru ИНЖЕНЕР
научно-образовательный портал
МГТУ им. Н. Э. Баумана
[Новости] • [О проекте] • [Карта сайта] • [Обратная связь] • [Справка] • [Вход]
для зарегистрированных пользователей
   
[Электронный журнал] •
[Научно-учебные ресурсы] •
 
[Виртуальный университет] •
 
 
     
[Поиск] •
> Публикации > Системные вопросы дистанционного обучения 
 

Системные вопросы дистанционного обучения

д.т.н., профессор И.П. Норенков

 

Введение

В последние годы в России наблюдается заметный рост интереса к дистанционному обучению (ДО), появились первые примеры реализации ДО в практической образовательной деятельности высших учебных заведений. В настоящее время значительное число студентов гуманитарных и экономических специальностей обучается по системе ДО в Современном гуманитарном университете и в Московском государственном университете экономики, статистики и информатики. Для инженерных специальностей организация ДО является более сложной, но и здесь уже имеется некоторый практический опыт, полученный, например, в Московском институте электроники и математики (МГИЭМ) [1]. В ряде других вузов можно наблюдать практическое использование отдельных элементов ДО [2,3].

Развитие средств ДО, аналогично эволюции средств других автоматизированных систем, происходит по естественному пути от создания и внедрения в учебный процесс отдельных компьютерных учебных пособий и прикладных программ к появлению систем ДО. Именно системный подход способствует облегчению доступа к ДО широкого круга пользователей, повышению качества дистанционного образования, снижению затрат на создание и сопровождение учебных материалов и программ, исключению излишнего дублирования.

Создание системы ДО – многоаспектная проблема, включающая вопросы учебно-методического, технического, программного, информационного, лингвистического, организационного, правового, психолого-медицинского обеспечений. Сегодня эти вопросы остаются не решенными в должной мере и требуют дальнейших исследования и проработки [4]. Сказанное полностью относится и к проблеме системной среды ДО, как части системы ДО. Под системной средой ДО далее понимается совокупность методов и программных средств, обеспечивающих выполнение в системе ДО инвариантных к приложениям (изучаемым дисциплинам) служебных функций. К таким функциям относятся управление базами учебных материалов, разработка формы представления сетевых курсов, управление учебным процессом при ДО, обеспечение интеграции (совместного функционирования) компонентов ДО, интерфейс с пользователями, дистанционный доступ к аппаратуре удаленных лабораторий, защита информации и регламентация доступа к системе и т.п.

Данная статья имеет целью изложение одной из возможных точек зрения на требования и организацию системной среды ДО для высших учебных заведений, причем с акцентом на направления подготовки специалистов в области техники.

Очевидно, что характеристики системной среды существенно зависят от типа системы ДО, поэтому в следующей секции статьи обсуждаются разновидности целей и организации систем ДО. Далее рассматриваются основные структурные составляющие системы ДО и системной среды. Предлагается способ создания и сопровождения баз учебных материалов, позволяющий использовать преимущества компьютерных технологий, обсуждаются способы организации дистанционных лабораторных циклов

 

Типы систем ДО

Выделение типов ДО можно выполнять с нескольких точек зрения.

С позиций назначения ДО различают системы полнообъемного и избирательного (фрагментарного) образования.

В системе полнообъемного образования обеспечивается полное выполнение учебного плана по подготовке бакалавров определенных направлений или инженеров конкретных специальностей. Следовательно, в такой системе необходимо иметь достаточные средства (учебники и учебные пособия, лабораторные практикумы, средства для выполнения курсового и дипломного проектирования) для изучения всех запланированных дисциплин.

Система, условно названная системой избирательного образования, предназначена для повышения квалификации работников промышленности, получения дополнительного (второго) образования, удовлетворения индивидуальных запросов пользователей на образовательные услуги и т.п. В такой системе набор предлагаемых учебных курсов и их содержание не регламентированы образовательными стандартами и определяются, исходя из анализа потребностей той или иной категории потенциальных пользователей или исходя из заказов предприятий и фирм.

По организационным формам учебных заведений различают системы Центр-филиалы, Центр-вузы и Центр-клиенты.

