Информационные технологии и сетевые ресурсы в образовании

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ АККРЕДИТОВАННОЕ ЧАСТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"СОВРЕМЕННАЯ ГУМАНИТАРНАЯ АКАДЕМИЯ"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПРИНДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Т.Г. ШЕВЧЕНКО

КОЛЛЕКТИВНАЯ МОНОГРАФИЯ

Информационные технологии и сетевые ресурсы в образовании

МОСКВА - 2015

УДК 378.147.88

ББК 32.971

Ч71

Рецензенты:

Авторы:

Я.А. Ваграменко, О.М. Карпенко, С.И. Берил, Г.Ю. Яламов, А.Ю. Долгов

Ч	Информационные технологии и сетевые ресурсы в образовании (Коллективная монография) / О.М. Карпенко, С.И. Берил, Г.Ю. Яламов, А.Ю. Долгов, .под общ. ред. Я.А. Ваграменко - М:Изд-во «СГА», 2015. - 241 с. ISBN В монографии рассмотрены актуальные вопросы применения информационных технологий в процессе обучения, сетевого взаимодействия обучаемых, в том числе с использованием возможностей вебинаров, социальных сетей и сетевых ресурсов. На примере Приднестровья анализируется роль информационно-коммуникационных технологий в интеграционных процессах информатизации образования на постсоветском пространстве.

УДК 378.147.88

ББК 32.971

© Коллектив авторов,2015

ISBN

ВВЕДЕНИЕ

информационный сетевой ресурс образование

В истории человечества периодически возникают неординарные явления, связанные с переломными моментами общественного и технического развития. В современных условиях система образования переживает последствия бурного роста информационных технологий на пороге XXI века, что привело к созданию постиндустриального информационного общества. Поэтому большое внимание уделяется профессионально-компетентностной подготовке молодежи в новых социально-экономических условиях развития общества. В программе профессионального образования все большую роль играет качественно новая функция - подготовка специалиста, способного принимать активное участие в современной научной, производственной и социальной деятельности общества. В связи с этим перед системой профессионального образования России была поставлена задача подготовки высококомпетентных и постоянно включенных в систему непрерывного образования специалистов. Непрерывность как принцип модернизации профессионального образования обеспечивает преемственность различных ступеней образования и одновременно многомерное движение личности в образовательном пространстве.

В проекте «Российское образование 2020» отмечается, что профессиональное образование заключается в подготовке квалифицированного, конкурентоспособного, компетентного, ответственного работника, свободно владеющего своей профессией, ориентированного в смежных областях деятельности, способного к эффективной работе по специальности на уровне мировых стандартов, готового к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности. Самообразование руководителей и педагогов продолжает процесс их профессионального развития.

В этой книге рассматриваются различные аспекты информатизации профессионального образования, появление новых форм и видов информационных технологий и создание на их базе новых подходов как к образовательному процессу в целом, так и к отдельным направлениям. На примере Приднестровья представлены особенности внедрения современных российских образовательных стандартов и процесс интеграции системы образования Приднестровской молдавской республики в российское образовательное пространство. Рассматриваются вопросы модернизации структуры образовательного учреждения и системы управления вузом на основе информационных технологий, с применением различных баз данных и взаимосвязей между ними. Обсуждается проблема проектирования, разработки и внедрения автоматизированной информационной системы управления вузом с целью постоянного мониторинга образовательных и административных процессов, сбора статистической информации и адекватного реагирования на современные вызовы.

Приведено программное и учебно-методическое обеспечение комплекса «Вебинар», разработанного специалистами Современной гуманитарной академии, позволяющего проводить дискуссии по актуальным вопросам и проблемам, коллоквиумы с докладами, коллегиальные экзамены, принимаемые комиссией студентов у своего коллеги в устной форме, осуществлять процесс оценки письменных творческих работ студентов, таких как эссе, рефераты, учебные задания, курсовые работы, отчеты по практикам. Исследованы проблемы организации учебной деятельности в социальных сетях и её использования в учебном процессе по всем направлениям подготовки.

Приведена концепция и примеры формализаций тестовой составляющей экспертной системы самообучения, являющиеся инструментами математического моделирования процесса обучения, которые получают дальнейшее свое развитие в рамках формализованных алгоритмов и программного инструментария для компьютерного моделирования реальных процессов обучения.

1.РЕСУРСЫ СЕТЕВОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ

1.1 Сетевое информационное взаимодействие студентов и учащихся школы

В соответствии с национальной доктриной образования Российской федерации, принятой на период до 2025 года, государство в сфере образования обязано обеспечить сохранение и развитие единого образовательного пространства России, академическую мобильность обучающихся, условия для сознательного и открытого сотрудничества учащихся [4]. В условиях, когда распространение инноваций все больше устроено по сетевому принципу, формирование телекоммуникационных научно-образовательных сетей является основополагающим в создании единого научно-образовательного пространства, организации сетевого взаимодействия студентов и учащихся. В свою очередь, такое сетевое взаимодействие приводит к резкому усилению эффективности их совместной научно-образовательной деятельности, способствует опережающему характеру исследований и образовательных программ, ускорению внедрения результатов работ, достижению положительных социальных эффектов, обеспечивающих равные права и возможности научно-педагогических работников, учащихся и студентов. Сетевое информационное взаимодействие становится одним из наиболее эффективных механизмов развития научно-образовательной деятельности и решения актуальных задач модернизации образования, развития виртуальной мобильности в образовании. При правильной организации сетевого информационного взаимодействия достигаются следующие социально-экономические эффекты:

- повышение эффективности инновационной научно-образовательной деятельности участников сети;

- повышение интеграционных процессов между учреждениями образования, науки и бизнеса;

- сохранение и развитие преемственности между средней и высшей ступенью образования;

- улучшение социальной ориентации учащихся и достижение социального равенства в получении образования;

- расширение возможности получения образования, повышение академической мобильности;

- создание условий для воспроизводства высококвалифицированных кадров;

- улучшение социальной сферы экономики России;

- формирование позитивного имиджа научных достижений в области высоких технологий, повышения интереса молодежи к научно-техническому образованию, привлечения талантливой молодежи в науку.

