ПРАВИТЕЛЬСТВО ХАБАРОВСКОГО КРАЯ ТИХООКЕАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Межрегиональная научно-практическая конференция
«ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ» (21–23 мая 2008 года, г. Хабаровск) МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Хабаровск 2008
ПРАВИТЕЛЬСТВО ХАБАРОВСКОГО КРАЯ ТИХООКЕАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Межрегиональная научно-практическая конференция «ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ» (21–23 мая 2008 года, г. Хабаровск)
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Хабаровск 2008
ББК
Под научной редакцией А.И. Мазура
Т77
Материалы конференции / под научн. ред. А.И. Мазура.– Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. университета, 2008.-355с.
Материалы Межрегиональной научно-практической конференции "Информационные и коммуникационные технологии в образовании и научной деятельности" (Хабаровск, 21 – 23 мая). В сборнике опубликованы результаты, полученные в процессе реализации в Хабаровском крае и других регионах Дальнего Востока масштабных пилотных проектов информатизации сферы образования и науки в рамках федеральных целевых программ «Электронная Россия», РЕОИС, ИСО, а также материалы прикладных научных исследований. Конференция посвящена 70-летию Хабаровского края и 50-летию Тихоокеанского государственного технического университета. Материалы печатаются в редакции авторов.
ББК
ISBN © Тихоокеанский государственный университет, 2008
Научное издание
Материалы Межрегиональной конференции "Информационные и коммуникационные технологии в образовании и научной деятельности"
Научный редактор А.И. Мазур Компьютерная верстка Е.А. Кулагиной Отпечатано с оригиналов авторов
Подписано в печать 5.05.2008. Формат …… Печать офсетная. Усл.печ. л. …. Тираж 200 экз. Заказ №…….
Издательство Тихоокеанского государственного университета 680035, г.Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136 Отдел оперативной полиграфии издательства
Секция 1. Проблемы создания и развития информационной инфраструктуры учреждений образования и науки УДК 02:004 Н. Н. Борцова, Л. В. Федореева ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА ВУЗА – ЧАСТЬ РЕГИОНАЛЬНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА Борцова Н. Н. – зам. директора библиотеки ТОГУ; Федореева Л. В. – директор библиотеки ТОГУ, к.с.н. Излагаются проблемы формирования электронной библиотеки вуза как составной части регионального информационного пространства. Отмечается, что в настоящее время наиболее реально создание электронных библиотек на базе ведущих вузов региона. Отсутствуют необходимая правовая база, слабо налажена межведомственная и межрегиональная координация. В результате эффективность вложений в электронные библиотеки остается низкой. Не решены проблемы устойчивости электронных коллекций и сохранности цифрового наследия, к чему Россию обязывает соответствующая хартия ЮНЕСКО.
Ценность корпоративного движения заключается в осознании каждым участником корпорации не только личной, индивидуальной ответственности «каждого перед всеми», но и общей ответственности «всех за каждого». Благодаря этому, информационные ресурсы в рамках корпорации создаются на основе стандартов, форматов и протоколов национального и международного уровня, что делает их доступными все большему числу пользователей. Основными принципами деятельности библиотечной корпорации являются следующие: - повышение качества информационного обслуживания пользователей региона; - создание и совместное использование информационных ресурсов; - объединения усилий ведущих специалистов корпораций для решения организационных, методических, технологических и технических проблем. 3
Одним из направлений деятельности членов корпорации является проект по созданию распределенной информационной системы, которая объединит электронные коллекции вузов на основе согласованных правил и позволит эффективно использовать электронные ресурсы через глобальные сети передачи данных. Учитывая географическое положение Хабаровского края (удаленность от центральных районов России), его значительный научно-технический потенциал, применяя на практике достижения информационно-телекоммуникационных технологий (ИКТ), можно существенно изменить уровень информационного обслуживания жителей региона за счет внедрения корпоративных технологий. Электронные библиотеки (ЭБ) появились как естественный результат эволюции методов обработки, анализа, хранения, поиска информации и широкого внедрения в практику деятельности человека ИКТ. Правомерно следующее информационное определение ЭБ: управляемая коллекция информации в совокупности с соответствующими сервисами, причем информация хранится в цифровых форматах и доступна по сети. Особого внимания заслуживает в этом определении «управляемая». Нельзя рассматривать базу данных бухгалтерии отдельной компании в качестве ЭБ, однако совокупность финансовой информации по множеству компаний уже является частью библиотеки. Если ИКТ так великолепны, что же мешает вузу, библиотеке приступить к созданию электронной библиотеки? Ответ на этот вопрос частично связан с тем, что технология построения ЭБ все еще совершенствуется. Проблема создания ЭБ связана с техническим оснащением библиотек, с возможностями людей и учреждений в организации эффективного использования ИКТ, способностью принимать неизбежность перемен и создавать соответствующие социальнопсихологические рамки. Размещение и поддержание больших объемов информации в сети стоит весьма дорого. Несмотря на то, что стоимость компьютерной техники быстро снижается, она все еще существенна. В то время как стоимость создания новых и поддержания старых зданий для хранения печатных изданий будет только возрастать, цена электронного хранения снижается приблизительно на 30% ежегодно [2]. Большие расходы связаны с лицензированием источников электронной информации и оплатой работы персонала, который обеспечивает как управление, так и обработку больших файлов данных. Снижая расходы, библиотеки формируют консорциумы, чтобы одна онлайновая коллекция обслуживала большое число библиотекпользователей. Электронные библиотеки – это результат деятельности большого количества людей (создателей информационных ресурсов, пользовате4
лей ЭБ и профессионалов, которые обеспечивают техническую поддержку ЭБ), который невозможно создать быстрее, чем к нему адаптируются люди и организации. В научной библиотеке ТОГУ новым направлением деятельности является создание полнотекстовой базы данных образовательных ресурсов (электронной библиотеки), которая включает в себя научные статьи, книги, методические пособия и т.д., подготовленные сотрудниками вуза. ЭБ ТОГУ это не только еще один дополнительный ресурс для пользователей библиотеки. Необходимость создания ЭБ в ТОГУ обусловлена решением многих существующих проблем: недостаточная экземплярность документов, нехватка площадей для размещения фонда, проблема сохранности фонда. Пользование ЭБ значительно повышает уровень доступности и оперативности предоставления информации читателям. Проект по формированию ЭБ в научной библиотеке ТОГУ реализован на основе модели с раздельным хранением данных и метаданных. При такой модели ЭБ метаданные формируются с использованием технологии автоматизированной библиотечно-информационной системе (АБИС). Использование типового инструментария АБИС для подключения внешних объектов к БД позволяет организовать доступ к электронным изданиям, хранящимся как в локальном, так и в удаленном хранилище электронных изданий. В интерфейсе Поиска АБИС поисковыми являются основные элементы библиографического описания. Результаты поиска выводятся на экран в виде библиографического описания документа, снабженного систематическими индексами, шифрами хранения печатного аналога и гипертекстовой ссылкой на электронное издание. Хронологические рамки для документов, включаемых в ЭБ, не устанавливаются. В качестве приоритетного направления развития ЭБ выбрана функция поддержки образовательного процесса. На этой основе производится формирование электронных коллекций и определение форм предоставления их пользователям. Изначально технология формирования ЭБ была ориентирована на использование информации, которая создается в электронном виде в процессе подготовки научных публикаций в издательстве ТОГУ. В результате четырехлетней работы определились следующие виды электронных коллекций библиотеки: • в 2004 году библиотека начала работу по созданию полнотекстовой БД "Труды ученых ТОГУ". Привлекательность этой БД состоит в том, что большое число "малотиражных" научных публикаций может быть размещено в одном месте и снабжено механизмом электронного поиска информации; 5
• в 2006 года - создание цифровой коллекции авторефератов диссертаций; • в 2006 году научной библиотекой начата работа по созданию электронной энциклопедии «ТОГУ в лицах», задачей которой является сбор и аналитическая переработка фактографических и библиографических данных о персонах (докторах наук университета); • с 2007 года в ЭБ начали вводить патенты на изобретения ученых ТОГУ. Персонализированные источники информации накапливают сведения о представителях научной и образовательной деятельности университета. Такие массивы позволяют качественно и оперативно находить материал для научных исследований, решать проблемы продвижения научных разработок на международный рынок; • внешние (приобретенные) библиографические и полнотекстовые базы данных по профилю вуза; • медиатека (коллекция обучающих и информационных дисков по профилю вуза); • документы, доступные в библиотеке по проектам электронного МБА и электронной доставки документов. При формировании ЭБ на первое место вышли не технологические вопросы, а проблемы авторского права на современные издания и организационные проблемы. В связи с вступившей в действие Главой 4-й Гражданского кодекса РФ [1] особенно актуальным является утверждение типового договора на передачу неисключительных прав на публикацию электронной версии автореферата, диссертации, статьи. Нерешенность вопросов правомерности использования создаваемых полнотекстовых электронных копий изданий остается одной из главных проблем в выполнении задачи библиотеки: обеспечение студентов и сотрудников университета полнотекстовыми образовательными ресурсами. По вопросу авторского права с интересным предложением выступил Ш. Урс (Индия): по его мнению, пришло время разделить вопросы авторского права на научные работы и на работы развлекательного характера. В отношении первых следует руководствоваться скорее моральными аспектами, чем экономическими, так как они составляют часть интеллектуального наследия человечества, поддерживаются обществом и должны быть освобождены от ограничений, налагаемых авторским правом [5]. В настоящее время наиболее реально создание электронных библиотек на базе ведущих вузов региона. Высшая школа выполняет функцию представления обществу образовательных услуг и подготовки специалистов высшего уровня по всем направлениям знания и производства, что невозможно осуществить без расширения и постоянного 6
обновления информационного ресурса. Вузы тесно связаны с предприятиями и организациями региона, непосредственно производят большое количество информации, активно используют новые информационные технологии, наконец, располагают большим кадровым резервом специалистов высокой квалификации, аспирантов и студентов, легко осваивающих новые технологии [3]. При формировании электронных массивов информации наблюдается с одной стороны переход к исключительно распределенной схеме создания, поддержания и хранения ресурсов, а с другой – стремление к виртуальному единству посредством предоставления свободного доступа к любым ресурсам сети через ограниченное число «точек доступа». Таким образом, в современном информационном обществе, в дальневосточном регионе, в Тихоокеанском государственном университете при формировании электронной библиотеки на первое место выходят технологии использования распределенных информационновычислительных ресурсов. В западной литературе несколько лет назад появился даже новый термин «GRID-технологии» – технологии создания и использования распределенных информационновычислительных ресурсов. Основная концепция технологии GRID – это объединение всех ресурсов сети Интернет в единую интегрированную среду распределенных ресурсов, которая составит информационно-вычислительную инфраструктуру будущего. GRID можно определить как исходно распределенную систему, которая сводит воедино данные, вычислительные мощности и ресурсы для представления данных. Единый интерфейс должен предоставлять доступ ко всем необходимым ресурсам так, словно мы имеем дело с одним огромным «метакомпьютером». Все задачи, как традиционные для обычных компьютеров (управление процессами, памятью, файловой системой, вводом/выводом и пр.), так и принципиально новые/старые (учет, контроль, способ доступа и распределение ресурсов, обеспечение безопасности, совместная работа над набором данных в реальном масштабе времени и пр.) должен решать специализированный комплекс программного обеспечения на базе соответствующей аппаратной инфраструктуры. Создание интегрированной распределенной информационно-вычислительной сети опирается на идею электронных (цифровых) библиотек. Основная задача этой сети - обеспечение единого, математически однородного поля компьютерной информации, способного стать универсальным и машинонезависимым носителем данных, программ и глобально распределённых вычислительных ресурсов. В рамках этого подхода электронные библиотеки рассматриваются как отдельная конкретная технология работы с информацией. Использование распределенных информа7
ционно-вычислительных ресурсов становятся магистральным направлением развития современной компьютерной индустрии. На смену отдельно стоящим, независимым компьютерам и суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединенных либо в кластеры, либо в виртуальные системы управления вычислительными ресурсами. Развитие сетевых технологий в настоящий момент сделало возможным объедение распределенных по сети компьютеров в мощный территориально распределенный «суперкомпьютер» [4]. Идея электронной библиотеки уже овладела сообществом; в последнее время она быстро превращается в реальность. Появление электронных изданий – процесс необратимый. В условиях развития компьютерных сетей и цифровых технологий электронные формы представления информации становятся приоритетными. Библиографические ссылки 1. Гражданский кодекс Российской Федерации (часть четвертая) от 18.12.2006 N 230-ФЗ // Консультант Плюс: Версия Проф [Электронный ресурс] / АО «Консультант Плюс». – М., 2008. 2. Лапо П. М. Введение в электронные библиотеки [Электронный ресурс] / П. М. Лапо, А. В. Соколов. – Электрон. Текстовые данные. – Режим доступа: http://www.iatp.by/handouts/library/e-libraries/2-16.htm 3. Попов В. В. Проблемы создания электронных ресурсов для библиотек отраслей и корпораций [Электронный ресурс] / В. В. Попов. – Электрон. Текстовые данные. – Режим доступа: http://www.gpntb.ru/win/interevents/crimea2001/tom/sem1/Doc22.HTML 4. Шокин Ю. GRID — перспективы или реальность? [Электронный ресурс] / Ю. Шокин, А.Федотов. – Электрон. Текстовые данные. – Режим доступа: http:/ www-sbras.nsc.ru/HBC/2003/n41/f08.html 5. Preserving the memory of the world in perpetuity: a joint statement on the archiving and preservation of digital information. IFLA and IPA, 2002 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ifla.org/V/press/ifla-ipa02.htmUrs S. Copyright, academic research and libraries: balancing the rights of stakeholders in the digital age / S. Urs // Program: electronic library and information systems. – 2004. – Vol. 38, № 3. – P. 201–207.
