автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения

На правах рукописи

БЕЛОВ Михаил Александрович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (образование, муниципальное управление)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Дубна-2004 г.

Работа выполнена на кафедре системного анализа и управления Международного университете природы общества и человека «Дубна».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор, Добрынин Владимир Николаевич. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Кулагин Владимир Петрович; доктор технических наук, профессор, Минзов Анатолий Степанович.

Ведущая организация: Московский государственный институт электроники и математики (Технический университет).

Зашита состоится 17 сентября 2004 г. в 18 часов на заседании диссертационного совета К800.017.01 при Международном университете природы, общества и человека «Дубна», по адресу: 141980, г.Дубна, ул. Университетская, д.19, аудитория 1-300.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

Автореферат разослан «13» августа 2004 г.

2005-4 12414

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Развивающиеся наука, техника и

технологии предъявляют новые требования к содержанию образования, а развитие рынка труда в Российской Федерации показало, что необходимы актуальные знания, умения и навыки. При этом традиционные формы получения образования и модели обучения не всегда могут удовлетворить потребности в образовательных услугах.

Анализируя специфику развития информационных технологий необходимо отметить, всё большее значение приобретает работа с данными и коммуникациями, что стало существенным катализатором развития технологий дистанционного обучения.

Сегодня существуют такие категории лиц, которые нуждаются в образовательных услугах, но не имеют возможности получить их традиционным способом.

Очевидно, никто не должен быть лишен возможности учиться по причине географической или временной изолированности, отсутствия возможности посещать образовательные учреждения в силу физических недостатков или занятости производственными и личными делами.

В этих условиях возрастает роль дистанционного обучения (ДО), которое является следствием объективного процесса информатизации, развития технологий и сотовой связи, бурным ростом глобальной компьютерной сети Интернет. Дистанционное обучение входит в XXI век как наиболее перспективная, синтетическая, гуманистическая, интегральная форма образования.

Целевой установкой развития технологий дистанционного обучения становится предоставление актуальных знаний и развитие потребности к постоянному самообучению. В этом смысле формирующееся виртуальное образовательное пространство открывает огромные просторы для освоения мира знаний и самовыражения учащихся.

В настоящее время в России и за рубежом разработано достаточно много разнообразных систем дистанционного обучения. Анализ этих систем показал их разнородность и невозможность интеграции. Исходя из этого представляется необходимым разработать такую конфигурацию СДО, чтобы она базировалась на многофункциональном ядре, была открытой и имела бы развитый интерфейс. Она должна обеспечить быстрые и дешевые возможности развития в части новых образовательных методик, создания новых курсов, привлекательной визуализации процесса обучения и результатов.

Цель исследования заключается в создании и технологической реализации методики автоматизированной разработки программной структуры системы дистанционного обучения, неантагонистичной сегодняшней образовательной системе в Российской Федерации и позволяющей независимо от времени и расстояния предоставлять обучающимся теоретические, практические, методические материалы в электронном виде, средства самооценки и контроля знаний.

Поставленная цель достигается в работе посредством постановки и решения следующих основных задач:

1. Определение схемы дистанционных курсов и формирование методики автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

2. Разработка системы автоматизированной поддержки проекта создания системы дистанционного обучения.

3. Разработка моделей описания структуры системы дистанционного обучения.

4. Разработка методов и технологий тестирования, формирования учебных материалов в системе дистанционного обучения.

5. Разработка общей архитектуры и программной структуры системы дистанционного обучения, выбор базового программного обеспечения для создания ядра системы.

6. Разработка методов и алгоритмов программной реализации функциональности системы дистанционного обучения.

Для решения основных задач в работе выполняются следующие исследования:

• Изучение и анализ российского и зарубежного опыта внедрения и использования систем дистанционного обучения.

• Изучение теоретических основ проектирования и разработки программного обеспечения класса «клиент-сервер».

• Выбор программного обеспечения (ПО), разработка основных положений построения ядра системы дистанционного обучения с учетом специфики выбранного ПО.

• Формирование требований к системе дистанционного обучения и разработка функциональной структуры СДО.

• Определение принципов создания и структуры проектирования ядра системы дистанционного обучения.

• Исследование методов и средств для развертывания платформы системы дистанционного обучения. Изучение программных средств автоматизированного проектирования и сред разработки программного обеспечения.

• Изучение технологий информационной защиты системы дистанционного обучения.

Объектом исследования является дистанционное обучение, повышение квалификации и переподготовка кадров.

Предмет исследования - применение современных информационных систем, телекоммуникационных и мобильных технологий, методов и алгоритмов решения задач обработки информации, средств автоматизированного проектирования и поддержки проекта создания системы дистанционного обучения.

Теоретическая и методологическая основа исследования. Методологической основой исследования является системный подход к учебному процессу, организации учебного процесса, формированию электронных учебно-методических и контрольно-измерительных материалов, оценке качества учебного процесса и актуализации СДО. Теоретической основой исследования являются достижения в области дидактики, оценки качества приобретенных знаний, программного управления учебным процессом, моделирования и разработки информационных систем. Кроме того, работа опирается на новейшие разработки в

области компьютерных информационных технологий, аппаратного обеспечения, телекоммуникаций и мобильных технологий. В целях создания формализованного представления предметной области использованы методы функционально-структурного, объектно-ориентированного и информационного моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые предложена обобщенная методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения, основанная на интегрированном применении специализированных программных средств, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

2. Определены количественные показатели оценки качества дистанционного обучения, учитывающие личностные свойства учащихся.

3. Разработано ядро системы дистанционного обучения, обеспечивающее независимость от подключаемых СУБД и HTTP серверов и сопряженный с ним пользовательский интерфейс.

Практическая значимость исследования заключается в том, что созданное ядро системы дистанционного обучения и разработанные на его основе курсы позволяют выявлять уровень базовых знаний учащихся, а также значительно упростить процесс самоподготовки.

Разработанные в диссертации положения были применены при создании единой системы дистанционного обучения в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

Определена и обоснована сфера возможных применений карманных персональных компьютеров в системе дистанционного обучения.

Апробация результатов исследования. Положения и результаты работы были доложены и одобрены на научно-практических конференциях, научных семинарах в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, заседаниях кафедры Системного анализа и управления Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 151 страницах текста, содержит 18 рисунков, 5 таблиц. Список литературы содержит 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Дистанционное обучение и основы его организации

Первая глава посвящена обзору и анализу состояния проблемы дистанционного обучения в России и за рубежом. Принято понимать под дистанционным обучением синтетическую, гуманистическую, интегральную форму обучения, базирующаяся на использовании широкого спектра новых информационных технологий и технических средств в тесном взаимодействии с традиционными технологиями для формирования, коррекции учебного материала и индивидуальной траектории обучения, доставки учебного материала, его самостоятельного освоения обучающимися, контроля знаний обучающихся, организации диалогового обмена между преподавателем и обучающимися, когда процесс обучения некритичен к их расположению в пространстве и во времени.

В работе проанализированы три ключевые модели дистанционного обучения: модель дистанционного обучения на базе одного университета с наличием в нём классического очного образования, модель дистанционного обучения, основанная на сотрудничестве нескольких учебных заведений, модель дистанционного обучения в университетах, специально созданных для этих целей. Анализ этих моделей показал, что разрабатываемая система дистанционного обучения должна иметь возможность использования отдельных компонентов в процессе очного обучения, а разрабатываемые курсы необходимо формировать согласно унифицированным мета шаблонам с целью возможного сотрудничества с другими организациями, предоставляющими образовательные услуги.

На основании рассмотренных технологий поддержки дистанционного обучения и результатах анализа средств дистанционного обучения Оксфордского и Кэмбридского университетов (Англия), Шеффилдского университета (Шотландия), университета Виктория (Канада), МЭСИ, Международного центра дистанционного обучения «Линк», СГУ, Европейской школы корреспондентского обучения (ЕШКО), МГИУ, МИЭП, ВНТК «Тантал», Российского центра дистанционного обучения американского университета Кеннеди Вестерн, ВЗФЭИ сделаны следующие выводы:

• зарубежные средства создания дистанционных курсов - дорогостоящие или подразумевают дорогостоящую техническую поддержку фирмы-производителя системы;

• возможности существующих авторских систем не позволяет использовать их в качестве инструментальной среды для разработки полнофункциональной системы дистанционного обучения. Однако, разработка отдельных компонентов в виде встраиваемых модулей может существенно сократить сроки разработки СДО;

• большинство систем не обеспечивают поддержку всей технологической цепочки создания и сопровождения (жизненного цикла) дистанционного обучения;

• многие системы ориентированы на использование только Интернет-технологий для реализации всех компонентов дистанционного курса;

• многие системы подразумевают, что службы «Учебного центра» могут быть размещены только на серверах фирм-производителей систем, что делает разрабатываемые дистанционные курсы зависимыми от состояния этих фирм и их политики.

