А. Н. Тихонов, А. О. Кривошеев, С. С. Фомин
Те х н о л о г и ч е с к и е а с п е к т ы создания распределенной системы ...
7 downloads
167 Views
892KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
А. Н. Тихонов, А. О. Кривошеев, С. С. Фомин
Те х н о л о г и ч е с к и е а с п е к т ы создания распределенной системы сопровождения учебного процесса в ВИТцентрах
●
Аннотация В статье излагаются основные технологические особеннос ти построения пилотного проекта системы дополнительного профессионального образования в области высоких информа ционных технологий на основе центров высоких информаци онных технологий (ВИТцентров). Рассматривается организаци оннотехнологическая часть системы обучения, приводятся не сколько вариантов функционирования распределенной сети ВИТцентров с использованием различного программного обес печения и телекоммуникационных каналов различной пропуск ной способности.
ВВЕДЕНИЕ В рамках реализации Федеральной целевой программы раз вития образования на 2006—2010 годы: задача 1 «Совершен ствование содержания и технологий образования» мероприятие 4 «Разработка и внедрение моделей непрерывного профессио нального образования, обеспечивающего каждому человеку формирование индивидуальной образовательной траектории для дальнейшего профессионального, карьерного и личностно го роста» ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика» выполняется проект «Создание основ системы дополнительного профессионального образования в области ИКТ на основе высоких информацион ных технологий (ВИТцентры)». Целями проекта являются: ● обеспечение подготовки программистских кадров в режиме дополнительного профессионального образования по на
560
правлениям «Мастер технологий программирования» и «Мастер программного менеджмента»; ● обеспечение качества подготовки, позволяющего выпускни кам приступать к работе на фирмах без значительных зат рат на их «доведение»; ● обеспечение подъема общего уровня специалистов по ИТ технологиям в системе образования до конкурентоспособ ного. Сеть ВИТцентров формируется на основе следующих принципов: ● распределение центров по территории России с учетом сложившегося и планируемого размещения научнопроиз водственного потенциала; ● специализация центров в подготовке специалистов для дос тижения достаточной глубины и уровня подготовки с воз можностью взаимного дополнения методик обучения и учебноинформационного обеспечения; ● создание единого информационного пространства для организации совместной деятельности на базе единых технологических стандартов и средств телекоммуникаций (научнообразовательная сеть RUNNet), обеспечивающих информационную и телекоммуникационную связность между учебными заведениями страны и позволяющих осуществить распространение результатов проекта на все образовательное пространство России; ● образовательные услуги ВИТцентров оказываются как на платной основе, так и на основе смешанного финансиро вания.
1
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИТЦЕНТРОВ
На базе ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика» создается Головной научнометодический центр сети ВИТцентров (ГНМЦ), основу которого составляет репозитарий курсов направлений «Мастер технологий программирования» и «Мастер программного менедж мента». Основная идея создания такого репозитария состоит в том, что создаваемые ВИТцентры пользуются одинаковым учеб ным материалом при проведении процесса обучения (рис. 1). Курсы, вновь разработанные вузами, научными организациями и фирмами, действующими в области информационных техно логий, проходят экспертизу, утверждаются научнометодичес ким советом и пополняют репозитарий. После этого они стано вятся «эталонными» и применяются всеми ВИТцентрами. Слушателям, успешно закончившим обучение, выдается сви детельство (сертификат) о повышении квалификации.
561
Рис. 1. Функциональная структура сети ВИТцентров
Прорабатываются две схемы функционирования ВИТцент ров: ●
●
2
ВИТцентр (рабочая площадка), работающий в режиме онлайн с курсами из репозитария. В этом случае ВИТ центр производит набор слушателей и предоставляет им возможность работы с курсами из репозитария (и, может быть, рабочие места в дисплейном классе Центра). В этом случае отчеты разного уровня и назначения накапливают ся непосредственно на сервере «Информики». ВИТцентр, работающий автономно. В этом случае ВИТ центр сопровождает собственную базу данных курсов, ко торые импортирует из репозитария. Обучение происходит непосредственно в ВИТцентре либо в режиме онлайн по отношению к этому ВИТцентру. В любом случае отчеты разного уровня и назначения систематически передаются в «Информику», например при «закрытии дня обучения».