8
УДК 681.3:37 С. М. Бурков, А. И. Мазур, Н. Н. Мазаник, А. В. Мендель, В. Д. Терещенко РЕГИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СЕТЬ: ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ Бурков С. М. – директор ХКЦ НИТ ТОГУ; Мазур А. И. – заместитель директора ХКЦ НИТ ТОГУ; Мазаник Н. Н. – программист ХКЦ НИТ ТОГУ; Мендель А. В. – доцент кафедры ММиИТ ДВАГС; Терещенко В. Д. – заместитель директора ХКЦ НИТ ТОГУ Рассмотрены вопросы, связанные с управлением и дальнейшим развитием региональной образовательной информационной сети. Предложены подходы, средства и решения, необходимые для формирования единого регионального образовательного информационного пространства.
Региональная образовательная информационная сеть является распределенной отраслевой информационной системой регионального уровня. Как и любая информационная система, она решает задачи, следующие из целей ее создания, и имеет набор подсистем, обеспечивающих ее успешное функционирование (рис. 1). Построенная в Хабаровском крае по заказу министерства образования края образовательная информационная сеть ХКОИС предназначена для создания единого информационного пространства системы общего образования региона и предоставления ее участникам доступа в Интернет. Проект финансируется централизованно из бюджета Хабаровского края. Хабаровская краевая образовательная информационная сеть представляет собой объединение нескольких частных сетей (VPN) через общий телекоммуникационный центр – узел связи Тихоокеанского государственного университета (ТОГУ). В данном случае термин «частных» означает относящихся к разным операторам связи Хабаровского края. Общий телекоммуникационный центр образовательной сети осуществляет и связи пользователей ХКОИС с опорной сетью учреждений образования и науки региона и доступ в Интернет. 9
Региональная информационная образовательная сеть Техническая подсистема (телекоммуникационное оборудование, каналы связи, серверы, хранилища данных, система электропитания и т.п.) Программное обеспечение (операционные системы, СУБД, системное ПО сетевых сервисов, прикладное ПО: web-сайты, форумы, специализированные сайты для сетевых проектов, средства создания, поддержки и распространения информационных ресурсов)
Организационно - правовое обеспечение (договорные отношения с заказчиками, операторами связи, поставщиками информационных услуг и программного обеспечения, регламенты взаимодействия с абонентами и смежниками) Подсистема мониторинга и технической поддержки абонентов (персонал и программнотехнические средства мониторинга и обеспечения технической поддержки)
Информационное обеспечение (базы данных нормативных документов, новостей, цифровых образовательных ресурсов, специализированные сайты сетевых проектов)
Подсистема научнометодического обеспечения и развития сети (НИОКР, научно-практические и учебно-методические мероприятия, доклады и публикации)
Рис.1. Основные структурные элементы региональной информационной образовательной сети
Каждая из частных сетей объединяет общеобразовательные учреждения, непосредственно подключенные к одному из операторов связи (рис.1). Такое решение было обусловлено тем, что на момент создания сети ни один из операторов связи в регионе не имел (впрочем, не имеет и сейчас) технической возможности для присоединения всех общеобразовательных учреждений. Реализованная схема подключения образовательных учреждений к ХКОИС позволяет разделить весть сетевой трафик на внутренний и внешний, при этом внешний и межсетевой трафик проходят через центральный узел сети. Это техническое решение предопределило ряд особенностей организации функционирования и развития сети, в том числе: 10
- систему договорных отношений с операторами связи; - систему управления бюджетами абонентов сети; - систему мониторинга и фильтрации контента трафика; - систему технической поддержки пользователей сети; - возможность централизованного формирования информационных ресурсов, развития сетевых сервисов и управления доступом к ним; - возможность проведения региональной политики информатизации образования путем реализации общей стратегии внедрения информационно-коммуникационных технологий в сферу общего образования региона. Отметим, что последние две особенности обладают большим потенциалом, реализация которого позволит существенно развить региональную информационную сеть. Таким образом, ХКОИС представляет собой информационную систему с довольно сложной структурой организационного обеспечения. При этом вопросы организационного взаимодействия, за исключением организации эксплуатации и обслуживания не телекоммуникационного оборудования участников сети, ложатся на организациюадминистратора ХКОИС, функции которого на договорной основе исполняет Тихоокеанский государственный университет, точнее, его структурное подразделение Хабаровский краевой центр новых информационных технологий ХКЦ НИТ. Функции администратора ХКОИС осуществляются путем использования различных инструментов организационного обеспечения в зависимости от решаемых задач и механизма взаимодействия с организацией-партнером. В частности, взаимодействие юридических лиц, обеспечивающих работу ХКОИС, организовано через систему договорных отношений; взаимодействие организаций-пользователей ХКОИС – через систему регламентирующих и нормативных документов, утверждаемых заказчиком – министерством образования Хабаровского края. Техническое управление сетью обеспечивается специально разрабатываемыми программными и информационными продуктами. Каждое из названных направлений является достаточно большим и трудоемким, каждое требует закрепления за ним специального персонала. Договоры, обеспечивающие функционирование ХКОИС, можно разделить на ряд категорий: 1. Договоры с заказчиками. Основной договор заключен с министерством образования Хабаровского края. Кроме того, в рамках федеральных программ и других проектов с ведома основного заказчика могут заключаться договоры с другими организациями, например, на организацию доступа в интернет межшкольных центров и апробаци11
онных площадок в рамках проекта ИСО. 2. Договоры с организациями-соисполнителями, осуществляющими физическое подключение образовательных учреждений к сети и передачу данных между этими учреждениями и центральным узлом по своим каналам связи. Такие договоры заключены со следующими организациями: ЗАО «Дальневосточная компания электросвязи», ООО ТК «Востоктелеком», ООО «Инженерно-технический центр», ООО «ДатаЛайн», ООО «Эквант», Дальневосточный региональный центр ФГУП РТРС. 3. Договоры с организациями-соисполнителями, через которые осуществляется доступ к внешним телекоммуникационным сетям: Дальневосточный филиал ОАО «Ростелеком», ЗАО «ТранстелекомДВ». 4. Договоры с организациями-соисполнителями, оказывающими информационные услуги, в том числе разрабатывающими и распространяющими информационные ресурсы и программные продукты, а так же с прочими организациями. Повседневная работа специалистов по этим договорам позволяет осуществлять постоянный как технический, так и финансовый контроль функционирования сети и, при необходимости, оперативное воздействие на текущий процесс. Документы, устанавливающие правила работы сети, организацию защиты информации, планирование специальных мероприятий, а также определяющие требования к функциям администратора сети по выполнению мониторинга, информационному обеспечению, технической поддержке пользователей разрабатываются по заданию министерства образования Хабаровского края и им же утверждаются. Все они размещены на сайте ХКОИС http://www.edu.27.ru , доступ к ним имеют все пользователи сети. К числу программно - информационных продуктов, специально разработанных для управления сетью, относятся сайт ХКОИС, включающий нормативные, инструктивные и справочные материалы, а также система учета, мониторинга и анализа трафика пользователей сети. К разработанной и построенной системе учета и анализа трафика сети неограниченный доступ имеют руководители администратора сети и министерства образования, а доступ, ограниченный трафиком своей организации, – назначенные администрацией учреждения должностные лица. Такая система учета и доступа к ней дает возможность руководителям разных уровней всегда проконтролировать целевое использование трафика и внести, в случае необходимости, соответствующие корректировки. Отдельно следует рассмотреть проблемы, контентной фильтрации в 12
сети ХКОИС. Как уже широко обсуждалось в средствах массовой информации, разработанная в рамках программы ПНПО система такой фильтрации – статическая. Т.е. «черный список» интернет-ресурсов далеко не соответствует текущему моменту времени и, к тому же, относительно легко обходится даже пользователями среднего уровня. Стандартная процедура запретов на нецелевой интернет-ресурс, подобная названной выше, действует и в ХКОИС, однако список скомпрометированных сайтов постоянно пополняется. Но гораздо больший эффект приносит все же контроль трафика со стороны непосредственно руководителя организации- пользователя ХКОИС, а централизованная служба технической поддержки сети ему в этом помогает. В частности, последняя доработка аналитической системы позволяет сразу увидеть наиболее посещаемые интернет-адреса. Совершенствование системы организационного обеспечения ХКОИС направлено на повышение качества информационного обслуживания участников сети и достижения наивысшего эффекта от выделенного для этого финансирования. Особенности архитектуры ХКОИС, наличие в ней внешнего и внутреннего трафика, предопределяют, что для повышения эффективности проекта (подразумевающей для пользователей увеличение объема информационных услуг и количества используемых сетевых сервисов) необходимо: а) как можно большее возможное количество информационных ресурсов и сервисов создавать внутри сети, б) часть из них локализовать на уровне образовательных учреждений. Последнее направление (локализация части ресурсов и сервисов ХКОИС на уровне образовательных учреждений) ввиду своей важности требует отдельного рассмотрения. Здесь же мы подробнее остановимся на процессах формирования собственных сетевых ресурсов и сервисов. Следует особо выделить существование двух категорий информационных ресурсов: цифровые образовательные ресурсы для использования в учебной деятельности, а также нормативные, инструктивные и методические материалы для управления образовательным процессом. Информационные ресурсы сферы образования появляются в результате разнообразных процессов и из различных источников. И формируются они на различных уровнях – от конкретного педагога или учащегося, создающих собственные копилки, до ресурсов, создаваемых по федеральным программам. Одним из промежуточных уровней формирования информационных ресурсов для сферы образования является региональный уровень – уровень ХКОИС. Кроме того, при формировании информационного ресурса можно выделить и несколько подходов. Наиболее очевидный подход состоит в том, что нужный ресурс 13
приобретается – заказывается, разрабатывается, принимается и оплачивается. Затем продукт распространяется (публикуется), внедряется и, если необходимо, сопровождается. Такой подход реализуется для цифровых образовательных ресурсов, размещенных в централизованной федеральной коллекции. На региональном уровне в рамках проекта ИСО на сервере ХКОИС была создана зеркальная копия этого федерального ресурса и выполняются работы по ее своевременному обновлению. Другим, противоположным первому подходом, является формирование информационных ресурсов коллективного пользования на добровольных началах. В этом случае люди, объединенные в рамках формальной или неформальной группы, добровольно передают (публикуют) для общего пользования материалы, являющихся их интеллектуальной собственностью. Ресурсы, создаваемые таким способом состоят из материалов различного качества и обычно слабо структурированы. Такой подход тоже имеет место в ХКОИС, поскольку программная оболочка федеральной коллекции ЦОРов имеет функционал для пополнения регионального раздела этой коллекции. Третий подход основан на том, что в процессе целенаправленной деятельности субъектов сферы образования порождаются естественные (обусловленные этой деятельностью) информационные потоки. Обработка этих информационных потоков может применяться для формирования соответствующих информационных ресурсов. Отметим, что информация в данном случае создается в процессе исполнения субъектом сферы образования присущих или назначенных ему основных функций (рис. 2). Для обработки циркулирующих потоков информации требуются соответствующие информационные технологии, а так же организационно-правовое обеспечение. К региональным субъектам сферы образования относятся: региональный орган управления образованием; государственные учреждения общего и профессионального образования регионального подчинения; исполнители проектов и программ, реализуемых по заказу (по инициативе) и за счет средств, предоставленных региональным органом управления образованием прямым или косвенным образом. Формируемый информационный поток адресуется образовательным учреждениям и территориальным органам управления образованием, является наиболее организованным и представляет собой документы, как правило, имеющие электронные образы.
