автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Модели и алгоритмы программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе

На правах рукописи

МИНАСОВ Шамиль Маратович

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И ГЕНЕРАЦИИ УЧЕБНЫХ КУРСОВ В СЕТЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ

Специальность 05.13.11 • Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 2003

Работа выполнена на кафедре информатики Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кабальное Юрий Степанович

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессор

Житников Владимир Павлович кандидат технических наук, доктор педагогических наук, профессор Штейнберг Валерий Эммануилович

Ведущее предприятие: Башкирская академия государственной

службы и управления при Президенте Республики Башкортостан

Защита состоится «05 » декабря 2003 г. в /3 часов на заседании диссертационного совета К-212.288.01 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу:

450000, г. Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физ.-мат. наук

Р.А. Гараев

2ооЗ-/|

' '74 а |"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

На сегодняшний день процесс создания сетевых информационно-обучающих систем (ИОС) сопряжен с рядом нерешенных научно-технических проблем. Как показал анализ, существующие методы проектирования сетевых ИОС, базирующиеся на стандартных подходах с точки зрения хранйнйЯ и передачи учебно-методической информации не обеспечивают оптимального планирования ресурсов образовательной системы.

Реализованные в настоящее время сетевые ИОС не имеют и не позволяют реализовать полноценный механизм адаптивного интерактивного взаимодействия с обучаемым. Публикации о подходах к решению данной проблемы, ориентированных на индивидуальное восприятие учебного материала, не раскрывают всей глубины вопроса. Нерешенными являются задачи разработки концептуальных моделей сетевых ИОС, позволяющих организовать эффективное хранение учебно-методической информации, и алгоритмов оптимального взаимодействия системы с обучаемым.

Анализ материалов и опубликованных в сети Интернет образовательных ресурсов по данной проблеме показал, что в настоящее время не только не существует систем, в полной мере решающих указанные проблемы, но и отсутствуют подходы к их решению. Да, в настоящее время реализовано достаточное количество сетевых ИОС, решающих отдельные образовательные задачи: обучение на основе гипертекстовых учебников, дистанционное тестирование, проведение дистанционных олимпиад, конкурсов, научно-практических конференций. Такие информационные ресурсы позволяют ознакомиться с учебно-методическим материалом по отдельным, не связанным между собой дисциплинам, осуществить тестовый контроль знаний. Однако, эти ресурсы не могут рассматриваться как законченные функциональные решения образовательных систем, позволяющие выстроить логически завершенную систему интерактивной адаптивной подготовки обучаемого в рамках некоторой проблемы или специальности.

В обучении наиболее важным является вопрос качества представления учебного материала. Большая часть известных образовательных сетевых ИОС строится на базе традиционных статических \уеЬ-страниц, не позволяющих в процессе обучения менять его сценарий в зависимости от подготовленности обучаемого и текущего усвоения им учебного материала, что снижает эффективность и гибкость таких систем. Для решения этой проблемы необходимо реализовать адаптируемую структуру занятий и возможность ее интерактивного изменения в процессе обучения.

Обзор показал, что при подготовке учебных курсов не используются пре-

имущества объек+но-ориентированно1*о подхода к хранению и обработке информации, а в образовательных технологиях, где для хранения учебной информации.в основном применяются файловые способы (даже при использовании баз данных информация хранится в виде готовых статических страниц в HTML, doc, xml и др. форматах), решение данных проблем невозможно.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ и практических подходов к созданию программных инструментальных средств на основе методов организации эффективного хранения учебно-методической информации в СУБД и разработка алгоритмов генерации адаптивных интерактивных учебных курсов в информационно-обучающей системе, функционирующей на базе интранет/интернет технологий.

Задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих автоматизированных обучающих систем, функционирующих на базе сетевых технологий, обоснована целесообразность применения объектного подхода к декомпозиции учебно-методической информации (УМИ) в ИОС с последующим ее хранением в реляционной базе . данных.

2. Разработана структура базы данных, позволяющая организовать эффективное хранение слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов в ИОС, для последующей сборки УМИ в виде многоуровневых объектов, обладающих необходимыми для реализации процесса обучения методами.

3. Разработаны алгоритмы, позволяющие осуществлять компоновку объектов учебно-методической информации любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов.

4. Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации, позволяющие реализовать интуитивно понятный интерфейс работы методиста с объектами системы по принципу «черного ящика».

5. Разработаны алгоритмы реализации адаптивного интерактивного учебного процесса на базе входного, промежуточного и итогового контроля знаний, среднестатистической и индивидуальной траектории обучения по конкретному курсу в сетевой ИОС.

6. Разработаны методы и алгоритмы функционирования механизма распределенного сетевого хранения учебно-методической информации и его применения в процессе работы с системой независимо от места взаимного расположения пользователя и фрагментов распределенной базы данных ИОС.

7. Разработан вариант программных инструментальных средств и программно-методического комплекса ИОС, реализующих основные алгоритмы генерации учебных курсов и процесса обучения, а также выполнена оценка его эффективности.

Методы исследования

Результаты выполненных в работе исследований базируются на использовании методов модульного и объектно-ориентированного программирования, теории системного моделирования, теории принятия решений, ситуационного управления, аппарата баз данных, реляционной алгебры, методов исследования и построения систем хранения и обработки информации с удаленным доступом.

Результаты, выносимые на защиту

1. Модели представления учебно-методической информации для программируемых учебных курсов в виде объектов, включающих содержательную часть, обладающих набором свойств и допускающих применение к ним ряда методов.

2. Алгоритмы компоновки объектов учебно-методической .информации из элементарных фрагментов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, в которой кроме информационных данных хранятся методы их обработки, обеспечивающие поиск, обработку и воспроизведение блоков информации, а так же компоновку объектов.

3. Сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин, и т.д. из базы данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен объектный подход к организации хранения в реляционных базах данных формализованных объектов, слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов, позволяющий, в отличие от существующих, организовать эффективное хранение, поиск и компоновку учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе.

2. Разработаны алгоритмы промежуточного слоя системы, позволяющие осуществлять компоновку объектов любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов, хранящихся в реляционной базе данных, реализующие объектный подход к хранению и обработке учебно-методической информации.

3. Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации на основе особого вида запросов к промежуточному слою системы, отвечающему за генерацию объектов, позволившие реализовать интуитивно по-

нятный интерфейс работы с объектами системы, обеспечивающий автоматизацию процесса композиции/декомпозиции элементарных объектов учебно-методической информации на фрагменты, помещаемые в реляционную базу данных, что дает возможность исключить участие разработчика курсов в этом процессе.

4. Созданы сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д., представляющих собой формализованные объекты, на основе декомпозированной учебно-методической информации и методов ее обработки, хранящихся в реляционной базе данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.

5. Обеспечена открытость системы: разработанные сетевые инструментальные средства, в отличие от существующих, позволяют совершенствовать методы обработки информации, реализовывать хранение и обработку новых типов сохраняемой в системе информации, создавать новые автоматизированные рабочие места и их элементы, необходимые, например, для анализа результатов обучения.

Практическая ценность. Результаты диссертации позволяют:

1. Организовать эффективное хранение, поиск и обработку учебно-методической информации, а так же ее фрагментов в базе данных сетевой информационно-обучающей среде , исключая дублирование при создании различных учебных курсов.

2. Осуществлять автоматизированную генерацию программируемых (адаптивных) учебных курсов, формирование тестовых заданий, глоссариев, библиографических списков и т.д. непосредственно из объектов УМИ.

3. Сократить сроки разработки и создания новых учебных курсов за счет применения объектного подхода к обработке и хранению информации и использования информационных средств поддержки.

4. Повысить эффективность обучения в системе дистанционного образования, сократить время работы обучаемого в сети Internet и, как следствие, стоимость обучения за счет адаптации учебных курсов к уровню подготовки обучаемых.

5. Организовать эффективное администрирование сетевой ИОС за счет реализации в системе функций «электронного деканата».

6. Осуществлять наращивание возможностей сетевой ИОС как с точки зрения помещаемой в систему информации и новых алгоритмов ее обработки, так и с точки зрения инструментальной подсистемы.