Сетевое информационное взаимодействия обучаемых (студентов и учащихся школ), в данном случае основано на потенциале и возможностях ИКТ и совместной (коллективной, групповой) научно-образовательной деятельности. Информационно-коммуникационные технологии опосредуют не просто взаимодействие обучаемых (студентов и учащихся школы), но и их работу в режиме учебного сообщества по достижению определенных целей обучения и научной деятельности (разрешение научно-образовательных проблем), созданию сетевых учебных ресурсов, «разделяя между собой зоны ответственности» [4]. Сетевое взаимодействие - феномен нашего времени, который таит в себе огромный потенциал, оно позволяет реализовать его суммирующие эффекты в коллективной научно-образовательной деятельности обучаемых.

Проблема организации сетевого информационного взаимодействия приобретает актуальный характер и в связи с создаваемыми в виртуальном пространстве так называемыми мобильными рабочими группами. Как показано в, такие группы взаимодействуют для решения конкретных практических задач и в образовательном процессе - это не только информационная культура и реальная практика коммуникаций, но и важнейший паттерн ролевых функций в получении и воспроизводстве знаний участников. Объектом исследования авторов являлась совместная работа такой группы в единой коммуникационной среде. А предметом - средства поддержки взаимодействия в мобильной группе на примере контингента - «преподаватели - учащиеся». В качестве конкретного исследования были выбраны средства поддержки взаимодействия преподавателей с учащимися на основе группы Google. Элементарный анализ коммуникационной деятельности мобильной группы в Интернете показал, что только 20% времени и усилий участников таких коммуникаций тратится на полезную работу, а остальные 80% - на непроизводительные (накладные) расходы усилий в виде поиска и навигации по системам с не очень качественным пользовательским интерфейсом.

Таким образом, основными факторами сетевого взаимодействия являются интеграционные процессы в науке, образовании; компетентностно-деятельностный подход; средовый подход; информатизация образования, особое место сервисов сети Интернет в современном мире, образовании; личностная ориентация образования и другие тенденции современного этапа развития образования.

В этой связи возникает вопрос о том, как соотносятся сетевое взаимодействие и совместная научно-образовательная деятельность, которая предусматривает совместные интеллектуальные усилия учащихся и педагогов, когда группы учащихся работают вместе для поиска понимания, смыслов, решения научных проблем, создания артефактов или продуктов их обучения. Подобный процесс предполагает, что люди работают в группах над общим заданием или проблемой, в решение которой они вносят общий вклад. Здесь характерна совместная формулировка (определение) целей научно-образовательной деятельности, ее совместное планирование (договорённости по содержанию и срокам), обмен информацией, её обсуждение и совместное принятие решений. В условиях сетевого взаимодействия обучаемые могут критиковать взгляды и мнения друг друга, а также сторонние точки зрения, обращаться друг к другу за разъяснениями, за критикой и, таким образом, стимулировать себя и других на совершение интеллектуальных усилий. Кроме того, они могут мотивировать и помогать друг другу в доведении работы до завершения.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать ряд важных методических принципов и представлений, на которых основывается рассматриваемое сетевое информационное взаимодействие (далее СИВ), определяющим для которого является не только совместная деятельность, но и взаимодействие (общение, коммуникация, диалог) по поводу этой совместной деятельности:

Принцип интеграции. СИВ ? это активный, конструктивный процесс, который подразумевает не только активную и целенаправленную работу с новой информацией, идеями или навыками для их освоения, но и интеграцию того, что учащиеся уже знают или используют в процесс их совместной научно-образовательной деятельности. Учащиеся должны не просто освоить новую информацию или навыки, но и создать нечто новое. Целью интеллектуальной работы в процессе СИВ является построение знания или создания нового.

Принцип погружения. Исследования показывают, что эффективность и успешность той или иной совместной деятельности во многом определяется контекстом или деятельностью, в которую будут включены результаты деятельности. Поэтому основным принципом СИВ является погружение учащихся в сложные задачи и вопросы, включение их в творческий процесс, началом которого являются проблемы, к которым учащиеся сами должны подбирать факты и идеи. Учащиеся являются активными участниками СИВ, что способствует развитию навыков решения проблем и критического мышления.

Принцип открытости, т.е. потенциально неограниченное число участников, обладающих различными точками зрения и стилями обучения и мышления, имеющими различный опыт и устремления, можно сказать, что СИВ даёт возможность учащимся привнести всё это разнообразие идей и опыта и поделиться ими с другими.

Принцип единства целей. Сетевое взаимодействие представляет собой согласование действий субъектов сети для достижения, в данном случае общих целей научно-образовательной деятельности и возникает при условии совместной распределенной деятельности.

Принцип пространственности. Предполагает возможность осуществления многообразия горизонтальных и вертикальных взаимодействий в сети, необходимых для выстраивания прочных и эффективных вертикальных и горизонтальных связей между участниками СИВ, работающими над общими научно-образовательными проблемами, когда порядок задается не процедурами, а общими действиями, их логикой.