14
Источники информации Подведомственные учреждения
Орган управления образованием
Информационные потоки
Исполнители проектов
Информационные потоки
Потребители информации
Рис. 2.
Такой поток может быть преобразован в информационный ресурс с наименьшими затратами, в своем большинстве он будет нормативноинструктивным и востребован менеджерами образования, родительской и педагогической общественностью. Но этот информационный поток не является единственным источником формирования информационных ресурсов. При более глубоком анализе можно выделить категории информации, циркулирующие внутри регионального органа управления образованием и не являющиеся достоянием всей сферы образования региона только в силу отсутствия дополнительных организационных мер и специальных информационных технологий. Практическая реализация превращения региональных информационных потоков в региональные информационные ресурсы в Хабаровском крае началась в 2006 году в связи с разработкой и вводом в эксплуатацию официального WEB-сайта министерства образования Хабаровского края. Одним из основных разделов этого сайта является «нормативная база». Этот раздел содержит значительную часть информационных материалов, исходящих из министерства образования и направляемых в органы управления образованием и образовательные учреждения региона. В настоящее время решены задачи разработки технологии и программного обеспечения для наполнения и поддержки основной информационной базы, а также для размещения и актуализации ее локальных копий в органах управления образованием и образовательных учреждениях. Внедрение этих разработок позволит несколько снизить дублирующийся трафик в ХКОИС, а также уменьшить зависимость потребителей этой информации от ограничений по работе в сети из-за превышения установленного лимита и аварийных ситуаций. Разработанное для решения этих задач приложение обеспе15
чивает функции поиска необходимой информации с помощью многокорневого древовидного классификатора и активацию выбранного информационного объекта. Поскольку одним из типов информационных объектов в описываемой базе данных является URL, то разработанная для нее WEB-оболочка фактически реализует и функции интернет портала. Наиболее рациональным решением для внедрения этого продукта в образовательные учреждения является его поставка в составе специализированного школьного сервера, подробное описание которого, как уже отмечалось, является предметом особого доклада («наименование доклада»). При этом для большей оптимизация трафика региональной сети, имеет смысл дополнить названную оболочку сервисами, выполняющими кэширование загруженных образовательных ресурсов для исключения их повторной транспортировки. Как говорилось ранее, одним из направлений развития и оптимизации ХКОИС, является развитие в ней собственных сетевых сервисов. С начала эксплуатации в сети представляются стандартные сервисы, однако специфика образовательной сети требует специализированных решений. Так, например, разработаны и внедрены средства для организации в сети площадок под информационные ресурсы различных региональных образовательных проектов («Домашнее обучение», «Олимпиады по информатике», «Краевая ЗФМШ» и др.). Для этого создан сайт «Пайдейя» (http://abc.edu-net.khb.ru), разработана технология и программно-техническое решение для организации внутри сети публичных лекций и выступлений. На сервере головного узла связи ХКОИС осуществляется бесплатный хостинг сайтов образовательных учреждений и органов управления образования. Там же реализован почтовый сервис для учреждений образования таким образом, что вся внутри сетевая переписка может быть ограничена внутренним трафиком. Дальнейшие перспективы развития сети и оптимизации трафика внутри нее связываются в первую очередь с внедрением в нее школьных серверов-хостов с доменными именами третьего уровня, привязанными к доменам краевой сети. Такой подход позволит создать единое адресное пространство в сфере регионального общего образования. Основной функцией школьных серверов-хостов должна быть локализация наиболее востребованных сервисов в локальной сети образовательного учреждения. К этим сервисам следует, в первую очередь, отнести электронную почту для школьников и учителей. Кроме того сервер может использоваться как площадка для размещения некоторых баз данных и приложений для хранения и доступа к информационным ресурсам образовательного назначения. Здесь же может быть разме16
щен набор средств для обеспечения учебного процесса, включающий кроме электронной почты простой учебный WEB-сайт, WEB-сайт образовательного учреждения, WiKi-WiKi, чат, форум, фотогаллерею и т.п. Действующий макет такого сервера-хоста уже создан специалистами ХКЦ НИТ. Таким образом, мы рассмотрели наиболее существенные задачи, возникающие после создания региональной образовательной информационной сети и связанные с управлением ею и дальнейшим ее развитием. Также были предложены некоторые подходы, средства и решения, необходимые для того, чтобы телекоммуникационная сеть была не только средством транспортировки данных, а и основой единого регионального образовательного информационного пространства. Библиографические ссылки 1. С.М. Бурков, А.И. Мазур, В.Д. Терещенко «Сеть передачи данных учреждений образования и науки как основа развития единой образовательной среды Хабаровского края». Новые информационные технологии в образовании: опыт, проблемы, перспективы // Материалы научно-практической конференции / Под общ. ред/ Т.С. Крахмалевой, Н.Г. Флейдер. Часть I. – Хабаровск: ХК ИППК ПК, 2004, с. 7-11. 2. С.М. Бурков, А.И. Мазур, В.Д. Терещенко «Инфокоммуникационные технологии в сфере образования Хабаровского края». Научное издание «Дальневосточный международный экономический форум» материалы в 8 томах./ Том 7. Развитие туризма в Сибири и на Дальнем востоке России. Информационно-коммуникационные технологии на востоке России: состояние и перспективы. Хабаровск, 2006.//- Хабаровск: издательство Тихоокеанского государственного университета, 2006. с. 110-117. 3. С.Н. Иванченко, С.М. Бурков, А.И. Мазур «Итоги деятельности и перспективы развития Хабаровского краевого центра новых информационных технологий». Научный альманах «К 15-летию информатизации образования России на базе центров ЦНИТ» под редакцией А.Н.Тихонова, В.П.Кулагина, Л.А.Крукиер, И.Г.Иголкиной, Ростов 2006. 4. А.В. Мендель, Н.Н. Мазаник «Проблемы, пути и средства формирования региональных информационных ресурсов для сферы образования». Информационно-коммуникационные технологии в образовании Хабаровского края - 2006: опыт, проблемы и перспективы. Часть 1 // Материалы IV краевой научно-практической конференции / Под общ. ред. А.М. Короля, А.В. Коровко, Н.Г. Флейдер. - Хабаровск: ХК ИППК ПК, 2006, с. 28 - 33. 5. А.И. Мазур, Е.А. Мазур, В.Д. Терещенко, П.К. Баканов, А.В. Коровко «Развитие сетевой активности работников образования средствами Интернеттехнологий на примере Хабаровского краевого Интернет-педсовета.» Сборник «Труды Хабаровского отделения академии информатизации образования», изд-во ДВГГУ, Хабаровск, 2005, с. 54 – 58. 6. А.И. Мазур, В.Д. Терещенко, Д.В. Савенков, А.С. Ткаченко, Е.А. Мазур 17
«Информационно-справочный сайт Хабаровской краевой образовательной сети». Сборник «Труды Хабаровского отделения академии информатизации образования» – Хабаровск: изд. ДВГГУ, 2005, с. 67 – 71. 7. С.М. Бурков, Н.Н. Мазаник, А.В. Мендель «Школьный сервер – узел региональной информационной образовательной сети», V краевая научнопрактическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии в образовании Хабаровского края – 2007: опыт, проблемы и перспективы», Сборник докладов. – Хабаровск, 2007, с.24-27. 8. С.М. Бурков, А.И. Мазур, А.В. Мендель «Региональная образовательная информационная сеть и информационные ресурсы регионального назначения», V краевая научно-практическая конференция «Информационнотелекоммуникационные технологии в образовании Хабаровского края – 2007: опыт, проблемы и перспективы», Сборник докладов. – Хабаровск, 2007, с.28-32. 9. А.И. Мазур, С.М. Бурков, А.В. Мендель, В.Д. Терещенко «Проблемы поэтапного внедрения ИКТ в сфере образования на примере Хабаровской краевой образовательной информационной сети», конференция «Электронная Россия на Дальнем Востоке», Сборник докладов. – Владивосток, 2007, с.62-72.
18
УДК 336:004:371 Ю. С. Жулина
ОРГАНИЗАЦИОННО – ФИНАНСОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФЕДЕРАЛЬНОГО ПРОЕКТА «ИНФОРМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ»
Жулина Ю. С. – бухгалтер ММЦ 27304 (Муниципальное учреждение дополнительного образования взрослых «Научно – методический информационный центр») г. Хабаровск Федеральный проект «Информатизация системы образования» (ИСО) имеет статус целевой программы и направлен на поддержку реализации Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, содействие в обеспечении доступности, качества и эффективности образовательных услуг в системе общего и начального профессионального образования.