• в настоящее время не существует совершенных систем, обеспечивающих доступ к полнотекстовым информационно-справочным материалам учебного назначения.

• образовательный процесс проводится на всех уровнях образования, но преимущественно по гуманитарному направлению;

• множество центров ДО ещё используют традиционную «бумажную» модель неконтактного обучения с минимальным использованием современных телекоммуникационных технологий.

Основываясь на результатах анализа технологий и решений в области ДО были определены требования к инструментальным средствам разработки и поддержки дистанционных курсов.

• Инструментальное средство должно быть в первую очередь ориентировано на специалистов-предметников (профессорско-преподавательский состав).

• Интернет-технология не должна восприниматься как догма при создании дистанционных курсов.

• Учитывая разнородность оснащенности телекоммуникациями в различных регионах РФ, разрабатываемые дистанционные курсы, так и средства, обеспечивающие технологическую поддержку, должны настраиваться на уровень телекоммуникаций. Отсутствие online-доступа не должно служить причиной невозможности использования дистанционного курса.

• Разрабатываемое инструментальное средство должно обеспечивать технологическую поддержку всего жизненного цикла (разработки, сопровождения, модернизации) всех компонентов дистанционного курса.

• Обучаемому и преподавателю должны быть предоставлены средства визуализации, планирования, автоматического или автоматизированного выбора учебной траектории, поскольку это обеспечит гибкость и вариативность не только в рамках отдельного курса, но и в рамках системы образовательных курсов в целом.

В соответствии с вышеизложенными требованиями к инструментальным средствам поддержки ДО, определена схема организации дистанционных курсов, представленная на рис. 1.

Построение схемы организации дистанционного курса позволило определить перечень компонентов разрабатываемой системы дистанционного обучения, называемых ядром СДО. Ядро разрабатываемой системы включает электронный учебник; электронный задачник на основе компьютерной лаборатории; средства тестирования, состоящие из тестов самооценки, самоконтроля и контроля знаний; библиотеку учебных ресурсов; средства асинхронного взаимодействия; средства аудио-, видео-трансляций, средства администрирования, формирования и компоновки учебных курсов, систему сбора статистики и контроля качества дистанционного обучения.

Рис.1. Схема организации дистанционного курса в парадигме «клиент-сервер»

Средства телекоммуникаций являются основным звеном в системе ДО, позволяющим обеспечить максимальную пространственную и временную независимость обучаемых и преподавателей. Однако, дистанционное обучение может создавать значительную нагрузку на сеть, занимая зачастую и без того невысокую пропускную способность. Кроме того, оно может потребовать инвестиций в дорогое аппаратное обеспечение, такое, как мощные процессоры, ЗЕ> ускорители, сетевое оборудование, видеокамеры, оборудование для видеомонтажа. Видео- и телеконференции также зачастую требуют высоких затрат.

В рамках Межведомственной программы «Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы» созданы национальная магистральная инфраструктура компьютерных телекоммуникаций, функционирует ряд региональных высокоскоростных сетей передачи данных, организованы средства доступа пользователей к сетевым ресурсам. Федеральная университетская компьютерная сеть RUNNet (Russian University Network), являющаяся опорной сетью в системе образования, обеспечивает связь между всеми основными регионами России.

Следует подчеркнуть, что телекоммуникационная реализация дистанционного обучения еще важна и потому, что под влиянием Интернета происходит и будет в

дальнейшем происходить трансформация мировоззрения человечества Это происходит потому, что новые информационные и телекоммуникационные технологии вносят изменения не только в способы распространения знаний, но и в сами знания.

Уровень технического обеспечения в Международном университете природы, общества и человека «Дубна» позволил подойти к вопросу разработки ядра системы дистанционного обучения, призванной охватить весь спектр дисциплин, масштабировать опыт профессорско-преподавательского персонала на филиалы университета, повысить качество заочного обучения и облегчить самостоятельную подготовку студентов дневного отделения.

Глава 2. Общие подходы к созданию системы дистанционного обучения, принципы проектирования, стандарт IMS

Систему дистанционного обучения (СДО), в общем виде, можно рассматривать как совокупность двух подсистем: информационной (содержательная часть) и программной (программная реализация)

Создание системы дистанционного обучения - итерационный процесс взаимодействия авторов учебных материалов и разработчиков ядра СДО, а связующим звеном этого процесса должны выступать специалисты по методике подготовки электронных курсов.

Необходимость взаимодействия авторов, методистов и разработчиков ядра системы обусловливается следующими причинами:

• взаимодействие авторов, методистов и разработчиков ядра СДО часто способствует порождению новых идей по поводу форм представления информационного обеспечения и разработке специфических программных компонентов;

• в процессе работы над СДО может измениться программа курса, могут выйти в свет новые нормативные документы, может появиться специальная литература, которую необходимо использовать для актуализации учебного материала;

• автор и методист должны представлять, какими техническими и технологическими наработками располагает разработчик ядра СДО,

• совместно с методистом автор должен произвести контроль СДО на стадии создания её макета и указать разработчику на замеченные несоответствия с исходными материалами;

• вместе с методистом и разработчиком автор должен участвовать в апробации СДО в учебном процессе. При этом могут обнаружиться не только не замеченные ранее ошибки и неточности, но и стать яснее слабые места в изложении материала, в формулировке тестовых заданий.

В ходе создания системы дистанционного обучения были определены этапы методики автоматизированной разработки системы дистанционного обучения, увязывающие взаимодействие авторов, методистов и разработчиков ядра.

В числе основных этапов методики были выделены следующие: разработка концепции, формирование идеи, разработка предварительного плана, анализ осуществимости проекта, детальное планирование проекта, разработка проекта СДО, подготовка исходных материалов, разработка программной структуры СДО, компьютерная подготовка содержательной части СДО, тестирование программных модулей, компоновка СДО, создание пользовательской документации, методических пособий, апробация СДО с доработкой по её результатам опытно-промышленной эксплуатации, установку и настройку серверной части (см. рис. 2).

В работе выделены и обоснованы актуальные и необходимые для эффективного внедрения и функционирования электронной системы дистанционного обучения принципы проектирования: принцип гумманистичности обучения, принцип приоритетности педагогического подхода, принцип стартового уровня образования, принцип выбора содержания образования, принцип мобильности обучения, принцип доступности, принцип индивидуальности обучения, принцип неантогонистичности СДО существующим формам образования (в работе рассматривается ряд особенностей данного принципа: гибкость, модульность, параллельность, дальнодействие, асинхронность, охват, преподаватель, обучающийся), принцип системности, принцип комплексности, принцип обеспечения безопасности информации, циркулирующей в СДО, принцип адаптивности и развития, принцип корректности, принцип релевантности, принцип прозрачности, принцип систематизированной структуры.

Для реализации возможности сотрудничества с организациями, предоставляющими образовательные услуги, в плане обмена учебными курсами, целесообразно руководствоваться пакетом стандартов IMS, который объединяет усилия 29 представителей промышленности, государственного аппарата и образовательных учреждений. Стандарт IMS охватывает 6 областей: профили, метаданные, содержимое, тесты, управление, компетентность и предоставляет следующие возможности:

, • импорт/экспорт дистанционных курсов;

• иерархичность объектов модели;

• отделение настроек тестирования от материалов тестов;

• хранение ответов в виде условных выражений, что позволяет легко записывать правильные ответы для большого подмножества типов вопросов;

• отделение логического типа вопроса от способа его представления;

• общность представления вопроса, что позволяет делать комбинации нескольких типов вопросов;

• описание модели на языке XML;

• плавный переход, обусловленный наличием упрощенных спецификаций.