В первом варианте вуз, называемый Центром, создает филиалы, как правило, на периферии. Основными задачами Центра являются:

  • разработка и сопровождение баз учебных материалов, обеспечение доступа к ним;
  • создание учебных лабораторий удаленного доступа;
  • организация видеоконференций и консультаций, проводимых дистанционно высококвалифицированными преподавателями Центра;
  • проведение контрольных мероприятий.

В филиалах создаются учебные классы, оснащаемые компьютерами, средствами телекоммуникаций и другим учебным и множительным оборудованием, имеются библиотеки учебных материалов, образуются студенческие группы, курируемые местными тьюторами.

Во втором варианте Центр и филиалы могут быть полностью автономными. При этом в Центре создаются средства ДО с помощью имеющихся в нем производственных мощностей. Филиалы, которые в этом варианте являются самостоятельными учебными заведениями, приобретают средства ДО и используют их в организуемом ими учебном процессе. Подобный вариант системы ДО соответствует также консорциуму образовательных учреждений, совместными усилиями создавших Центр ДО и в дальнейшем пользующихся его образовательными ресурсами.

Системы Центр-клиенты отличаются тем, что их пользователи не могут быть сосредоточены в одном месте и проходят обучение без отрыва от места проживания, свободно выбирая время для учебных процедур. Очевидно, что необходимым условием для ДО в этом случае является наличие у клиента определенного компьютерного и телекоммуникационного оборудования.

Несмотря на ряд особенностей в организации и оснащении учебного процесса, в каждом из типов системы ДО можно выделить структурные компоненты со сходным назначением и выполняемыми функциями.

 

Структура системы ДО и ее системной среды

На рис. 1 представлена обобщенная структура Центра системы ДО инженерного вуза.

Основной подсистемой в Центре системы ДО является учебно-методическая подсистема. В ее базе учебных материалов (БУМ) хранятся сетевые учебники и учебные пособия, описания лабораторных практикумов, методические указания по курсовому и дипломному проектированию, энциклопедии знаний по предметным областям и т.п. Виртуальные лаборатории представлены прикладным программным обеспечением и предназначены для выполнения студентами лабораторных работ и проектирования. Типичными компонентами виртуальных лабораторий являются программы математического моделирования, например, такие как Spice, Adams, Ansys, ПА9, МВТУ, программы имитационного моделирования дискретных систем, а также математические пакеты типа MathCAD, Maple V, Mathematica, программы машинной графики и геометрического моделирования, параметрической оптимизации, планирования процессов и др.


Рис.1

 

Очевидно, что БУМ должна представлять собой не совокупность разрозненных, не стыкуемых между собой компонентов, а систему интегрированных средств, согласованных как по своему содержанию, так и по особенностям пользовательского интерфейса, по требованиям к программно-аппаратной платформе, форматам данных и т.п. Выполнение этих требований во многом определяется характеристиками инструментальных средств, используемых в производственной подсистеме для разработки сетевых учебников. Интеграция разработанных учебных материалов возлагается на подсистему управления БУМ, которая, как и инструментальные средства, является частью системной среды ДО.

В состав технического обеспечения (технической подсистемы) Центра системы ДО входят классы, предназначенные для проведения консультаций (сеансов связи преподавателей с удаленными пользователями) и видеоконференций, удаленные лаборатории с реальным оборудованием и программным обеспечением удаленного доступа к нему, телекоммуникационные аппаратные и программные средства, обеспечивающие связи преподаватель-студент и доступ разработчиков сетевых курсов и администраторов к Internet. Отдельную группу технических средств составляют графические рабочие станции со средствами мультимедиа, относящиеся к производственной подсистеме. Очевидно, что программное обеспечение, используемое в технической подсистеме, является инвариантным к приложениям (например, программы доступа к физическому оборудованию в удаленных лабораториях), и относится к системной среде ДО.

Управление учебным процессом возлагается на административную подсистему. В состав ее программного обеспечения, также относящегося к системной среде ДО, должна входить система делопроизводства для управления документами, типичными для образовательных организаций, и документооборота. В базе данных административной подсистемы должны храниться зачетные и экзаменационные ведомости, журналы и сводки текущей успеваемости, списки студенческих групп, личные дела сотрудников и студентов и т.п. Эти данные используются для анализа деятельности образовательного учреждения, оформления различного рода отчетов, переводных приказов, статистических сводок и других подобных выходных документов.