7. Разработанный вариант программно-методического комплекса сетевой ИОС может быть использован для организации дистанционного обучения школьников, студентов (например, при проведении занятий на филиалах и представительствах вуза), переподготовки и повышении квалификации широкого круга специалистов, проведения учебных занятий по дополнительным (факультативным) дисциплинам.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Третьей международной конференции «Актуальные проблемы современной науки. Электротехника, приборостроение, метрология, радиотехника и связь, Информатика, вычислительная техника и управление, электроника» - Самара (2002 г.); VII съезде травматологов-ортопедов России - Новосибирск (2002 г.); Научно-практической конференции «Научное и методическое обеспечение подготовки специалистов аэрокосмического комплекса: история, проблемы, перспективы», посвященной 70-и-летию УГАТУ - Уфа (2002 г.); Республиканском совещании «Образовательные программы и технологии подготовки кадров в области информатики и вычислительной техники в технических университетах» - Уфа (2002 г.); Межрегиональном симпозиуме, посвященном 70-летию БГМУ - Уфа (2002 г.); Восьмой республиканской открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации» - Воронеж (2003 г.); Региональной научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса», посвященной 60-летию Кемеровской области - Кемерово (2003 г.); XIII Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы качества образования» - Уфа - Москва (2003 г.).

Основные материалы по теме диссертации опубликованы в 10 работах (в 6-ти статьях и 4-х тезисах докладов на научных конференциях). Получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Результаты работы внедрены: в Уфимском государственном авиационном техническом университете в виде программно-методического комплекса системы дистанционного обучения, который используется при проведении занятий со студентами и в Башкирском государственном медицинском университете для последипломной подготовки специалистов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 137 страниц, включает 46 рисунков и 2 таблицы. Список использованных источников содержит 126 наименований. В приложениях приведены: ссылки на ресурсы Internet и примеры основных экранных форм образовательных сайтов и порталов; фрагменты исходных кодов программ реализации сетевой информационно-обучающей сис-

темы дистанционного обучения (ДО), примеры экранных форм разработанного сетевого программно-методического комплекса ИОС ДО, акты о внедрении основных результатов диссертационной работы, свидетельство об официальной регистрации программы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обосновывается актуальность решаемых задач, формулируются цели и задачи исследования, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна и практическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов, апробации работы и публикациях.

В первой главе представлен обзор существующих сетевых автоматизированных обучающих систем, рассмотрены средства и методы построения обучающих систем на базе сетевых технологий Интернет, приведен обзор существующих методов организации хранения информации и выявлены особенности их использования в сетевых технологиях обучения. Обоснованы задачи исследования, а также определены этапы и пути их решения.

В настоящее время уже разработан ряд хорошо реализованных и известных систем ДО: например xDLS, Lotus LerningSpace, Прометей, WebCT, Гека-дем и т.д. Проведенный обзор публикаций по данной тематике и анализ реализованных систем показал, что большое внимание разработчики уделяют вопросам сопровождения учебного процесса, при этом мало, а порой и совсем не рассматриваются вопросы эффективного хранения и обработки УМИ. Удачным, на наш взгляд, решением при построении ИОС ДО является интеграция возможностей Интернет как транспортной подсистемы и БД как подсистемы хранения УМИ и иной информации. В настоящее время не решенными остаются вопросы оптимизации ИОС, как на уровне ресурсов, так и на уровне их функционирования. Необходима тесная увязка имеющихся информационных ресурсов, комплексное решение задач, связанных с созданием ИОС ДО и, как следствие, создание единой информационно-обучающей среды, включающей распределенную ИОС и средства доставки образовательных услуг обучаемому.

Выполненный анализ современных технологий хранения, обработки и передачи информации позволил определить структуру ИОС, в основе которой лежит объектный подход к обработке учебно-методической информации, позволяющий при декомпозиции объектов организовать ее эффективное хранение в БД, упростить и ускорить процесс генерации учебных курсов, организовать адаптивное интерактивное взаимодействие сетевой ИОС с обучаемым.

Во второй главе рассматривается применение объектного подхода при обработке информации в сетевой ИОС, предлагаются и обосновываются моде-

ли представления УМИ в терминах объектно-ориентированного программирования. Описываются пути структуризации и декомпозиции учебно-методического обеспечения для последующего его размещения в БД. Разрабатывается структура объектов УМИ и логическая структура БД. Предлагается технология и показывается целесообразность хранения методов объектов в виде программных кодов и самих объектов в единой БД.

Для организации эффективного хранения и последующей обработки (поиск, сборка) УМИ целесообразно использовать объектную технологию обработки информации. Для формирования объектов, представляющих собой учебные фрагменты занятия, предназначенных для хранения в БД, выполняется обобщение, структурирование и декомпозиция учебного материала. В реализуемой сетевой ИОС, с точки зрения эффективности хранения и последующей обработки, предложено выделить объекты «нулевого», «первого» и «высокого» уровней.

Объектом «нулевого» уровня является минимальная единица УМИ, обусловленная возможностью физического хранения в БД ИОС. Необходимость введения объектов «нулевого» уровня обоснована простотой и высокой эффективностью хранения информации в реляционных БД. Основным (информативным) полям объектов «нулевого» уровня соответствуют монохромные по содержанию фрагменты информации: текстовый фрагмент, изображение (рисунок), таблица, звуковой фрагмент, видеофрагмент, программа и т.д. Дополнительными информационными полями объектов являются поля содержащие информацию о принадлежности к той или иной области знаний, периоду обучения, ключевые слова для поиска информации и т.д., которые описывают принадлежность объекта, как части технологии хранения и обработки УМИ.

Объектом «первого» уровня является логически-завершенный фрагмент УМИ, обладающий соответствующими методами воспроизведения. Объект «первого» уровня в информационной части состоит из объектов «нулевого» уровня и не содержит в явном виде никакой учебной информации, наследуя ее, все свойства и методы из объектов «нулевого» уровня. Объект «первого» уровня в отличие от объектов «нулевого» уровня обретает собственные, свойственные первому уровню методы: сборка учебно-методической информации, сборка тестовых заданий, сборка содержания, сборка списка используемой литературы и др.

Объекты «второго» и последующих уровней (далее «высокого» уровня) строятся из объектов более низких уровней, наследуя их свойства и методы.

Объекты учебно-методической информации можно представить математически в виде совокупности фрагмента учебно-методической информации со свойствами и методами ее обработки.

Объект «нулевого» уровня Оа представляется в виде:

N1 Айя

м ;=1

где В - информационная часть объекта нулевого уровня;

I,- — некоторая дополнительная информация о содержании объекта нулевого уровня;

М - количество дополнительных информационных блоков в объекте нулевого уровня; А/у - методы объекта «нулевого» уровня; Ми — количество методов в объекте «нулевого» уровня. В совокупности с наследуемыми свойствами и методами, объект N -уровня можно представить в виде:

Од' =

мэ'

/о' »1

Nд1(l0i)

I

/о2=1

НО"~\ю\ю'1.....¡о"-1)

X

/о"-'=1

У\

Е

о(0)

ш-,,02.....«А1 ,,7" +

I Ч

шя=1

+ X .....

• ] -2 ;лЛг-1 Л/

ю 40 ,... ,10

ю*"'=1

X ...../о"-',™"-1

V

¿т =1

+ IX,'V

Ч '/"=1 йп

ОТ' Ш1

+ У м.,

I/ 1В1

V // —1 1ТП =1

где - объект х -го уровня;

(2)

- объект «нулевого» уровня входящий в/ объект первого уровйя, вошедшего в 71 объект N -го уровня; I — информационное поле объекта;

М - метод объекта;

N0 - количество объектов, входящих в объект следующего уровня;

N1 - количество информационных полей объекта;

ИМ - количество методов объекта.