Рис. 2. Основные лапы методики создания СДО ll

Глава 3. Автоматизированное управление проектом разработки системы дистанционного обучения

Третья глава посвящена рассмотрению основных задач проектирования, планирования, управления проектом разработки системы дистанционного обучения и их автоматизации.

Создание проекта начинается с разработки концепции. Перед группой разработки концепции стоят такие задачи как сбор информации, на основе которой будет приниматься решение о проведении проекта; анализ предложений на основе данной информации; подготовка варианта проекта для дальнейшей реализации. Таким образом, разработка концепции СДО включает две составляющие -формирование идеи проекта и анализ осуществимости проекта.

Для проведения анализа осуществимости проекта был подготовлен предварительный план. Предварительный план составляется для общей оценки масштабов проекта, его продолжительности, необходимого состава исполнителей и оборудования и сравнения всего этого с предоставленными условиями и ресурсами.

Перед началом разработки проекта требуется провести анализ осуществимости. Исходными данными для анализа осуществимости проекта по созданию системы дистанционного обучения послужили результаты предварительного планирования. Основой для анализа были данные о ресурсах, которые необходимы для выполнения проекта и ресурсах, которые предоставлены в распоряжение группы разработчиков. Все ресурсы проекта обычно делятся на три группы: трудовые, технические и финансовые ресурсы.

При оценки собственных возможностей в расчет принимались следующие факторы: временные ограничения; техническое и программное обеспечение; оценка затрат на создание дистанционных курсов; пригодность предметов для изучения дистанционным способом; соответствие аудитории для данного способа обучения; наличие необходимого материала для создания учебного курса.

В рамках технического анализа были изучены следующие вопросы: сроки реализации проекта, источники информации, наличие технической базы, выбор средств разработки.

В рамках организационного анализа основное внимание уделялось организации и контролю работ по проекту, построению организационной структуры. В работе выделены три ключевые организационные формы управления проектами: работа над проектом как дополнительная задача; классическая организация проекта («предприятие в предприятии»); смешанная. Анализ этих форм позволил сформировать коллектив для реализации проекта по разработке системы дистанционного обучения.

Финансовый анализ исследует затраты на проект. Затраты на проект складываются из таких составляющих как стоимость приобретения и установки оборудования; заработная плата постоянных участников проекта; стоимость привлечения консультантов и дополнительного персонала; непредвиденные расходы.

В управлении проектами планирование занимает важное место, организуя процесс реализации проекта. Сущность планирования состоит в определении

детального комплекса работ, эффективных методов и способов их выполнения, а также в выявлении всех видов ресурсов, необходимых для реализации проекта и установления взаимодействия между участниками проекта. Центральное место в планировании проекта занимают задачи календарного планирования - составление и корректировка расписания, в котором работы, выполняемые различными исполнителями, увязываются во времени, между собой и с возможностями их обеспечения различными видами материально-технических и трудовых ресурсов. Для этих целей в проекте были использованы программные пакеты Microsoft Project и Pocket Plan. Предварительный план работ, составленный ранее, был необходим для получения общих представлений о масштабах проекта, объемах работ, составе исполнителей. Он не может быть использован как основной документ для управления работами по проекту, поскольку содержит только общую информацию и позволяет оценить проект в целом.

Одним из самых важных этапов разработки системы дистанционного обучения является процесс формулирования требований. Требования определяют структуру, назначение и внешнее поведение программной системы. Методика формирования требований, взятая за основу, позволила успешно преодолеть стадию определения требований в рамках проекта разработки системы дистанционного обучения (см. рис.3).

Рис. 3. Этапы формулирования требований

При сборе информации о требованиях к программному обеспечению необходимо учитывать такие атрибуты, как корректность, пригодность, необходимость, приоритетность, однозначность, лаконичность, возможность проверки, завершенность, соответствие, изменяемость; что позволяет создать систему дистанционного обучения, адекватную представлениям заказчика. Упростить процесс управления требованиями возможно с помощью пакета Rational Requisite Pro, особенности внедрения и использования которого освещены в главе детальным образом.

В третьей главе также рассмотрены задачи аттестации и верификации. Аттестация и верификация (Verification and validation, V&V) программного обеспечения - это процесс, благодаря выполнению которого гарантируется, что программа, которая находится в стадии разработки или подвергается изменениям, будет отвечать функциональным или каким-либо другим требованиям (аттестация). При этом каждый шаг, предпринимаемый в процессе разработки ПО, приводит к созданию требуемых программных продуктов (верификация).

Основными составляющими элементами процесса аттестации и верификации являются статистическое оценивание и динамическое тестирование, играющие решающую роль при создании качественного программного обеспечения. В главе детальным образом рассматриваются особенности статистического оценивания и динамического тестирования; определен сценарий тестирования ядра системы дистанционного обучения. Динамическое тестирование было выполнено с использованием программных пакетов Rational Test Manager, Rational Robot, Rational SiteCheck, Rational LoadTest, Rational Quantify, Rational Purity.

В процессе работы над проектом системы дистанционного обучения выявились проблемы контроля и управления версиями и конфигурациями дистанционного обучения. В условиях быстрой разработки программного кода разработчикам необходимо иметь надежное и мощное средство по отслеживанию изменений, позволяющее всем участникам проекта видеть текущее состояние его разработки. В качестве основного программного средства был выбран пакет Rational ClearCase, базирующийся на парадигме Source Code Management (SCM) методологии Rational Unified Process (RUP); в главе рассмотрены особенности его использования применительно к разработке системы дистанционного обучения.

Интегрированное применение специализированных программных средств позволяет не только ускорить и систематизировать процессе разработки системы дистанционного обучения, но и обеспечить открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

Глава 4. Создание программной структуры системы дистанционного обучения

В четвертой главе описывается процесс автоматизированной разработки ядра системы дистанционного обучения и подготовки содержательной части, приводятся результаты апробации, освещаются проблемы технической поддержки и актуализации системы дистанционного обучения.

Для наглядного представления состава, архитектуры, информационной, объектной, функциональной, ролевой структуру системы построены описательные модели.

Семантическая модель состоит из ключевых слов и словосочетаний, отражающих существенные особенности разрабатываемой системы дистанционного обучения, в число которых вошли учитель, ученик, учебный процесс с применением системы дистанционного обучения, целостность учебного процесса, образовательная компонента, целостность образовательной компоненты системы дистанционного обучения, управляющая компонента системы дистанционного обучения, целостность управляющей компоненты системы дистанционного обучения, измерение текущего состояния образовательной компоненты, целостность блока измерения, сравнение текущего состояния

образовательной компоненты, целостность блока сравнения, формирование управляющего (корректирующего) воздействия.

Информационная модель системы дистанционного обучения является логическим следствием семантической модели, а её разработка базируется на системном подходе и системном анализе. В информационной модели отражены связи между компонентами семантического описания. Любая связь может отражать направленность информационного потока, содержание информационного потока или смысловую связность информационных потоков.

Анализ информационной модели помог оценить полноту информации достаточную для создания, развития и поддержки системы дистанционного обучения, определить версии разработки ядра системы дистанционного обучения; определить этапность создания различных версий ядра системы дистанционного обучения (с учетом преемственности); определить главные показатели, характеризующие систему дистанционного обучения; оценить смысловую связность концептуальной и семантической модели.

Упорядоченная во времени последовательность работ и событий объектов системы отражена событийной моделью электронного обучения. Формально, событийная модель представляет собой множество работ, событий и отношений между ними, а графической формой её изображения является направленный во времени граф, узлами которого являются события, а дуги - работы, выполняемые системой дистанционного обучения.

Функциональная модель описывает перечень основных операций, выполняемых системой и ограничения, накладываемые на поведение объектов -заинтересованных лиц по отношению к создаваемой системе, не рассматривая порядок и способ реализации вычислений.

Функции легко описывать на обычном языке. Их описания состоят из коротких фраз и лишь изредка разрабатываются подробно. С каждой функцией связаны элементы данных, которые обеспечивают дополнительную информацию о каждой функции - назовём их атрибутами функции. Атрибуты используются для того, чтобы связать функции с другой информацией в проекте. На перечень атрибутов не накладывается никаких ограничений, поэтому он формируется по усмотрению разработчика.

Чтобы справиться со сложностью разрабатываемой системы, число функций, представленных в функциональной модели системы должно варьироваться в пределах 25-99 функций, независимо от сложности проекта. Функциональная модель стартовой версии системы дистанционного обучения представлена таблицей, содержащей 63 функции с входными параметрами, результатами их работы и кратким описанием выполняемых ими операций.