ОСНАЩЕНИЕ ГОЛОВНОГО Н А У Ч Н О М Е Т О Д И Ч Е С К О Г О Ц Е Н Т РА 2 . 1 . С И С Т Е М А У П РА В Л Е Н И Я П Р О Ц Е С С О М ОБУЧЕНИЯ
В настоящее время существует значительное количество систем управления процессом обучения (LMS — Learning Management System). На отечественном рынке известны такие
562
LMS, как ОРОКС, Доцент, Прометей, eLearning Server, VitaLMS. Свою нишу в России занимают и зарубежные системы, такие, как WebCT, IBM LearningSpace, IBM WCL, Oracle iLearning (OiL). Необходимо отметить свободно распространяемую LMS Moodle, которая развивается весьма динамично и поддерживает все сов ременные спецификации на учебные материалы, размещаемые в Интернете. В качестве LMS для ГНМЦ была выбрана система iLearning фирмы Oracle. Продукция этой фирмы известна во всем мире, а система iLearning используется крупными фирмами для по строения корпоративных систем повышения квалификации со трудников без отрыва от основной работы. Oracle iLearning — это развитая система, обеспечивающая качественное управление следующими компонентами: ● обслуживание и регистрация пользователей; ● компоновка контента из отдельных, повторно используе мых модулей, которые могут располагаться как на локаль ном сервере, так и на других серверах в Интернете; ● создание простейших тестов, использующих традиционные системы ответов; ● создание и ведение системы отчетов о работе слушателей. Oracle iLearning — это современная система управления процессом обучения в дистанционном режиме, поддерживаю щая работу с архивами контента в форматах SCORM 1.2 и AICC. Последнее свойство весьма важное, так как обеспечивает при компоновке нового курса возможность переноса контента из других систем управления процессом обучения, поддерживаю щих указанные спецификации и повторное использование мо дулей контента, используемых в других курсах. Поддержка стан дартных форматов выгрузки контента позволяет не зависеть от конкретной системы управления процессом обучения в случае прекращения поддержки такой системы со стороны произво дителя, как это не раз бывало с LMS даже известных произво дителей. Перечень основных возможностей Oracle iLearning, сгруп пированных по режимам работы: — управление обучением; — администрирование создания курсов, разграничение прав доступа, формирование учебного портала и интеграция всех требуемых продуктов для обучения пользователя; — контроль процесса обучения; — поддержка работы пользователей; — управление контентом (содержимым курсов); — возможности тестирования.
563
2.2. АВТОРСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОДУЛЕЙ КОНТЕНТА Собственных развитых средств создания контента Oracle iLearning не имеет (можно только создать структуру курса и на полнить ее модулями контента различного формата), так как Oracle ориентируется на использование специализированного ПО сторонних разработчиков, таких, как Macromedia (Adobe), Trivantis и т. д. Для разработки курсов в качестве авторской сис темы была выбрана система Lectora фирмы Trivantis Corporation. Этот программный продукт ориентирован на быструю разра ботку курсов (rapid development) и позволяет создавать повтор но используемые модули контента (RCO — reusable content objects) на основе кадровой парадигмы, используя традицион ный для развитых авторских систем набор функций. Система позволяет использовать множество известных форматов для статических изображений, аудио, видеофайлов и Flashанима ции. Кроме того, могут быть применены такие языки, как ASP, JSP, PHP. Созданный контент можно упаковать в пакеты, соотве тствующие форматам AICC, SCORM 1.2, SCORM 2004, для после дующего импорта в систему управления учебным процессом (LMS). Системы OiL и Moodle используют формат SCORM 1.2, ко торый обеспечивает упаковку контента согласно спецификации «SCORM Content Aggregation Model» и поддерживает реализацию функций взаимодействия LMS с контентом согласно специфи кации «SCORM RunTime Environment». Из дополнительных возможностей системы Lectora можно указать следующие: ● средства для создания тестов различного типа с широкими возможностями настройки; ● независимость курса от Java — для публикации контента не требуется наличие Javaмашины на клиентской стороне (используется JavaScript); ● автоматизированные средства создания оглавлений для на вигации; ● множество готовых шаблонов действий (actions) для реали зации внутренней логики курса; ● средства для создания и работы с собственными перемен ными, которые будут впоследствии переданы в особую об ласть БД — LMS.
