Программные продукты и системы

Внедрение инновационных технологий в область инженерно-физического образования на новом этапе развития ядерной науки и промышленности сопровождается такими инновационными составляющими развития, как активно-деятель­ностные и интерактивные формы обучения, индивидуальные траектории обучения, дистанционная поддержка учебного процесса. Все три составляющие основаны на использовании информационно-коммуникационных технологий. В настоящее время многие элементы дистанционного образования, такие как электронные курсы (тренажеры, тесты), все больше и больше проникают в сферу очного обучения. Выбор платформы, на которой будет создаваться информационно-образо­вательный ресурс (ИОР) учебного назначения, является одним из ключевых моментов работы, отталкиваясь от которого, в дальнейшем будет вестись вся работа по его созданию. Данная статья посвящена возможностям создания электронных образовательных ресурсов на базе методологии SCORM.

Отметим, что в современном мире для успешной разработки и эффективной эксплуатации программных систем используются стандарты в соответствующей области. Стандарт SCORM хорошо зарекомендовал себя в зарубежных вузах и постепенно начинает применяться на учебных порталах в российских университетах [1–3]. В основе стандарта SCORM лежит модульность, что позволяет каждый отдельный элемент электронного курса – SCORM-пакета – многократно использовать в составе какого-либо другого курса, также созданного на основе стандарта. Помимо многократной используемости, ИОР в формате SCORM обладают доступностью, адаптируемостью, эффективностью, долговечностью и интероперабельностью. Именно эти особенности методологии SCORM хорошо зарекомендовали себя в зарубежных вузах.

ИОР, реализованный в виде SCORM-пакета, взаимодействует с системой управления LMS, внедренной в образовательный портал, и передает необходимую информацию. В зависимости от уровня специализированного качества ИОР [3] может передаваться не только информация о времени доступа к ресурсу и длительности его изучения, но и результаты выполнения практических заданий и тестов.

SCORM-пакет представляет собой архив в формате zip, содержащий элементы учебного курса, а также файл структуры курса (imsmanifest.xml) и файл с метаданными (sco.xml). Структура SCORM-пакетов разделяется на логическую и физическую [1]. Логическая структура SCROM-паке­та представляет собой набор Asset и SCO, которые содержат обучающий материал, логику тестов и прочее, а также порядок их использования.

Организация учебного материала – это своеобразная карта, представляющая заданный порядок использования учебного материала с помощью структурированных наборов инструкций (разделов, или activities) и отражающая взаимодействие и отношения разделов и модулей между собой. Разделы карты организации учебного материала могут состоять из других разделов. Стандарт не накладывает никаких ограничений на глубину вложенности разделов. Последовательность прохождения обучения обычно связана с иерархической структурой разделов (например, глава–тема–модуль), однако это не является обязательным правилом.

Схема организации учебного материала имеет свои метаданные, которые обеспечивают возможность повторного использования. Как и в случае с SCO, для связывания метаданных и схемы организации используется сборка учебного материала. Для того чтобы эти материалы можно было использовать, их необходимо собрать в пакет учебного материала (Content Package). Цель создания подобных пакетов – предоставление стандартного способа обмена учебным материалом между различными системами и утилитами. Пакет учебного материала предоставляет место для описания структуры и предполагаемой последовательности материала обучения и состоит из двух основных элементов: XML-файла, содержащего информацию о структуре учебного материала и ассоциированных ресурсах (этот файл называется файлом манифеста (imsmanifest.xml)), и физических файлов, являющихся непосредственно учебным материалом.

Диаграмма структуры содержания является общим инструментом, используемым для описания иерархических зависимостей опыта учащегося. Спецификация IMS SS определяет и использует подобную концепцию, названную деревом разделов, для определения структуры активности учащегося (learning activities). Дерево разделов позволяет модели упорядочения и навигации SCORM (SCORM Sequencing and Navigation Model) описывать информационные и обрабатывающие зависимости, такие как алгоритм упорядочения и поведения, в не зависящем от конкретной реализации виде.

Стандарт SCORM не определяет, когда или как дерево разделов может быть создано в рамках системы управления обучением LMS. Также SCORM не требует, чтобы дерево разделов всегда имело статическую структуру. Реализация может динамически изменять структуру дерева разделов и информацию о последовательности, применимую к разделам в дереве разделов как угодно, пока результат соответствует требованиям модели определения последовательности и поведения упорядочения.

Неотъемлемой частью работы SCORM-пакета является интерфейс передачи данных от SCORM-пакета к LMS и обратно по мере необходимости. Использование интерфейса позволяет передавать время выполнения заданий и результаты. С помощью этого интерфейса можно получать данные от LMS-машины, например, количество попыток выполнения теста и т.п.