Информационным обеспечением системы дистанционного обучения является комплекс учебно-методических материалов, программных, технических, технологических средств поддержки процесса электронного обучения, ввода, сопровождения и развития учебно-методических материалов.

Характерными компонентами информационного обеспечения системы дистанционного обучения, детально рассмотренными в главе, являются: введение к дисциплине в целом; введение к темам и блокам и их резюме; электронный учебник; справочная информация и дополнительный материал; ситуационный анализ; электронный задачник; тестирование; консультации; рекомендации;

средства, ввода, поддержки контента и управления системой дистанционного обучения.

Для некоторых людей большой сложностью является обучения без непосредственного общения в аудитории. Чтобы облегчить усвоение материала, предлагаетсяметодика адаптивного структурированияучебного материала. Её

суть состоит в разделение на темы порций учебной информации, представляющих собой раздел, который целесообразно изучить в течении одного занятия. Каждая тема разбивается на блоки. Каждый блок должен содержать законченную по смыслу порцию учебной информации и ссылки на источники, по которым можно получить необходимую информацию с точностью до параграфов или даже страниц, на которых представлен учебный материал (ссылки на литературные источники впоследствии могут использоваться как задания на самостоятельную проработку материала).

Пусть в изучаемой теме N блоков, тогда необходимо подготовить, как минимум, ссылок, предназначенных для самостоятельной

углубленной проработки учебного материала. По каждому блоку учебного материала может быть составлен ряд вопросов призванных

помочь учащемуся самостоятельно определить насколько хорошо изучены блоки осваиваемой темы курса, где Вопр( - самый сложный, а Вопрз — самый простой вопрос по данному блоку (табл. 1).

БЛОК! Вопрц ВОПР12 Вопр] э Лит!

Елок2 В0ПР21 ВОПР2.2 Вопргз Лит2

... ... ... ...

Блокн Вопри! Вопрмз Вопрш Литы

Оценка забяок отлично хорошо удовлетворительно неудовлетворительно >

Таблица 1- Матрица адаптивного сценария струкгурщюванияучебного материала

Если учащийся отвечает на первый вопрос блока Вопр} ¡, то он переходит к вопросу следующего блока Вопр2}. Если он не отвечает на Вопри, то переходит ко второму вопросу этого же блока, т. е. Вопр12, а если он не отвечает и на этот вопрос, то ему предлагается еще более легкий вопрос Вопрц. При неправильном ответе на этот вопрос ему предлагается ещё раз ознакомиться с основным и дополнительным учебным материалом.

В рассмотренной выше матрице (см. табл. 1) по вертикали расположены вопросы по принципу «от простого к сложному», что обеспечивает постепенное углубление в изучаемый материал, а по горизонтали - «от сложного к простому». Действительно, для обучаемого, который знает правильные ответы на сложные вопросы, нет необходимости предъявлять более простые. Однако в том случае, если знания по фрагменту в целом окажутся недостаточными для того, чтобы ответить на самый простой вопрос, то необходимо выйти на предъявление задания с указанием дополнительных литературных источников, предназначенных для самостоятельной проработки.

В процессе реализации адаптивного диалога обучаемому могут проставляться оценки, в случае правильных ответов на вопросы, которым на этапе их составления присваиваются весовые коэффициенты. В рассмотренной модели (см. табл. 1) использована традиционная для отечественного образования шкала оценок, однако

системы, предназначенные для компьютерной реализации обучающих и контролирующих программ, позволяют вводить произвольную шкалу оценок с последующей их нормировкой. Выставление оценок должно стимулировать учащегося к более глубокому усвоению учебного материала.

Особое внимание уделено процессу подготовки тестовых заданий для контроля знаний, предназначенных для проверки усвоения знаний студентом по изучаемому курсу. При подготовке тестовых заданий для контроля усвоения учебного материала необходимо последовательно решить следующие вопросы: каково должно быть содержание тестовых заданий; как правильно сконструировать тестовые задания; как правильно составить из тестовых заданий тесты; как убедиться в валидности, надежности, дискриминативности тестов и при необходимости скорректировать их.

В главе детально рассмотрены требования к содержанию тестовых заданий контроля знаний. После того как содержание теста определено, необходимо облечь его в конкретную форму, т.е. сконструировать тестовое задание. В тестах контроля знаний выделены следующие возможные формы тестовых заданий: закрытая (в том числе задания с несколькими вариантами выбора и альтернативные задания); открытая; на установление соответствия; на установление правильной последовательности и определены условия их применимости.

Правильное расположение тестовых заданий в тесте повышает их валидность. Информация о знаниях конкретного студента, получаемая по результатам выполнения отдельных тестовых заданий, может быть выражена формулой:

где - априорная, а - апостериорная вероятности успешного прохождения тестирования. Если реальный уровень подготовленности студента таков, что он априори успешно выполнит группу легких для него заданий (или, напротив, заведомо не выполнит группу трудных заданий), то выполнение данной группы заданий этим студентом не дает дополнительной информации о его знаниях (т.к. Ро^Р],). В таком случае целесообразно разбить задания на две или несколько групп по сложности и реализовать гибкий механизм предъявления заданий.

Дискриминативность теста характеризуется способностью отдельных его заданий и теста в целом дифференцировать тестируемых относительно максимального и минимального результатов теста. Оценка дискриминативности теста может быть проведена достаточно объективно. Прежде всего следует оценить дискриминативность отдельных тестовых заданий: способно ли каждое из них разделить обучаемых на тех, кто даст правильный ответ и на тех, кто ответит неверно. В процессе такой оценки для каждого задания необходимо вычислить коэффициенты сложности - Кс. Коэффициент сложности {Кс) ~ это отношение количества студентов в каждой группе, не решивших данное задание к общему количеству испытуемых в данной группе Ы:

Для конкретной группы или для всех групп (тогда необходимо вычислить математические ожидания коэффициентов сложности) мы можем увидеть, что некоторые задания не решил не один учащийся. Прежде всего следует проверить корректность формулировки таких заданий и отсутствие ошибок в его программной реализации. Если задание корректно и реализовано верно, то это

означает, что оно чересчур сложно и его следует исключить из теста. Кроме того могут встретиться задания, существенно уступающие по сложности остальным заданиям и, как правило, у большинства учащихся их решение не вызывает затруднений. Если таких заданий в тесте будет много, то, возможно, окажется целесообразным выделить их в отдельную группу «легких заданий», разделив таким образом задания теста на два блока по сложности и реализовать алгоритм адаптивного тестирования. Дискриминативностъ теста в целом оценивается показателем, который называется а Ферпосона и отражает количество совпадений результатов испытуемых в выборке:

д (я+Ш1-^2)

где N - количество испытуемых в выборке; п - количество заданий; Р^ -количество испытуемых, показавших при тестировании &-ый результат = АО

Проверка надежности теста также может быть проведена достаточно объективно. Если речь идет о ретестовой надежности, то для ее подтверждения необходимо провести повторное тестирование одной или нескольких групп учащихся и рассчитать корреляцию между показанными в первый и во второй раз

Р У л _М[(Х-М(Х))-(У-М(Г))]

где Яду - коэффициент корреляции; X и У - выборки результатов первого и повторного тестирования; М(Х), M(Y), M[(X - M(X))-(Y - M(Y))J - расчетные математические ожидания выборок и указанного произведения разностей. Величину, выражение для определения которой записано в числителе, называют также корреляционным моментом; - средние квадратические отклонения по двум рассматриваемым выборкам.

Существует также возможность использовать для проверки рассматриваемой .формы надежности параллельные варианты теста с эквивалентными по сложности заданиями, если таковые имеются. Правда, существуют трудности в доказательстве того, что параллельные варианты теста действительно являются эквивалентными.

Проверку статистической значимости того факта, "что генеральные совокупности, выборками из которых являются X и К, действительно коррелированны, следует проводить путем сравнения расчетного критерия Г, имеющего распределение Стьюдента, с табличными значениями критических точек этого распределения. Формула для расчета величины критерия Т:

Наличие корреляции статистически подтверждается с доверительной вероятностью а, если выполняется неравенство . Выбор , величины

доверительной вероятности обычно выбирается в диапазоне 0,9-0,98.

