Содержание к диссертации
Введение 7
Глава 1. Постановка задачи и обзор существующих сетевых
автоматизированных обучающих систем 15
1.1. Обзор существующих сетевых автоматизированных
обучающих систем 15
-
Институт дистанционного образования МЭСИ 16
-
Система «Прометей» 17
-
Система дистанционного обучения «Тантал» 18
-
Система ДО xDLS 18
-
Система дистанционного обучения на базе Learning
Space 19
1.2. Методы построения обучающих систем на базе сетевых
Д технологий Интернет 21
-
Создание учебных курсов в виде статических гипертекстовых документов 21
-
Реализация учебных курсов с применением клиентских сценариев 24
-
Реализация учебных курсов с применением серверных сценариев 26
1.3. Обзор существующих методов организации хранения
информации и особенности их использования в сетевых
технологиях обучения 27
-
Применение файлового метода хранения информации 27
-
Системы управления базами данных. Основные преимущества и недостатки 29
ф 1.3.3. Применение Интернет/Интранет технологий и СУБД
для реализации системы дистанционного обучения 35
-
Формулировка цели и постановка задачи исследования 41
-
Выводы по первой главе 42
Глава 2. Применение объектного подхода при обработке информации в
сетевой информационно обучающей системе 44
-
Учебно-методическое обеспечение 44
-
Декомпозиция учебно-методической информации 49
-
Объектный способ представления учебно-методической
информации 53
2.4. Логическая структура базы данных учебно-методических
материалов 62
2.5. Хранение и применение методов объектов учебно-
методической информации 65
-
Метод «Сборка» (Генерация, Монтаж) 66
-
Метод «Внедрение» («Воспроизведение») 67
-
Метод «Печать» 68
-
Метод «Поиск» 68
2.6. Выводы по второй главе 69
Глава 3. Алгоритмы генерации учебных курсов и функционирования
сетевой информационно-обучающей системы 71
3.1. Алгоритмы сборки объектов учебно-методической
информации 71
-
Организация физического хранения учебно-методической информации в базе данных 72
-
Сопровождение учебно-методической информации дополнительными полями, при организации хранения в БД 76
-
Алгоритмы работы методов объектов 79
-
Алгоритмы генерации учебных занятий, курсов, дисциплин 81
-
Функциональная модель процесса адаптивного
интерактивного обучения 85
3.4. Алгоритм работы в ИОС ДО 89
к 3.5. Алгоритм функционирования ИОС ДО при распределенной
базе данных учебных курсов 91
3.6. Выводы по третьей главе 95
Глава 4. Практическая реализация программных инструментальных
средств обработки информации и генерации учебных курсов в
сетевой информационно-обучающей системе 97
-
Архитектура информационно-обучающей системы 97
-
Выбор программных средств разработки ИОС ДО 101
-
Выбор аппаратных средств для функционирования сетевой
информационно-обучающей системы 105
-
Аппаратные средства пользователя системы 105
-
Аппаратные средства для организации Центра ДО 107
-
Аппаратные средства для организации Пункта ДО 109
4.4. Реализация учебных курсов в информационно-обучающей
системе 111
4.5. Оценка эффективности предложенных методов хранения
учебно-методического материала и алгоритмов генерации
учебных курсов 113
4.6. Выводы по четвертой главе 119
Заключение 121
Список литературы 124
Приложение 1 138
Дистанционное образование: образовательные ресурсы Интернет.... 138
Приложение 2 151
Фрагменты исходных кодов сетевой информационно-обучающей
системы ДО 151
Приложение 3 165
6
Примеры экранных форм разработанного сетевого программно-
методического комплекса ИОС ДО 165
Приложение 4 173
Глоссарий 173
Приложение 5 177
Акты внедрения 177
Приложение 6 180
Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ ..180
Введение к работе
Актуальность
Настоящая работа направлена на создание программных инструментальных средств реализующих объектный подход к обработке данных на основе методов организации эффективного хранения учебно-методической информации в СУБД и разработку алгоритмов генерации адаптивных интерактивных учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе (ИОС), функционирующей на базе Интранет/Интернет технологий.
Предметом исследования настоящей диссертационной работы является информационно-обучающая среда для образовательных систем, функционирующая на базе Интранет/Интернет технологий, призванная обеспечить проведение автоматизированного дистанционного обучения на базе новых информационных технологий обучения (НИТО) при различных формах организации учебного процесса.
Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ и практических подходов к созданию программных инструментальных средств на основе методов организации эффективного хранения учебно-методической информации в СУБД и разработка алгоритмов генерации адаптивных интерактивных учебных курсов в информационно-обучающей системе, функционирующей на базе Интранет/Интернет технологий. Реализация поставленной цели позволит: естественным образом описывать данные (представлять их в виде объектов, обладающих набором свойств и методов), представляющие собой дидактически завершенные фрагменты учебно-методической информации, которые необходимо хранить в БД; значительно упростить процесс адаптивной подготовки учебно-методического материала за счет формализованной генерации содержания занятия из набора объектов, содержащихся в БД и хранимых траекторий среднестатистического и индивидуального обучения; упростить создание и последующую модификацию функциональных модулей ИОС, не зависящих от внутренней структуры хранимых в базе данных объектов (фрагментов учебно-методической информации); совершенствовать внутреннее устройство объектов, не нарушая работы основных функциональных модулей ИОС за счет использования принципа «черного ящика»; - применять пользовательский интерфейс на основе технологий WWW, независимый от ИОС, что допускает переход на новую технологию пользовательского интерфейса и не влечет за собой полную замену кода функциональных подсистем сетевой ИОС - большая часть команд может оставаться без изменений.
Задачи исследования
Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:
Проведен анализ существующих автоматизированных обучающих систем (АОС) функционирующих на базе сетевых технологий, обоснована целесообразность применения объектного подхода к декомпозиции учебно-м
Разработана структура базы данных, позволяющая организовать эффективное хранение слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов в сетевой ИОС, для последующей сборки УМИ в виде многоуровневых объектов, обладающих необходимыми для реализации процесса обучения методами.
Разработаны алгоритмы промежуточного слоя (Middleware) системы, позволяющие осуществлять компоновку объектов любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов, хранящихся в реляционной базе дан- ных, реализующие объектный подход к хранению и обработке учебно-методической информации.
Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации, позволяющие реализовать интуитивно понятный интерфейс работы методиста с объектами системы по принципу «черного ящика».
Разработаны алгоритмы реализации адаптивного интерактивного учебного процесса на базе входного, промежуточного и итогового контроля знаний, среднестатистической и индивидуальной траектории обучения по конкретному курсу в сетевой информационно-обучающей системе.
Разработаны методы и алгоритмы функционирования механизма распределенного сетевого хранения учебно-методической информации и его применения в процессе работы с системой независимо от места взаимного расположения пользователя и фрагментов распределенной базы данных сетевой ИОС.
Разработан вариант программных инструментальных средств и программно-методического комплекса сетевой ИОС, реализующих основные алгоритмы генерации учебных курсов и процесса обучения, а также выполнена оценка его эффективности.
Методы исследования
Результаты выполненных в работе исследований базируются на использовании методов: модульного и объектно-ориентированного программирования, теории системного моделирования, теории принятия решений, ситуационного управления, аппарата баз данных, реляционной алгебры, методов исследования и построения систем хранения и обработки информации с удаленным доступом.
На защиту выносятся:
1. Модели представления учебно-методической информации для программируемых учебных курсов в виде объектов, включающих содержательную часть, обладающих набором свойств и допускающих применение к ним
10 ряда методов, что, в отличие от существующих подходов позволяет организовать эффективное хранение учебных материалов, их поиск и компоновку в сетевой ИОС.
Алгоритмы компоновки объектов учебно-методической информации из элементарных фрагментов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, в которой кроме информационных данных хранятся методы их обработки, обеспечивающие поиск, обработку и воспроизведение блоков информации, а так же компоновку объектов, отличающиеся от известных возможностью модификации существующих и разработки новых методов объектов, не требующих перекомпиляции исходного кода промежуточного слоя и системы в целом, ее перезапуска, а так же ее защищенностью от случайного или умышленного повреждения.
Сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д. из базы данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложен объектный подход к организации хранения в реляционных базах данных формализованных объектов, слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов, позволяющий, в отличие от существующих, организовать эффективное хранение, поиск и компоновку учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе.
Разработаны алгоритмы промежуточного слоя системы, позволяющие осуществлять компоновку объектов любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов, хранящихся в реляционной базе данных, реализующие объектный подход к хранению и обработке учебно-методической информации.
Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации на основе особого вида запросов к промежуточному слою системы, отвечающему за генерацию объектов, позволившие реализовать интуитивно понятный интерфейс работы с объектами системы, обеспечивающий автоматизацию процесса композиции/декомпозиции элементарных объектов учебно-методической информации на фрагменты, помещаемые в реляционную базу данных, что дает возможность исключить участие разработчика курсов в этом процессе.
Созданы сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д., представляющих собой формализованные объекты, на основе декомпозированной учебно-методической информации и методов ее обработки, хранящихся в реляционной базе данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.