2.3. ПРИМЕНЯЕМАЯ СУБД Система OiL для создания баз данных для хранения струк туры курсов, собственно модулей контента, информации о пользователях и различного рода отчетов о работе слушате
564
лей с OiL применяет СУБД Oracle 9i. Для работы с OiL никаких дополнительных возможностей СУБД Oracle не требуется.
2 . 4 . О П Е РА Ц И О Н Н А Я С И С Т Е М А ( П Р О Г РА М М Н А Я ПЛАТФОРМА) Система управления процессом обучения Oracle iLearning является многоплатформенной и работает в среде таких извест ных операционных систем, как Microsoft Windows Server 2003 и UNIXподобная операционная система Linux. Применение пос ледней более желательно, так как некоторые функции OiL под держиваются только в среде Linux и есть сведения о том, что производительность сервера на основе Linux выше в среднем на 25—30%. В проекте создания ВИТцентров используется дистри бутив Linux Red Hat ES 3.0.
3
ОСНАЩЕНИЕ ВИТЦЕНТРОВ 3 . 1 . А П П А РА Т Н А Я Б А З А И К А Н А Л Ы С В Я З И
Все университеты, участвующие в проекте «ВИТцентры» (см. табл. 1) оснащены современной вычислительной техникой и имеют достаточно быстродействующие каналы связи (от 2 до 10 Мб/с) для выхода в Интернет. Таблица 1
Список университетов, участвующих в проекте «ВИТцентры» 1
Восточно Сибирский государственный технологический университет
2
Красноярский государственный университет
3
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
4
Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
5
Петрозаводский государственный университет
6
Санкт Петербургский государственный университет информационных тех
нологий, механики и оптики
7
Северо Кавказский государственный технический университет
8
Тамбовский государственный технический университет
9
Тверской государственный университет
10 Уфимский государственный авиационный технический университет 11 Ульяновский государственный технический университет 12 Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
565
Для определения возможности университетов работать в режиме онлайн с курсами, размещенными в репозитарии «Ин формики», в сентябре 2006 года проводились предварительные оценки эффективной скорости обмена данными между ГНМЦ и университетами, создающими ВИТцентры. Под «эффективной скоростью обмена данными» подразумевается уровень допусти мых задержек, возникающих при работе обучаемого в режиме онлайн. В основном рассматривались такие задержки, как за держка при загрузке следующей страницы или задержка при смене кадра курса. Восемь университетов из двенадцати подтвердили возмож ность работы с курсами из репозитария «Информики» в режи ме онлайн. Средняя задержка при смене кадра при работе с кур сом составила не более 3 секунд. Для оценки эффективной скорости обмена данными в ре позитарии были размещены фрагменты курсов различной реа лизации: ● часть курса «Экстремальное программирование» в формате HTML; ● часть курса «CALSтехнологии», реализованная с помощью авторской системы Lectora и импортированная в LMS OiL (использовалась спецификация SCORM 1.2); ● часть курса по операционной системе UNIX, в составе ко торой использовалась интерактивная анимация в формате Flash. Результаты эксперимента приведены в таблице 2. Указаны: оценка экспертом канала связи по пятибалльной шкале и усред ненное значение задержки (в скобках) при переходе от одного кадра курса к другому. Таблица 2