Производственная подсистема предназначена для разработки новых учебных материалов и их представления в требуемой форме. Такими формами могут быть электронные версии сетевых учебников и других учебно-методических материалов, твердые копии на бумажных носителях, CD -ROM, видеокассеты с записью лекций ведущих преподавателей и т.п. В структуре производственной подсистемы могут быть выделены участки машинной графики, мультимедиа, тех или иных инструментальных сред.

Кроме подсистем, указанных на рис. 1, в системе ДО должна быть создана также научно-исследовательская подсистема, предназначенная для развития научных основ ДО, оптимизации компонентов системы, выявления факторов медико-психологического характера, влияющих на эффективность ДО.

В филиалах системы ДО или в отдельных вузах созданных консорциумов структура системы ДО может быть менее сложной прежде всего за счет отсутствия специальной производственной подсистемы и упрощения серверного программного обеспечения. Однако в них появляются учебные классы для непосредственной работы студентов с клиентским программным обеспечением, в составе технической подсистемы нужно иметь коммуникационные средства для связей студент-студент, в составе учебно-методического обеспечения появляется подсистема контроля знаний студентов.

 

Инструментальные средства разработки сетевых курсов

В составе учебно-методического обеспечения системы ДО ключевую роль играют сетевые курсы [5].

Типичная структура сетевого курса для систем ДО на базе Internet представлена следующими основными компонентами:

  • компьютерный гипертекстовый учебник, включающий основной текст, иллюстративный материал, глоссарий, контрольные вопросы и упражнения для самотестирования, рекомендации и примеры для самостоятельного выполнения заданий;
  • сборник описаний лабораторных работ по курсу.

Для создания сетевых курсов используются инвариантные к приложениям программы, называемые инструментальными средствами. Совокупность инструментальных средств называют также инструментальной средой. Как отмечено выше, инструментальные средства являются важной составной частью системной среды ДО.

Инструментальные средства удобно разделять на две группы:

  • общедоступные среды, ориентированные на Web-технологии и не использующие дорогостоящих специальных средств;
  • инструментальные среды, специально ориентированные на разработку сетевых курсов.

Применяемые инструментальные средства определяют соответствующую технологию разработки сетевых курсов.

Технология первого уровня опирается на средства, общедоступные в сети Internet или используемые в известных системах программного обеспечения. Другими словами, здесь используются сравнительно недорогие или свободно распространяемые программные продукты. К ним относятся, например, редакторы HTML текстов, графические редакторы, конверторы форматов данных, возможно также применение средств создания аудио- и видеофрагментов. Так, в системе ДО МГИЭМ [1] используются редакторы MS Word, Adobe Photoshop, Math Type и некоторые другие известные программы. В этой технологии удается минимизировать первоначальные финансовые затраты, квалифицированные пользователи могут модернизировать и адаптировать созданные сетевые курсы. Однако создание сетевых курсов характеризуется повышенными затратами времени.

Более быстрое создание сетевых курсов осуществляется с помощью интегрированных инструментальных сред, примерами которых могут служить Learning Space фирмы Lotus [6], ToolBookII компании Asymetrix [7], WebCT университета Британской Колумбии [8], AuthorWare компании Macromedia [9] и др. Имеющиеся в инструментальной среде средства позволяют решать вопросы представления учебного материала с выбором типов шрифтов, палитры цветов, расположения и насыщенности графических фрагментов, анимации, звукового сопровождения и т.п. в соответствии с рекомендациями, обеспечивающими продуктивную работу пользователей.

В условиях недостаточного финансирования технология первого уровня выглядит предпочтительней. Однако по мере развития ДО, перехода к его самоокупаемости ситуация может измениться в пользу применения специальной технологии второго уровня на базе интегрированных инструментальных средств. Поэтому в системной среде целесообразно предусмотреть возможность интеграции фрагментов сетевых курсов, созданных по технологиям обоих уровней.

