Программные продукты и системы

Стратегическим направлением деятельности университетов становится разработка инструментальных сред проектирования программ дистанционного обучения, которые бы позволили быстро, с относительно малыми затратами и высоким качеством конвертировать накопленный ими значительный интеллектуальный капитал в электронные форматы Интернета. В связи с этим в последние годы появились работы [1-3], основная идея которых – структурирование и динамическая компоновка материала гиперучебника в соответствии с интеллектуальными возможностями конкретного клиента. Структурирование реализуется на базе явных онтологических моделей предметной области знаний, включающих формальное описание навигации и визуализации материала гиперкниги, а также моделей обучаемого в данном контексте. Следствием этого является персонификация программ дистанционного обучения и открытость их архитектуры, обеспечивающая непрограммирующим разработчикам удобство модификации и повторного использования учебно-контролирующего материала при разработке смежных программ. К сожалению, предусмотренная в рамках этого подхода явная структуризация знаний отвечает лишь на вопрос «чему учить?», в то время как вопрос «как учить?» остается открытым. Ответ на последний вопрос предполагает создание модели структуризации программ дистанционного обучения и тестирования. Кроме того, для разработки комплексных проектов дистанционного образования, охватывающих множество взаимосвязанных программ и выполняемых виртуальным коллективом разработчиков, актуальна проблема ограничения доступа. Эта проблема обусловлена междисциплинарным характером и распределенной технологией реализации подобных проектов. Один из возможных подходов к решению указанных проблем реализован в инструментальном комплексе ГИПЕРТЕСТ[1].

В рамках предлагаемого подхода к формальному структурированию программ дистанционного обучения элементы модели предметной области отображаются в позиции сети Петри [4], а модули программы – в структурированные переходы. Таким образом, элементы знаний рассматриваются как своеобразные пред- и постусловия изучения материала модуля, контроль выполнения которых легко формализуется стандартной процедурой моделирования сети Петри как на этапе разработки программы, так и в процессе дистанционного обучения. Контроль состояния сети на этапе разработки позволяет выявить наличие ссылок на неопределенные понятия или же, наоборот, многократные переопределения одного и того же понятия, достижимость любого перехода из начальной разметки, отражающую методическую связность программы, наличие тупиковой разметки, соответствующей цели обучения. Контроль состояния сети в процессе дистанционного обучения, выполняемый при помощи цветных маркеров, позволяет идентифицировать состояние знаний каждого из обучаемых и подготовить рекомендации по выбору дальнейшего маршрута обучения.

Основу для реализации персонифицированных ограничений доступа к элементам онтологической модели в среде ГИПЕРТЕСТ составляет концепция прав доступа, традиционно определяющая права в терминах операций, разрешенных участнику разработки проекта дистанционного образования в отношении конкретного элемента онтологической модели, и роли как абстрактной совокупности прав на элементы модели. Основная идея концепции заключается в централизованном иерархическом делегировании разделяемых и исключительных прав. К разделяемым правам относится право просмотра элементов модели. Совокупность элементов, на которые участник проекта имеет право просмотра, образует область видимости данного участника. Пересечение областей видимости различных ролей обеспечивает концептуальную целостность проекта. Право на просмотр элемента онтологической модели является базовым, обусловливающим возможность назначения всех прочих (исключительных) прав на этот элемент. К исключительным относятся права на выполнение конструктивных и деструктивных операций (создание, редактирование, удаление компоновка Web-страниц) над элементами онтологической модели, формирующие непересекающиеся сферы компетенции в пределах проекта.

Инструментальная среда ГИПЕРТЕСТ 1.0 (рис. 1) представляет собой комплекс приложений, выполненный в трехзвенной архитектуре клиент-сервер и предназначенный для разработки, администрирования и сопровождения программ дистанционного обучения и профильного тестирования непрограммирующим пользователем. Ядром среды ГИПЕРТЕСТ является разделяемая всеми компонентами комплекса база данных, содержащая информацию о программе обучения и ее клиентах.