Реализация этих принципов обеспечивает целенаправленное сетевое взаимодействие и непрерывный рост инновационного потенциала его участников.

СИВ является по своей сути социальным, поэтому его организация должна быть построена таким образом, чтобы позволить учащимся комфортно взаимодействовать и вести диалог, во время которого собственно и достигается разрешение научно-образовательных проблем. СИВ, направленное на совместное проектирование, позволяет перейти участникам (школьникам, студентам, педагогам, образовательным учреждениям) с позиции реципиента в позицию со-разработчика, и за счет этого стать субъектом инновационного развития. Сотрудничество в научно-образовательной деятельности дает возможность наиболее ясно осознавать образовательные и научные результаты своей деятельности. Появляется возможность сравнивать результаты и способы их достижения, стремление их улучшить. Как установлено в, сеть ? это современный конструируемый механизм достижения индивидуальных и групповых целей, основанный на связях и обмене информацией, позволяющий осуществлять коммуникацию и социальные взаимодействия отдельных людей, групп и организаций в целях развития. Эффектом развития сети является появление сетевого сообщества, в котором осуществляется сетевое взаимодействие.

В качестве примера педагогического сетевого сообщества можно привести портал ПроШколу.ру (http://www.proshkolu.ru/). Это бесплатный школьный портал. Каждый учитель и каждый ученик, каждая школа и каждый класс имеет возможность представить себя в сети Интернет на данном портале. Здесь есть возможность посетить предметные клубы учителей, посмотреть на свою школу из космоса, пообщаться с тысячами школ, учителей и учеников, разместить видео, документы и презентации, опубликовать краеведческую информацию, создать фото-видео галереи, блоги и чаты школ. Есть раздел «Источник знаний», где можно пройти тесты по разным предметам. Имеется возможность публикации собственных материалов. Посетители личной странички могут написать комментарии, о чем говорит выделенная строка «Вас комментируют». Преимущество данного педагогического сообщества: удобный интерфейс, общительная и отзывчивая аудитория. Можно найти не только материалы образовательного характера, но и для души.

Понятно, что достижение целей научно-образовательной деятельности сетевого сообщества возможно при определенном содержании СИВ, включающем:

формирование ценностно-смыслового содержания совместной коллективной распределенной деятельности участников СИВ;

организацию форм совместной коллективной распределенной деятельности участников СИВ (совместное проектирование, обмен опытом и результатами, взаимное предоставление услуг и взаимообучение, групповая рефлексия).

Важно заметить, что наличие групповой рефлексии в СИВ - это способность понимать причины успехов и неудач при достижении целей научно-образовательной деятельности за счет её анализа, опыта освоения и разработки новых способов организации образовательного процесса. При систематическом характере групповой рефлексии меняется ее содержание. На первом этапе она сводится к пониманию происходящего, сравнению с пониманием других, на втором этапе - к конструированию коллективно распределенного действия, на третьем этапе - к выделению эффективных способов коллективной распределенной деятельности.

В процессе СИВ происходит не только распространение инновационных разработок, а также идет процесс диалога между его участниками и процесс отражения в них опыта друг друга, отображение тех процессов, которые происходят в системе образования в целом. Инновации в условиях образовательной сети приобретают эволюционный характер, что связано с непрерывным обменом информацией и опытом, отсутствием обязательного внедрения. Опыт участников сети оказывается востребованным не только в качестве примера для подражания, а также в качестве индикатора или зеркала, которое позволяет увидеть уровень собственного опыта и дополнить его чем-то новым, способствующим эффективности дальнейшей научно-образовательной деятельности. У участников сети наблюдается потребность друг в друге, в общении равных по статусу студентов и школьников.

Таким образом, эффективное СИВ в процессе совместной научно-образовательной деятельности возможно при определенных педагогико-технологических условиях:

Совместная деятельность участников сети, направленная на повышение результативности формирования следующих компетенций:

ценностно-смысловых компетенций;

общекультурных компетенций;

учебно-познавательных компетенций;

информационно-исследовательских компетенций;

коммуникативных компетенций;

социально-трудовых компетенций;

компетенций личностного самосовершенствования.

Открытость всех его участников, партнерство и диалог, совместная коллективная распределенная деятельность.

Общее информационное пространство;

Наличие механизмов, создающих условия для сетевого взаимодействия.

Наличие инфраструктуры поддержки и сопровождения СИВ в процессе совместной научно-образовательной деятельности.

Обеспечение вышеперечисленных педагогико-технологических условий такого сетевого взаимодействия наиболее эффективным представляется с использованием следующих технологий:

На базе виртуальной образовательной среды, в виде динамического, постоянно обновляемого веб-ресурса, обеспечивающего возможность интерактивного общения между педагогами, учащимися (студентами и школьниками) и родителями. В сети нет организаций в традиционном смысле. Первичным элементом сетевого объединения выступает прецедент взаимодействия, сетевое событие (проект, семинар, встреча, обмен информацией и т.п.). Каждый человек может вступать в определенное взаимодействие с сетью, и это взаимодействие составляет содержание индивидуального образовательного развития каждого человека, учебного заведения, виртуальной образовательной среды. Создание такой виртуальной образовательной среды, возможно с использования информационных сетей, которые позволяют задействовать веб-cервисы, направленные на дистанционную поддержку учебного процесса и организацию сетевых мероприятий с учетом характера взаимодействия субъектов обучения в процессе совместной научно-образовательной деятельности.