 

База учебных материалов

Структура базы учебных материалов в случае полнообъемного обучения может быть представлена в виде таблицы, столбцы которой соответствуют направлениям подготовки или специальностям, а строки специальным дисциплинам учебного плана. Каждой клетке таблицы, а также каждой общенаучной и общеинженерной дисциплине должны соответствовать один или несколько сетевых курсов. Целесообразна модульная структура сетевых курсов, облегчающая дальнейшую модернизацию их содержания.

При последовательной реализации принципа модульности структуры учебные материалы по специальным дисциплинам ряда родственных направлений подготовки могут быть естественным образом объединены в энциклопедию знаний соответствующей группы предметных областей.

Управление базой учебных материалов выполняется специальной подсистемой, которая обеспечивает:

  • доступ пользователей к информационному фонду системы ДО;
  • поиск информации по запросам пользователей;
  • открытость базы, т.е. возможность включения в базу новых сетевых курсов, в том числе разработанных вне данной среды;
  • сопровождение имеющихся сетевых курсов.

Удаленный доступ осуществляется в соответствии с Web-технологией с помощью браузеров. Для поиска информации в пределах базы полезно иметь гипертекстовые предметные указатели, для поиска вне пределов базы использовать информационно-поисковые системы Internet

Проблема включения в среду новых учебников, разработанных вне данной системы ДО, часто упирается в согласование форматов представления данных, поскольку изобразительные возможности разных форматов неодинаковы и при конвертировании форматов один в другой возможны искажения текста. Свои преимущества и недостатки имеются как у формата html, так и у других форматов. Поэтому целесообразно обеспечивать поддержку нескольких форматов, широко используемых или являющихся перспективными.

Подсистема управления базой учебных материалов должна обеспечивать удобство сопровождения содержащихся в ней курсов, т.е. должна включать в себя средства, помогающие разработчикам курсов своевременно обновлять их содержание, отражая происходящие в предметной области изменения.

В традиционных технологиях имеет место издание большого числа учебных пособий по одному и тому же предмету, написанных разными авторами и издаваемых разными учебными заведениями. Различия в содержании этих пособий зачастую не носят принципиального характера и связаны лишь с методическими воззрениями авторов и традициями (например, в системе обозначений величин), сложившимися в конкретных предметных областях или научных коллективах. В системе ДО появляются возможности существенного сокращения дублирования учебных материалов, что ведет к экономии времени и финансовых средств на их разработку.

В то же время сохранение разумной вариативности при выборе обучаемым учебников и учебных пособий считается одной из положительных сторон избирательного ДО, лежащего в основе систем открытого образования. Поэтому в базе учебных материалов полезно иметь альтернативные варианты сетевых учебников, например, разработанных разными авторами и отражающих их творческие концепции.

В случае полнообъемного ДО среди альтернатив целесообразно для каждой дисциплины иметь основной (базовый) вариант сетевого курса, рекомендуемый соответствующим подразделением вуза или филиала. При этом надо иметь в виду, что учебные программы дисциплин не являются незыблемыми, они могут изменяться во времени и в географическом пространстве в соответствии с характером специализаций, специфическими региональными требованиями к специалистам, запросами промышленности, уровнем предварительной подготовки обучаемых и т.д. Следовательно, желательно в подсистеме управления БУМ иметь средства адаптации базовых вариантов сетевых курсов к изменяющимся условиям их применения.

Базовые варианты учебников могут непосредственно использоваться в учебном процессе или служить основой для создания версий учебников, адаптированных на местах их использования к конкретным условиям [10]. Такие версии, разрабатываемые преподавателями-пользователями базы учебных материалов, назовем локальными. Базовые материалы могут использоваться в локальных версиях на основе принципов связи (linking) или внедрения (embeding).

В случае связи, осуществляемой с помощью обычных гипертекстовых ссылок, не возникает проблем с соблюдением авторских прав, однако при этом возможные изменения в базе могут привести к потере целостности информации в локальной версии, кроме того, увеличивается нагрузка на учебный сервер Центра.

Способ внедрения целесообразно применять по отношению к фрагментам энциклопедий знаний, специально созданных для целей реализации в локальных версиях. При этом модули энциклопедии непосредственно переносятся в локальную версию.