Хабаровский край один из семи регионов Российской Федерации (республика Карелия, Красноярский, Пермский, Ставропольский, Хабаровский края, Калужская и Челябинская области), который на конкурсной основе отобран в качестве участника федерального проекта «Информатизация системы образования», частично финансируемого за счет средств займа Международного банка реконструкции и развития Правительству Российской Федерации (Соглашение о займе от 7 декабря 2004 г. № 4726-RU). Решение о займе принято Постановлением Правительства Российской Федерации от 4 ноября 2004 г. № 593 «О привлечении адаптационного программного займа Международного банка реконструкции и развития для финансирования программы содействия внедрению информационных и коммуникационных технологий в учреждениях среднего (полного) общего и начального профессионального образования и подписании Соглашения между Российской Федерацией и Международным банком реконструкции и развития о займе для финансирования проекта «Информатизация системы образования». Бюджет проекта составляет 135 млн. долл. США, в том числе: • Средства займа Международного банка реконструкции и развития (МБРР) составляют 100,0 млн. долл. США; 19
• Федеральное финансирование (федеральный бюджет) - 13,6 млн. долл. США; • Софинансирование пилотных субъектов Российской Федерации - 21,4 млн. долл. США. Табл. 1 Плановое распределение средств проекта по регионам Наименование региона Карелия Ставрополь Калуга Пермь Челябинск Красноярск Хабаровск Итого:
Средства займа, долл. США 3 058 769 5 376 086 4 313 593 7 918 986 9 697 348 8 265 085 4 260 733 42 890 600
Софинансирование региона, долл. США 1 529 500 2 688 000 2 157 000 3 959 500 4 848 500 4 132 500 2 130 500 21 445 500
Оставшиеся средства направлены на финансирование общефедеральных активностей, а также на операционные расходы, связанные с администрированием проекта. Подготовительная работа к реализации Федерального проекта «Информатизация системы образования» в Хабаровском крае была начата заранее. Министерство образования Хабаровского края особое внимание уделяло процессам информатизации образования и укреплению материально-технический базы и кадрового потенциала. В ходе подготовки к реализации федерального проекта ИСО осуществлено погружение педагогической общественности в основные идеи проекта. Проделана серьезная работа по нормативно-правовому и организационно-методическому сопровождению проекта. Нормативной правовой основой участия Хабаровского края в федеральном проекте «Информатизация системы образования» являются постановления Губернатора и Правительства края: от 08.01.2004 № 1 «О реализации в Хабаровском крае федерального проекта «Информатизация системы образования»; от 30.01.2004 № 18 «Об утверждении Положения о межшкольном методическом центре в области информатизации образования»; от 06.10.2005 № 119-пр «О Мероприятиях по реализации Основных направлений инвестиционной политики Правительства Хабаровского края на 2003 - 2006 годы и до 2010 года»; от 05.09.2005 № 107-пр «Об основных направлениях развития информационно-коммуникационных технологий на 2006 - 2008 годы в 20
социальной сфере Хабаровского края»; от 22.06.2006 № 96-пр «О мерах по развитию системы общего образования Хабаровского края на 2006 - 2010 годы»; от 28.02.2008 № 67-пр «О дополнительных мерах по информатизации системы общего образования Хабаровского края». Детально проработана цепочка договорных отношений – от договора между Хабаровским краем, Министерством образования и науки Российской Федерации и Национальным фондом подготовки кадров (НФПК) до договоров с главами муниципальных образований городских округов и муниципальных районов и договором между региональным координационным центром и всеми 20-ю межшкольными методическими центрами. Организационную основу взаимодействия системы «Министерство образования и науки Российской Федерации (МОН) – Национальный фонд подготовки кадров (НФПК) - министерство образования Хабаровского края (по доверенности Губернатора Хабаровского края) (МО ХК) – региональный координационный центр (РКЦ) – межшкольные методические центры (ММЦ) – муниципальные органы управления образованием – школы, составляют взаимосвязанные договоры и соглашения: - договор об участии Хабаровского края в проекте «Информатизация системы образования» между МОН, Правительством Хабаровского края и НФПК от 14.03.2005 № 2; - договор на оказание услуг системой РКЦ-ММЦ по реализации проекта «Информатизация системы образования» между НФПК, МОХК и РКЦ от 01.06.2005 № ELSP/C3/Gr/003/02-05 с дополнительными соглашениями №№ 1, 2; - договор на выполнение услуг по формированию у работников образования Хабаровского края базовой педагогической ИКТкомпетентности между НФПК и РКЦ от 01.09.2005 № ELSP/B1/Gr/003/01-05; - комплект из 20-ти договоров о совместной деятельности по реализации федерального проекта «Информатизация системы образования» на муниципальном уровне между МОХК и главами администраций городских округов и муниципальных районов края; - комплект из 20-ти договоров на оказание услуг межшкольных методических центров между РКЦ и ММЦ от 01.07.2005 №РКЦ-ММЦ27*** с двумя дополнительными соглашениями от 2006 и 2007 г.г.; - договоры на оказание услуг по подключению системы РКЦММЦ и предоставлению услуг доступа к сети Интернет между НФПК, МОХК и ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» от 14.09.2005 № ELSP/C2/Gr/002/02-05, от 01.04.2006 № 21
ELSP/C2/Gr/002/02-06; - договоры между НФПК и поставщиками оборудования, отбираемых на основе конкурсных процедур МБРР (ООО «УСП Компьюлинк» № ELSP/C3/01/G/04/ICB/02 от 15.03.2005; ООО «Фирма 2 к» № ELSP/C2/G/06/IS от 27.07.2005; ГОУ ВПО «ТОГУ» № ELSP/C2/Gr/002/02-05 от 14.09.2005; ООО «Амур Холод и К» № ELSP/C2/Gr/013/NS от 28.12.2005; ЗАО «Лаборатория Касперского» № ELSP/C2/Gr/019/ IS от 18.10.2006) - договор на оказание услуг по выполнению функций регионального центра организации апробации (РЦОА) между НФПК и ХК ИППК ПК от 01.09.2005 № ELSP/A3/C/017/06-05 с дополнительными соглашениями №№ 1, 2; - комплект соглашений между ММЦ и школами на предмет взаимных обязательств по реализации федерального проекта «Информатизация системы образования» (апрель 2006г.); - цепочка договоров с физическими лицами на выполнение дополнительных функций штатных совместителей РКЦ, ММЦ, АП (ежегодно более 400 договоров без учета сменяемости кадров). Оперативное управление мероприятиями федерального проекта «Информатизация системы образования» осуществляет министерство образования края посредством подготовки и издания приказов, инструктивных и методических писем. Начиная с этапа подготовки к запуску федерального проекта ИСО, в районы направлено более 200 приказов и инструктивно-методических материалов, посвященных различным аспектам реализации проекта, что свидетельствует о целенаправленной работе по управлению проектом на краевом уровне. Ежегодными законами «О краевом бюджете» предусмотрено софинансирование мероприятий федерального проекта ИСО. Порядок и конкретные объемы финансирования ММЦ устанавливаются Министерством образования Хабаровского края в пределах средств краевого бюджета, предусмотренных на образование. Кроме того, ежегодно Хабаровский край направляет в Национальный фонд отчет о дополнительном вкладе – средствах, затраченных регионом, на сопутствующее обеспечение мероприятий, предусмотренных техническом заданием по проекту ИСО. В дополнительный вклад 2005 – 2007 г.г. включены затраты: - по подготовке помещений ММЦ для работы по проекту (ремонт помещений РКЦ, и других учреждений региона (более 2750 тыс. руб.); закупка мебели для кабинетов РКЦ и других учреждений региона (более 1000 тыс. руб.), выбранных по согласованию с НФПК для реализации Проекта; разработка проектов ЛВС в РКЦ-ММЦ, приобретение пассивного оборудования для ЛВС, монтаж ЛВС (около 11000 тыс. 22
руб.) - по закупке оборудования для ММЦ (услуги склада для хранения оборудования, закупленного в рамках Проекта и поступившего в регион, на период его выдачи (150 тыс. руб.)); организованная доставка оборудования, закупленного в рамках Проекта, со склада для хранения до мест назначения (около 86 тыс. руб.); оплата охранных мероприятий на срок реализации Проекта для организаций, в которые установлено оборудование, закупленное в рамках Проекта - установка решеток, металлических дверей, охранной сигнализации (более 3700 тыс. руб.); согласованная с НФПК закупка компьютерного оборудования для учреждений региона, выбранных по согласованию с НФПК для реализации Проекта (около 4500 тыс. руб.) - текущие затраты ММЦ в ходе реализации проекта ИСО (софинансирование расходов на Интернет трафик для системы РКЦ-ММЦ и других учреждений региона, выбранных по согласованию с НФПК для реализации Проекта; оплата расходов по проезду, проживанию и питанию педагогических работников разного уровня, обучаемых в рамках Проекта; оплата почтовых услуг и услуг связи РКЦ-ММЦ и других учреждений региона, выбранных по согласованию с НФПК для реализации Проекта (около 400 тыс. руб.); оплата части коммунальных платежей образовательных учреждений, на базе которых функционирует РКЦ и ММЦ (в расчете на площади в кв.м., отведенные под службы РКЦ и ММЦ) около 5800 тыс. руб.); оплата целевых мероприятий, организуемых в регионе по согласованию с НФПК и направленных на продвижение Проекта и его результатов (около 10000 тыс. руб.). Наряду с деятельностью системы РКЦ-ММЦ в рамках федерального проекта «Информатизация системы образования» в Хабаровском крае реализуется ряд проектов, исполнителями которых являются отобранные НФПК на конкурсной основе образовательные организации: - проект «Обучение с использованием Интернет для решения задач подготовки школьников на профильном уровне» - исполнитель ГОУ ВПО «Московский институт экономики, статистики и информатики» (около 500 тыс. долларов США); - проект «Организация дистанционных элективных курсов по математике, информатике и физике в 9-х классах на базе и при поддержке Хабаровской краевой заочной физико – математической школы» - исполнитель государственное учреждение дополнительного образования детей «Хабаровский краевой центр технического творчества» (30 тыс. долларов США); - проект «Разработка программ и учебно-методических материалов для подготовки студентов педагогических вузов в области использования цифровых образовательных ресурсов (на базе Лаборатории циф23
ровых образовательных ресурсов и педагогического проектирования ДВГГУ)» - исполнитель ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный гуманитарный университет» (92,5 тыс. долларов США). Средства данных проектов представляют собой цену услуг, оказываемых субъектам сферы образования Хабаровского края, и являются опосредованными инвестициями в краевую систему образования. Муниципальное учреждение дополнительного образования взрослых «Научно – методический информационный центр» (ММЦ 27304) является одним из 20 межшкольных методических центров Хабаровского края. На период реализации в Хабаровском крае федерального проекта «Информатизация системы образования», финансируемого за счет средств займа № 4726-RU, предоставленного Международным банком реконструкции и развития, на основании договора на оказание услуг межшкольного методического центра № РКЦ-ММЦ-27304 от 01.07.2005 между ХК ИППК ПК (РКЦ) и МУ ДОВ «НМИЦ» (БММЦ), методический центр выполняет функции базового межшкольного методического центра в области информатизации образования в целях методической поддержки деятельности образовательных учреждений, административных команд учреждений общего и начального профессионального образования, специалистов методических служб, педагогов по использованию и широкому распространению информационных и коммуникационных технологий. В рамках реализации проекта «Информатизация системы образования» МУ ДОВ «НМИЦ» было получено компьютерное оборудование и товарно – материальные ценности на общую сумму 1599965,33 рублей, в том числе: В 2005 году: На основании контракта № ELSP/C3/01/G/04/ICB/02 от 15.03.2005 , заключенного между НФПК и ООО «УСП Компьюлинк» МУ ДОВ «НМИЦ» получено компьютерное и презентационное оборудование на сумму 1426733,29 рублей. На основании контракта № ELSP/C2/G/06/IS от 27.07.2005 заключенного между НФПК и ООО «Фирма 2К» центр получил активное сетевое и монтажное оборудование на сумму 48542,56 рублей. В 2006 году: На основании контракта № ELSP/C2/Gr/002/02-05 от 14.09.2005 между НФПК, МОХК и ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» МУ ДОВ «НМИЦ» получено оборудование на сумму 23364,00 рубля. На основании контракта № ELSP/C2/Gr/013/NS от 28.12.2005 между НФПК и ООО «Амур Холод и К» получено оборудование на сумму 90666,68 рублей. В 2007 году: На основании контракта № ELSP/C2/Gr/019/ IS от 24
18.10.2006 между НФПК и ЗАО «Лаборатория Касперского» учреждение получило лицензионное антивирусное программное обеспечение на сумму 10658,80 рублей. Оплата услуг по договору на оказание услуг межшкольного методического центра № РКЦ-ММЦ-27304 от 01.07.2005 между ХК ИППК ПК (РКЦ) и МУ ДОВ «НМИЦ» (БММЦ) осуществляется РКЦ на расчетный счет ММЦ ежеквартальными авансовыми платежами при наличии счета на оплату услуг. Суммы авансовых платежей равны величине планируемых расходов, отраженных в смете расходов. Смета расходов ММЦ 27304 включает в себя следующие статьи: вознаграждение специалистов системы РКЦ-ММЦ, включая социальные начисления; командировочные расходы специалистов системы РКЦ-ММЦ; канцелярские товары и расходные материалы для обеспечения деятельности системы РКЦ-ММЦ; повышение квалификации педагогов образовательных учреждений, прикрепленных к сети ММЦ на базе ММЦ; образовательные мероприятия; НДС 18%. Табл. 2 Фактические расходы ММЦ 27304 согласно смете 2005 Вознаграждение специалистов системы РКЦ-ММЦ Командировочные расходы специалистов системы РКЦММЦ Расходные материалы для обеспечения деятельности системы РКЦ-ММЦ Повышение квалификации педагогов образовательных учреждений, прикрепленных к сети ММЦ на базе ММЦ Образовательные мероприятия НДС 18% Услуги банка ИТОГО
2006
2007
2005-2007
262419,35
616998,81
0,00
15383,00
7312,80
22695,80
8309,29
20683,29
35945,35
64937,93
0,00
349183,93
329412,76
678596,69
3193,88
46250,51
68328,06
117772,45
53211,29 792,75 327926,56
190091,56 2852,45 1241443,55
25
646611,72 1526029,88
187334,99 430637,84 3173,51 6818,71 1278119,19 2847489,30
Ежемесячно ММЦ составляет финансовый отчет о расходовании средств, оплаченных по договору и аналитический отчет об эффективности работы центра и выполнении технического задания. Ежеквартально центр составляет отчет «Дополнительный вклад», включающий расходы на обслуживание здания ММЦ. Фактические расходы за 2005 – 2007 г.г., включенные в «Дополнительный вклад»: • Оплата части коммунальных платежей (в расчете на площади в кв.м., отведенные под ММЦ) – 121988,87 руб.; • Оплата охранных мероприятий на срок реализации Проекта – 653350,26 руб.; • Оплата услуг связи ММЦ – 20670,45 руб.; • Закупка мебели для кабинетов – 84195,64 руб. Первый этап Федерального проекта «Информатизация системы образования» заканчивается 30 июня 2008 года. Учитывая позитивные изменения, сложившиеся в системе общего образования Хабаровского края в ходе реализации федерального проекта «Информатизация системы образования» в 2005 – 2008 годах, и в целях дальнейшей поддержки и развития системного внедрения и активного использования информационно – коммуникационных и современных технологий в работе учреждений общего образования Правительством Хабаровского края в Постановлении № 67-пр от 28.02.2008 было предложено: сохранить действующую сеть межшкольных методических центров, созданных в 2005 году; утвердить план дополнительных мер по информатизации системы общего образования Хабаровского края на 2009 – 2011 годы; принять участие в мероприятиях по информатизации системы общего образования Хабаровского края на 2009 – 2011 годы; и др. Второй этап Федерального проекта «Информатизация системы образования», основанный на иных организационно-финансовых механизмах, начнется 01 января 2009 года.