Анализ наиболее популярных в настоящее время Интернет-ресурсов, позволяющих создавать личные виртуальные информационные образовательные среды без наличия специальных навыков в области современных информационных технологий (бесплатный конструктор сайтов uСoz.ru, Сервис Народ, Центр информационных технологий и учебного оборудования и др.) показал, что в настоящее время имеется достаточное количество коммерческих «инструментов» для создания личного образовательного пространства как педагога, так и учащегося. К сожалению, сейчас они не полностью отвечают требованиям педагогического сообщества и данной концепции. Тем не менее, с накоплением практического опыта можно ожидать улучшения работы таких ресурсов.

В большей степени духу концепции соответствует организация СИВ на базе веб-cервиса COMDI (система вебинаров и веб-конференций, http://www.comdi.com/), позволяющий реализовать ряд моделей сетевого информационного взаимодействия и обучения в виде вебинаров и видеоконференций в сети Интернет. По сути веб-cервис представляет собой средство информационного и технологического интерактивного взаимодействия пользователей с программно-аппаратной системой на серверах компании COMDI. Кроме того, веб-cервис COMDI позволяет создавать копии данных о трансляции мероприятия (запись) для организации видеоархива материалов и размещения его в различных видеоформатах в сети Интернет.

Интересна в данном отношении и новая информационная Веб-система виртуальной образовательной среды (ИС), созданная для использования в учебно-воспитательном процессе среднего образовательного учебного заведения позволяющая создавать личную информационную образовательную среду для всех участников образовательного процесса.

Данная ИС разработана по технологии веб-приложений. Информационная система легко масштабируема и инвариантна относительно содержания. Для ее установки необходимо: веб-сервер, php-интерпретатор версии не ниже 5.4, сервер базы данных MySQL версии 5.1 или выше, дисковое пространство не менее 1 GB (для хранения фотографий, документов и др. информации). Информационная система позволяет создавать сайт образовательного учреждения, архив документов научно-образовательного характера, личное информационное образовательное пространство для всех участников СИВ. Защита информации в информационной системе соответствует нормативным документам по защите информации от несанкционированного доступа, принятым в Р.Ф.

Использующих стремительно развивающееся программное обеспечение, основанное на технологии облачных вычислений, и которое пока еще не получило широкого распространения среди образовательных учреждений, студентов и школьников в целом. Тем не менее, несмотря на относительную новизну облачных технологий (первый проект был реализован в 1999 г.), уже накоплен опыт, пока незначительный, их применения в образовательном процессе учебных заведений разных уровней.

Суть так называемых «облачных технологий» заключается в том, что все вычислительные ресурсы (информация и приложения) предоставляются пользователям всего мира удаленно напрямую через сеть Интернет и веб-интерфейс браузера и не требуют от пользователя иметь при этом высокопроизводительные и ресурсопотребляемые компьютеры. Понятно, что используя облачные технологии, сам процесс обучения станет более доступным для многих студентов и школьников, так как большинство приложений в «облаке» являются бесплатными и к ним всегда, в любое время, с любого поддерживаемого «облачным» сервисом электронного устройства через установленный веб-браузер из любой точки мира можно осуществить доступ. С появлением облачных приложений в учебной практике будет более доступна и учебная литература, которую возможно будет изучать на любых электронных устройствах (компьютерах, ноутбуках, планшетах, смартфонах), что позволит расширить возможности традиционной учебной литературы и добавит элемент интерактивности на занятиях.

Заметим, что «облака» относятся к классу сетевых компьютерных систем, основными элементами которых являются: компьютерная сеть с повышенной надежностью и пропускной способностью. Клиент «облака» - аппаратное и программное обеспечение, взаимодействующее с «облаком» на основе стека протоколов TCP/IP. Собственно «облако» - программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий работу «облачных» сервисов, взаимодействие с клиентом и динамическое управление ресурсами «облака».

Программно-техническая инфраструктура «облака» строится на основе так называемых центров обработки данных (ЦОД). В зависимости от размещения и принадлежности, порядка предоставления доступа к сервисам и способа организации работы клиента ЦОД выделяются в корпоративные или специализированные «частные облака» (private cloud), универсальные «публичные облака» (public cloud), совместно используемые «общие облака»(common cloud) и смешанный тип обслуживания - «гибридные облака» (hybrid cloud). Для образовательных целей и организации СИВ наиболее подходящими являются публичные и общие «облачные» системы.

Заметим, что в настоящее время наметилась тенденция перемещения «облачных» сервисов в «облако» систем управления обучением (Learning Management Systems, LMS). Передача поддержки таких LMS (Blackboard, Moodle и т. д.) внешним провайдерам имеет смысл для образовательных учреждений и инфраструктур поддержки и сопровождения СИВ, которые не могут позволить себе покупку и поддержку дорогостоящего оборудования и программного обеспечения.

Известно, что объем научно-образовательных информационных ресурсов, публикуемых российскими учебными заведениями в сети Интернет, подчиняется общим законам экспоненциального роста ресурсов данной глобальной сети («информационный взрыв»). При этом растут затраты на серверное оборудование и широкополосные каналы для исходящего трафика в Интернет, которые могли бы обеспечить хранение больших объемов информации и доступ к ним. При облачных вычислениях данные постоянно хранятся на виртуальных серверах, расположенных в облаке, а также временно кэшируются на стороне клиента (компьютерах, ноутбуках, нетбуках, мобильных устройствах и т. п.). Поэтому, создание в системе образования России «облачных» ЦОД позволило бы существенно снизить эти затраты, а также повысить безопасность хранимых ресурсов, снизить требования к квалификации персонала компьютерного обеспечения учебных заведений. Не менее важно, что на базе такого «облачного» ЦОД вполне возможно реализовать сервисы, обеспечивающие сетевое информационное взаимодействие преподавателей, студентов и учащихся школ в процессе совместной научно-образовательной деятельности (разделяемые файловые хранилища и др.).