Управление базой учебных материалов подразумевает также отслеживание версий базовых учебников и энциклопедий знаний, контроль корректности взаимоотношений Центра и разработчиков локальных версий учебников на основе базовых средств. Дальнейшее развитие системной среды должно привести к созданию средств контроля согласованности в учебных материалах используемых терминов, их определений, обозначений величин и т.п..

 

Удаленные и виртуальные лаборатории

В системе ДО целесообразно везде, где это возможно, переходить в лабораторных практикумах от использования реального физического оборудования к математическому моделированию, т.е. к использованию виртуальных лабораторий, оснащенных соответствующим прикладным программным обеспечением (ППО). Поскольку это реализуемо не всегда, нужно в системной среде предусмотреть средства удаленного доступа к реальному оборудованию. Примером программного обеспечения удаленного доступа является известная система LabView.

Для решения задач моделирования при проведении лабораторных работ и выполнении курсового и дипломного проектирования в вузах применяют широкий спектр программных средств как оригинальных. так и преимущественно приобретаемых. Такое разнообразие обусловлено объективными причинами и является препятствием на пути типизации ППО виртуальных лабораторий, нужной для широкого доступа к программам со стороны филиалов и различных вузов.

Так, в некоторых приложениях можно выделить программы, являющиеся мировыми лидерами на рынке программных продуктов и потому перспективными для реализации в виртуальной лаборатории, но такие программы, как правило, довольно дороги. В ряде других приложений однозначных лидеров нет, и в промышленности находят применение многие программы разных производителей. Кроме того, ППО быстро устаревает и ориентация на определенную версию программы моделирования не может быть продолжительной. В этих условиях созданные в Центре базовые виртуальные лаборатории имеют ограниченное применение, являясь скорее методическим ориентиром, нежели практическим учебным средством, поскольку на местах аналогичного ППО может не быть.

Однако в ряде случаев удается создать лабораторные практикумы на основе доступных средств с продолжительным сроком полезного использования и включать такие практикумы в базу учебных материалов.

Это, во-первых, случаи приложений со стандартными языками и, следовательно, с унифицированной методологией моделирования. Примерами таких языков являются язык VHDL для моделирования функциональных и логических схем электронной аппаратуры или язык Express для представления информационных моделей в CALS-технологиях.

Во-вторых, это случаи разработки и поддержки программно-методических комплексов типа учебно-исследовательских САПР, программ многоаспектного моделирования типа ПА9 или математических пакетов типа MathCAD. Математические пакеты являются многоцелевыми и могут использоваться во многих циклах лабораторных работ. Программа ПА9 отражает характерные черты программ анализа в системах автоматизированного проектирования и успешно используется для моделирования динамических процессов в ряде приложений (механика, гидравлика, электроника).

 

Заключение

Опыт создания автоматизированных систем в промышленности (САПР, АСУ) показал необходимость наличия в них системной среды, называемой также Framework или Product Data Management (PDM). Автоматизированные системы обучения и тем более дистанционного обучения не являются исключением, их успешное создание и эксплуатация возможны только на основе системного подхода. Системные среды ДО обеспечивают интероперабельность, сопровождаемость и мобильность учебников и программных средств, исключают излишнее дублирование, способствуют индивидуализации обучения и открытости образования.

 

Литература

  1. Путилов Г.П. Концепция построения информационно-образовательной среды технического вуза/ М.: МГИЭМ, 1999.
  2. Малыгин Е.Н. и др. Автоматизированная лаборатория удаленного доступа "Проектирование и эксплуатация химико-технологических систем". – Информационные технологии, 1999, № 11.
  3. Загидуллин Р.Р., Зориктуев В.Ц. Концептуальные вопросы дистанционного образования. - Информационные технологии, 1999, № 5.
  4. Открытое образование: предпосылки, проблемы, тенденции развития / Под ред. В.П. Тихомирова // Изд-во МЭСИ, М.: 2000.
  5. Усков В.Л. Дистанционное инженерное образование на базе Internet/Библиотечка журнала "Информационные технологии", 2000, № 3.
  6. http://www.lotus.com/learningspace
  7. http://www.asymetrix.com
  8. http://www.webct.com
  9. http://www.macromedia.com
  10. Норенков И.П. По WWW-страницам учебных серверов. – Информационные технологии, 1997, № 3.
   
       
• [Карта сайта]
На первую страницуВ начало страницы