Обеспечена открытость системы: разработанные сетевые инструментальные средства, в отличие от существующих, позволяют совершенствовать методы обработки информации, реализовывать хранение и обработку новых типов сохраняемой в системе информации, создавать новые автоматизированные рабочие места и их элементы, необходимые, например, для анализа результатов обучения.
Практическая ценность
Результаты диссертации позволяют: - Организовать эффективное хранение, поиск и обработку структурированной учебно-методической информации в сетевой информационно-обучающей системе, исключая ее дублирование при создании различных учебных курсов.
Осуществлять автоматизированную генерацию программируемых (адаптивных) учебных курсов, автоматизированное формирование тестовых заданий, глоссариев, библиографических списков и т.д.
Сократить сроки разработки и создания новых учебных курсов за счет применения объектного подхода к обработке и хранению информации и использования информационных средств поддержки.
Повысить эффективность обучения в системе дистанционного образования, сократить время работы обучаемого в сети Интернет и, как следствие, стоимость обучения за счет адаптации учебных курсов к уровню подготовки обучаемых. - Организовать эффективное администрирование сетевой ИОС за счет реализации в системе функций «электронного деканата». Осуществлять наращивание возможностей сетевой ИОС как с точки зрения помещаемой в систему информации и новых алгоритмов ее обработки, так и с точки зрения инструментальной подсистемы.
Разработанный вариант программно-методического комплекса сетевой ИОС может быть использован для организации дистанционного обучения школьников, студентов (например, при проведении занятий на филиалах и представительствах вуза), переподготовки и повышении квалификации широкого круга специалистов, проведения учебных занятий по дополнительным (факультативным) дисциплинам.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 137 страниц и включает в себя 46 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 126 наименований. В приложениях приведены: ссылки на ресурсы Интернет и примеры основных экранных форм образовательных сайтов и порталов; фрагменты исходных кодов программ реализации сетевой информационно-обучающей системы ДО,
13 примеры экранных форм разработанного сетевого программно-методического комплекса ИОС ДО, акты о внедрении основных результатов диссертационной работы, свидетельство об официальной регистрации программы.
Основания для выполнения работы
Работа выполнена на кафедре информатики Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) в рамках НИР по Межвузовской научно-технической программе «Создание системы открытого образования Российской федерации», тема «Разработка информационно-образовательной среды открытого общего среднего образования (на примере информатики)». Номер государственной регистрации НИР: 14.35.07, код проекта по тематическому плану УГАТУ: 1.2.01.
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Третьей международной конференции «Актуальные проблемы современной науки. Электротехника, приборостроение, метрология, радиотехника и связь, Информатика, вычислительная техника и управление, электроника», проходившей с 30 сентября по 2 октября 2002 г. в г. Самара [110]; VII съезде травматологов-ортопедов России проходившем с 18 по 20 сентября 2002 г. в г. Новосибирске [80];
Научно-практической конференции «Научное и методическое обеспечение подготовки специалистов аэрокосмического комплекса: история, проблемы, перспективы», посвященной 70-и-летию УГАТУ, проходившей 5 ноября 2002 г. в г. Уфе [86];
Республиканском совещании «Образовательные программы и технологии подготовки кадров в области информатики и вычислительной техники в технических университетах»,, проходившем с 19 по 21 ноября 2002 г. в г. Уфе [84, 87];
Межрегиональном симпозиуме, посвященном 70-летию БГМУ. Уфа. 2002 г. [82]; - Восьмой республиканской открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации», г. Воронеж. 2003 г. [83]; Региональной научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса», посвященной 60-летию Кемеровской области. Кемерово. 2003 [51]; XIII Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы качества образования», Уфа- Москва, 2003, с. 99-100 [85].
Основные материалы по теме диссертации опубликованы в 10 работах (в 6-ти статьях и 4-х тезисах докладов на научных конференциях). Получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Результаты работы внедрены: в Уфимском государственном авиационном техническом университете в виде программно- методического комплекса, который использовался при проведении занятий со студентами специальности МС по курсу «Организация интерфейса в человеко-машинных системах» на филиале УГАТУ в г. Ишимбае. в Башкирском государственном медицинском университете в виде программно-методического комплекса последипломного дистанционного обучения СДО «K-Media», для последипломной подготовки травматологов ортопедов.
Акты внедрения и свидетельство официальной регистрации программы приведены в приложении.
Автор выражает свою глубокую признательность доценту СВ. Тархову за помощь в постановке задачи, полезные конструктивные советы и консультации.