В случае с проверкой валидности, комплексной характеристики теста, включающей сведения об области исследуемых явлений и репрезентативности используемой по отношению к ней диагностической процедуры, сделать обоснованные статистические заключения, как правило, не представляется возможным. Пожалуй, наилучшим способом проверки валидности теста достижений по конкретной дисциплине будет сравнение результатов его

выполнения с результатами контроля знаний студентов традиционными методами. Этотакназываемаяконкурентная валидность.

Оценивая качество дистанционного обучения желательно руководствоваться такими показателями как самостоятельность, креативность, понимание, умение, навык, мотивация, усвоение. Рассмотрим способ вычисления такого рода показателей на примере «самостоятельности». Самостоятельность (S) -обобщенное свойство личности, проявляющееся в инициативности, критичности, адекватной самооценке и чувстве личной ответственности за свою деятельность и поведение (Словарь психолога-практика / Сост. С. Ю. Головин. - 2-е изд. — Мн: Харвест, М: ACT, 2001). Для численной оценки самостоятельности в системе дистанционного обучения, введем следующее определение. Самостоятельность (5) - способность обучающегося приобрести знания, умения и навыки на основе электронных учебных материалов с минимальной помощью преподавателя. Данное толкование самостоятельности не противоречит предыдущему определению и является более узким.

Численной величиной, характеризующей самостоятельность является -коэффициент самостоятельности kjt). Коэффициент самостоятельности определяется следующим образом. На интервале [0, t] к моменту t определяется общая длительность x(t), затраченная учеником на консультации с преподавателем. На этом же интервале к моменту t определяется общая длительность y(t), затраченная учеником на освоение текущей темы. Из физического смысла ясно, что

x(t)>0, у(г)>0, x(/) + y(r)<f. Определим коэффициент самостоятельности так:

7(f)

Согласно вышеприведенной формуле 0<*с51. Приx(t) = y(t) следует kjt) = 0. Это означает, что ученик не способен самостоятельно освоить текущую тему. При x(t) = 0 следует, что kjt)=l. Это означает, что ученик способен освоить самостоятельно текущую тему. Все вышесказанное верно при условии успешной сдаче темы. Введем следующее определение - профиль самостоятельности. Пусть на интервале обучения [0,Т] для моментов {<,,f2,...,г,,...,*„} определены

{kc(t,), *,(/,)..........fcc(f„)}. Функцию P(kc(tt)),i = l,...,n будем именовать

профилем самостоятельности. Профиль самостоятельности характеризует скорость приобретения самостоятельности в процессе освоения предмета. Введем понятия областей профиля самостоятельности. Пусть профили самостоятельности описываются следующими соотношениями:

Рт=к + 0та1, где Рт- минимальная самостоятельность, ft^- минимальная начальная самостоятельность.

где Р^- максимальная самостоятельность, Я - скорость роста

самостоятельности, - максимальная начальная самостоятельность. Эта

величины могут быть определены на основе эксперимента.

й _ д

P(t)=At+f} - базовая самостоятельность, где /? = -""' °° • Введем пороговые величины Д,иЛ2. Введем следующие области:

G^îOSiSr, fo + ßv«, SPCOS^+^+A,; Если профиль P{t)€ G„„, - это означает, что в процессе освоения предмета ученик проявил минимальную самостоятельность

GM:0mT, \t + ßm+Ai<P(t)<At + ßm-b1; Если профиль P(t)eG„ - это

означает, что в процессе освоения предмета ученик проявил нормальную самостоятельность

Gn„:0<t£T, Ai + ßun -Д2 üPiO^Xt+ß^ ; Еслипрофиль P(t)e G^ - это означает, что в процессе освоения предмета ученик проявил отличную самостоятельность. Если профиль P(t) на интервале [0,Т] проходит через все области, то в зависимости от того, как профиль проходит области, возможны различные интерпретации. Например, неустойчивая самостоятельность, растущая самостоятельность, угасающая самостоятельность.

Подобным образом можно определить и вычислить другие показатели, построить и интерпретировать их профили.

Разработка архитектуры является важным этапом в процессе создания системы дистанционного обучения. По мнению автора, архитектура, базирующаяся на высокоуровневых службах глобальной сети Интернет позволяет создать ядро системы дистанционного обучения, удовлетворяющее рассмотренным в главе 2 принципам проектирования. По сути дела разрабатываемая СДО представляет собой информационную систему, в которой используются современные методы, средства, технологии Интернет и сотовой связи, такие как удаленный доступ по проводным и беспроводным каналам; HTTP сервера с поддержкой передачи защищенных данных SSL; CGI (Common Gateway Interface), PHP, Java, Perl для реализации программной логики и взаимодействия с базами данных; унифицированный язык гипермедийной разметки документов HTML; Macromedia Flash; службы терминального доступа, такие как XWin32, Citrix Metaframe. Для взаимодействия с системой используется клиентское программное обеспечение, которое успешно функционирует как на стационарных рабочих станциях, так и на карманных персональных компьютерах (КПК) и коммуникаторах с поддержкой технологий GPRS, Bluethooth и WiFi. В качестве клиентского терминала может использоваться обычный браузер или стационарное приложение поддерживающее SOAP технологию передачи данных с использованием гипертекстового языка XML для описания структуры передаваемой информации.

Разработанная система может быть как локальной, так и общедоступной, поскольку взаимодействие среднего уровня осуществляется посредством сетевого протокола TCP/IP (TCP/UDP port 80). Надо отметить, что в последнем случае особенно важны средства защиты информации от несанкционированного доступа, поэтому необходимо использовать аппаратные или программные брандмауэры, наиболее распространенные и эффективные средства защиты от хакерских атак.

Разработанная архитектура СДО включает также два немаловажных преимущества. Во-первых, благодаря использованию языков HTML, PHP (Hypertext Preprocessor), JSP (Java Server Pages) можно сравнительно просто разработать удобную для использования информационную структуру, которая обслуживается готовым HTTP сервером. Во-вторых, возможность использования браузера в качестве клиентского терминала избавляет от необходимости создавать с нуля пользовательский интерфейс, позволяя использовать встроенные и унифицированные средства, тем самым в значительной степени упрощая процесс освоения системы среднестатистическим пользователем.

Пользовательский интерфейс является, пожалуй, самым важным компонентом СДО, поскольку от его потребительских качеств зависит успех дистанционного обучения, поэтому его разработка производилась согласно сформулированным и обоснованным в главе принципами проектирования пользовательского интерфейса, в число которых вошли такие важные принципы как принцип платформенной независимости, принцип интуитивности, принцип параллельности, принцип минимизации системных ресурсов - с учетом требований нормативных технических условий, предъявляемых к шрифтам, которые задействованы в пользовательском интерфейсе системы.

Базу данных системы дистанционного обучения можно условно разделить на две части - операционную и аналитическую. В операционной части сохраняются настройки, состояния и другая служебная информация необходимая для функционирования системы; аналитическая часть используется непосредственно для контроля и управления дистанционным учебным процессом. Структура базы данным проектировалась с использованием программы AllFusion Data Modeler, что позволяет конвертировать нормализованную логическую структуру, в физические структуры различных СУБД.

Финальный этап создания системы дистанционного обучения - компоновка. Именно на этом заключительном этапе «сшиваются» гиперсвязями в единое целое подготовленные блоки системы дистанционного обучения, организуя их взаимодействие.

Представленный в работе перечень методического и технологического обеспечение преподавателя и учащегося, при его корректном составлении, позволяет в короткие сроки освоить процесс дистанционного обучения.

Далее в главе рассмотрены цели и задачи апробации, технической поддержки, актуализации системы дистанционного обучения. Целью апробации являются:

• проверка работы всех функциональных модулей СДО в реальном режиме (не наблюдается ли зависаний, насколько быстро оно работает и т. п.);

• выявление незамеченных ранее неточностей в изложении учебного материала и программной реализации. В этой работе не обойтись без студентов; их необходимо стимулировать к тому, чтобы они фиксировали и передавали авторам (разработчикам) замеченные ошибки;

• оценка эффективность организации интерфейса обучающей программы, фиксируя, что именно вызывает затруднения у студентов при работе с ней;

• оценка средней продолжительности работы студента с каждым курсом, что ложится в основу составления учебных планов;

• накопление баз результатов выполнения тестовых заданий для осуществления проверки их валидности.