26
УДК 027.7:004 О. Ю. Журавлева ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОНДОМ ЭЛЕКТРОННЫХ ДОКУМЕНТОВ БИБЛИОТЕК Журавлева О. Ю. – заведующая отделом КБИП библиотеки ТОГУ Доля электронных документов в общем объеме библиотечных фондов в последнее время постоянно увеличивается. Управление фондом электронных документов становится одной из основных функций современных библиотек. В каждой библиотеке своя политика формирования фонда электронных документов в соответствии с ее функциями и задачами, учитывающими потребности пользователей. В данной статье рассмотрены основы, характерные для управления фондом электронных документов, свойственные любой библиотеке.
Доля электронных документов в общем объеме библиотечных фондов в последнее время постоянно увеличивается. Это обусловлено как повышением спроса пользователей библиотек на электронные издания, так и удобством хранения и предоставления доступа к ним. Руководству библиотеки необходимо корректно составлять прогнозные и директивные планы. Для выполнения данной задачи руководство библиотеки должно иметь полную информацию о текущем состоянии и эффективности использования фондов электронных документов библиотеки. Кроме того, надо четко выделить наиболее важные цели, которые предстоит решить в плановый период, и меры по их достижению с учетом финансовых, трудовых и технических ресурсов библиотеки. В наиболее внимательном рассмотрении нуждаются вопросы, касающиеся трудовых и технических ресурсов библиотеки. Процесс комплектования электронными документами сильно отличается от процесса комплектования традиционной литературой, в следствии чего необходимо проводить повышение квалификации сотрудников библиотеки и составить необходимые рабочие инструкции. Техническая база, при наличии фонда электронных документов, так же должна отвечать следующим требованиям: в библиотеке необходимо наличие залов электронной информации с достаточным для пользователей количеством АРМ; наличие достаточно мощных серверов и сетевого 27
оборудование (в библиотеке Тихоокеанского государственного университета используется четырех-процессорный сервер (Xeon) и планируется ввод в эксплуатацию системы хранения данных). Предоставляя доступ к электронным полнотекстовым документам, библиотека обязана обеспечить соблюдение авторских прав. Большую часть фонда электронных полнотекстовых документов составляют подписываемые online ресурсы. Как правило, поставщики информации сами обеспечивают соблюдение всех правовых аспектов и доступ к информации, поскольку информация, передаваемая в рамках подписных и лицензионных контрактов, уже не посылается в библиотеку на твердых носителях. Но, тем не менее, при подписке на электронные ресурсы необходимо обращать на эти моменты внимание, а так же, пользоваться услугами надежных организаций. Некоторые библиотеки могут создавать и свою базу электронных документов. К примеру, в библиотеках ВУЗов это может быть база научных и методических работ профессорско-преподавательского состава. Кроме вопросов технического плана необходимо подготовить соответствующие юридические документы и разработать систему доступа к созданным электронным полнотекстовым документам. Отбор документов – это основной процесс комплектования фонда библиотеки. При формировании фонда электронных полнотекстовых документов отбор документов также является неотъемлемой процедурой. Отличием является только наличие различных факторов, определяющих целесообразность приобретения и хранения уже имеющихся документов. Среди факторов, влияющих на принятие решения о приобретении или создании баз электронных полнотекстовых документов, можно выделить факторы определяемые: потребность пользователей библиотеки; схему оплаты, предлагаемую поставщиками; наличие необходимых трудовых, финансовых и технических ресурсов. Данные о потребности пользователей библиотеки в электронных документах основываются на: сборе необходимой информации о различных электронных ресурсах, предлагаемых поставщиками; взаимодействии с кафедрами и другими подразделениями ВУЗа; ведении учета. В библиотеке Тихоокеанского государственного университета активно исследуется доступная информация. Посещаются сайты поставщиков электронных ресурсов, ведущих библиотек России. Обмениваются опытом с другими библиотеками; подписываются на бесплатный пробный доступ к различным online ресурсам. Исследуют удобство поисковых машин порталов поставщиков электронных полнотекстовых документов, оценивают качество предоставляемых ресурсов. Здесь подразумевается оценка электронного документа не по содержанию, а 28
по качеству его отображения, к примеру, при создании электронной копии некоторые не добросовестные поставщики не утруждают себя сохранением формул, графиков, рисунков, в результате электронный полнотекстовый документ теряет свою ценность. Изучают схему оплаты, предлагаемой поставщиками, что необходимо для принятия управленческих решений по комплектованию фонда. Некоторые поставщики предлагают схемы оплаты, где цена подписки может зависеть от количества: пользователей библиотеки, посещений портала электронных ресурсов, открытых документов. Цель данного исследования выбрать наиболее подходящих для библиотеки поставщиков, это актуально в связи с тем, что зачастую различные поставщики предлагают доступ к аналогичным информационным ресурсам. Большое внимание необходимо уделять условиям предоставления электронных документов. При покупке электронных баз данных на CD, DVD – дисках необходимо обратить внимание на лицензию использования. Как правило, на таких дисках находятся полнотекстовые электронные документы (к примеру, ГОСТ, СНИП, статьи, учебнометодические издания), а так же программы для их каталогизации и просмотра. Иногда большие и дорогостоящие базы данных предоставляются с одним ключом и не являются сетевой версией, что дает возможность пользоваться данным электронным ресурсом только на одном АРМ в библиотеке. Сетевая версия предполагает, что при установке серверной части программы на сервере библиотеки, данный электронный ресурс будет доступен на всех АРМ, где будет установлена клиентская часть, при таком варианте так же необходимо обратить внимание на наличие ограничения по максимально-доступным единовременным подключениям. Взаимодействие с кафедрами и другими структурными подразделениями ВУЗа, на примере научной библиотеки Тихоокеанского государственного университета, заключается в предоставлении оперативной и достоверной информации об электронных ресурсах референтам и другим заинтересованным лицам. Регулярно проводится день референта. На сайте библиотеки размещен список всех доступных, на сегодняшний день, баз электронных полнотекстовых документов, предоставляемых поставщиками в режиме online, в новостях отображается актуальная информация о деятельности библиотеки в целом. Заказы формируются в соответствии с учебными и научными потребностями пользователей библиотеки. После чего данные заказы обрабатываются, учитывая располагаемые ресурсы, исключение неоправданной дублетности, а так же представленную информацию о подписываемых ресурсах и их поставщиках. Далее принимается решение о подписке или создании определенных электронных полнотекстовых документов. 29
Кроме того, ведется ознакомление студентов с поисковыми машинами порталов поставщиков электронных полнотекстовых документов. Для получения информации о текущем состоянии и эффективности использования фондов электронных документов можно использовать данные оперативного и статистического учета. Оперативный учет заключается в постоянной, непрерывной регистрации всех фактов библиотечной деятельности и осуществляется в натуральных единицах (количество пользователей, посещений, просмотренных документов, запросов к определенным базам данных) [1]. Статистический учет заключается в получении, группировке и обобщении данных о состоянии деятельности библиотеки (осуществляется на основе государственной отчетности или статистических исследований). Показатели библиотечной статистики – это количественные характеристики того или иного явления или процесса библиотечной деятельности и выражаются они в абсолютных, относительных и средних величинах [1]. Определимся с показателями, на основе которых получим необходимую для принятия управленческих решений информацию. Все исследование построим на теории, применяемой к книжному фонду. Величина фонда электронных документов. Данную информацию предоставляет поставщик электронных ресурсов при подписке на определенные online базы. В случае создания своей базы электронных полнотекстовых документов можно получить посредством программных продуктов, в которых будет вестись электронный каталог данной базы: n
ФЭ = ∑ Фi , i
где ФЭ – величина фонда электронных документов; Фi – величина фонда электронных документов в i-ой базе электронных документов; n – общее количество баз доступных в библиотеке. Объем электронных документов, подписанных или созданных в новом периоде (может выражаться в абсолютных цифрах и процентах): n
Ф НЭ = ∑ Ф НЭi , i
где ФНЭ – объем электронных документов, полученных в новом периоде (за вычетом дублетных документов) путем пополнения уже доступных и подписки новых баз электронных ресурсов; ФНЭi – объем электронных документов в i-ой базе, доступ к которым получен в новом периоде. 30
Объем электронных документов по каким либо причинам выбывших из фонда электронных полнотекстовых документов. n
Ф ВЭ = ∑ Ф ВЭi , i
где ФВЭ – объем электронных документов, выбывших из фонда электронных полнотекстовых документов; ФВЭi – объем электронных документов выбывших из i-ой базы. Число пользователей библиотеки (А). Определяется общим числом студентов, сотрудников и профессорско-преподавательского состава. Перечисленные выше показатели естественны и применяются для книжных фондов библиотек. При работе с электронными полнотекстовыми документами можно определить следующие ключевые показатели использования электронных ресурсов. Для этого за основу можно взять документ 1998 года «Руководства по статистическим измерениям использования сетевых индексированных, реферативных и полнотекстовых ресурсов», разработанный специалистами Международной коалиции библиотечных консорциумов. Выделим следующие важные элементы электронных измерений, включая: количество сессий; количество запросов (поисков); количество отказов; количество открытых электронных полнотекстовых документов. Часть рассмотренных выше показателей можно получить из статистических данных, как правило, предоставляемых поставщиками информации. В случае создания собственных электронных полнотекстовых документов необходимо разработать свою систему по сбору статистической информации. Наиболее общую картину по всем подписываемым и собственным базам электронных документов можно получить следующим образом: организовать доступ ко всем электронным полнотекстовым документам посредством web- технологий. То есть, обеспечить доступ к электронным полнотекстовым документам, хранящимся непосредственно на серверах ЛВС библиотеки в режиме online. Это позволит разработать единую систему сбора статистических данных для всех баз электронных полнотекстовых документов, доступных в библиотеке. Работа данной системы будет заключаться в анализе log-файлов proxy-сервера и генерировать необходимые отчеты, содержащие все необходимые показатели, что даст наиболее полную информацию, на основе которой, в совокупности с данными бухгалтерского учета и заявок, принимаются управленческие решения. Библиографические ссылки 1. Справочник библиотекаря / Науч. ред. А.Н. Ванеев, В.А. Минкина. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2005. - 496с. 31
УДК 378.146: 342.9 А. А. Здоровцева ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ В ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ Здоровцева А. А. – доцент кафедры «Государственно-правовые дисциплины» (ТОГУ), к.ю.н. Внедрение в образовательный процесс инновационных информационных технологий привело к появлению новых форм и методов, как обучения студентов, так и проверки их знаний. Компьютерное тестирование, проводимое на всех этапах подготовки бакалавра, специалиста, магистра и на этапе аттестации высшего учебного заведения требует детального нормативно-правового регулирования на системной основе, ввиду того, что каждый этап характеризуется собственными целями, задачами, субъектным составом, объектом и содержанием.