Эффективная скорость работы с курсами разных типов Эффективная скорость Вузы HTML
SCORM
Flash
5
5
5
4 (4 c) 4 (6 c) 5 (1 c)
5 (2 c) 4 (7 c) 5 (2 c)
4 (3 c) 4 (7 c) 5 (1 c)
Тамбовский ГТУ
5
—
5
Новгородский ГУ
5
5
5
5 (1 c)
5 (1 c)
5 (1 c)
Санкт Петербургский ГУ ИТМО Северо Кавказский ГТУ Тверской ГУ Восточно Сибирский ГТУ
Нижегородский ГУ
566
Продолжение Эффективная скорость Вузы HTML
SCORM
Flash
Петрозаводский ГУ
5 (2 c)
5 (3—4 c)
5 (5—10 c)
Красноярский ГУ
3 (7 c)
4 (3—4 c)
4 (3—4 c)
Уфимский ГАТУ
—
—
—
Ярославский ГУ
5 (<1 c)
5 (<1 c)
5 (<1 c)
Ульяновский ГТУ
3
3
3
3 . 2 . С И С Т Е М Ы У П РА В Л Е Н И Я О Б У Ч Е Н И Е М Практически все университеты развивают собственные проекты дистанционного обучения. Сведения об используемых в университетах LMS приведены в таблице 3. Таблица 3
Системы управления обучением в университетах ВУЗ
Используемая LMS
Поддерживаемые спецификации
Санкт Петербургский ГУ ИТМО
Специализированная
Нет данных
Северо Кавказский ГТУ
IBM WCL
SCORM, IMS, AICC
Восточно Сибирский ГТУ
«Гекадем» (разработка Байкальского института бизнеса и международ
ного менеджмента Ир
кутского ГУ)
Нет данных
Тамбовский ГТУ
VitaLMS
SC36, LOM
Новгородский ГУ
Moodle
IMS, SCORM
Нижегородский ГУ
ОРОКС и свои разра
ботки
Нет данных
Петрозаводский ГУ
WebCT
IMS
Красноярский ГУ
Moodle
IMS, SCORM
Уфимский ГАТУ
Прометей
IEEE 1484.12.1
Ульяновский ГТУ
WebCT
IMS CP, IMS QTI, IMS LD, LOM, SCORM
SCORM,
IMS,
567
Каждая из систем имеет свое внутреннее представление данных о курсах, обучаемых и процессе обучения. Сведения о поддерживаемых форматах таких данных и соответствующих спецификациях также приведены в таблице 3 (третья колонка). ВИТцентры II типа должны иметь возможность получать учебный контент из LMS OiL. Это возможно, если LMS вуза и ГНМЦ используют спецификации SCORM или IMS. Этим требо ваниям удовлетворяют следующие LMS: ● Oracle iLearning ● Moodle ● IBM LearningSpace ● VitaLMS ● WebCT. Таким образом, те вузы, в которых используются указанные LMS, имеют потенциальную возможность организовать работу ВИТцентров на базе этих LMS. Для других вузов могут быть предложены следующие решения: LMS Oracle iLearning или ста новящаяся все более популярной LMS Moodle. Система Oracle iLearning имеет ряд особенностей: ● система в настоящее время не развивается фирмой Oracle и соответственно не поддерживает новые спецификации и возможности; ● система распространяется на коммерческой основе. Система Moodle в настоящий момент активно развивается и поддерживает большинство современных спецификаций для обмена учебным контентом. С нашей точки зрения, система Moodle имеет ряд преимуществ по сравнению с Oracle iLearning: — является свободно распространяемой; — исходные тексты системы доступны в рамках лицензии GPL; — проста в установке; — русифицирована; — поддерживает современные спецификации (в том числе SCORM 1.2 и SCORM 2004); — активно и динамично развивается и имеет большое сооб щество пользователей; — построена по модульному принципу и имеет множество до полнений, в том числе по генерации отчетов. К недостаткам системы можно отнести то, что нет явной поддержки со стороны авторов системы, но так как система поставляется с открытыми исходными текстами, то существует возможность исправления ошибок. Сравнительные характеристики обеих систем представлены в таблице 4.