За двухлетний период опытной эксплуатации разработанной системы дистанционного обучения по курсу «Теория систем», было обучено 157 человек.

В рамках, процесса оценки конкурентной валидности системы дистанционного обучения, рассмотренного в главе 4, выяснилось, что 90% учащихся, освоивших курс «Теория систем» с использованием СДО, сдали устный экзамен по предмету на положительные оценки.

В процессе' ввода в эксплуатацию СДО возникает задача обучения технического персонала и тьюторов, которая решается разработчиками. После этого они смогут сами оказывать консультации студентам в случае каких-либо

затруднений при работе с системой дистанционного обучения. И только те вопросы, которые они сами не смогут решить, адресуются разработчикам.

По мере накопления объективных предпосылок для корректировки системы дистанционного обучения (изменения учебной программы, выхода новых нормативных материалов и т. п.) следует приводить ее в соответствие с этими изменениями, т.е. производить актуализацию.

Как и разработка СДО, её актуализация должна проводиться совместно авторами, тьюторами, методистами и разработчиками. Инициаторами этого процесса должны быть авторы и тьюторы. Именно им должны быть в первую очередь известны все изменения, происшедшие с момента выхода предыдущей версии СДО.

Разработчики со своей стороны должны уже при создании ядра позаботиться о технологичности внесения изменений в программу, а методисты и тьюторы -найти приемлемые формы внесения накопившихся изменений.

Если во время апробации СДО изменения в ее состав могли вноситься непрерывно, то после подготовки финального релиза актуализация ядра должна производиться периодически, чтобы не допустить неразберихи с версиями. Актуализацию целесообразно проводить один раз в год. Каждый новый поток студентов должен учиться с использованием обновленной обучающей программы.

Что касается программных аспектов актуализации, то здесь необходимо отметить следующее. Обучающую программу можно сравнительно просто откорректировать, если она:

• имеет открытую структуру,

• позволяет эффективно редактировать внедренные в нее материалы и прежде всего текстовые.

Система дистанционного обучения не будет актуальным средством, если коррективы будут внесены только в ее содержание, а средства разработки и распространения останутся прежними. Разработчик должен внимательно следить за развитием программных технологий и использовать как при разработке, так и при актуализации СДО самые последние версии программных продуктов.

Заключение

В итоге проведенных исследований выполнена автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения. При этом получены следующие основные результаты.

• Определена схема дистанционных курсов, сформулированы принципы проектирования системы дистанционного обучения и сформирована методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

• Сформированы требования к системе дистанционного обучения; построены модели описания СДО, наглядно демонстрирующие состав, архитектуру, информационную, объектную, функциональную, ролевую структуру системы.

• Разработана система автоматизированной поддержки проекта создания системы дистанционного обучения, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

• Разработана общая архитектура и программная структура системы дистанционного обучения, осуществлен выбор базового программного обеспечения для создания системы дистанционного обучения.

• Созданы методы и алгоритмы программной реализации функциональности ядра системы дистанционного обучения.

• Развернута система информационной защиты системы дистанционного обучения, предотвращающая несанкционированный доступ и атаки «отказ в обслуживании».

• Разработанная система дистанционного обучения внедрена в опытно-промьшленную эксплуатацию в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проект системы дистанционного обучения по курсу «Теория систем» //Сборник трудов пятой научной конференции молодых ученых и специалистов ОИЯИ. -Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2001.

2. Контрольно-измерительная система оценки качества дистанционного обучения. Сборник научных трудов кафедры системного анализа и управления. Вып. 1. -Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 2002.

3. Аттестация и верификация программного обеспечения на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Естественные и технические науки». - 2004. -№3.

4. Семантическая модель системы дистанционного обучения. //(Актуальные проблемы современной науки». - 2004. - №4.

5. Технология формирования требований к программному обеспечению на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Техника и технология». -2004.-№4.

6. Информационное обеспечение ядра системы дистанционного обучения. //«Аспирант и соискатель». - 2004. - №4.

7. Общие подходы к созданию ядра системы дистанционного обучения. [Электронный документ] //Всероссийская научно-практическая Интернет-конференция «Информационные технологии в науке и образовании». — Шахты: ЮРГУЭС, 2004. (httD7/http://www.do.sssu.гu/conf/view рЬр?агйс1е=7). Проверено 25.06.2004.

Аспирант ( // /¡ул /1 л Белов М А.

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.06.2000 г. Подписано в печать 12.08.2004 Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 1,5

Печать авторефератов 730-47-74, 778-45-60(сотовый)

»1528 t

РНБ Русский фонд

2005-4 12414

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ И ОСНОВЫ ЕГО ОРГАНИЗАЦИИ.

Понятие дистанционного обучения.

Стадии дистанционного обучения.

Зарубежный опыт организации дистанционного обучения.

Обзор состояния дистанционного обучения в Российской Федерации.

Анализ функциональности авторских систем.

Анализ различных подходов и решений.

Проблемы дистанционного обучения и пути их решения.

Обобщенный перечень элементов дистанционного учебного курса.

Предлагаемая схема организации дистанционных курсов.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ, ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТАНДАРТ IMS.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ.

Разработка концепции.

Разработка предварительного плана.

Анализ осуществимости.

Технический анализ.

Организационный анализ.

Финансовый анализ.

Планирование проекта.

Формирование команды разработчиков.

Формирование требований к системе дистанционного обучения.

Аттестация и верификация. ф Система версионного и конфигурационного управления.

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Семантическое описание системы дистанционного обучения.

Информационная модель.

Событийная модель электронного обучения.

Функциональная модель системы дистанционного обучения.

Информационное обеспечение системы дистанционного обучения.

Методика адаптивного структурирования учебного материала.

Выбор шрифтов для текстовых материалов.

Подготовка тестовых заданий для контроля знания.

Требования к содержанию тестовых заданий.

Конструирование тестовых заданий.

Формирование тестов из тестовых заданий.

Проверка надежности, дискриминативности, валидностиразработанных тестов.

Контрольно-измерительная система оценки качества дистанционного обучения.

Общая архитектура системы дистанционного обучения.

Структура базы данных.

Пользовательский интерфейс системы дистанционного обучения.

Методическое и технологическое обеспечение.

Компоновка системы дистанционного обучения.

Апробация, техническая поддержка, актуализация.

Развивающиеся наука, техника и технологии предъявляют новые требования к содержанию образования, а развитие рынка труда в Российской Федерации показало, что необходимы актуальные знания, умения и навыки. При этом традиционные формы получения образования и модели обучения не всегда могут удовлетворить потребности в образовательных услугах.

Анализируя специфику развития информационных технологий необходимо отметить, всё большее значение приобретает работа с данными и коммуникациями, что стало существенным катализатором развития технологий дистанционного обучения.

Сегодня существуют такие категории лиц, которые нуждаются в образовательных услугах, но не имеют возможности получить их традиционным способом.

Очевидно, никто не должен быть лишен возможности учиться по причине географической или временной изолированности, отсутствия возможности посещать образовательные учреждения в силу физических недостатков или занятости производственными и личными делами.

В этих условиях возрастает роль дистанционного обучения (ДО), которое является следствием объективного процесса информатизации, развития технологий и сотовой связи, бурным ростом глобальной компьютерной сети Интернет. Дистанционное обучение входит в XXI век как наиболее перспективная, синтетическая, гуманистическая, интегральная форма образования.

Целевой установкой развития технологий дистанционного обучения становится предоставление актуальных знаний и развитие потребности к постоянному самообучению. В этом смысле формирующееся виртуальное образовательное пространство открывает огромные просторы для освоения мира знаний и самовыражения учащихся.

В настоящее время в России и за рубежом разработано достаточно много разнообразных систем дистанционного обучения. Анализ этих систем показал их разнородность и невозможность интеграции. Исходя из этого, представляется необходимым разработать такую конфигурацию СДО, чтобы она базировалась на многофункциональном ядре, была открытой и имела бы развитый интерфейс. Она должна обеспечить быстрые и дешевые возможности развития в части новых образовательных методик, создания новых курсов, привлекательной визуализации процесса обучения и результатов.

Цель исследования заключается в создании и технологической реализаций методики автоматизированной разработки программной структуры системы дистанционного обучения, неантагонистичной сегодняшней образовательной системе в Российской Федерации и позволяющей независимо от времени и расстояния предоставлять обучающимся теоретические, практические, методические материалы в электронном виде, средства самооценки и контроля знаний.