Объекты УМИ высших уровней инкапсулируют данные, наследуют все свойства и методы объектов нижних уровней, а так же обладают собственными методами и информационными полями. Учебные курсы могут быть представлены в виде последовательности информационных полей объектов. Вся УМИ хранится в одной таблице реляционной БД, полями которой являются: уникальный ключ ГО, тип информации и сама информация. Логическая структура БД имеет две основные таблицы ОЬуес^ЬО — основное хранилище декомпозированной информации и ОЬуей ЬХ - рекурсивную таблицу указателей на объекты УМИ. Объекты уровня более 1 ссылаются рекурсивно на таблицу ЬХ, а объекты первого уровня на таблицу ЬО. Признаком объекта 1-го уровня выступает поле ОЬдесЛ_Ьеуе1 таблицы ЬХ. Возможность применения объектного подхода реализуется созданием вспомогательных таблиц, напрямую никак не связанных с формированием УМИ. Это таблицы: к-агеа (область знаний), добавление элементов в которую расширяет область применения системы в учебной сфере; KeyWords (ключевые слова) - таблица ключевых слов, облегчающих поиск информации в системе, создание этой таблицы обусловлено техническим моментом наделения объектов набором ключей; ТеБ18 (тестовые вопросы) - таблица описывающая принадлежность контрольного вопроса к учебному фрагменту (рис.1).

Рис. 1. Фрагмент структуры БД ИОС, отвечающей за тестирование Для каждого типа информации в ИОС вводятся собственные методы «Сборка» (реализация метода показана на рис. 2), «Внедрение», «Поиск», «Печать», отличающиеся внутренним кодом.

Базовые методы обработки объектов нулевого уровня хранятся в таблице z-method в виде скриптов. Тем не менее, для каждого объекта возможно напи-

сание собственных методов с целью их последующей эксплуатации в системе. Эти методы помещаются в специальную таблицу о-гпеЛос!, состоящую из двух полей: уникального ключа и текстового поля для помещения сценариев.

Для взаимосвязи объекта и его метода создана таблица оЬу-теЛоё-аэБоаайоп, реализующая привязку метода к объекту. Объединение методов всех объектов в системе в единую таблицу обусловлено предлагаемым механизмом реализации наследования и инкапсуляции, основной целью которого является минимизация (исключение) хранения одного и того же кода многократно, что весьма существенно при множественном наследовании и неоправданно ведет к росту бесполезной информации в базе данных, снижает скорость выполнения запросов, а, следовательно, понижает эффективность системы в целом. Кроме того, в большинстве случаев методистам-разработчикам курсов не придется менять исходные коды обработки, поскольку уже известных типов информации достаточно для реализации полноценных обучающих курсов.

В третьей главе рассматриваются алгоритмы генерации учебных курсов и функционирования сетевой информационно-обучающей системы. Описываются алгоритмы сборки объектов учебно-методической информации и генерации сценариев учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д. в рамках заданной компоновки учебного курса. Предлагается функциональная модель процесса обучения, позволяющая устанавливать структуру и параметры программируемого интерактивного обучения на основе результатов как индивидуального и среднестатистического тестирования, так и анализа индивидуальной предыстории обучения.

Условно программную часть ИОС ДО можно разделить на 3 типа исполняемых кодов: административную подсистему, подсистему промежуточного слоя и подсистему методов. Административная система реализует механизм формирования интерфейса ИОС с пользователем, подсистема методов - поиск, обработку и воспроизведение информационных данных ИОС, реализацию новых и модифицирование существующих методов. В связи с этим инструментальная часть (рис. 3) разделена на 3 подсистемы — методы объектов, интер-

Обучвемый

Учебный фрагмент

Сборка учебных фрагментов -----------СУБД ИОС ДО -

I____________----

Рис. 2. Сборка фрагментов учебных занятий

фейс и промежуточный слой. Две из этих подсистем открыты пользователю: из' них «интерфейс» - системному администратору системы, а «методы Объектов» - администратору и методистам, чей уровень компетенции позволяет создавать новые методы работы с подобными объектами.

Подсистема промежуточного слоя (Middleware) создается исключительно программистами разработчика системы. Модифицирование ее для всех категорий пользователей ИОС ДО закрыто из соображений обеспечения целостности системы. Middleware, реализует механизм формирования объектов из значений таблиц реляционной БД, обработку, воспроизведение и запись информации в поля реляционной БД. Работа с процедурами промежуточного слоя ведется на основе особого типа запросов, отличающихся от запросов SQL сравнительной простотой и интуитивной понятностью, особенно это важно для пользователей, не знакомых с языками БД. Внешне запрос представляет собой

вызов целевой функции (метода) объекта х-уровня с указанием атрибутов объекта, определяющих внешнее воздействие на результат работы метода.

На рис. 4 показана условная схема компоновки учебного курса, как частного случая для сборки объектов 1-го уровня. Сплошными направленными линиями обозначены потоки информации, пунктирными - воздействие на эту информацию соответствующих методов.

Автор Dala |

Таблица включений объектов 10 в 11

Id id L1 • id LO № n/n

М id L1 /ш id LO № nta

id id L1 / fm id LO Nf n/n

id id L1 /, r p td LO N» n/n

id м u/7 id LO Ni n/n

. // fr

Таблица обьактоа LO-yровня

kr _

id *

fes.

id^ * I > « — ■

id — < *

Информационная часть овьош € Библиографическая ссылка» ТаOjUHtf библнографвчаских ссылок

■ id Название Автор Год издания \

id Название Автор Год издания ^

id Название Автор Год издания \

' .Информационная часть объекта «ключавов слово)

id КлюуееиУслоао

id ^нИСлпчавоа слоао

id Ключевое слоао

/ к Таблица методов

* N. И Тип объекта Сценарии Автор \

id Тип объекта Сценарий Автор ^

id Тип объекта Сценарии Автор Ч

id Тип объекта Сценарий Автор \

id Тип объекта Сценарий Автор

Рис. 4. Схема сборки учебного фрагмента из объекта первого уровня Формализованная модель интерактивного адаптивного взаимодействия обучаемого с системой ИОС ДО построена на базе теории абстрактных автоматов. В идеальном случае (при успешном усвоении учебного материала) процесс обучения будет линейным и может быть представлен в виде последовательно соединенных конечных автоматов, образующих цепь. На графе (рис.5) показана возможная траектория обучения, при этом сборка учебного курса может быть осуществлена на основе автоматизированного анализа результатов входного тестирования и индивидуальной траектории обучения, хранимой в БД.

В точке qN - проводится итоговый контроль знаний, и в случае недостаточного усвоения материала осуществляется возврат в состояние qb а цепочка состояний qi-qN может быть сгенерирована по результатам итогового тестирования. В итоге алгоритм позволяет в качестве повтора выдавать обучаемому только не усвоенный материал.

В четвертой главе рассматривается практическая реализация программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе. Описывается архитектура информационно-обучающей системы, обосновывается выбор программных и аппаратных средств, необходимых для функционирования сетевой информационно-обучающей системы. Приводится оценка эффективности предложенных методов хранения учебно-методического материала и алгоритмов генерации учебных курсов.

Архитектура ИОС ДО основана на использовании типовых компонентов Интернет: Web-cepBepa, обеспечивающего работу с динамическими WWW-страницами; FTP- сервера для хранения файлового архива; сервера электронной почты для обмена электронной корреспонденцией с обучаемыми; системы управления базой данных, предназначенной для работы с объектной БД в которой хранятся учебно-методические материалы, необходимые для динамической подготовки Web-страниц.

В качестве программного обеспечения выбраны: интерпретируемый язык РНР, СУБД MySQL, функционирующие под управлением Intemet-cepBepa Apache. В качестве ОС могут быть OS/2, Linux, семейство продуктов Microsoft Windows и др. системы, для которых существует версия Apache+PHP и СУБД MySQL, возможен выбор другого Интернет сервера, имеющего возможность подключения РНР, в т.ч. MS Internet Information Server.

При разработке проводилось тестирование системы на ПК Intel Pentium-200, 256 Мб RAM, в качестве операционной системы использовалась OS MS Windows 2000 Advanced Server + Apache + PHP+ MySQL. Система адекватно реагировала на запросы и неплохо функционировала. Связка продуктов Microsoft Windows 2000 + MS IIS + MS SQL 2000 хорошо работала на ПК с процессором Celeron 1000 с объемом оперативной памяти 384 Mb.

