Программные продукты и системы

В рамках Программы Минобразования РФ по созданию системы открытого образования (ОО) внедряется единая информационно-образовательная среда открытого образования РФ (ИОС ОО РФ). При этом в основе создания ИОС ОО лежат технологии адаптивного ОО с использованием современных информационных и телекоммуникационных технологий (прежде всего, Интернет-технологий).

По инициативе ЦНИТ Тверского государственного технического университета (ТГТУ) проводятся работы по созданию региональной информационной образовательной среды, представляющей Тверскую область в системе ОО РФ. Работы ведутся в рамках проекта «Разработка технологий адаптивного открытого обучения на базе DOM-модели электронных документов и языка XML», входящего в состав корпоративного проекта «Инструментальные средства для подготовки информационных ресурсов системы ОО».

Работы по созданию региональной ИОС ведутся в следующих направлениях:

-         создание и поддержка Тверского виртуального университета (ТВУ) как региональной ИОС, интегрирующей и представляющей образовательные учреждения Тверской области в системе ОО РФ;

-         создание и поддержка виртуального представительства (ВП) ТГТУ в рамках ТВУ;

-         разработка технологии обучения в ИОС ОО через ВП ТГТУ на базе телекоммуникационных технологий;

-         разработка технологии по созданию обучающих курсов и учебно-методических материалов, которая позволит сформировать учебные материалы с учетом уровня знаний и предпочтений обучаемого.

С точки зрения сети Интернет ВП ТГТУ (см. http://www.tver.openet.ru) реализуется как образовательный web-портал, то есть как системное многоуровневое объединение информационных ресурсов и сервисов, имеющее вертикальную структуру в рамках образовательной тематики.

В настоящий момент ВП ТГТУ, как и ТВУ, работает в тестовом режиме и в условиях ограниченной функциональности. Так, создана главная страница ВП ТГТУ, на которой представлены перспективные направления работы и промежуточные результаты; проводится работа по заполнению ВП информационными ресурсами на базе учебных материалов, используемых в рамках очного обучения. В контакте с консалтинговым центром в качестве первоочередных задач определяются обеспечение взаимодействия обучаемого слушателя (студента) и обучающего тьютора (через интерфейс коммуникаций) и полнофункциональное обеспечение системы тестирования обученности. Решение этих задач в комплексе с информационным наполнением ВП ТГТУ позволит начать обучение студентов ТГТУ в рамках ВП по отдельным дисциплинам.

Важно отметить, что с позиции ЦНИТ ТВУ и ВП ТГТУ понимаются как типовой инструмент по организации обучения в российской ИОС ОО, который находится на этапе разработки, проводимой консалтинговым центром (РГИОО) с учетом рекомендаций системных администраторов, апробирующих виртуальные университеты и представительства. С этой точки зрения основные работы по ТВУ и ВП ТГТУ сводятся к апробации обновленных версий типового программного обеспечения и к освоению работы в их среде. С другой стороны, анализ подобного программного обеспечения показывает отсутствие типовых решений по ведению учебного процесса и его учебно-методическому обеспечению в системе ОО. Поэтому основное внимание уделяется и будет уделяться разработке технологии адаптивного открытого обучения и ее компонентов.

Таким образом, в рамках ВП ТГТУ решаются не только функциональные, но и научно-технические задачи по реализации ОО.

Гибкость обучения является одной из основных особенностей ОО. В этой связи важной задачей представляется индивидуализация образовательных информационных ресурсов, адаптированных к возможностям обучаемого. Тем самым система ОО повышает степень доступности обучения с сохранением его качества.

Опишем адаптивную технологию подготовки и использования образовательных информационных ресурсов, а также программные продукты, разработанные в ТГТУ для ТВУ и поддерживающие эту технологию.

Разработанный комплекс имеет целью предоставить технологические, инструментальные и языковые средства для быстрого и массового изготовления современных  адаптируемых электронных учебных материалов. При этом под адаптивностью понимается учет предпочтений обучаемого при формировании содержания учебных материалов, предоставляемых ему системой ОО.

Заявленная цель требует некоторых комментариев. Быстрое изготовление учебного материала означает быстрый перевод содержания учебника в формат, удобный для гибкого использования, а не быстрое написание собственно учебника (что является прерогативой автора). Массовое изготовление учебных материалов предполагает применение хорошо структурированной универсальной модели учебного материала. Адаптивность учебного материала обеспечивается с учетом предпочтений обучаемых, а его современность – с учетом специфических в данном контексте требований.

Конечно, в настоящее время имеется множество отличных образцов электронных учебных материалов. Целесообразно выделить базовые требования к таким материалам, актуальные для ОО: а) развитые средства навигации по содержанию материала, включая поисковые функции; б) доставка обучаемым материала (полностью или фрагментарно); в) возможность форматированной печати; г) легкая модифицируемость содержания материалов; д) информационная совместимость с различными образовательными системами (включая использование международных стандартов); е) системные требования (работа в среде Интернет, архитектура клиент-сервер, скорость доступа, внешний интерфейс).

Разрабатываемая технология базируется на следующих основных идеях:

-         универсальная рабочая модель учебного материала;

-         структурированный и формализованный набор параметров адаптации материалов;

-         методика специальной подготовки учебных материалов;

-         средства для автоматизированной подготовки учебных материалов в формате, пригодном для реализации поставленных задач;

-         средства для генерации требуемого варианта учебного материала (включая работу пользователя по параметризации предпочтений и автоматическую генерацию содержания);

-         средства визуализации материала и его доставки;

-         учет в разработках (реальный и потенциальный) международных стандартов, таких как LTSA и IMS.