568
Таблица 4
Сравнительные характеристики систем Moodle и Oracle iLearning Системы
Moodle
Характеристики
Oracle iLearning
Web сервер
Apache
Apache
СУБД
PostgreSQL 8 или MySQL 4
Oracle Database 9i
Поддержка формата SCORM
SCORM 1.1, 1.2, 2004
SCORM 1.2
Развитие
да
нет
Стоимость
нет
$ 3600
Техническая поддержка
нет
есть
Русификация
есть
нет
4
ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ КУРСОВ
В рамках проекта разработаны требования к составу и на полнению курсов для дисциплин по направлениям «Мастер тех нологий программирования» и «Мастер программного менедж мента». Предполагается, что: — курс может быть использован по дистанционной техноло гии обучения; — курс ориентирован на повышение квалификации специа листов в области информационных и телекоммуникацион ных технологий; — объем курса не менее 72 часов. Реализуется следующая последовательность создания кур сов для системы повышения квалификации в области высоких информационных технологий: ● разработка УМК автором курса; ● проведение экспертизы (внутренней и внешней) курса; ● утверждение рабочей программы курса научнометодичес ким советом; ● реализация курса в авторской системе; ● создание структуры курса в LMS Oracle iLearning; ● импорт модулей контента в структурные единицы курса. Разработка УМК автором курса. Автор разрабатывает курс в соответствии с его целями и задачами, а также ориенти руясь на объем курса. При разработке курса автор следует ме тодическим рекомендациям по разработке курса и подготавли
569
вает все компоненты УМК в формате редактора Word на бумаж ном носителе. Проведение экспертизы (внутренней и внешней) курса. Внутренняя экспертиза курса проводится силами работ ников отдела повышения квалификации и профессиональной переподготовки. Этот вид экспертизы связан в основном с про веркой соблюдения требований к материалам курса и опреде лением полноты и целостности УМК. Для внешней экспертизы привлекаются известные специалисты и преподаватели вузов, работающие по тематике курсов. На этом этапе проводится экс пертиза содержания курсов. Утверждение рабочей программы курса научно0мето0 дическим советом. Разработанная рабочая программа рас сматривается и утверждается научнометодическим советом. Реализация курса в авторской системе. Как было ска зано выше, собственных развитых средств создания контента Oracle iLearning не имеет (можно только создать структуру курса и наполнить ее модулями контента различного формата), поэтому для создания модулей контента была выбрана авторс кая система Lectora фирмы Trivantis Corporation, рекомендуемая фирмой Oracle. Эта авторская система позволяет создавать
Рис. 2. Макет кадра дистанционного курса
570
модули контента на основе кадровой парадигмы, используя традиционный для развитых авторских систем набор функций, а также использовать множество известных форматов для стати ческих изображений, аудио и видеофайлов. Кроме того, могут быть применены такие средства и языки, как Flash, ASP, JSP, PHP. На рисунке 2 представлен макет кадра дистанционного курса, который используется в LMS Lectora. Кадр разделен на функциональные зоны: ● заголовок кадра (наименование курса); ● счетчик страниц; ● заголовок изучаемой темы; ● меню, позволяющее переходить к изучению произвольного раздела; ● меню из пиктограмм, позволяющее получать справку о ра боте с курсом, печатать изучаемый раздел, получить сведе ния об уровне, который достигнет слушатель, изучив учеб ный материал, получать сведения об отчетности по изуча емому материалу. Таким образом, модуль контента в LMS Lectora представля ет собой последовательность кадров. На основе созданного мо дуля контента может быть получен «архив контента» (content package), соответствующий одной из известных спецификаций (SCORM, IMS, AICC).
5
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИТЦЕНТРОВ С ГНМЦ
Основным административным и методическим органом системы ВИТцентров является Головной научнометодический центр (ГНМЦ), создаваемый ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». Здесь же находится репозитарий учебных материалов и база данных об учебном процессе. Взаимодействие ГНМЦ с ВИТцентрами осуществляется по следующим направлениям: 1) Предоставление курсов ВИТцентрам II типа из ГНМЦ. 2) Сбор в ГНМЦ данных о функционировании ВИТцент ров и обработка отчетов. 3) Организация поддержки функционирования ВИТцент ров.