Управление качеством образования это новая для отечественного образования структурная организация учебно-воспитательной работы ВУЗа. В тоже время это одна из действенных форм контроля ВУЗа при его итоговой аттестации. Одним из способов контроля качества обучения в ВУЗах России является тестирование, которое проводится под руководством федеральных органов исполнительной власти в области образования. При всей привлекательности такой формы контроля для ее становления и развития необходима четкая юридическая основа, поскольку именно нормативно-правовая база должна регулировать все отношения в системе организации и проведения процедуры тестирования как элемента педагогических измерений. Формальные определения качества и количества образовательной продукции, используемые в педагогике, не позволяют однозначно сопоставить им объективные процедуры (технологии) измерения. Нормативно-правовые основы традиционной процедуры оценки «знаний-умений-навыков» в России заложены примерно в тоже время, когда педагогическое тестирование было запрещено нормативными документами. Обычная экзаменационная процедура и пятибалльная оценка качества специалистов ведет свою родословную с середины тридцатых годов 20-го века, когда была осознана неадекватность системы оценки знаний задачам, поставленным перед советской школой. 32
В Постановлении Совета народных Комиссаров и ЦК ВКП(б) от 3 сентября 1935 г. утверждалось, что установленная Наркомпроссами система оценки успеваемости не дает представления о фактических знаниях учащихся и ведет, на практике, к понижению уровня учебы. А потому учебному отделу ЦК ВКП(б) поручалось «разработать, обязательно для всех школ СССР, нормы оценки успеваемости учащихся, с тем, чтобы один и тот же уровень знаний одинаково оценивался во всех школах». Цифровая пятибалльная оценка была введена в советскую школу в качестве начальной меры улучшения дел. Это было сделано Постановлением Совета Народных Комиссаров РСФСР от 10 января 1944 года. Постановление было принято, как там писалось, «в целях более четкой и точной оценки успеваемости» и замены «словесной системы» оценки успеваемости – отлично, хорошо, посредственно, плохо и очень плохо – соответствующей цифровой пятибалльной системой 5, 4, 3, 2 и 1. Интересна деталь – постановлением предписывалось ввести цифровую пятибалльную систему отметок немедленно, со следующего дня - 11 января 1944 г. – от момента публикации [1]. Основные недостатки традиционной процедуры оценки качества обучения можно обозначить следующим образом: • наличие человеческого фактора (субъективизма) в отношениях между учениками, педагогами, родителями, руководства ВУЗа; • сложность ведения мониторинга; • наличие случайных, несистематических ошибок; • экономическая неэффективность; • отсутствие четких математических критериев оценки. Многое из перечисленного может быть преодолено при внедрении автоматизированной процедуры оценки, не несущей эмоциональной окраски и применяемой однообразно ко всем испытуемым. Однако безупречной, общепризнанной системы автоматического контроля качества обучения в настоящее время нет. Представляется целесообразной разработка нормативно-правовой базы организации смешанной оценки учебных достижений[2]. • Контролировать автоматическими средствами знания рутинных сведений, умений, навыков производить стандартные действия – т.е. то что в ВУЗе относится к «зачету». • Контролировать силами специалистов умение мыслить и излагать мысли, а также другие характеристики обучаемого, которые не поддаются контролю со стороны программного автомата, то, что в ВУЗе относится к экзамену. В развитии системы тестирования в России в русле исторического аспекта хронологически можно выделить два этапа: • I этап (1917-1936 гг.) 33
• II этап – начало 70-х гг. ХХ века по настоящее время. Тесты получили наиболее широкое распространение в России в 2030-х гг. В 1925 году при педагогическом отделе Института методов школьной работы была организована тестовая комиссия. В ее задачи входила разработка стандартизированных тестов для советской школы. Весной 1926 года Комиссия составила и выпустила на основе американских образцов стандартизированные тесты для школы по природоведению, обществознанию, счету, решению задач, знанию географической карты, на понимание чтения и правописание. В выступлениях на первой Всесоюзной конференции педагогов в 1927 г., где активно обсуждались вопросы тестирования, отмечено, что «огромная заслуга тестов состоит в том, что они позволяют обычный ответ ученика «Так мне кажется» заменить словами «Я это знаю или я это не знаю». Однако к тридцатым годам в печати развернулась критика этого метода. В условиях набиравшего в 30-е годы силу субъективизма и авторитарного стиля руководства любой случай неправильной практики применения тестов легко идентифицировался с ошибочностью самого метода. Положительные примеры их применения во внимание не принимались. Вышедшее в 1936 г. постановление ЦК ВКП(б) «О педологических извращениях в системе Наркомпроса» негативно сказалось на развитии педологии в целом и тестологии, в частности. Метод тестов был признан буржуазным орудием дискриминации учащихся; на применение тестов был наложен официальный запрет. И в дальнейшем в течение многих лет тестирование официально не признавалось объективным методом и не находило практического применения, что надолго затормозило развитие психодиагностических исследований. Этот период, который можно условно назвать периодом «застоя» в развитии и применении тестов в России, длился фактически до конца 60-х – начала 70-х гг. Нормативно-правовые требования к проведению процедуры тестирования должны включать как минимум следующие положения: • Секретность баз тестовых заданий • Секретность перечней лиц, имеющих доступ к тестовым заданиям; • Запрета несанкционированного доступа к базам тестовых заданий и тестовым программным оболочкам во время их установок, хранения и использования; • Недосягаемости лиц, имеющих доступ к информации о тестах в период их разработки; • Применение специальных методик размещения студентов в аудитории, исключающих возможности взаимного подсказывания, подсматривания и т.д.; 34
• Недопущение несанкционированных подсказок и пояснений со стороны персонала. Нормативно-правовое и техническое обеспечение процедуры тестирования предполагает: • Создание соответствующего нормативного сопровождения (законы, инструкции, положения, приказы); • Отбор, обучение и инструктаж персонала; • Проведение инспекций в произвольное время без предупреждений, в том числе и «инкогнито»; • Оснащение аудиторий видеонаблюдением и сейфами; • Обеспечение мер по выявлению нарушений и административному наказанию виновных лиц. Для обеспечения качественного контроля тестирования, в соответствии вышесказанным, необходимо принять юридические акты, обеспечивающие ответственность за разглашение правильных ответов к заданиям и индивидуальных результатов без согласия граждан. Прозрачность организации тестирования, открытость и доступность, для исследователей и независимых экспертов матриц тестовых результатов (без указания фамилий), по всем учебным дисциплинам и регионам, за все годы. Обязательна также публикация отчетов по разработке тестов по итогам финансовой деятельности центров тестирования. В последние годы для контроля знаний стали использоваться компьютеры, программирование, автоматизацию и тестовые образовательные технологии. Всё это получило широкое распространение в зарубежных странах, а в России формой внедрения оказалось централизованное тестирование, которое определялось, как добровольный, платный процесс оценки уровня достижений выпускников школ. По итогам такого тестирования испытуемым выдавался сертификат, в котором указывалось количество баллов, полученных испытуемым по каждому предмету. В приказах Министерства образования утверждалось, что создан Всероссийский Центр тестирования, имеющий свои региональные представительства и выдающий, за плату, государственные сертификаты поступающим в вузы. Слово «государственный» из приказов затем исчезло, а «негосударственный» так и не появилось, что создавало впечатление неопределенности фактического статуса центра тестирования. Попытка определения централизованного как образовательной услуги порождала цепочку вопросов. Первый из них юридический статус ЦТ. На конференции 1999 года Аванесов В.С. отметил спорный статус ЦТ: оно продолжало оставаться ни государственным, ни частным. Буквально на следующий день после публикации тезисов докладов Цент тестирования прямо на конференции был объявлен государственным учреждением, в соответствии с только что 35
подписанным приказом. Вместе с тем, приказами Минобразования государственное ЦТ выдавало 10% своих «государственных» сертификатов частной фирме "Телетестинг". На вопросы - почему 10%, и на какой юридической, лицензионной, методической, договорной или финансово-компенсационной основе это делалось - ответов не было. Библиографические ссылки 1. Аванесов В.С. Научные проблемы тестового контроля знаний. М.: Иссл. Центр, 1994. – 135с. 2. Морев И.А. Образовательные информационные технологии. Часть 2. Педагогические измерения: Учеб. Пособие. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. – 174 с. 3. Здоровцева А.А. Организация тестирования в высших учебных заведениях // XI Междунар. конф. «Современные технологии обучения», СПб., 20 апреля 2005 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2005. С. 29–31.
36
УДК 001:002:681.3 Ю. Г. Иванищев, С. В. Шалобанов ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОНИТОРИНГА ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗ ДАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВУЗОМ Иванищев Ю. Г. – начальник Учебно-методического управления (ТОГУ), к.т.н., доцент; Шалобанов С. В. – проректор по учебной работе (ТОГУ), д.т.н., профессор Внедрение системы менеджмента качества – одно из условий повышения качества подготовки специалистов. Отличительной особенностью разработанной и внедренной в Тихоокеанском государственном университете системы менеджмента качества является использование автоматизированной системы управления вузом для мониторинга основных процессов и их использование для оценки деятельности подразделений на основе аккредитационных показателей.