Физическая структура SCORM-пакета довольно проста и включает в себя набор файлов, содержащих информацию, используемую в процессе обучения (Assets). Стоит отметить, что файлы могут как физически присутствовать в SCORM-паке­те, так и передаваться посредством протокола http. Данный стандарт понимает множество форматов компонетов Assets, в том числе видео-, аудиоформаты, html, xml, а также и Flash. Выбор платформы, на которой будет создаваться электронный курс, является важным моментом в его реализации.

Данная статья посвящена опыту создания электронных обучающих курсов и тренажеров на базе платформы Adobe Flash.

Flash (последней версией которого является Adobe Flash Professional CS5) позволяет создать (или подгрузить) практически любой элемент, необходимый для качественной реализации электронного курса. Создание программных тренажеров, тестов, подгрузка видео- или других ранее разработанных флеш-элементов, импорт картинок – все это и еще многое другое Flash позволяет включить в состав электронного курса.

Помимо выбора платформы реализации электронного курса, важным является выбор концепции. В данном случае учебные модули на базе стандарта SCORM 2004 предлагают учащимся электронные курсы, в структуре которых лекции, практические занятия и тесты (рис. 1).

Лекции – это основной учебный материал, предлагаемый учащимся. Они закладывают базу научных знаний в обобщенной форме. После каждой лекции учащемуся предлагается небольшой тест, состоящий из вопросов по только что прослушанному материалу. Данный тест является обязательным, и, если учащийся его не проходит, ему рекомендуют повторить обучение и в конце лекции снова предложат пройти тест, включающий те же вопросы. Если и в этом случае студент не сможет правильно ответить на вопросы, ему снова предложат повторить обучение и будут предлагать до тех пор, пока учащийся не усвоит изложенную в лекции информацию и не пройдет, наконец, данный тест.

Лекции в электронных учебных курсах, как правило, реализуются в форматах *.pdf, *.hml или *.swf. Самым простым методом создания электронного документа в формате .html при имеющемся документе в формате .doc является конвертация его средствами MS Word. Недостатком этого метода является отсутствие удобной навигации между различными частями документа. Навигация по скроллингу не всегда удобна и не позволяет быстро переходить внутри документа от одного раздела к другому. При конвертации средствами MS Word создается файл, имеющий громоздкую структуру описания тегов, не используется возможность управления текстом с помощью таблиц CSS, объем файла значителен. Для каждого раздела курса создается папка, содержащая рисунки, вставляемые в документ, и имеющая соответствующую нумерацию. Номера рисунков строятся по иерархической схеме с учетом общей структуры документа.

Другим методом создания электронных лекций является конвертация исходного текста в формат *.pdf. Этот формат сохраняет внешний вид документа и дает возможность автоматически конвертировать встроенные клавиши перехода между страницами. Однако объем pdf-файла в несколько раз превышает объем файла с исходной информацией. Так, например, лекция в формате PowerPoint 2007 объемом в 7 Мб при конвертации в *.pdf увеличивается до 15 Мб.

Третьим методом является создание электронных лекций в формате *.swf с помощью пакета Adobe Flash. Дополнительным преимуществом формата swf, помимо небольшого размера, является его переносимость, то есть этот формат может использоваться на любой аппаратно-программной платформе (в частности, на компьютерах Macin­tosh). Кроме того, созданные на основе swf изображения не только могут быть анимированы, но и дополнены интерактивными элементами и звуковым сопровождением.

Практические занятия, встречающиеся в рамках электронного курса, реализованы в виде программных тренажеров, выполненных в форме теста или задачи, которые в случае неверного ответа учащегося дают ему подсказку и объясняют, что именно он сделал не так, где ошибся, или же просто сообщают правильный ответ и дают возможность студенту самому решить поставленную перед ним задачу. Такие программные тренажеры реализованы с помощью среды программирования Adobe Flash.

Тесты в учебных модулях на базе стандарта SCORM 2004 реализуются в различных формах: тесты небольшого объема после каждой лекции, контрольные тесты после какой-то определенной главы в учебном модуле определенного курса. Как правило, такие тесты включают с десяток разрозненных вопросов. Третий вид тестов – это большие контрольные тесты по окончании целого курса или же раздела данного курса. Такие тесты представляют собой БД с множеством вопросов по курсу. Случайным образом для студента выбираются из этой базы десять вопросов, на которые он должен ответить.