С учетом того, что в настоящее время существующие на рынке ПК значительно мощнее приведенных характеристик - вопрос выбора оптимального ва-

рианта ПК упирается в соотношение цена/качество/надежность. С точки зрения надежности хранения и безопасности рекомендации по аппаратной части системы могут быть следующими: серверная платформа на базе 1-2х процессоров Intel Р4-2,4ГГц, оперативная память 1Гб, Raid-контроллер 0+1 уровня; три и более Ultra3 SCSI накопителя на жестком магнитном диске (HDD) с горячей заменой. Объем накопителей зависит от количества учебно-методической информации, поскольку программный код системы не превышает 10МЬ.

Предложено эффективность разрабатываемой системы определить на основе экспертных оценок путем введения взвешенной меры, при этом средняя экспертная оценка определяется по формуле:

N3

I Щк

ККц =-^-; (3)

v МОу V '

где: ЭОуЬ - экспертная оценка ij-то показателя качества поставленная

к- м экспертом;

Ыэ число экспертов;

МОу- - максимальное значение оценки для у-го показателя качества.

Результаты выполненной экспертной оценки предлагаемой ИОС ДО и наиболее известных и качественно выполненных коммерческих систем, таких как xDLS, Lotus LerningSpace и Прометей показали значительное преимущество предлагаемой системы (средний показатель качества системы по выполненным экспертным оценкам выше показателей перечисленных коммерческих систем на 30-40%). Преимущество выражается не только в реализованных элементах системы, но и в возможностях, которые появляются у разработчиков, методистов, преподавателей и др. участников системы по проектированию учебных курсов, анализу их эффективности, анализу результатов и успеваемости, возможности построения многомерных гиперкубов для всевозможного анализа результатов деятельности обучающей системы в целом, определения узких мест и совершенствования качества обучения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Обоснована необходимость декомпозиции и организации хранения слабо структурируемой в силу своей специфики учебно-методической информации, используемой в ИОС ДО, в базах данных.

2. Предложены и обоснованы модели представления учебно-методической информации для программируемых учебных курсов в терминах объектно-ориентированного программирования, для которых разработаны методы декомпозиции на элементарные фрагменты с целью организации их хра-

нения в таблицах реляционной базы данных.

3. Создана оригинальная логическая структура таблиц реляционной базы данных, предназначенная для хранения элементарных фрагментов, в совокупности с разраббтанными алгоритмами.

4. Предложены алгоритмы компоновки объектов учебно-методической информации из элементарных фрагментов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, формируемых промежуточным слоем (middleware) системы, в которых указываются только идентификатор объекта и параметры его воспроизведения, позволяющие осуществить компоновку объектов высокого уровня: учебных занятий, курсов и т.д.

5. Предложены и обоснованы структура и состав аппаратных и программных средств, необходимых для реализации и обеспечения функционирования сетевой информационно обучающей системы, разработаны сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, позволяющие организовать высокоэффективное хранение данных, обеспечивающее масштабируемость системы, безопасность при минимизации уровня затрат на приобретение лицензий в случае коммерческой эксплуатации системы.

6. Разработан вариант программно-методического комплекса ИОС ДО, реализованный на базе Интернет-технологий. Выполнена оценка эффективности разработанных программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой распределенной информационно-обучающей системе. Экспертная оценка качества показала, что предлагаемая технология ИОС ДО может быть оценена как эффективная. Средний показатель качества системы по выполненным экспертным оценкам выше показателей известных на сегодня коммерческих систем ДО на 30-40%.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н., Минасов Щ.М. Концепция последипломного дистанционного обучения врачей //Организация и перспективы развития травматолого-ортопедической службы в XXI веке (Материально-техническое обеспечение отрасли, подготовка кадров): Труды VII съезда травматологов-ортопедов России, т. 1. - Томск: СТТ, 2002. - С. 41 -42.

2. Минасов Б.Ш., Кабальнов Ю.С., Зиганшин И.Н., Тархов С.В., Минасов Ш.М. Система последипломного дистанционного обучения врачей //Современный остеосинтез, высокие хирургические технологии в травматологии и ортопедии. Политравма. Подготовка специалистов: Материалы межрегионального симпозиума, посвященного 70-летию БГМУ. - Уфа: Здравоохранение Башкортостана, 2002. - С. 68-70.

3. Кабальнов Ю.С., Минасов Ш.М., Тархов С.В. Информационно-обучающие среды образовательных систем //Вестник УГАТУ. Научный журнал Уфимского государственного авиационного технического университета. т.З, №2. - Уфа: УГАТУ, 2002. - С. 187-196.

4. Тархов С.В., Минасов Ш.М. О системе дистанционного обучения на

базе интернет. //Актуальные проблемы современной науки: Труды 3 международной конференции. Ч. 12-16 Электротехника, приборостроение, метрология, радиотехника и связь, йнформатика, вычислительная техника и управление, электроника. - Самара: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет, 2002. - С. 46-47

5. Минасов Ш.М., Тархов C.B. О модели системы дистанционного образования. //Научное и методическое обеспечение подготовки специалистов аэрокосмического комплекса: история, проблемы, перспективы: Материалы научно-практической конференции посвященной 70-и-летию УГАТУ. Уфа: УГАТУ, 2003. - С. 30-32.

6. Минасов Ш.М. Использование объектных баз данных для организации хранения учебно-методической информации в телекоммуникационных информационно-обучающих системах. //Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике. Сборник трудов Восьмой республиканской открытой научной конференции. - Воронеж: ГУП Центральночерноземное книжное издательство, 2003. - С. 25-26.

7. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов C.B. Система дистанционного обучения на базе технологий интернет. //Проблемы качества образования: Материалы XIII Всероссийской научно-методической конференции. - Уфа-Москва: УГАТУ, 2003. - С. 99-100.

8. Кабальнов Ю.С., Минасов Ш.М., Тархов C.B. Способы хранения и генерации учебных курсов в информационно-обучающей среде, функционирующей на базе технологии WWW. //Информационные недра Кузбасса: Материалы Региональной научно-практической конференции посвященной 60-летию Кемеровской области. - Кемерово: КемГУ, 2003. - С. 169-171

9. Кабальнов Ю.С., Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасов Б.Ш., Зиган-шин И.Н. Концептуальная модель системы последипломного дистанционного обучения //Здравоохранение Башкортостана, Сп. Выпуск №6, 2003 г. 148-154.

10. Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н., Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов C.B. Практическая реализация системы дистанционной последипломной подготовки специалистов медицинского профиля //Здравоохранение Башкортостана, Спец. Выпуск №6,2003 г. С-154-157.

11. Минасов Ш.М., Тархов C.B., Минасова Н.С. Информационно-обучающая система дистанционного обучения K-Media (ИОС ДО K-Media) //Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003612176. - Москва: Российское агентство по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ), 2003 г.

МИНАСОВ ШАМИЛЬ МАРАТОВИЧ

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И ГЕНЕРАЦИИ УЧЕБНЫХ КУРСОВ В СЕТЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ

Специальность 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.10.03. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая №1. Печать плоская. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1.0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 125 Уфимский государственный авиационный технический университет Редакционно-издательский комплекс УГАТУ 450000 Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

2.00*5-Л

17481 * 17 А 8 1

Введение.

Глава 1. Постановка задачи и обзор существующих сетевых автоматизированных обучающих систем.

1.1. Обзор существующих сетевых автоматизированных обучающих систем.

1.1.1. Институт дистанционного образования МЭСИ.

1.1.2. Система «Прометей».

1.1.3. Система дистанционного обучения «Тантал».

1.1.4. Система ДО xDLS.

1.1.5. Система дистанционного обучения на базе Learning

Space.

1.2. Методы построения обучающих систем на базе сетевых

Д технологий Интернет.

1.2.1. Создание учебных курсов в виде статических гипертекстовых документов.

1.2.2. Реализация учебных курсов с применением клиентских сценариев.

1.2.3. Реализация учебных курсов с применением серверных сценариев.

1.3. Обзор существующих методов организации хранения информации и особенности их использования в сетевых технологиях обучения.

1.3.1. Применение файлового метода хранения информации.

1.3.2. Системы управления базами данных. Основные преимущества и недостатки. ф 1.3.3. Применение Интернет/Интранет технологий и СУБД для реализации системы дистанционного обучения.