В функции разработчика программ обучения, поддерживаемые средой ГИПЕРТЕСТ, входит:

·     концептуальное проектирование:

-      модели предметной области знаний;

-      модульной структуры программы обучения;

-      информационных интерфейсов модульной структуры;

-      профиля программы обучения;

-      управляющих интерфейсов модульной структуры (профильных тестов);

·     визуальное проектирование:

-      компонентов визуализации структурных элементов программы;

-      модели визуализации программы обучения;

-      модели динамической компоновки Web-страниц программы.

Модель предметной области определена в среде ГИПЕРТЕСТ как семантическая сеть асимметричных отношений типа «род¬вид», «целое¬часть», «тип¬экземпляр», «объект¬атрибут» между понятиями (элементами знаний). Например, утверждение о том, что отрицательный литерал является частью запроса логической программы, во внутреннем реляционном формате представлено предикатом часть (запрос, отрицательный литерал).

Модуль – структурный элемент программы обучения, соответствующий законченному фрагменту учебного материала. Модуль может быть определен разработчиком как контейнер, содержащий подчиненные структурные элементы, или как терминальный элемент. Модули, формирующие программу, образуют иерархическую структуру, корень которой ассоциируется с программой в целом.

Информационные и управляющие связи модулей формализованы в декларативной модели понятием интерфейса. Информационный интерфейс модуля образуют элементы знаний, которые подразделяются на предусловия (знания, необходимые для усвоения материала модуля) и постусловия (знания, появляющиеся в результате изучения материала модуля).

Управляющий интерфейс модуля образуют тесты входного и выходного контроля. Разработчику обучающей программы доступен глобальный список тестов программы, из которого он может выбрать необходимые элементы в качестве тестов входного и/или выходного контроля, выполнить их редактирование или создать тесты заново. Операции формирования управляющего интерфейса модуля доступны из инструментальной панели редактирования модульной структуры.

Принятая в среде ГИПЕРТЕСТ методика тестирования базируется на оверлейной модели оценки знаний [5], которая представлена кортежем оценок ключевых элементов знаний (профилем). Профиль программы дистанционного обучения определяет ее пороговые стандарты; персональный профиль обучаемого фиксирует текущее состояние его знаний.

Персональный профиль формируется в результате выполнения тестов, каждый из которых представлен множеством вопросов и множеством групп[2] возможных ответов, включающим группы неправильных ответов. Каждый вопрос теста предназначен для взвешенного оценивания одного или нескольких элементов знаний, участвующих в формировании профиля программы.

Модель визуализации программы дистанционного обучения ГИПЕРТЕСТ предполагает, что каждый контейнерный модуль и каждый тест программы отображаются в браузере клиента в виде отдельных Web-страниц, которые динамически компонуются из визуальных примитивов, сопоставленных элементам концептуальной модели. К концептам, имеющим непосредственное визуальное представление, относятся элементы модели знаний, связи этих элементов с модулями[3], вопросы тестов и ответы на них. Множество визуальных примитивов типизировано (текст, HTML-фрагмент, растровый рисунок формата GIF, апплет Java, гиперссылка). Все визуальные примитивы, за исключением гиперссылок на элементы знаний и разделы учебника, которые генерируются средой исполнения программ обучения автоматически, создаются разработчиком программы.

Первый этап разработки модели визуализации предполагает конструирование отношения на множествах концептов и визуальных элементов, определяющего для каждого концепта неупорядоченное множество примитивов его представления на странице учебника.

Второй этап визуального проектирования, поддержанный инструментальным средством Мастер компоновки, заключается в упорядочении визуальных элементов, сопоставленных концептам модуля. Заданное на множестве элементов отношение порядка определяет последовательность динамической компоновки сопоставленной модулю Wеb-страницы.

В функции администратора ГИПЕРТЕСТ входит распределение прав доступа к модели учебника между разработчиками и мониторинг процесса дистанционного обучения.