Таким образом, можно выделить следующие преимущества использования «облачных» технологий, как в образовательном процессе, так и для организации СИВ:

экономические: основным преимуществом для участников СИВ является экономичность;

технические: минимальные требования к аппаратному обеспечению (обязательным условием является лишь наличие доступа к сети Интернет);

технологические: большинство «облачных» услуг высокого уровня либо достаточно просты в использовании, либо требуют минимальной поддержки;

дидактические: широкий спектр онлайн-инструментов и услуг, которые обеспечивают безопасное соединение и возможности сетевого взаимодействия и сотрудничества педагогов, студентов и школьников.

Можно выделить и некоторые недостатки «облачных» технологий, которые носят в основном технический и технологический характер и не влияют на их дидактические возможности и преимущества. К таким недостаткам можно отнести следующие:

ограничение функциональных свойств программного обеспечения по сравнению с локальными аналогами;

отсутствие отечественных провайдеров «облачных» сервисов (Amazon, Goggle, Saleforce и др. сосредоточены в США);

отсутствие отечественных и международных стандартов;

отсутствие законодательной базы применения «облачных» технологий.

В настоящее время наиболее распространенными системами сервисов на основе технологии «облачных» вычислений, применяемыми в образовательном процессе и СИВ, являются Google Apps Education Edition и Microsoft Live@edu. Они представляют собой веб-приложения на основе «облачных» технологий, предоставляющие учащимся и преподавателям учебных заведений инструменты, использование которых призвано повысить эффективность общения и совместной работы.

Рассмотрение данных сервисов позволяет сформулировать дидактические возможности «облачных» технологий», подтверждающие целесообразность их применения для организации СИВ:

возможность организации совместной научно-образовательной деятельности большого количества преподавателей, студентов и учащихся;

возможность для участников СИВ совместно использовать и публиковать документы различных видов и назначения;

быстрое включение создаваемых продуктов в СИВ из-за отсутствия территориальной привязки пользователя сервиса к месту его предоставления;

организация интерактивных форм сетевого взаимодействия;

выполнение учащимися коллективных проектов, в условиях отсутствия ограничений на «размер аудитории» и «время проведения проектов»;

взаимодействие и проведение совместной работы в кругу сверстников (и не только) независимо от их местонахождения;

создание web-ориентированных лабораторий в конкретных предметных областях (механизмы добавления новых ресурсов; интерактивный доступ к инструментам моделирования; информационные ресурсы; поддержка пользователей и др.);

перемещение в «облако» используемых инфраструктур поддержки и сопровождения СИВ систем управления (например, Moodle);

новые возможности для исследователей по организации доступа, разработке и распространению прикладных моделей.

Таким образом, главным дидактическим преимуществом использования «облачных» технологий для организации СИВ является возможность организации совместной деятельности преподавателей, студентов и учащихся.

1.2 Сетевые информационные системы для самообучения

1.2.1 Архитектура информационной системы для самообучения

Важным звеном современного образовательного процесса является заочное и вечернее обучение, которое во многом базируется на применении информационных технологий. Последние представляют большие возможности для самостоятельной работы студентов. Актуально создание универсальной системы, способной давать экспертную оценку образовательной деятельности конкретного индивидуума - студента, в том числе поддерживать процесс выбора оптимальной образовательной траектории [1].

Самостоятельная работа носит деятельностный характер и поэтому в ее структуре можно выделить компоненты, характерные для деятельности как таковой: мотивационные звенья, постановка конкретной задачи, выбор способов выполнения, исполнительское звено, контроль. В связи с этим можно выделить условия, обеспечивающие успешное выполнение самостоятельной работы:

Мотивированность учебного задания (для чего, чему способствует).

Четкая постановка познавательных задач.

Алгоритм, метод выполнения работы, знание студентом способов ее выполнения.

Четкое определение преподавателем форм отчетности, объема работы, сроков ее представления.

Определение видов консультационной помощи (консультации - установочные, тематические, проблемные).

Критерии оценки, отчетности и т.д.

Выполнение системы заданий и указаний к организации самостоятельных исследований в рамках отчетности по изучаемому курсу (курсам).

Выбор темы рефератов и докладов, логично дополняющие и расширяющие область компетенции студента в рамках учебного курса.

Использование индивидуальных, соответствующих своей так называемой «модели обучаемого» «Модель обучаемого» - это абстрактное представление студента в виде совокупности сетевой, векторной, имитационной и фиксирующей моделей формирования информационного объекта., инструкции и методические указания к выполнению лабораторных работ, тренировочных упражнений, домашних заданий и т.д.

Написание курсовых работ, курсовых и дипломных проектов - данный тип самостоятельной работы способствует достижению основной цели образовательного процесса - получение навыков самостоятельного решения специализированного круга задач.

Организация работы со специальной, обязательной и дополнительной литературой.

Самооценивание и самотестирование знаний для выявления текущего уровня собственного соответствия образовательным нормам и стандартам.

Образовательная деятельность по формированию перечисленных выше типов самостоятельной работы студентов на сегодняшний день осуществляется инструментальными и инструментально - программными средствами, получившими наибольшее распространение в научной сфере прикладными программными средствами типа Microsoft Word, Macromedia Dreamweaver и т.д. Однако единого подхода к управлению информационным ресурсов в таких процессах еще не создано.