1.4. Формулировка цели и постановка задачи исследования.

1.5. Выводы по первой главе.

Глава 2. Применение объектного подхода при обработке информации в сетевой информационно обучающей системе.

2.1. Учебно-методическое обеспечение.

2.2. Декомпозиция учебно-методической информации.

2.3. Объектный способ представления учебно-методической информации.

2.4. Логическая структура базы данных учебно-методических материалов.

2.5. Хранение и применение методов объектов учебно-методической информации.

2.5.1. Метод «Сборка» (Генерация, Монтаж).

2.5.2. Метод «Внедрение» («Воспроизведение»).

2.5.3. Метод «Печать».

2.5.4. Метод «Поиск».

2.6. Выводы по второй главе.

Глава 3. Алгоритмы генерации учебных курсов и функционирования сетевой информационно-обучающей системы.

3.1. Алгоритмы сборки объектов учебно-методической информации.

3.1.1. Организация физического хранения учебно-методической информации в базе данных.

3.1.2. Сопровождение учебно-методической информации дополнительными полями, при организации хранения в БД.

3.1.3. Алгоритмы работы методов объектов.

3.2. Алгоритмы генерации учебных занятий, курсов, дисциплин.

3.3. Функциональная модель процесса адаптивного интерактивного обучения.

3.4. Алгоритм работы в ИОС ДО.

3.5. Алгоритм функционирования ИОС ДО при распределенной базе данных учебных курсов.

3.6. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Практическая реализация программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе.

4.1. Архитектура информационно-обучающей системы.

4.2. Выбор программных средств разработки ИОС ДО.

4.3. Выбор аппаратных средств для функционирования сетевой информационно-обучающей системы.

4.3.1. Аппаратные средства пользователя системы.

4.3.2. Аппаратные средства для организации Центра ДО.

4.3.3. Аппаратные средства для организации Пункта ДО.

4.4. Реализация учебных курсов в информационно-обучающей системе.

4.5. Оценка эффективности предложенных методов хранения учебно-методического материала и алгоритмов генерации учебных курсов.

4.6. Выводы по четвертой главе.

Актуальность

Настоящая работа направлена на создание программных инструментальных средств реализующих объектный подход к обработке данных на основе методов организации эффективного хранения учебно-методической информации в СУБД и разработку алгоритмов генерации адаптивных интерактивных учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе (ИОС), функционирующей на базе Интранет/Интернет технологий.

Предметом исследования настоящей диссертационной работы является информационно-обучающая среда для образовательных систем, функционирующая на базе Интранет/Интернет технологий, призванная обеспечить проведение автоматизированного дистанционного обучения на базе новых информационных технологий обучения (НИТО) при различных формах организации учебного процесса.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ и практических подходов к созданию программных инструментальных средств на основе методов организации эффективного хранения учебно-методической информации в СУБД и разработка алгоритмов генерации адаптивных интерактивных учебных курсов в информационно-обучающей системе, функционирующей на базе Интранет/Интернет технологий. Реализация поставленной цели позволит:

- естественным образом описывать данные (представлять их в виде объектов, обладающих набором свойств и методов), представляющие собой дидактически завершенные фрагменты учебно-методической информации, которые необходимо хранить в БД;

- значительно упростить процесс адаптивной подготовки учебно-методического материала за счет формализованной генерации содержания занятия из набора объектов, содержащихся в БД и хранимых траекторий среднестатистического и индивидуального обучения; упростить создание и последующую модификацию функциональных модулей ИОС, не зависящих от внутренней структуры хранимых в базе данных объектов (фрагментов учебно-методической информации); совершенствовать внутреннее устройство объектов, не нарушая работы основных функциональных модулей ИОС за счет использования принципа «черного ящика»; - применять пользовательский интерфейс на основе технологий WWW, независимый от ИОС, что допускает переход на новую технологию пользовательского интерфейса и не влечет за собой полную замену кода функциональных подсистем сетевой ИОС - большая часть команд может оставаться без изменений.

Задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих автоматизированных обучающих систем (АОС) функционирующих на базе сетевых технологий, обоснована целесообразность применения объектного подхода к декомпозиции учебно-методической информации (УМИ) в сетевой ИОС с целью последующего ее хранения в реляционной базе данных.

2. Разработана структура базы данных, позволяющая организовать эффективное хранение слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов в сетевой ИОС, для последующей сборки УМИ в виде многоуровневых объектов, обладающих необходимыми для реализации процесса обучения методами.

3. Разработаны алгоритмы промежуточного слоя (Middleware) системы, позволяющие осуществлять компоновку объектов любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов, хранящихся в реляционной базе данных, реализующие объектный подход к хранению и обработке учебно-методической информации.

4. Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации, позволяющие реализовать интуитивно понятный интерфейс работы методиста с объектами системы по принципу «черного ящика».

5. Разработаны алгоритмы реализации адаптивного интерактивного учебного процесса на базе входного, промежуточного и итогового контроля знаний, среднестатистической и индивидуальной траектории обучения по конкретному курсу в сетевой информационно-обучающей системе.

6. Разработаны методы и алгоритмы функционирования механизма распределенного сетевого хранения учебно-методической информации и его применения в процессе работы с системой независимо от места взаимного расположения пользователя и фрагментов распределенной базы данных сетевой ИОС.

7. Разработан вариант программных инструментальных средств и программно-методического комплекса сетевой ИОС, реализующих основные алгоритмы генерации учебных курсов и процесса обучения, а также выполнена оценка его эффективности.

Методы исследования

Результаты выполненных в работе исследований базируются на использовании методов: модульного и объектно-ориентированного программирования, теории системного моделирования, теории принятия решений, ситуационного управления, аппарата баз данных, реляционной алгебры, методов исследования и построения систем хранения и обработки информации с удаленным доступом.

На защиту выносятся:

1. Модели представления учебно-методической информации для программируемых учебных курсов в виде объектов, включающих содержательную часть, обладающих набором свойств и допускающих применение к ним ряда методов, что, в отличие от существующих подходов позволяет организовать эффективное хранение учебных материалов, их поиск и компоновку в сетевой ИОС.

2. Алгоритмы компоновки объектов учебно-методической информации из элементарных фрагментов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, в которой кроме информационных данных хранятся методы их обработки, обеспечивающие поиск, обработку и воспроизведение блоков информации, а так же компоновку объектов, отличающиеся от известных возможностью модификации существующих и разработки новых методов объектов, не требующих перекомпиляции исходного кода промежуточного слоя и системы в целом, ее перезапуска, а так же ее защищенностью от случайного или умышленного повреждения.

3. Сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д. из базы данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен объектный подход к организации хранения в реляционных базах данных формализованных объектов, слабо структурируемых в силу своей специфики учебно-методических материалов, позволяющий, в отличие от существующих, организовать эффективное хранение, поиск и компоновку учебных курсов в сетевой информационно—обучающей системе.

2. Разработаны алгоритмы промежуточного слоя системы, позволяющие осуществлять компоновку объектов любого уровня вложенности из декомпозированных информационных фрагментов различного типа данных и соответствующих этим типам методов, хранящихся в реляционной базе данных, реализующие объектный подход к хранению и обработке учебно-методической информации.

3. Разработаны алгоритмы компоновки учебно-методической информации на основе особого вида запросов к промежуточному слою системы, отвечающему за генерацию объектов, позволившие реализовать интуитивно понятный интерфейс работы с объектами системы, обеспечивающий автоматизацию процесса Композиции/декомпозиции элементарных объектов учебно-методической информации на фрагменты, помещаемые в реляционную базу данных, что дает возможность исключить участие разработчика курсов в этом процессе.

4. Созданы сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д., представляющих собой формализованные объекты, на основе декомпозированной учебно-методической информации и методов ее обработки, хранящихся в реляционной базе данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.

5. Обеспечена открытость системы: разработанные сетевые инструментальные средства, в отличие от существующих, позволяют совершенствовать методы обработки информации, реализовывать хранение и обработку новых типов сохраняемой в системе информации, создавать новые автоматизированные рабочие места и их элементы, необходимые, например, для анализа результатов обучения.