Распределение прав реализуется путем формирования ациклической сети антисимметричных транзитивных отношений начальник–подчиненный, истоком которой является администратор, изначально обладающий всеми правами на все элементы модели. Рядовой участник проекта приобретает права на подмножество элементов модели в результате обратимого акта делегирования (передачи прав) либо реализации этих прав для создания новых элементов модели.

Права участника проекта подразделяются на явные и неявные. К явным относятся те права, которые доступны для непосредственного делегирования и фиксируются в виде отношения между элементами модели и сети участников проекта. Поддерживаются также неявные права, обусловленные наличием прямой или опосредованной связи между элементами информационной модели, на один из которых участник проекта имеет явные права. В большинстве случаев явные права возникают либо в результате делегирования, либо в результате создания участником проекта нового элемента. Участник проекта, создавший новый элемент модели, получает на него все права, при этом вся подсеть его начальников, вплоть до администратора, получает право просмотра на данный элемент. Еще один случай явного назначения обусловлен необходимостью поддержания целостности системы прав при удалении узла сети участников проекта: все права исключаемого участника распределяются между его непосредственными начальниками.

Выполняемые администратором функции мониторинга включают:

·   регистрацию пользователей (это рутинная процедура занесения учетных данных пользователя в базу системы и присваивания ему уникального идентификатора и пароля для входа в среду дистанционного обучения);

·   определение прав доступа пользователя (это тоже рутинная процедура, определяющая множество доступных пользователю программ обучения и инициализирующая его персональные профили по этим программам);

·   просмотр комбинированных профилей;

·   удаление пользователя из системы.

Наиболее интересной в содержательном плане функцией мониторинга является просмотр персонального профиля пользователя, спроецированного на профиль программы обучения – так называемого комбинированного профиля. Эта проекция позволяет администратору программы оценить уровень достижений каждого из обучаемых, реальную цену этих достижений (количество пройденных тестов/количество попыток) и на основании этой информации принять решение по конкретному персонажу (продолжение обучения, отчисление в связи с успешным завершением программы, отчисление за неуспеваемость).

Дистанционное обучение и контроль в среде ГИПЕРТЕСТ реализуют приложения формата тонкий клиент (рис. 2). Это стандартные программы просмотра (Web-браузеры) Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator и другие, бизнес-логика которых вынесена на сервер приложений в виде набора сценариев, интерпретирующих действия обучаемых. В функции этих сценариев входит:

·         аутентификация клиента и предоставление ему доступа к учебному материалу;

·         динамическая компоновка учебно-контролирующего материала;

·         поддержка структурной и семантической навигации;

·         тестирование и формирование персонального профиля;

·         визуализация персонального профиля и выработка рекомендаций по выбору маршрута дальнейшего обучения.

Среда ГИПЕРТЕСТ апробирована в ИГЭУ при подготовке и проведении дистанционного обучения по дисциплинам «Инновационный менеджмент» и «Маркетинг» в рамках Програм- мы переподготовки управленческих кадров для организаций народного хозяйства РФ и поставляется в виде технологического комплекса и/или разработанных в его среде образовательных ресурсов.

Список литературы

1.   Brusilovsky P., Schwarz E. and Weber G. ELM-ART: An intelligent tutoring system on world wide web. In C. Frasson, G. Gauthier, and A. Lesgold, editors, Intelligent Tutoring Systems (Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1086), pages 261-269, Berlin, 1996. Springer.

2.   Goldberg M., Salari S. and Swoboda P. World wide web - course tool: An environment for building www-based courses. In Proceedings of the Fifth International World Wide Web Conference, Paris, France, May 1996.

3.   Fröhlich Peter, Nejdl Wolfgang and Wolpers Martin. KBS-HYPERBOOK – an open hyperbook system for education. In Proceedings of the ED-media World Conference on Educational Multimedia and Hypermedia, Freiburg, Germany, June 1998.

4.   Котов В.Е. Сети Петри. – М.: Наука, 1984. –158 с.

5.   Петрушин В.А. Интеллектуальные обучающие системы: архитектура и методы реализации (обзор) // Изв. РАН. Техническая кибернетика. - №2. - 1993. - С.164 – 189.