Рассмотрим некоторые составные компоненты архитектуры экспертной системы информационной поддержки самостоятельной работы студентов:

Модель обучаемого;

Модель обучения (совокупность основных спецификаций электронного образовательного процесса);

Модель объяснения (экспертной поддержки).

Простейшим вариантом модели обучаемого является векторная модель, которая каждому изучаемому понятию или умению ставит в соответствие некоторый элемент, принимающий значение «знает/не знает», в результате уровень знаний студента (уровень его компетентности) в изучаемому курсе определяется набором значений элементов вектора. Преимуществом векторного подхода является простота использования и реализации, а недостатком является то, что в случае ее использования недостаточно формализован уровень связности между простейшими так называемыми образовательными единицами (тема, вопрос, проблема, задача, понятие, списочные структуры

Рисунок 1.1 - Архитектура экспертной системы информационной

поддержки самостоятельной работы студентов информационных ресурсов, оказывающих конечный эффект на познавательный процесс студента).

Более универсальным подходом является использование сетевой модели, представляющей собой многослойный математический граф, в узлах, которого содержаться образовательные единицы, а дуги соединяют их логично между собой. Каждому узлу и дуге сопоставляется некоторая величина или набор величин, характеризующие степень владения обучаемого данным понятием или умением, причем так же допускается наследование величин, что формирует так называемый личный опыт работы студента с имеющимися образовательными единицами.

Таким образом, модель обучаемого в простейшем случае включает следующие компоненты:

первичная учетная информация об обучаемом (может быть получена из существующей в вузе информационной системы) - ФИО, номер группы, дата поступления, курс и т.д.;

вторичная информация о личности обучаемого (формируется последовательно в процессе работы экспертной системы)- начальный уровень знаний, заключительный уровень знаний, алгоритмы и траектории обучения и выявления уровней знаний обучаемого, и т.д.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 1.2 - Сетевая структура компетенций (на примере дисциплины

интеллектуальные информационные системы).

Итак, модель обучаемого формирует дальнейшую архитектуру экспертной системы и сетевую структуру компетенций, которые могут быть представлены следующим образом (рисунки 1.1 и 1.2).

Ниже, исходя из структуры учебного плана, рассмотрены некоторые компоненты сетевой структуры компетенций дисциплины интеллектуальные информационные системы.

Итак, ПК 1 - это фундаментальные знания и умения в области разработки интеллектуальных систем (составляют основу образовательного процесса на первой стадии изучения предмета).

ПК 16 - знание современных методов моделирования и умение применять их для интеллектуальных систем (имитационное, эволюционное, нейросетевое, нечеткое и др.)

Этот раздел сетевого графа представляет основу для остальных.

ПК 2 - технологические знания и умения в области разработки интеллектуальных систем

ПК 11 - знания и умения использования методов системного анализа для оценки применимости/неприменимости технологии интеллектуальных систем

ПК 21 - знание основных архитектур статических, динамических, интегрированных и гибридных интеллектуальных систем и умение их проектировать и разрабатывать

ПК 12 - знания и умения выбирать модели представления знаний для построения конкретных интеллектуальных систем

ПК 22 - знание способов построения баз знаний для различных проблемных/предметных областей

ПК 13 - владение навыками моделирования рассуждений и построения современных решателей (средств вывода) для интеллектуальных систем

ПК 23 - знание состава и структуры основных инструментальных средств и умение обоснованно выбирать и применять их при реализации различных интеллектуальных систем

ПК 14 - знание основных типов неформализованных (НФ)-задач и умение строить модели и методы решения НФ-задач различных типов

ПК 24 - владение базовыми методами проектирования, разработки, тестирования и сопровождения конкретных классов интеллектуальных систем

ПК 15 - знание методов получения знаний из различных источников знаний (эксперты, естественно языковые тексты, БД) и умение применять их на практике

Для реализации данных моделей, в рамках экспертно-обучающей системы информационной поддержки может быть использован метод тестирования и процедуры ввода тестирующих вопросов в базу знаний, процедура формирования «идеальной» оценки, процедура подсчета неверных ответов и формирования итоговой, реальной оценки уровней знания студента. Ниже представлено поэтапное описание построения и функционирования экспертной системы информационной поддержки самостоятельной работы студентов.

1. Предварительный этап (Разработка ТЗ на проект, построение БЗ на, построение модели диалога, [проектирование БД], конфигурирование и др.)

2. Этап детального проектирования компонентов экспертной системы в (режим DesignTime для преподавателей-предметников).

2.1. Построение компонентов эталонной модели курса/дисциплины (выделение элементов курса/дисциплины, подготовка контрольных вопросов с коэффициентами сложности и т.д.);

2.2. Построение компонентов модели обучаемого (выбор алгоритма оценивания уровня знаний, компоновка набора тестов для выявления личностных характеристик и т.д.)

2.3. Построение компонентов модели обучения (конкретизация и построение обучающих воздействий)

3. Этап функционирования разработанной экспертной системы (режим RunTime для обучаемых)

3.1. Формирование моделей обучаемых (построение психологического портрета личности, выявление уровня знаний и умений путем проведения контрольных тестирований и т.д.)

3.2. Построение индивидуальных планов (стратегий) обучения для обучаемых.

3.3. Реализация текущего плана (совокупности обучающих воздействий) для конкретного обучаемого с последующим контролем знаний и умений.