Все вопросы для формирования тестов разделены на категории, обычно соответствующие темам тестирования. Два основных вида вопросов – с закрытыми и открытыми ответами. К первому виду относятся вопросы на соответствие, случайные вопросы на соответствие, вложенные ответы, вопросы в закрытой форме (множественный выбор), вопросы с ответами типа верно/неверно.

Особенность этих вопросов в том, что тестируемый из нескольких предложенных вариантов ответа выбирает правильный, на его взгляд, вариант. Для составления вопросов этого типа преподавателю необходимо не только поставить вопрос, но и подобрать соответствующие ему корректные варианты ответа.

Ко второму виду относятся вопросы без вариантов ответов – тестируемый сам должен ввести тот вариант ответа, который сочтет правильным. Преподавателю требуется поставить вопрос, на который существует единственно правильный ответ. Все тесты реализованы с помощью интерактивной среды программирования Adobe Flash.

Преподаватель может отслеживать действия учащегося путем получения данных с результатами теста, которые проходил студент, а также с помощью данных об активности пользователей: кто из учащихся проходил учебные модули и насколько успешно (в случае, если дистанционное обучение является дополнительным, а очное остается основным).

Рассмотрим модели взаимодействия различных ИОР, в том числе программных тренажеров в формате SCORM, с системами управления обучением Learning Management System (LMS). Согласно методологии SCORM, система LMS – это программное приложение для администрирования, документирования, отслеживания траекторий, создания отчетов обучающих программ, учебных комнат и других онлайн мероприятий, а также дистанционно обучающих программ и тренажеров. Класс задач LMS начинается с управления информацией о тренажерах и образовательным материалом до способности распространять курсы через сеть Интернет с возможностью онлайн взаимодействия.

С точки зрения методологии SCORM система управления обучением представлена неким черным ящиком, связанным со SCORM-пакетом определенным API, с помощью которого можно принимать и отправлять информацию в LMS. Использование общего API реализует многие из требований SCORM к интероперабельности и многократности использования. Таким образом, предоставляется стандартный способ взаимодействия между SCO и LMS. Как именно осуществляется взаимодействие между реализацией API, заложенной в конкретной LMS, и серверной частью этой LMS, в данном стандарте не оговаривается, и эта реализация может быть такой, какая необходима разработчикам LMS (рис. 2).

Реализация проектов в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. явилась толчком для создания различных ИОР в формате SCORM 2004. В их числе следующие.

·     Программные тренажеры «Вычислительные сети и телекоммуникации. Стек TCP/IP», «Дискретная математика. Теория множеств и бинарные отношения», «Информационное пространство преподавателя» [4–6].

·     Электронные обучающие курсы «Дискретная математика. Математическая логика», «Вычислительные сети и телекоммуникации», «Математические методы финансового анализа: финансовая математика», «Информационное пространство преподавателя высшей школы», зарегистрированные в Объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» (ОФЕРНиО).

·     Электронный учебник «Нечеткие модели дискретной математики», также зарегистрированный в ОФЕРНиО.

В заключение следует отметить, что рассмотренные ИОР в формате SCORM внедрены в учебный процесс Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и успешно используются для обучения как студентов, так и слушателей факультета повышения квалификации и переподготовки кадров университета.

Литература

1.   Гусева А.И. [и др.]. Методология SCORM для проектирования информационных образовательных ресурсов // Информационные технологии в образовании: сб. науч. тр. XIX Междунар. конф.-выставки. М.: МИФИ, 2009. Ч. II. С. 66–68.

2.   Тельнов Ю.Ф., Рогозин О.В. Разработка инновационных образовательных технологий на основе модели с использованием SCORM-спецификаций // Открытое образование. 2009. № 4. С. 37–46.

3.    Гусева А.И., Гаврилов С.И., Тихомирова А.Н. Модель управления качеством информационно-образовательных ресурсов // Программные продукты и системы. 2010. № 1. С. 146–149.

4.   Вычислительные сети и телекоммуникации. Стек TCP/IP: прогр. для ЭВМ № 2010611485; заявл. 09.02.2010; зарегистр. 19.02.2010; RU ОБПБТ № 3 (72 ч.) 17с.

5.   Дискретная математика. Теория множеств и бинарные отношения: прогр. для ЭВМ № 2010613941; зарегистр. 17.06.2010; опубл. 20.09.2010, RU ОБПБТ, № 3 (72 ч.). 394 с.

6.   Информационное пространство преподавателя: прогр. для ЭВМ № 2010615275; заявл. 22.06.2010; зарегистр. 16.08.2010; RU ОБПБТ, № 3 (72 ч.). 453 с.