5.1. ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ КУРСОВ ВИТЦЕНТРУ II ТИПА ИЗ ГНМЦ Для передачи курсов из репозитария «Информики» (из LMS OiL) в ВИТцентры используется формат представления контен та на основе спецификации SCORM версии 1.2.
571
Для большинства современных LMS, в том числе OiL и Moodle, данная версия SCORM является стандартной. Соответ ственно, все LMS, удовлетворяющие требованиям SCORM 1.2, способны корректно работать с упаковкой контента (SCORM Content Aggregation Model) и с функциями взаимодействия LMS с контентом (SCORM RunTime Environment).
5 . 2 . С Б О Р Д А Н Н Ы Х О ФУ Н К Ц И О Н И Р О В А Н И И В И Т Ц Е Н Т Р О В И О Б РА Б О Т К А О Т Ч Е Т О В Предполагается, что вся информация об учебной деятель ности ВИТцентров накапливается и обрабатывается в ГНМЦ. Рассмотрим три варианта взаимодействия ВИТцентров с ГНМЦ в рамках системы сбора и обработки данных об учеб ной деятельности, учитывая, что в ГНМЦ используется СУБД Oracle и LMS OiL: ● ВИТцентр функционирует на базе LMS OiL;
Рис. 3. Схема взаимодействия ВИТцентров в однородной среде OiL
572
Рис. 4. Схема взаимодействия ВИТцентров в разнородной среде
в ВИТцентре используется LMS Moodle; в ВИТцентре используется LMS, отличная от OiL и Moodle. В первом варианте отражено взаимодействие в однородной среде OiL (рис. 3). В ГНМЦ создаются локальные базы данных для каждого ВИТцентра, использующего LMS OiL. Сводная ин формация о работе любого ВИТцентра поступает в его локаль ную БД и может быть использована для построения итоговых отчетов. Во втором варианте взаимодействия предполагается, что в ВИТцентре II типа применяется система Moodle (рис. 4). Эта система может может использовать одну из двух СУБД: MySQL или PostgreSQL. В этом случае в системе Moodle создаются шаб лоны отчетов, и выборки по этим отчетам пересылаются в ГНМЦ в стандартизованном виде (XMLформат) и затем импор тируются в БД ГНМЦ. В третьем варианте предполагается использование любых LMS, удовлетворяющих требованиям по работе с контентом в формате SCORM 1.2 и имеющих необходимый функционал для создания соответствующих отчетов (рис. 4). Выборки данных по отчетам готовятся «вручную», пересылаются в ГНМЦ в стандар тизованном виде (XMLформат) и затем импортируются в БД ГНМЦ. Система отчетов ГНМЦ обладает следующей дополнитель ной функциональностью: ● ●
573
возможностью выборочного получения любых данных на ос нове указания необходимых полей «вручную»; ● возможностью указания столбца, по которому будет прове дена сортировка выборки; ● экспорт результатов выборки в формат XML с целью авто матической обработки этой выборки в дальнейшем с ис пользованием специализированного ПО; ● поиск в БД с использованием стандартных масок. В первых двух вариантах взаимодействия ВИТцентров с ГНМЦ отчеты о функционировании ВИТцентров предостав ляются в ГНМЦ по расписанию или по специальному запросу. ●
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполнения проекта планируется опытная эксплуатация курсов, установленных в среде LMS OiL на серве ре «Информики», всеми ВИТцентрами с целью устранения тех нологических проблем взаимодействия различных систем со провождения учебного процесса, а также выработки положений и рекомендаций, регламентирующих порядок использования учебных ресурсов ВИТцентрами (университетами). Ряду уни верситетов предложено приобрести соответствующее программ ное обеспечение, его установку и апробацию. На начальном эта пе для корпоративных пользователей обеспечен доступ к двум системам управления учебным процессом: ● ТОРОС, доступной по адресу http://www.toros.inevm.ru; ● Oracle iLearning, доступной по адресу http://elearning.informika.ru. В каждой из указанных систем управления учебным про цессом созданы учетные карточки (точки входа) для вузов, на базе которых организованы ВИТцентры. Учетные карточки соз даны по заявкам ВИТцентров с учетом их будущей специали зации.