Описанная выше концепция разработки экспертной системы информационной поддержки самостоятельной работы студентов, в общем случае способствует системной и комплексной методологии, что в свою очередь способствует достижению наибольшей эффективности.

Дополнительный эффект в рамках практических исследований достигается за счет связей с естественнонаучной областью (математические исследования и разработки).

1.2.2 Контент информационной системы для самообучения

Процессы формирования информационных ресурсов для целей самообучения в системе высшего образования происходят непрерывно и они параллельно связаны с традиционным образовательным процессом. С этой позиции можно сказать, что искомый образовательный информационный ресурс может быть несколько раз изменен и скорректирован в процессе самообучения с участием преподавателя и студента таким образом, чтобы его содержимое удовлетворяло требованиям учебного плана, в котором сосредоточены основные нормативы, качественные и количественные характеристики изучаемой предметной области. С точки зрения оценочных характеристик такого информационного ресурса можно судить о его социальной значимости в пределах преподаваемого курса и, как следствие, значимости получаемых умений и навыков предметной области будущей профессиональной деятельности студента [2].

При рассмотрении процесса ориентации информационного ресурса в процессе самообучения с точки зрения программной реализации можно выделить несколько основных пользователей и определить их форму участия в формировании базы знаний фрагментов образовательного контента.

Процесс формирования информационных моделей, методов и технических приемов создания баз знаний интеллектуальных информационных систем будем условно называть - инженерия знаний. В данном процессе основными фигурами являются инженер знаний (преподаватель), специалист предметной области (преподаватель, специалист организационной части учебной деятельности - методист) и пользователь (студент).

Инженерия знаний образовательной предметной области в силу своей слабой структурированности является сложной задачей. Для ее решения необходимо рассмотреть и решить следующие проблемы: проблема выбора источников информации, проблема оценивания результирующего (извлеченного знания) образовательного контента в процессе самообучения и проблема интеграции компонентов приобретения знаний экспертной системы самообучения. Ниже более подробно рассмотрим данные проблемы, а так же методы и используемые технологии для их решения.

Проблема выбора источников информации

Для решения данной проблемы необходимо определить так называемую предметную область преподаваемых курсов. Рассматривая конкретные курсы, данная предметная область описывается учебным планом, который является центральным инструментом (вместе с рабочей программой) управления образовательным процессом, содержащим необходимые наборы разделов, тем, понятий, навыков и умений, которыми должен обладать в результате обучения студент. Однако, для обеспечения необходимого качественного уровня результирующих знаний, необходимо так же рассматривать внешние источники информации, которые могут быть сосредоточены в виде баз данных (БД), электронных каталогах, файловых и web-серверах вуза.

Как правило, данные внешние источники информационных ресурсов имеют не только различные форматы представления информации, но и методы их программной обработки. Основной задачей проблемы выбора источников информации является выбор такой технологии их интеграции (подключения) с существующей системой управления базой знаний, которая позволит реализовывать их поэтапный анализ, структурирование (приведение к общему формату) и ориентацию под конкретные задачи конкретного этапа обучения. К примеру, по учебному плану необходимо организовать тестовый контроль уровня знаний обучаемого по результатам изучения раздела, который выявит его особенности и подходы к освоению будущих разделов. В данном случае необходимо помимо использования собственных информационных ресурсов подключать внешние сервисы самообучения (банк вопросов на web-сервере), что становиться возможным, имея унифицированную внутреннюю среду информационных ресурсов с единым форматом и системой управления контентом (метасистемой).

Таким образом, выбор источников информации сводиться к поэтапному подключению необходимых внешних сервисов поддержки самообучения по заданному преподавателем алгоритму. Программным способом это реализовано в виде хранилища файлов - компонентов курса в едином мета - формате с соответствующей структурой XML дерева, которая позволила на любом этапе самообучения осуществить выбор необходимого фрагмента образовательного ресурса.

Проблема оценивания результирующего (извлеченного знания) образовательного контента.

Данная проблема при детальном рассмотрении образовательного процесса по основным этапам самообучения сводиться к оцениванию основных фрагментов образовательного контента, хранящегося в базе знаний экспертной системы и во внешних источниках.

Как и в случае с выбором источников информации центральная и определяющая роль оценивания отдается по прежнему инженеру знаний - преподавателю, а оценочные характеристики результирующего образовательного контента складываются из весовых коэффициентов составляющих единиц, которые математически представлены в виде узлов математического направленного графа. Программным способом реализация подобного графа осуществляется при помощи объекта TreeView среды Visual Studio 2010 .Net. Узлы (nodes) данного дерева связаны с полями таблиц реляционной базы данных. Ключевые поля таблиц БД определяют основные уровни иерархии представления образовательных единиц (понятие, термин, раздел, подтема и т.д.), а остальные поля таблиц БД формируются из описательной информации в виде кортежа данных и имеет формат, описанный ниже:

<понятие предметной области нижнего уровня1> =<раздел предметной области верхнего уровня1 > + <оценочные характеристики образовательного контента1> + <базовые алгоритмы и условия поэтапного контекстного обучения1>

В рабочей памяти экспертной системы данная запись, состоящая из кортежа (выборки) данных представляется в виде правила (продукции). Программным способом данный функционал реализован в виде объектно-ориентированного класса RulSet.

Используя данный подход к построению соответствующей модели образовательного контента в виде графа и дерева преподавателю достаточно на начальном этапе формирования информационного ресурса ввести весовые коэффициенты его фрагментов в соответствующие узлы дерева и сформировать логические продукции вывода рекомендаций, опираясь на фактические шкалы, сохранив их в базе знаний экспертной системы. В дальнейшем преподавателю необходимо контролировать корректность автоматических решений экспертной системы, редактировать, добавлять и удалять необходимые смысловые единицы в результирующий общий (general) граф, описывающий предметную область конкретного курса.