Практическая ценность

Результаты диссертации позволяют: - Организовать эффективное хранение, поиск и обработку структурированной учебно-методической информации в сетевой информационно-обучающей системе, исключая ее дублирование при создании различных учебных курсов.

Осуществлять автоматизированную генерацию программируемых (адаптивных) учебных курсов, автоматизированное формирование тестовых заданий, глоссариев, библиографических списков и т.д.

Сократить сроки разработки и создания новых учебных курсов за счет применения объектного подхода к обработке и хранению информации и использования информационных средств поддержки.

Повысить эффективность обучения в системе дистанционного образования, сократить время работы обучаемого в сети Интернет и, как следствие, стоимость обучения за счет адаптации учебных курсов к уровню подготовки обучаемых.

- Организовать эффективное администрирование сетевой ИОС за счет реализации в системе функций «электронного деканата». Осуществлять наращивание возможностей сетевой ИОС как с точки зрения помещаемой в систему информации и новых алгоритмов ее обработки, так и с точки зрения инструментальной подсистемы.

Разработанный вариант программно-методического комплекса сетевой ИОС может быть использован для организации дистанционного обучения школьников, студентов (например, при проведении занятий на филиалах и представительствах вуза), переподготовки и повышении квалификации широкого круга специалистов, проведения учебных занятий по дополнительным (факультативным) дисциплинам.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 137 страниц и включает в себя 46 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 126 наименований. В приложениях приведены: ссылки на ресурсы Интернет и примеры основных экранных форм образовательных сайтов и порталов; фрагменты исходных кодов программ реализации сетевой информационно-обучающей системы ДО,

4.6. Выводы по четвертой главе

1. Предложены и обоснованы структура и состав аппаратных средств реализации сетевой информационно обучаемой системы, позволяющая организовать распределенный дистанционный процесс обучения с использованием Интранет/Интернет технологий передачи учебно-методической информации.

2. Предложен и обоснован выбор программных средств, необходимых для реализации и обеспечения функционирования разработанной сетевой информационно обучаемой системы, позволяющий организовать высокоэффективное хранение данных, обеспечивающее масштабируемость системы и безопасность при минимизации уровня затрат на приобретение лицензий в случае коммерческой эксплуатации системы.

3. Разработаны сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин, и т.д. из базы данных, позволяющие проводить адаптивное интерактивное обучение, отличающиеся от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса.

4. Разработаны сетевые инструментальные средства, обеспечивающие механизм распределенного хранения учебно-методической информации на удаленных серверах, позволяющие создать распределенную интегрированную информационную образовательную среду.

5. Разработан вариант программно-методического комплекса ИОС ДО, реализованный на базе Интернет-технологий и выполнена оценка эффективности разработанных программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой распределенной информационно—обучающей системе, показавшая, что предлагаемая технология ИОС ДО может быть оценена как эффективная. Средний показатель качества системы по выполненным экспертным оценкам выше показателей известных на сегодня коммерческих систем ДО на 30-40%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе предложены и практически реализованы подходы к созданию моделей хранения информации в сетевых информационно-обучающих системах с использованием баз данных. Разработаны алгоритмы генерации учебных курсов путем сборки объектов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, позволяющие осуществить последующую компоновку объектов более высокого уровня: учебных занятий, курсов и т.д. Создан программно-методический комплекс информационно-обучающей системы дистанционного обучения на базе Интернет-технологий, предназначенный для проведения учебных занятий со студентами, при переподготовке и повышении квалификации специалистов и проведении учебных занятий в рамках дополнительного образования.

Подводя итоги исследования, отметим следующие основные результаты:

Обоснована необходимость декомпозиции и организации хранения слабо структурируемой в силу своей специфики учебно-методической информации, используемой в ИОС ДО, в базах данных.

Показано, что декомпозиция учебно-методической информации и ее размещение в таблицах реляционной базы данных позволит применить объектно-ориентированный подход к работе с информацией, исключить дублирование при организации хранения, упростить и ускорить процесс автоматизированной сборки учебных курсов, создать универсальные программные инструментальные средства для работы с учебно-методической информацией, организовать адаптивное интерактивное взаимодействие сетевой ИОС ДО с обучаемым.

Предложены и обоснованы модели представления учебно-методической информации для программируемых учебных курсов в терминах объектно-ориентированного программирования, для которых разработаны методы декомпозиции на элементарные фрагменты с целью организации их хранения в таблицах реляционной базы данных.

Объекты учебно-методической информации включают содержательную часть и набор атрибутов, допускают применение к ним ряда методов, позво-* ляющих организовать эффективное хранение различного рода учебнометодической информации в реляционных базах данных, поиск и компоновку учебных курсов в сетевой информационно—обучающей среде на основании запросов, для формирования которых используется хорошо развитый аппарат реляционной алгебры.

Создана оригинальная логическая структура таблиц реляционной базы данных, предназначенная для хранения элементарных фрагментов, в совокупности с разработанными алгоритмами.

Логическая структура таблиц позволяет хранить как элементарные фрагменты учебно-методической информации, так и методы их обработки (в виде программных кодов - сценариев), реализует объектный подход к обработке учебно-методических материалов. Отличительной особенностью предложенной логической структуры является универсальность, позволяющая хранить произвольные типы данных, применять и создавать новые алгоритмы обработки данных, обеспечивая сохранение целостности системы и неизменность исходных кодов системной оболочки и базовых алгоритмов.

Предложены алгоритмы компоновки объектов учебно-методической информации из элементарных фрагментов на основе особого вида запросов к реляционной базе данных, формируемых промежуточным слоем (middleware) системы, в которых указываются только идентификатор объекта и параметры его воспроизведения, которые позволяют осуществить компоновку объектов высокого уровня: учебных занятий, курсов и т.д.

Алгоритмы генерации сценариев (компоновки объектов учебно-методической информации) учебных занятий, курсов, дисциплин и т.д. в рамках заданной компоновки учебного курса учитывают индивидуальные особенности обучаемого на основе хранимой в базе данных информации о прохож-4} дении обучаемым тестов предварительного, промежуточного и итогового контроля, инкапсулированных в объекты учебно-методической информации, а так же на основе хранимой в системе траектории обучения и возможного повторного включения одного и того же учебного фрагмента в разные учебные курсы. В сценарии реализуется одно из представлений фрагментов учебно-методической информации курса - в полном или сокращенном объеме, или в виде гиперссылок, что позволяет снизить непродуктивную загрузку канала связи и предоставить обучаемому только необходимую информацию.

Предложены и обоснованы структура и состав аппаратных и программных средств, необходимых для реализации и обеспечения функционирования разработанной сетевой информационно обучаемой системы и разработаны сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, позволяющие организовать высокоэффективное хранение данных, обеспечивающее масштабируемость системы и безопасность при минимизации уровня затрат на приобретение лицензий в случае коммерческой эксплуатации системы.

Разработанные сетевые инструментальные средства сборки учебных занятий, курсов, дисциплин, и т.д. из базы данных, позволяют проводить адаптивное интерактивное обучение, отличаются от известных учетом среднестатистических и индивидуальных траекторий движения по графу учебного курса и обеспечивают механизм распределенного хранения учебно-методической информации на удаленных серверах, позволяющий создать распределенную интегрированную информационную образовательную среду с использованием Интранет/Интернет технологий передачи учебно-методической информации.

Разработан вариант программно-методического комплекса ИОС ДО, реализованный на базе Интернет-технологий, выполнена оценка эффективности разработанных программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой распределенной информационно-обучающей системе. Экспертная оценка качества показала, что предлагаемая технология ИОС ДО может быть оценена как эффективная. Средний показатель качества системы по выполненным экспертным оценкам выше показателей известных на сегодня коммерческих систем ДО на 30-40%.

1. Designing Courses for Distance Learners// Insltitute for Distance Education University of Maryland System, 1994. P. 67.

2. Holmberg B. Status and trends of distance education. L.: Kogan Page, 1981 -P. 200.

3. Holtmerg B. Growth and structure of distance education. L.: Groom Helm, 1986, - P. 163.

4. John Lim. 7 Reasons Why PHP is Better than ASP. http://php.WEBlogs.com/phpasp7reasons.

5. Keegan D. The foundation of distance education. L.: Groom Helm, 1986, p. 276.

6. Lawrence C. Ragan Good Teaching Is Good Teaching: An Emerging Set of Guiding Principles and Practices for the Design and Development of Distance Education CAUSE/EFFECT, V. 22 N 1,1999. P. 221.