Поставленная цель достигается в работе посредством постановки и решения следующих основных задач:

1. Определение схемы дистанционных курсов и формирование методики автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

2. Разработка системы автоматизированной поддержки проекта создания СДО. системы дистанционного обучения.

3. Разработка описательных моделей структуры системы дистанционного обучения.

4. Разработка методов и технологий тестирования, формирования учебных материалов в системе дистанционного обучения.

5. Разработка общей архитектуры и программной структуры системы дистанционного обучения, выбор базового программного обеспечения для создания ядра системы.

6. Разработка методов и алгоритмов программной реализации функциональности системы дистанционного обучения.

Для решения основных задач в работе выполняются следующие исследования:

• Изучение и анализ российского и зарубежного опыта внедрения и использования систем дистанционного обучения.

• Изучение теоретических основ проектирования и разработки программного обеспечения класса «клиент-сервер».

• Выбор программного обеспечения (ПО), разработка основных положений построения ядра системы дистанционного обучения, с учетом специфики выбранного ПО.

• Формирование требований к системе дистанционного обучения и разработка функциональной структуры СДО.

• Определение принципов создания и структуры проектирования ядра системы дистанционного обучения.

• Исследование методов и средств для развертывания платформы системы дистанционного обучения. Изучение программных средств автоматизированного проектирования и сред разработки программного обеспечения.

• Изучение технологий информационной защиты системы дистанционного обучения.

Объектом исследования является логика и структура дистанционного обучения, повышение квалификации и переподготовка кадров.

Предмет исследования - применение современных информационных систем, телекоммуникационных и мобильных технологий, методов и алгоритмов решения задач обработки информации, средств автоматизированного проектирования и поддержки проекта создания системы дистанционного обучения.

Теоретическая и методологическая основа исследования. Методологической основой исследования является системный подход к учебному процессу, организации учебного процесса, формированию электронных учебно-методических и контрольно-измерительных материалов, оценке качества учебного процесса и актуализации С ДО. Теоретической основой исследования являются достижения в области дидактики, оценки качества приобретенных знаний, программного управления учебным процессом, моделирования и разработки информационных систем. Кроме того, работа опирается на новейшие разработки в области компьютерных информационных технологий, аппаратного обеспечения, телекоммуникаций и мобильных технологий. В целях создания формализованного представления предметной области использованы методы функционально-структурного, объектно-ориентированного и информационного моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые предложена обобщенная методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения, основанная на интегрированном применении специализированных программных средств, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

2. Определены количественные показатели оценки качества дистанционного обучения, учитывающие личностные свойства учащихся.

3. Разработано ядро системы дистанционного обучения, обеспечивающее независимость от подключаемых СУБД и HTTP серверов и сопряженный с ним пользовательский интерфейс.

Практическая ценность исследования заключается в том, что созданное ядро системы дистанционного обучения и разработанные на его основе курсы позволяют выявлять уровень базовых знаний учащихся, а также значительно упростить процесс самоподготовки.

Разработанные в диссертации положения были применены при создании единой системы дистанционного обучения в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

Определена и обоснована сфера возможных применений карманных персональных компьютеров в системе дистанционного обучения.

Апробация результатов исследования. Положения и результаты работы были доложены и одобрены на научно-практических конференциях, научных семинарах в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, на заседаниях кафедры Системного анализа и управления Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 151 страницах текста, содержит 18 рисунков, 5 таблиц. Список литературы содержит 109 наименований.

Заключение

В итоге проведенных исследований выполнена автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения. При этом получены следующие основные результаты.

• Определена схема дистанционных курсов, сформулированы принципы проектирования системы дистанционного обучения и сформирована методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

• Сформированы требования к системе дистанционного обучения; построены модели описания СДО, наглядно демонстрирующие состав, архитектуру, информационную, объектную, функциональную, ролевую структуру системы.

• Разработана система автоматизированной поддержки проекта создания системы дистанционного обучения, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

• Разработана общая архитектура и программная структура системы дистанционного обучения, осуществлен выбор базового программного обеспечения для создания системы дистанционного обучения.

• Созданы методы и алгоритмы программной реализации функциональности ядра системы дистанционного обучения.

• Развернута система информационной защиты системы дистанционного обучения, предотвращающая несанкционированный доступ и атаки «отказ в обслуживании».

• Разработанная система дистанционного обучения внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

1. Holtbeng В. Status and trends of distance education. — L.: Kogan Page, 1981.

2. Давыдова Л.П. Организация самостоятельной работы студентов заочников.— М., 1985.

3. Тихомиров В.П. Технологии ДО в России II ДО, №1, 1996.

4. Агаев В.Т. Методические рекомендации по подготовке материалов для учебных аудио-видеосредств. — М.:МИЭП, 1996.

5. Зайцев А.Н., Мызгин Е.А. Радиолюбительская пакетная связь в сб. Глобальные телекоммуникации в образовании. — М.: ИНТ., 1996.

6. Тихомиров Ю.В. Microsoft SQL Server 7.0. — СПб.: БХВ, 1999.

7. Маклаков С.В. BPwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000.

8. Дарнел P. HTML 4. Энциклопедия пользователя. — К.: ДиаСофт, 1998.

9. Ратшиллер Т., Геркен Т. РНР4. Разработка Web-приложений. — СПб.: Питер, 2001.

10. Холден Г., Уэлс Н., Келлер М. Apache Server в комментариях. — К.: ДиаСофт, 2000.

11. Дюбуа П. MySQL. — М.: Вильяме, 2001.

12. Microsoft Internet Information Server 4.0 и Microsoft Proxy Server 2.0. Учебный курс: Официальное учебное пособие Microsoft для самостоятельной подготовки. — М.: Русская редакция, 1999.

13. Найк Д. Стандарты и протоколы Интернета. — М.: Channel Trading Ltd., 1999.

14. Кокшаров В.П. Компьютерные инструментальные обучающие системы: основные принципы построения. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть П. — М.: МИФИ, 1999. С. 372-373.

15. Андреев JI.A. Солдаткин В. И. Дистанционное обучение: сущность, технология, организация. — М.: МЭСИ, 1999.

16. Дистанционное образование: открытые и виртуальные среды. Материалы Седьмой международной конференции по дистанционному образованию (Россия, Москва, 17—18 июня 1999 г.) / Под ред. В.П. Тихомирова, В.И. Солдаткина, Д.Э. Колосова. — М.: МЭСИ, 1999.

17. Тихомиров В.П., Солдаткин В.И., Лобачев C.JI. Виртуальная образовательная среда: предпосылки, принципы, организация. Международная Академия Открытого Образования. — М.: МЭСИ, 1999.

18. Тихонов A.M., Иванников А.Д. и др. Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты. — М.: Вита-Пресс, 1998.

19. Романов А.Н., Торопцов B.C., Григорович Д.Б. Технология дистанционного обучения. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

20. Учебно-практические пособие для системы дистанционного обучения «Социальная психология и этика делового общения» /Под ред. B.C. Торопцова, В.Ю. Дорошенко. ВЗФЭИ. — М.: Экономическое образование, 1998.

21. Развитие дистанционного образования в мире // Дистанционное образование. 1997, № 2.

22. Полат Е.С. и др. Дистанционное обучение. — М.: ВЛАДОС, 1998.

23. Агапонов С.В., Джалиашвили 3.0. и др. Средства дистанционного обучения. Методика, технология, инструментарий. — СПб.: БХВ-Петербург, 2003.

24. Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России //Дистанционное образование. — 1997. -№ 2.

25. Бутырин Г. Н., Ефимов Н. Н., Нечаев В. Я. Дистанционное образование по оценкам экспертов //Дистанционное образование. — 1997. № 4.

26. СТАКСИС. Бюллетень «Новости». Том 1, № 2, Декабрь 1996 — Июль 1997.

27. Пушков А. И. Как создать мультимедийное приложение // Мир ПК. — 1997. -№ 12.

28. Кортер Д., Марквис A. Microsoft ® Project 2000. — М.: Лори, 2002.

29. Шафер Д., Фатрелл Р., Шафер Л. Управление программными проектами: достижение оптимального качества при минимуме затрат. — М.: Вильяме, 2003.