Описываемая технология реализуется в системе Guide Creator, компоненте виртуального представительства ТГТУ, которая предназначена для моделирования структуры учебных материалов, их формирования согласно заданным параметрам и представления в информационно-образовательной среде в Интернет (см. демо-версию на http://tver.openet.ru). Система Guide Creator  является дополнением базового программного обеспечения ТВУ.

Используемая рабочая модель учебного материала представляет собой иерархически упорядоченный набор объектов и их атрибутов (элементов модели). Под учебным материалом в модели понимается текст, предназначенный для обучения какой-либо дисциплине. Текст может содержать таблицы, иллюстрации и мультимедийные элементы. Структура учебного материала, описываемая моделью, включает в себя титульные данные, иерархический набор разделов, подразделов и параграфов, блок контрольных вопросов. Эта модель применима к учебному материалу любого типа (например, к учебнику, сборнику лабораторных работ и т.д.). Модель содержит только основные элементы и атрибуты учебных материалов и открыта к модификациям. Для формального описания модели использованы декларации XML/DTD, включенные в стандарты XML. Для непосредственной работы с моделью используется рабочий шаблон, который играет роль прототипа при создании учебного материала в формате XML-документа. Он дает схему размещения всех основных элементов материала в соответствии с базовой моделью. Фрагмент формального описания модели:

...

...

mandatory (base | additional | specific) ""

perception (theory | practice | any) ""

complexity (simple | middle | complex) ""

desiregrade (3 | 4 | 5 | pass) "">

...

Для подготовки учебных материалов разработано соответствующее программное обеспечение и методика. Методика содержит описание базовой модели учебного материала, порядок подготовки учебных материалов в виде XML-документов, а также сведения о хранении подготовленных учебных материалов для последующего использования. Специализированный компонент Guide Creator – XML Guide Builder позволяет готовить учебные материалы в формате XML-документов с минимальными затратами. Этот инструмент может использоваться персоналом поддержки электронной библиотеки. Он представляет собой редактор исходных HTML-документов со средствами определения структуры и параметров материала и его составных частей, генератор XML-файлов и web-браузер, которые интегрированы общей оболочкой. На рисунке 1 представлена основная панель XML Guide Builder.

Источником данных для формирования требуемого содержания материалов являются готовые электронные учебники или просто их тексты, результатом – структурированный и специальным образом скомпонованный набор XML-документов, который и является учебным материалом. При его использовании (локально или через систему открытого образования в Интернет) могут быть учтены предпочтения обучаемого. Это происходит в процедуре адаптации учебного материала – в формировании его содержания в зависимости от контекста использования. Естественно, можно получить и максимально полный объем содержания данного материала, однако это не всегда целесообразно.

Процедура формирования требуемого варианта учебного материала такова. После авторизации пользователя в системе ему предлагаются списки специальностей и дисциплин по каждой из них. Выбрав интересующую дисциплину, пользователь получает список доступных ему учебных материалов. Далее работа ведется с выбранным материалом.

Параметры адаптации учебного материала задаются самим пользователем (обучаемым). Такими параметрами могут быть: тип учебного материала, фрагмент материала, вид восприятия материала (теоретический, практический, смешанный), степень обязательности изучения (базовый, дополнительный, профильный), уровень сложности материала (простой, средней сложности, сложный), а также желаемая оценка степени освоения материала. Процедура задания параметров проста и не должна представлять сложности даже для неподготовленных пользователей. На рисунке 2 представлена панель для выбора параметров учебного материала.

Генерация учебного материала требуемого содержания осуществляется автоматически. При этом анализируются введенные значения параметров и синтезируется специфическое для данного применения содержание материала. Например, можно получить теоретический материал среднего уровня сложности, включающий профильные (для специальности) сведения. Если есть необходимость, то можно легко вернуться на панель задания параметров и сгенерировать другой вариант материала.

Сгенерированный учебный материал может быть представлен пользователю в различных видах. Каждое из этих представлений создается из эталонного XML-документа с помощью технологий XSLT/DOM.

Основные варианты представления учебного материала следующие:

-         интерактивный вариант учебного материала для просмотра и чтения с экрана компьютера; имеет характерный для web-приложений вид, необходимые средства навигации и поиска по содержанию материала (рис. 3);

-         текст учебного материала, специально сформированный для печати; после просмотра его можно распечатать соответствующей командой из меню браузера;

-         контрольные вопросы по содержанию учебного материала для проверки и закрепления полученных знаний;

-         архивный файл, содержащий учебный материал (для дальнейшего автономного использования на компьютере пользователя).

Внедрение такой технологии и функционирование системы Guide Creator осуществляется в соответствии с регламентом ВП ТГТУ (http://tver. openet.ru) российской системы ОО. В настоящее время проводится опытная эксплуатация во взаимодействии с базовым ПО "Региональный виртуальный университет". Преимущества использования разрабатываемых средств таковы:

·         обеспечивается высокая степень технологичности подготовки учебных материалов для электронной библиотеки, в том числе легкая модифицируемость материалов и минимизация ручной работы при их подготовке;

·         обеспечивается высокая степень доступности электронных учебных материалов пользователям, в том числе через Интернет (нет необходимости в неоправданной индивидуальной разработке средств визуализации, навигации и доставки пользователям таких материалов);

·         пользователи (обучаемые) получают простые и доступные средства создания учебных материалов, необходимых им в данный момент;

·         система ОО в целом получает в распоряжение структурированный и адаптируемый комплекс учебных материалов, соотнесенных со специальностями, дисциплинами, преподавателями.