7. Lotnik Y.S., Tarkhov S.V., Tarkhova L.M. Organization and Implementation of Distant Education Support Systems Problems // Processing's of 2nd International Workshop on Computer Science and Information Technologies. Ufa, 2000.-V. 2,-P. 154-156.

8. Surinder V.S. Course development backbone of distance education. The Proceedings of the Second International Conference On Distance Education in Russia, Moscow, 1996, pp. 404-409.

9. White M.A. The Third Learning Revolution // Electroning Learning. 1988. Vol.7. - No.4. - P 89-90.

10. Wilson J., Mosher D. The Prototype of the Virtual Classroom// Journal of Instructional Delivery Systems, 1994, Summer, p.p. 28-33.

11. Альфред В. Ахо, Джон Э. Хопкрофт, Джеффри Д. Ульман. Структуры данных и алгоритмы. Издательский дом «Вильям», 2000. 384 с.

12. Андреев А.А. Введение в дистанционное обучение: Учебно-методическое пособие. М.: ВУ, 1997. - 85 с.

13. Андреев А.А., Лупанов К.Ю.,Солдаткин В.И. Электронные учебные средства и оценка качества сетевого обучения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

14. Антонов В.А., Бескачко В.П., Вяткин Г.П. и др. Система дистанционной предвузовской подготовки Южно-уральского государственного университета //Сб. материалов 6-й Международной конф. по дистанционному образованию. М.: 1998. - С. 48.

15. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов (графсхемы и автоматы) Л.: «Энергия», 1979. - 179 с.

16. Бершадский A.M., Кревский И.Г. Дистанционное образование на базе новых информационных технологий: Учебное пособие. Пенза, изд. ПТУ. 1997.- 134 с.

17. Бланк-Эдельман Д. Perl для системного администрирования. СПб., «Символ-Плюс», 2000, - 496 с.

18. В.З. Шнитман, С.Д. Кузнецов. Серверы корпоративных баз данных. Информационно-аналитические материалы, http://www.citmgu.ru.

19. Васильев Н.П., Метечко В.И., Чернышев Ю.А., Шурыгин В.А. Образовательный портал вуза как элемент информационно-образовательной среды. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», -СПб., 2002.

20. Вивек Шарма, Раджив Шарма. Разработка WEB-серверов для электронной коммерции. Комплексный подход. М.: Издательский дом «Вильяме», - 400 с.

21. Владимирова Р.В. Технологии хранения данных. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

22. Волков Д.В., Подлесный С.А. Архитектура системы управления учебным процессом в виртуальной образовательной среде. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», СПб., 2002.

23. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб., «Питер», 2001,-368 с.

24. Гаркуша В.З., Богомолов О.А. Система дистанционного обучения «Прометей», версия 4.0. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», СПб., 2002.

25. Гладков В.П., .Шатунов Ю.А. Дистанционное обучение SQL. // Материалы Региональная научно-практическая конференция «Информационные недра Кузбасса», посвященной 60-летию Кемеровской области. Кемерово. 2003.

26. Гориздра В.В., Мальцев С.Н. Особенности разработки электронных учебных пособий системы дистанционного обучения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», — СПб., 2003.

27. Григин И. РНР 4. Специальный справочник. СПб., «Питер», 2002, - 672 с.

28. Григорьев С.В., Данилов А.В., Самойлов В.А., Тельнов Ю.Ф. Анализ процессов дистанционного образования (ДО) на основе имитационного моделирования // Дистанционное образование, № 4, 1998. С. 19-23.

29. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных (седьмое издание). М.: Издательский дом «Вильяме», 2001, - 1072 с.

30. Джалиашвили З.О. Телетестингсовременная технология дистанционного рейтингового контроля знаний. // Сб. материалов международной конф. Интернет, Общество, Личность (ИОЛ-99), СПб., 1999. - С. 165.

31. Джезус Кастаньетто, Хариш Рават, Саша Шуман, Крис Сколло, Дипак Велиаф Профессиональное РНР программирование. СПб., «Символ-Плюс», 2001,-912 с.

32. Дженнифер Нидерст. WEB-Мастеринг для профессионалов. СПб., «Питер», 2002, - 576 с.

33. Джерк Н. Разработка приложений для электронной коммерции. Библиотека программиста. СПб., «Питер», 2001, - 512 с.

34. Джерри Бранденбау JavaScript: сборник рецептов. СПб., «Питер», 2000, -416 с.

35. Джесс Либерти, Майк Крейли. Создание документов XML для WEB на примерах. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000, - 256 с.

36. Дикусар Л.Д., Тюшев А.Н. Компьютерная лабораторная работа как элемент дистанционного обучения студентов-заочников» // Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. докл. Международной науч.-метод, конф. Томск., 2000. - С. 157-158.

37. Дирк Слама, Джексон Гарбмс, Перри Рассел. Корпоративные системы на основе CORBA. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 368 с.

38. Дистанционное обучение: Учеб. пособие /Под ред. Е.С. Полат. -М.: Туманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998. 192 с.

39. Долгих Д.В. Автоматизация проектирования компонентов дистанционно-ф го обучения и диагностика качества знаний специалистов: Авторефератдиссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.12, 05.13.10. -Воронеж, 1998. 16 с.

40. Егоров В.В. Яворская Г.М. Вопросы оценки знаний при дистанционном обучении с использованием экспертных систем» // Новые информационные технологии в университетском образовании Тез. докл. Международной науч.-метод, конф. Томск., 2000. - С. 159.

41. Зайнутдинова Л.Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин): Монография. Астрахань: Изд-во «ЦНТЭП», 1999.-364 с.

42. Кабальнов Ю.С. Минасов Ш.М., Тархов С.В. Информационно-обучающие среды образовательных систем // Вестник УГАТУ. Научный журнал Уфимского государственного авиационного технического университета. т.З, №2, УГАТУ, 2002, с. 187-196

43. Кабальнов Ю.С., Тархов С.В., Минасов Ш.М., Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н. Концептуальная модель системы последипломного дистанционного обучения //Здравоохранение Башкортостана, Сп. Выпуск №6, 2003 г. 148154.

44. Кабальнов Ю.С., Тархов С.В., Тархова JT.M. Архитектура системы довузовского дистанционного образования. // Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии. Тез. докл. Межвузовской науч.-техн. конф. Вологда, 2000. - С. 146.

45. Кабальнов Ю.С., Тархов С.В., Тархова Л.М. Об одном подходе к построению системы довузовского дистанционного образования. // Интернет и современное общество. Тез. докл. II Всероссийской науч.-метод. конф. (IMS'99) -СПб., 1999. С. 108.

46. Каймин В.А. Информатика и дистанционное образование. М.: «Научная книга», 1^96. - 184 с.

47. Калинина К.В. Виртуальный класс как средство обучения и взаимодействия посредством компьютерной сети. // Материалы Региональная научно-практическая конференция «Информационные недра Кузбасса», посвященной 60-летию Кемеровской области. Кемерово. 2003.

48. Ковальчук О, Лобачев С., Солдаткин В. Диплом не глядя (сравнительный анализ Интернет систем дистанционного обучения) // Компьютерра № 35 (313)2000 г.

49. Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. М.: «Финансы и статистика», 2002, 800 с.

50. Кокс Д. Объектные базы данных для WEB-приложений // Сети/intranet. № 2. 1997. с. 58-59

51. Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России / Госкомвуз РФ. М.: 1995. - 24 с.

52. Коржинский С. Н. Настольная книга WEB-мастера: эффективное применение HTML, CSS и JAVASCRIPT. -М.: Издательский торговый дом «КноРус», 2000, -320 с.

53. Кревский И.Г. Проблемы использования Интернет в сфере образования. // Сб. материалов международной конф. Интернет, Общество, Личность (ИОЛ-99), СПб., 1999. - С. 257.

54. Крёнке Д. Теория и практика построения баз данных, 8-е изд. Спб.: «Питер», 2000. - 800 с.