30. Новичков А. Обзорная статья по Rational ClearCase // Interface Ltd. www.interface.ru, 2000.

31. Kummerow Jean, Nancy Barger, Linda Kirby Worktypes. — NY: Warner Books, 1997.

32. Kroeger Otto, Janet Theusen Talk Type at Work. — NY: Delacorte Press, 1992.

33. Tieger Paul, Barbara Barron-Tieger. Do What You Are: Discover the Perfect Career for You Through the Secrets of Personality Type, 2-е издание. — Boston, MA: Little, Brown, 1995.

34. Bowditch James, Anthony Buono Primer of Organizational Behavior, 5-е издание. — NY: John Wiley & Sons, 2001.

35. Hergenhahn B.R. An Introduction to Theories of Personality. — Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990.

36. Rothwell J.D. In Mixed Company: Small Group Communication, 4-е издание. — TX: Harcourt College Publishers, 2001.

37. Hersey Paul, Kenneth Blanchard, Dewey Johnson Management of Organizational Behavior: Utilizing Human Resources, 7-е издание. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1996.

38. Gerald M. Weinberg, Gause Donald Exploring Requirements: Quality Before Design. — Dorset House, 1989.

39. Pressman Roger Software Engineering: A Practioner's Approach, 5-е издание. — Boston, MA: McGraw-Hill, 2001.

40. Boehm Barry и др. Developing Multimedia Applications with the Win Win Spiral Model. Proceedings, ESEC/FSE 97 and ACM Software Engineering Notes, November. — New York, NY: Association for Computing Machinery, 1997.

41. National Aeronautics and Space Administration. Software Formal Inspections Guidebook. — NASA-GB-A-302, Office of Safety and Mission Assurance, National Aeronautics and Space Administration, 1993.

42. Freeman Daniel, Gerald Weinberg. Handbook of Walkthroughs, Inspections and Technical Reviews, 3-е издание. — NY: Dorset House, 1990.

43. Спицнадель B.H. Основы системного анализа. — СПб, Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000.

44. Брунер Дж. Психология познания. — М.: Прогресс, 1977.

45. Узнадзе Д.Н. Теория установки /Психологи отечества. Избранные психологические труды. Под ред. Надирашвили Ш.А., Цаава В.К. — Воронеж: Институт практической психологии, НПО «МОДЭК», 1997.

46. Хрестоматия по общей психологии. Психология памяти. /Под ред. Гиппенрейтера Ю. Б. — М.: МГУ, 1979.

47. Бельчиков Я.М., Бирштейн М. М. Деловые игры. — Рига: Авотс, 1989.

48. Сапунцов В.Д. Компьютер в экономическом образовании. — М.: Изд. дом «НОВЫЙ ВЕК», 1999.

49. Порховник Ю. М. Активные методы в дистанционном обучении // Дистанционное образование. — 1997. № 1.

50. Козленке Н.Н. Деловые игры в принятии управленческих решений. — М.: ВЗПИ, 1992.

51. Глухов В.В., Кобышев А.Н., Козлов А.В. Ситуационный анализ: Учебное пособие. — СПб.: СПбГУ, 1994.

52. Методические указания по работе с компьютерным учебником. — М.: Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова, кафедра информационных технологий, 1996.

53. СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. — Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

54. Клайн П. Справочное руководство по конструированию тестов. — Киев: ПАН-ЛТД, 1994.

55. Аванесов B.C. Форма тестовых заданий. — М.: МИСиС, 1991.

56. Васильев В.И., Малышев Н.Г., Тягунова Т.Н. Программно-педагогические тесты. — М: МГУ ГА, 1999.

57. Балыкина Е.Н. Слагаемые эффективности педагогических программных средств учебного назначения по историческим дисциплинам //Компьютерные учебные программы 2000,№ 1.

58. Семенов В.В. и др. Развитие компьютерных технологий в дистанционном обучении (в обзоре «Новые информационные технологии в образовании»), — М.: НИИВО, 1999, в. 3.

59. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высшая школа, 1977.

60. Бурлачук Л.Ф. Компьютерная психодиагностика: проблемы и исследования // Ваша тестотека. Прикладной психологический журнал. 1992, № 1. С. 4-13.

61. Болч Б., Хуань К. Многомерные статистические методы для экономики. — М.: Статистика, 1979.

62. Костюк Г.С. О зависимости результатов тестирования от формы тестов. — М.: Московское технологическое объединение, 1928.

63. Радионов Б.У., Татур А.О. Стандарты и тесты в образовании. — М.: МИФИ, 1995.

64. Челышкова М.Б. Разработка педагогических тестов на основе современных математических моделей. — М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1995.

65. Аванесов B.C. Научные проблемы тестового контроля знаний. — М.: Учебный центр при исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов, 1994.

66. Вострокнутов И.Е. Методология оценки качества программных средств учебного назначения. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. М.: МИФИ, 1999. С. 398-399.

67. Крюков B.C., Татур А.О. Проблема аддитивности тестовых характеристик. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. — М.: МИФИ, 1999. С. 402-404.

68. Шмелев А.Г. Адаптивное тестирование знаний в системе «Телетестинг». IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. — М.: МИФИ, 1999. С. 405-407.

69. Словарь психолога-практика / Сост. С. Ю. Головин. 2-е изд. — Мн: Харвест, М.: ACT, 2001.

70. Андреев А.А. Введение в дистанционное обучение. Учебно-методическое пособие. — М.: ВУ, 1997.

71. Шеер А.В. Бизнес процессы. Основные понятия. Теория. Методы. 2-е изд. — М.: Весть-МетаТехнология, 1999.

72. Moore М., Kearsley G. Distance education: a system view. Edited by Terry Evans and Daryl Nation. — L.-NY.: Routledge, 1996.

73. Porter L. Creating the virtual classroom: distance learning with the Internet. — NY, Wiley&Sons, 1997.

74. Snyder C. Role of libraries in distance education. — Washington: Association of Research Libraries, Office of Management Services, 1996.

75. Синепол B.C., Цикин И.А. Системы компьютерной видеоконференцсвязи. — М.: Мобильные коммуникации, 1999.

76. Скуратов А.К. Технология, алгоритмы, методы и средства проведения видеоконференций //Информационные технологии. — 1995. № 10.

77. Домарев В. Защита информации и безопасность компьютерных систем.— СПб.: Диасофт, 1999.

78. Белов В.В., Виталиев Г.В., Денисов Г.М. Интеллектуальная собственность. Законодательство и практика его применения. — М.: Юристъ, 1999.

79. Грибов Д.Е. Интерактивная веб-анимация. — М.: ДМК, 2000.

80. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2000.

81. Кристиансен Т., Торкингтон Н. Perl: библиотека программиста. — СПб.: Питер, 2000.

82. Эбен М., Таймэн Б. FreeBSD. Энциклопедия пользователя. — К.: ООО «Тид ДС», 2002.

83. Бююль А., Цёфель П. SPSS: искусство обработки информации. Анализ статистических данных и восстановление скрытых закономерностей. — СПб.: ДиасофтЮП, 2002

84. Холл М. Сервлеты и JavaServer Pages. — СПб.: Питер, 2001.

85. ЮГБоггс У., Боггс М. UML и Rational Rose. — М.: Лори, 2000.

86. Белов М.А. Проект системы дистанционного обучения по курсу «Теория систем» //Сборник трудов пятой научной конференции молодых ученых и специалистов ОИЯИ. — Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2001.

87. Белов М.А. Контрольно-измерительная система оценки качества дистанционного обучения. Сборник научных трудов кафедры системного анализа и управления. Вып. 1. — Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 2002.

88. Белов М.А. Аттестация и верификация программного обеспечения на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Естественные и технические науки».— 2004. №3.

89. Белов М.А. Семантическая модель системы дистанционного обучения. //«Актуальные проблемы современной науки». — 2004. №4.

90. Белов М.А. Технология формирования требований к программному обеспечению на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Техника и технология». — 2004. №4.

91. Белов М.А. Информационное обеспечение ядра системы дистанционного обучения. //«Аспирант и соискатель». — 2004. №4.

92. Черемисина Е.Н., Добрынин В.Н. Метазнаниевые технологии основа системы дистанционного обучения в университете «Дубна». //Сборник научных трудов конгресса конференций «ИТО-2003». — Москва, 2003.