Повышение требований к качеству подготовки специалистов и конкуренция на рынке труда – один из побудительных мотивов разработки и внедрения внутривузовской системы менеджмента качества (СМК) подготовки специалистов. Кроме того, нормативные документы Минобразования определяют, что с 2004 года аттестация и аккредитация вуза не возможны без наличия в нем СМК. Поэтому в Тихоокеанском государственном университете (ТОГУ) проведена большая работа по разработке и внедрению внутривузовской системы менеджмента качества [1], направленная на стимулирование подразделений по обеспечению выполнения аккредитационных показатели вуза [2, 3]. Отличительная особенность разработанной СМК − возможность измерения процессов и их мониторинг в информационной автоматизированной системе управления ТОГУ (ИАСУ ТОГУ). Принятые рейтинговые показатели разбиты на 6 групп:
− научная деятельность и её результативность; − издательская деятельность; 37
− квалификация педагогических работников; − подготовка кадров высшей квалификации и повышение квалификации;
− учебная деятельность и методическая работа; − качество подготовки выпускников и их востребованность. Эти группы в общей сложности содержат 37 показателей, из которых 16 являются аккредитационными и служат для количественной оценки деятельности вуза при его комплексной проверке. Пороговые значения этих аккредитационных показателей определяются статусом вуза (институт, академия университет) и действуют с 1января 2006 года [3]. Пороговые значения остальных показателей установлены научно-методическим советом университета. Для расчета рейтинга используются коэффициенты весомости всех групп и показателей, входящих в эти группы. Эти коэффициенты определяются на основе априорного ранжирования факторов. В качестве экспертов выступают заведующие кафедрами и деканы факультетов (институтов). Система предполагает возможность её расширения за счет включения новых групп и показателей. Например, при аккредитации вуза оценивается воспитательная работа. Оценка этого вида деятельности может быть включена как отдельная группа показателей при оценке деятельности подразделения. Причем, эта группа показателей может рассчитываться по независимой экспертной оценке, а итог вводится при расчете рейтинга подразделения в целом. Ниже приведено краткое описание мониторинга основных процессов. 38
Использование баз данных «Студенты ТОГУ», «Студенты института», «Приказы по контингенту» и «Контингент студентов» позволяют в режиме on-line вести учет и принятие решений по движению контингента студентов начиная от поступления студента до выпуска. Использование баз данных «Электронная сессия» и «Рубежный контроль» позволяет на протяжении всего периода обучения осуществлять как персональный мониторинг текущей успеваемости (три контрольных точки за семестр) и промежуточной аттестации (в период экзаменационной сессии), так и мониторинг этих процессов для отдельных подразделений и университета в целом. Проведение такого мониторинга (рис. 1) позволяет проводить анализ хода экзаменационной сессии в сравнении с сессиями прошлых лет, а также принимать оперативные меры по коррекции процесса на уровне кафедр, факультетов и университета в целом. Разработанная база данных УМКД предназначена для оперативного контроля выполнения одного из аккредитационных показателей «Процент учебных дисциплин основных образовательных программ, обеспеченных учебно-методическими комплексами – 100%», характеризует состав учебно-методического комплекса всех дисциплин и позволяет оперативно изменять её наполнение в соответствии с изменением учебно-методического материала дисциплины.
39
90%
80%
70% 2008г. 2007г. 2006г. 2005г. 2008 г. допуск 2007 г. допуск
60%
50%
40% 10.1
17.1
24.1
31.1
7.2
14.2
21.2
28.2
Рис. 1. Сравнительный анализ успеваемости зимних экзаменационных сессий четырех лет
Отличительной особенностью этой базы является заявительный принцип ввода информации с портала кафедры и утвердительный со стороны ответственного за достоверность введенной информации. Кроме того, разработанная база данных по своей сути является общеуниверситетским образовательным порталом и при соответствующей доработке по разграничению доступа может быть использована для дистанционных технологий обучения. Данная система рейтинговой оценки деятельности подразделений прошла опытную эксплуатацию в течение двух лет. На рисунках 2 и 3 приведено графическое отображение результирующих параметров рейтинга подразделений (рис. 2) и аккредитационных показателей (рис.3). Проведенный анализ выявил необходимость совершенствования системы показателей за счет коррекции отдельных показателей, ввода новых, перегруппирования существующих и системы в целом с точки зрения её функционирования.
40
1,2 1,0 0,8 0,6
0,2
Фкис НГиМГ Иняз РФ ДМ ЛМК Химии РКИ ВМ ТТГВ Дизайн СКС Термех ПМиИ ЭТиНЭ АиУ ИЗО ГПиПД ФКиБУ ЭК ИОГП ЭАТ КПСМ СП ЭУС ТЭРА ГВиВ ТОЛП ХТБ УПД Физики ГИЗ МДТТ ЭУХЛК ФиК СМИ АД ЭБЖД ЛПХ ПОВТА ЭиМ ЭУТ МОЛК МК СК МОФ ТД ТИИС ГПД ЭиЭ ДВС ЛПиТМ СПиСР СДМ АиС ВТ
0,4
Рис.2. Обобщенный рейтинг подразделений университета
объём финансирования инвц мтд
МК ИЭУ
нир на единицу ППС число отрслей науки НИР
УМКД
ТОГУ пороговое значение число групп спец
кол-во монографий
континг прошедх повыш квлфкц
ППС с уч ст зв
налич докт дис советов и др
ППС проф
% асп защит дисерт через год
ППС штатных
число аспирантов
число защит дисертаций (кн+дн)
число отраслей научных спец
Рис. 3. Использование лепестковой диаграммы для сравнительной оценки 41
деятельности кафедры, факультета и университета в целом по выполнению аккредитационных показателей
1. Система рейтинговой оценки деятельности подразделений университета на основе аккредитационных показателей должна быть встроенной в ИАСУ ТОГУ за счет использования существующего и разработки дополнительного независимого программного обеспечения (баз данных), позволяющего в реальном режиме времени отслеживать изменение показателей. 2. Обеспечение доступности информации, позволяющей определить место подразделения среди аналогичных подразделений, на факультете и по университету в целом. Каждое подразделение на своем портале должно иметь всю информацию, подтверждающую выполнение по отдельным показателям независимо от места её ввода. 3. Мобильность системы и обеспечение возможности проведения моделирования, например:
− руководством университета – изменение пороговых зна-
42
чений и коэффициентов весомости отдельных показателей, обеспечивающие повышение эффективности различных видов деятельности;
− руководством подразделения – виртуальное изменение фактических значений отдельных показателей и отслеживание соответствующих изменений рейтинга и показателей на фоне других подразделений. 4. Учитывая важность выполнения аккредитационных показателей, необходима разработка система стимулирования, направленная на безусловное выполнение аккредитационных показателей деятельности вуза в целом. Кроме этих показателей, система стимулирования должна учитывать и другие показатели, характеризующие деятельность отдельных подразделений – факультетов, кафедр (как выпускающих, так и общих), а также каждого преподавателя. Основной принцип системы − возможность количественной оценки каждого показателей. Библиографические ссылки 1. Шалобанов С.В., Иванищев Ю.Г., Парфенов А.А. Проблемы внедрения системы управления качеством в ХГТУ.// Проблемы высшего образования: Сб. науч. тр. Под ред. Т.В.Гомза.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. С 43-45. 2. Иванищев Ю.Г., Шалобанов С.В. Рейтинговая система стимулирования обеспечения аккредитационных показатели вуза. // Проблемы высшего образования: Сборник научных трудов / Под ред. Т.В. Гомза. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. С.11-15 3. Приказ Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки № 1938 от 30.09.2005 «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений».
43
УДК 004.78:351.85 В. В. Крюков, К. И. Шахгельдян КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ ВУЗА Крюков В.В. – проректор по ИТ ВГУЭС, проф., д.э.н.; Шахгельдян К.И. – начальник отдела информационных сервисов и корпоративных приложений ВГУЭС, доцент, к.т.н. В работе обсуждается концепция корпоративной информационной среды вуза на базе онтологического подхода. Такой подход позволяет разрабатывать настраиваемую, расширяемую и масштабируемую информационную среду.
Введение Две основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики корпоративной информационной среды (КИС) вуза, связаны, вопервых, со сложностью объекта автоматизации, во-вторых, с частыми изменениями объекта автоматизации и необходимостью адаптации к этим изменениям в сроки, определяемые временными регламентами функционирования объекта. Сложность объекта автоматизации обусловлена сложностью и многообразием бизнес-процессов вуза, сложностью эксплуатации и сопровождения КИС, вызванной многочисленностью связей между различными компонентами среды, сложностью временных регламентов в вузе, опирающихся на регламенты учебного процесса, сложностью организационной структуры вуза и сложностью информационных потоков внутри вуза, сложностью взаимодействия с внешней средой вуза. Частые изменения объекта автоматизации связаны с изменениями систем реального мира, что должно находить отражение в информационных системах вуза, со сменой контингента студентов и сотрудников, что делает невозможным ручное управление учетными записями пользователей КИС вуза, с изменениями в организационной структуре вуза, с расширением точек взаимодействия с различными внешними системами. Концепция КИС вуза Существуют несколько современных подходов к построению 44
КИС: 1. разработка приложений с автоматизацией жестко зафиксированных бизнес-процессов вуза; 2. использование некоторого ERP-решения как единственного инструмента, реализующего всю бизнес-логику предприятия; 3. использование интегрирующих инструментальных средств, позволяющих объединять различные решения на основании данных, приложений и бизнес-процессов. Достоинствами первого подхода являются возможность автоматизации различных бизнес-процессов из разных сфер деятельности вуза и возможность быстрой разработки новой функциональности. Но быстрая разработка возможна только в условиях небольшого числа систем в КИС, когда для обеспечения взаимодействия между данными и системами не требуется больших ресурсов. Адекватным образом поддерживать необходимые изменения в информационных системах с помощью такого подхода невозможно. Это делает решение с жестко зафиксированной проекцией систем реального мира на ИТ-область нежизнеспособным при длительно эксплуатации в ВУЗе. Поэтому в последнее время более популярными становятся подходы, где разработка КИС предполагает, прежде всего, выбор или разработку инструмента ее создания. Достоинствами всех подходов, кроме первого, является то, что они отделяют собственно КИС от средств ее разработки, являясь, по сути, инструментом, который обеспечивает построение КИС. Инструментальные средства в противоположность системам с жестко зафиксированной проекций позволяют упростить решение проблем частого изменения объекта автоматизации, а также проблем, связанных со сложностью объекта. Но приведенные подходы имеют и недостатки. Единая технология класса ERP не позволяет автоматизировать все многообразие задач, стоящих перед вузом, будучи, кроме того, ограниченной с точки зрения масштабируемости. Использование интегрирующих инструментальных средств решает вопрос масштабируемости, но не позволяет привлечь бизнесаналитиков в полной мере к созданию и изменению понятий и процессов в КИС. Использование только этой технологий не уменьшает доли участия программистов в процессе сопровождения и эксплуатации КИС. В основе концепции разработки КИС ВУЗа, разработанной во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса (ВГУЭС), находится онтологический подход, позволяющий создать инструмент, который, используя единое описание всех объектов КИС, решает различные проблемы, стоящие перед разработчиками и бизнес45
аналитиками, которые вовлечены в процесс сопровождения КИС. Инструмент разработки КИС, построенный на базе онтологического подхода, включает базовую функциональную часть, декларативном представление информации, механизме изменения декларативной информации. Базовая часть представляет собой элементарные функциональности, из которых могут быть составлены другие более сложные функциональности. Все, что может быть выделено как общая функциональность, которая используется более одного раза в КИС, реализует функциональный базис. К базовой части так же относятся процедуры интерпретации понятий и отношений между ними. Функциональный базис позволяет в небольшие сроки разрабатывать новые процессы и изменять существующие. Интерпретатор понятий, входящий в базис, позволяет включать вновь созданные понятия в бизнес-процесс без привлечения программистов. Открытость и расширяемость базиса подразумевает механизмы, во-первых, интеграции в семантический базис новой функциональности, во-вторых, предоставление открытого интерфейса к семантическому базису для внешних систем. Декларативное представление информации включает описания понятий КИС (понятий предметных областей деятельности вуза, понятий моделирования бизнес-процессов, понятий ИТ-области), а так же отношений между понятиями внутри области и между понятиями из различных областей. Декларативное описание понятий представляет собой формализм, обеспечивающий поддержку расширения понятий (в том числе и процессов) в КИС. Декларативное описание позволяет повторно использовать данные и бизнес-логику. На основе декларативного описания могут выполняться процедуры интеграции. Механизмы изменения декларативных описаний представляют собой инструментарий, обеспечивающий, создание новых и изменения существующих понятий, установление связей между понятиями, определение ограничений на атрибуты понятия и на отношения между понятиями, а так же удаление понятий. Кроме этого механизм декларативных описаний включает создание и редактирование экземпляров любого из существующих понятий и описание экземпляров отношений между понятиями. Инструмент создания КИС включает функциональный базис, состоящий, во-первых, из управляющих серверных компонентов, обеспечивающий управление работой другими серверными компонентами, реализующими прикладной функционал, во-вторых, из прикладных серверных компонентов, реализующих необходимый базовый прикладной функционал. Часть прикладного функционала является, по 46