55. Кривошеев А.О. Методология разработки компьютерного учебного пособия // Дистанционное образование, № 2, 1998. С. 28-32.

56. Кристиансен Т., Торкингтон Н. Perl. Библиотека программиста. СПб., «Питер», 2001,-736 с.

57. Крюков В.В., Майоров B.C., Шахгельдян К.И. Управление доступом пользователей к корпоративным информационным ресурсам вуза. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», -СПб., 2003.

58. Кузнецов С. Подходы к интеграции технологий баз данных и Internet // Материалы конференции «Корпоративные базы данных 2002». Москва, 2002.

59. Лаура Томсон, Люк Веллинг Разработка WEB-приложений на РНР и MySQL. Киев., «ДиаСофт» , 2001, -672 с.

60. Лобачев С.Л. Сетевое дистанционное образование в МЭСИ // Мир Internet, С. Петербург, № 7 1998. С. 39-45.

61. Лобачев С.Л. Эволюция сетевых технологий дистанционного обучения // Сб. материалов 6-й Международной конф. по дистанционному образованию. М.: 1998. -С. 266-268.

62. Лобачев С.Л., Солдаткин В.И. Дистанционные образовательные технологии: информационный аспект М.: МЭСИ. 1998. - 160 с.

63. Львович Я.Е., Рындин А.А., Долгих Д.В., Автоматизация проектирования компонентов дистанционного обучения и диагностика качества знаний специалистов для сети ИНТЕРНЕТ // Дистанционное образование, № 3, 1998. С. 38-42.

64. Макарова А.Н. Реализация основных дидактических принципов обучения в учебных курсах, основанных на гипертекстовых технологиях. // Сб. материалов международной конф. «Интернет, Общество, Личность» (ИОЛ-99),--СПб., 1999.-С. 208.

65. Мартынов В.В., Кузнецов A.M. К Вопросу о методологии создания системы образовательных порталов. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», СПб., 2002.

66. Мартынов В.В., Кузнецов A.M. Основные подходы к разработке дизайна и обеспечению юзабилити образовательных порталов. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

67. Маслова Н.В., Андреев А.А. Проблемы биоадекватного представления учебного материала в системе дистанционного образования // Дистанционное образование, № 3, 1998. С. 24-27.

68. Меградж Заккар. Разработка приложений для электронной коммерции на Oracle8i и Java. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 336 с.

69. Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н., Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов С.В. Практическая реализация системы дистанционной доследипломной подготовки специалистов медицинского профиля //Здравоохранение Башкортостана, Спец. Выпуск №6, 2003 г. С-154-157.

70. Минасов Ш.М., Минасова Н.С. Тархов С.В. Система дистанционного обучения на базе технологий Интернет. //Проблемы качества образования: Материалы XIII Всероссийской научно-методической конференции. -Уфа-Москва: УГАТУ, 2003. С. 99-100.

71. Мохаммед Дж. Кабир. Сервер Apache 2. Библия пользователя. -М: Диалектика, 2002, 672с.

72. Мэтью Рейнольде Электронная коммерция. Основы программирования. -М.: «Лори», 2001, 538 с.

73. Нежурина М.И. Принципы организации и разработка специализированной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.11. М.: 1998.- 16 с.

74. Нежурина М.И., Бабешко В.Н. Некоторые методологические аспекты построения системы оценки качества программных комплексов для открытого и дистанционного обучения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», СПб., 2002.

75. Нежурина М.И., Бабешко В.Н., Кочетков В.В. Концептуальная модель образовательного портала. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», СПб., 2002.

76. Никин А.Д. Правовая защита электронных средств учебного назначения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», -СПб., 2003.

77. Никитин В.И. Организация хранения слабоструктурированной информации в реляционных базах данных. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

78. Николас Чейз Active Server Pages 3.0 на примерах. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001, - 352 с.

79. Питер Уэйнрайт. Apache для профессионалов. М.: «Лори», 2001, - 474 с.

80. Питц-Моултис Н., Кирк Ч. XML в подлиннике. СПб., «BHV», 2000, -736 с.

81. Пол Дюбуа MySQL М.: Издательский дом «Вильяме», 2001, - 236 с.

82. Пол Спенсер. XML. Проектирование и реализация. Для опытных разработчиков. -М.: «Лори», 2001. 509 с.

83. Полат Е.С., М.В Моисеева, А.Е. Петров, М.Ю. Бухаркина, Ю.В. Аксенов, Т.Ф. Горбунькова. Дистанционное обучение М.: ВЛАДОС, 1999, - 192 с.

84. Русаков С.А., Мерсадыков А.С. Интерактивная система для дистанционного обучения: решение от DiViSy. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

85. Рэнди Джей Яргер, Джордж Риз, Тим Кинг MySQL и mSQL. Базы данных для небольших предприятий и Интернета. СПб., «Символ-Плюс», 2000, - 560 с.

86. Семьянинов С., Блинов В. Дистанционное образование //Обучение за рубежом, №7, 1999. С. 8.

87. Солдаткин В.И. Информатика в системе дистанционного образования на рубеже XXI в.// Дистанционное образование, № 1, 1998. С. 24-26.

88. Сунгатулин Р.Т., Бобров Л.К. Компьютерное тестирование как элемент системы дистанционного обучения» // Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. докл. Международной науч.-метод. конф. Томск., 2000. - С. 176.

89. Тархов С.В. Довузовское дистанционное образование по курсу «Информатика» для учащихся средних школ. // Всероссийская науч.-метод, конф., -Уфа, 1999.-С. 61.

90. Тархов С.В., Карасев С.В. Опыт проведения региональных очно-заочных олимпиад по информатике для школьников. // 6-я Международная науч.-метод. конф. «Новые информационные технологии в университетском образовании», Новосибирск, 1999. - С. 154.

91. Тархов С.В., Тархова JI.M. Критерии и методика контроля качества дистанционного образования школьников. // Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. докл. Международной науч.-метод. конф. Томск, 2000. - С. 177-178.

92. Тархов С.В., Тархова JI.M. Специфика систем довузовского дистанционного образования. // Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии. Тез. докл. Межвузовской науч.-технич. конф. Вологда, 2000. -С. 179.

93. Тархова JI.M. Дистанционное образование: возможности, проблемы, перспективы. // Сб. трудов Региональной науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. Уфа, БашГАУ, 2000. - С. 17-20.

94. Тархова J1.M. Модели и алгоритмы функционирования информационно-обучающей системы дистанционного образования (на примере дополнительного довузовского образования). Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.01. Уфа.: 2001. - 166 с.

95. Тео Мандел. Разработка пользовательского интерфейса. М.: ДМК Прес, 2001, —416 с.

96. Терехов А.Н., Кудинов A.M., Комаров С.Н. Подход к построению распределенных информационных систем для крупных образовательных структур и организаций. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

97. Тихомиров В.П. Основные принципы построения Системы дистанционного образования России. // Дистанционное образование, № 1, 1998. С. 4-7.

98. Тихомиров В.П. Технологии ДО в Росси // Дистанционное образование, №1,1996.-С. 3-7.

99. Тозик В.Т., Сопроненко Л.П., Локалов В.А. Дизайн интерфейса обучающей программы для системы дистанционного обучения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

100. Толстик A.M. Проблема лабораторного практикума в дистанционном образовании» // Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. докл. Международной науч.-метод. конф. Томск., 2000. -С. 180-181.

101. Хольцшлаг, Молли, Э. Использование HTML 4. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 1008 с.

102. Хуторской А. Дистанционное обучение и его технологии. // Компьютерра. №6, 2002 г.

103. Цвики Э., Купер С., Чапмен Б. Создание защиты в Интернете. СПб.: «Символ-Плюс», 2002, - 928 с.

104. Чмыхов Е.В. Научные исследования для повышения эффективности образовательных технологий. // Сб. материалов 7-й Международной конф. по дистанционному образованию. М.: 1999. - С. 165-167.

105. Ширшов Е.В. Проект организации учебного процесса в техническом вузе с использованием элементов дистанционной формы образования. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2002», -СПб., 2002.

106. Шленов Ю.В., Поляков А.А. Информатизация сферы образования. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», -СПб., 2003.