Таким образом, имею подобную гибкую систему описания образовательного контента с использованием моделей графа и дерева, можно организовать совокупные оценочные характеристики образовательного контента по всем смысловым параметрам и единицам электронного образовательного ресурса, а алгоритм оценивания реализовать автоматически путем хранения данных картежей в виде продукций экспертной системы. Причем каждая составная единица информационного ресурса четко определена и идентифицирована с точки зрения программной реализации и учебного плана за счет иерархии и декомпозиции.

Проблема интеграции компонентов приобретения знаний экспертной системы самообучения.

Данная проблема является следствием описанных выше проблем в силу отсутствия необходимого программного инструментария и интерфейсов преобразования компонентов образовательного контента на всех этапах его жизненного цикла внутри базы знаний экспертной системы. Для того чтобы ее решить опишем основные этапы жизненного цикла электронного образовательного ресурса:

Выбор источника информационного ресурса на конкретном этапе изучения - результат - подключение (интеграция) внешнего сервиса хранения.

Декомпозиция образовательного ресурса на фрагменты, имеющие смысловую суть в рамках интересующей предметной области - результат - построение математического графа - дерева с иерархией основных единиц предметной области.

Разработка правил логического вывода фрагментов образовательного ресурса в виде рекомендаций по самообучении. - результат - набор кортежей данных, описывающих предметную область с различных аспектов, весовых коэффициентов и степеней интеграции от верхнего уровня.

Предоставление доступа к базе знаний пользователям студентам - результат - интерфейс доступа к базе знаний предметной области.

Для решения данной проблемы необходимо разбить фрагмент образовательного ресурса на уровни его представления, начинаю с первого этапа и заканчивая его предоставлением в пользование. Последний этап жизненного цикла образовательного ресурса представляет в данном случае верхний уровень - уровень пользователя, а первый этап - нижний уровень - уровень языка представления знаний экспертной системы. Ниже опишем используемые технологии объектно-ориентированного программирования и функциональные особенности языка CLIPS для построения интерфейсов представления информации в базе знаний экспертной системы.

1 этап. Реализуется за счет стандартного инструментария среды Visual Studio 2010.Net DataSource, который предоставляет доступ к базам данных.

2 этап. Реализуется за счет использования языка представления знаний Knowledge.Net, в котором используется следующие модели представления знаний: продукционная, фреймовая, сетевая, иерархическая.

3 этап. Реализован с использованием средств и функционал языка CLIPS и библиотеки Mommosoft.ExpertSystem, в которой представлены классы основных функций программирования базы продукционных правил и реализованы основные компоненты работы классической экспертной системы, такие как: база знаний, рабочая база знаний, набор фактов, набор фреймов и т.д.

4 этап. Реализован с использованием портальных решений и клиент- серверных технологий доступа к базе знаний за счет использования машины логического вывода кортежей данных, описывающих этапы самообучения и выдачи рекомендаций.

Общий принцип работы программных компонентов экспертной системы представлен на рисунке ниже (рисунок. 1.3).

Рисунок 1.3 - Общий принцип работы программных компонентов

экспертной системы

Таким образом, язык представления знаний экспертной системы состоит из статических атрибутов и методов, которые предоставляют интерфейс для доступа к фреймам, концептам и наборам правил, позволяют сохранить и загрузить данные в/из базы знаний.

Для решения описанных проблем использовано сочетание методов программной инженерии и методов инженерии знаний с преобладанием первой.

Обзор существующих информационных систем поддержки самостоятельной работы студентов.

Ниже рассмотрим несколько систем для организации самостоятельной (тьюторской) поддержки самообучении, такие как: Moodle, «Прометей», «1С:Образование». С помощью системы дистанционного обучения (СДО) «Прометей» можно построить в Интернет или Интранет виртуальный университет. Эта система предоставляет множество функций для организации учебного процесса и общения пользователей. Основные функции системы рассчитаны на тестирование, обмен файлами, чат, форум, но данная система не предоставляет учебный материал. Еще несколько недостатков:

требования к конфигурации сервера и базового программного обеспечения;

необходимость установки программного обеспечения и базы данных на сервере заказчика;

привязка к продуктам Microsoft.

С другой стороны пользователю разрабатываемой информационной системы необходимо иметь только браузер и подключение к Интернету.

Среда дистанционного обучения Moodle является современной, прогрессивной, постоянно развивающейся средой. Разработчику учебно-методических комплексов она предоставляет возможности использовать все необходимые ресурсы и средства контроля. Большим достоинством является распространение системы по лицензии GPL, что позволяет, не нарушая ничьих авторских прав свободно использовать, распространять и модернизировать систему. Вместе с тем, Moodle имеет значительный недостаток: в системе не предусмотрены группы уровня сайта, что делает очень сложным учет студентов разных специальностей. Группы в Moodle существуют не для управления правами доступа к курсам, а для разделения групп слушателей в одном курсе. Чтобы одни слушатели не видели активность других. Группы создаются внутри курса и не могут быть перенесены в другие.

Кроме этого, оценками слушателя можно оперировать только внутри курса. Нет возможности составить итоговую ведомость, например, по всем дисциплинам семестра, да и само понятие семестра в базовой версии системы отсутствует. Из сказанного можно сделать вывод, что Moodle является системой, ориентированной на западную модель обучения.

...