сути, реализацией некоторой КИС, но большая часть может быть отнесена к инструментарию. Так, например, функционал, реализующий интерпретацию отношений между понятиями (создание новых отношений на основании существующих, назначение ролей пользователям, на основании отношений, процедуры поддержки качества данных на основании ограничений на экземпляры отношений и т.п.) входит в функциональный базис и соответственно в инструментарий КИС. Инструмент создания КИС включает так же и декларативное описание базовых понятий из различных областей и отношений между ними. Например, понятия ИТ-области (серверы, базы данных, проекты, пользователи, роли, понятия, атрибуты и т.п.) и области управления процессами (элементарные процессы, составные процессы, маршруты, условия и т.п.) входят в базовое декларативное описание инструмента. Понятия предметных областей деятельности вуза не являются принадлежностью инструмента, а принадлежат конкретной КИС ВУЗа. К инструменту принадлежат так же системы, обеспечивающие создание новых понятий и установление отношений между ними, сюда входят и процедуры и создания новых и редактирование существующих экземпляров понятий, извлечения экземпляров понятий. КИС ВГУЭС Информационные системы КИС ВГУЭС разрабатываются на базе описанного выше подхода. В первую очередь выделены системы единой регистрации и управления правами пользователей в отдельные подсистемы, интеграция с которыми осуществляется на трех уровнях – пользователей, данных и приложений. Пользователи, которые регистрируются в единой системе регистрации, являются пользователи корпоративной сети ВГУЭС (учетная запись Active Directory), а так же пользователями КИС (портал и различные информационные системы). Управление правами выполняется на основании корпоративной информации – о подразделениях, должностях, учебных группах, категориях пользователей (студенты/сотрудники/внешние пользователи КИС /школьники /родители/ выпускники/ работодатели). Все информационные системы используют учетные записи и права пользователей, которые формируются в системе управления правами. На уровне данных интеграция выполняется в обе стороны. Вопервых, корпоративная информация в виде понятий предметной области используется для управления правами пользователей. Во-вторых, данные о правах пользователей используются тем или иным способом во внешних к КИС системах, которые интегрируются в КИС. Таким 47
образом решаются задачи интеграции с прокси и почтовым серверами, с интегрированной обучающей средой Аванта, с различными решениями, поддерживающими LDAP-каталог Active Directory. Система управления правами имеет открытый интерфейс для выполнения аутентификации и авторизации пользователей через вебслужбу, позволяющий выполнять интеграцию на уровне приложений. Это интерфейс используется большинством систем КИС, а также сторонними решениями, если есть необходимость в использовании их в КИС вуза. В настоящее время в КИС ВГУЭС зарегистрировано 97% студентов вуза, и 82% сотрудников вуза. 90% систем КИС ВУГЭС (это около 40 систем) поддерживают систему единой регистрации и управления правами пользователей. Во вторую очередь в отдельную подсистему выделена система создания отчетов. Система имеет веб-интерфейс и позволяет создавать отчеты по данным различных систем, в том числе и агрегированные, в табличном и графическом виде. Поддерживается гибкая настройка прав доступа к отчетам. В настоящее время в системе поддерживаются отчеты по различным блокам – учебного процесса, финансовому блоку, блоку управления вузом и учебным процессом, управленческому учету. Использование отдельно-выделенной системы отчетов удобно по многим причинам. Во-первых, такая система не требует глубоких знаний программирования и отчеты легко создают операторы-студенты. Во-вторых, нет необходимости менять действующие системы, и возникновение новых отчетов не требует наличие разработчиков информационных систем. В-третьих, в выделенной системе легче организовать отчеты, в которых требуются логически интегрированные данные из разных систем. И, наконец, гибкая система управления правами позволяет разрабатывать различные отчеты для различных категорий пользователей, не изменяя логику работы основной системы. В третью очередь в виде отдельной подсистемы решена система управления понятиями КИС. Система позволяет создавать различные понятия и их экземпляры централизованным образом. В некотором смысле она заменяет функции создания и редактирования справочников в информационных системах. Система управления понятиями имеет гибкий инструмент создания понятий и установления связей между ними, позволяя создавать внутренние понятия, и использовать внешние понятия, а так же создавать экземпляры понятий путем ручного ввода или путем автоматической репликации данных из внешних справочников. Система управления понятиями обеспечивает работу (т.е. является 48
технологической основной) таких систем как система управления контентом, которая используется на сайте ВГУЭС и сайтах подразделений, а так же в персональных страницах сотрудников, система документооборота, которая позволяет формировать произвольные маршруты и формы документов, а так же система управления бизнеспроцессами с помощью которой реализована система планирования учебного процесса. На базе системы управления понятиями разработано и Хранилище цифровых материалов и сервис уведомления родителей по SMS, а также интеграция в КИС сторонних систем. Еще одной возможностью использования системы управления понятиями является возможность пользователям самостоятельно создавать простые учетные системы и вести учет, используя актуальные данные корпоративных баз данных. Управление правами в системе управления понятиями основывается на системе управления правами и обеспечивает гибкую настройку прав вплоть до атрибута экземпляра понятия. Все разрабатываемые вновь информационные системы КИС ВГУЭС не имеют функций регистрации и управления правами пользователей, функций создания справочников и функций создания отчетов. На базе описанных выше решений (системы единой регистрации и управления правами, система отчетов, система управления понятиями) разработаны: 1. Система планирования учебного процесса, включающая формирование дисциплин и учебных планов, планирование учебных групп, расчет нагрузки на кафедру, формирование графика учебного процесса, расчет штатного расписания. 2. Система “Общежитие”, обеспечивающая автоматизацию задачи поселение/выселение/переселение, начисление оплаты и автоматический учет платежей на базе данных бухгалтерской системы. 3. Система управления контролем доступа, обеспечивающая доступ в помещения университета, в общежитие, на территорию кампуса школы одаренных детей, учет оборота ключей на вахтах, работу турникетов, автоматический учет посещаемости студентов с помощью идентификационных пластиковых карт. 4. Система управление сайтом ВГУЭС и сайтами подразделений. 5. Индивидуальные страницы сотрудников университета, в которых информация извлекается как из корпоративных данных, так и может быть введена преподавателем. 6. Хранилище цифровых материалов, обеспечивающее хранение в произвольном шаблоне описания материала различных материалов учебного, научного, информационного и нормативного направлений – учебно-методические разработки преподавателей, прошедшие издательство, учебные разработки преподавателей, которые требуются на 49
занятия, авторефераты, статьи, монографии, проекты, отчеты, заявки и т.п., а так же различные нормативные документы. 7. Система документооборота – система обеспечивает настройку маршрутов документов, контроль поручений и т.п. 8. Сервис рассылки родителям студентов и студентам SMS сообщений. Другие системы, действующие в КИС ВГУЭС, интегрированы на основе пользователей, данных, приложений или бизнес-процессов. Системы приемной комиссии, учета контингента студентов и договоров, системы учета персонала, бухгалтерского и управленческого учетов интегрируются на основе данных. Системы успеваемости и индивидуальной траектории обучения, учета учебно-методической обеспеченности, система тестирования СИТО, различные сервисы – создания почтовых адресов, смены паролей, публикации нормативных документов, система анкетирования, ГИС-помещения интегрируются на основе данных и пользователей. На основе системы управления понятиями ведутся реестры серверов и программного обеспечения вуза, реестры репликаций их расписания и корректности их выполнения. В ближайших планах развития КИС ВГУЭС – сопровождение систем управления учебным процессом в связи с вводом стандартов 3-его поколения и развития модуля планирования индивидуальной нагрузки преподавателя, развитие систем документооборота, развитие управленческого учета. Выводы Использование онтологического подхода дает возможность, вопервых, быстрого расширения функциональности систем за счет использования готового решения для создания новых понятий и отношений между ними, во-вторых, быстрого расширения отчетов по система за счет использования специализированной системы, в-третьих, быстрой перенастройки автоматизированных бизнес-процессов, вчетвертых, привлечение к выполнению изменений тех специалистовпредметников, которые отвечают за изменения, в-пятых, избавляет разработчиков от решения однотипных задач за счет использования выделенной бизнес-логики.
50
УДК 349 В. П. Кузьмин ЮРИДИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАЖДАНСКОГО ОБЩЕСТВА В РОССИИ Кузьмин В. П. – доцент кафедры «Государственно-правовые дисциплины» (ТОГУ), к.ю.н., доцент В настоящее время в Российской Федерации сформировались необходимые условия для перехода к информационному обществу. Это отмечается и в Стратегии развития информационного общества в России, утвержденной Президентом РФ 7 февраля 2008 г. Целью перехода России к информационному обществу является развитие гражданского общества и демократических традиций, преодоление тех негативных тенденций в экономической, политической и социальной сферах, которые сложились в стране в девяностые годы.
Для успешного развития общества необходимо обеспечить сбалансированное использования трех видов ресурсов - материальных, энергетических и информационных. При создании системы информационного обеспечения любого вида деятельности основное внимание следует уделять формированию не только организационных, методологических, программнотехнологических и технических, но и правовых основ обеспечения функциональной совместимости и сопоставимости данных, имеющихся в системе для решения управленческих проблем /1/. Под информационным обеспечением процесса формирования гражданского общества понимается согласованная деятельность элементов структуры политической системы общества, осуществляемая ими в пределах своих полномочий в трёх основных направлениях: - создание информации, формирование баз данных и их распространение; - разработка и применение информационных технологий; - создание и применение средств и механизмов информационной безопасности. Именно в этих направлениях и осуществляется государственное регулирование в информационной сфере /2/. 51
Сегодня существует необходимость правового закрепления целого ряда понятий и терминов, широко применяемых в информационной сфере. «Информация - это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления» /3/. Такое определение информации содержалось в федеральном законе «Об информации, информатизации и защите информации» 1995 года. Однако оно не содержало основных признаков информации и не выражало её юридической сущности. Не все данные могут быть востребованы, а лишь те, которые содержат новизну. Абстрактные или общеизвестные сведения не обладают потребительскими свойствами и не могут иметь юридической сущности. Если информацию рассматривать как юридическое явление, то необходимо выделить именно её юридические признаки, определить её юридическую сущность. К сожалению, новый федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и защите информации» 2006 года не внес необходимых изменений. Теория информации начинается с работ К. Шеннона, который под информацией понимал не любые сообщения, а лишь те, которые уменьшают неопределенность у получателя этого сообщения /4/. Учитывая функциональную и смысловую нагрузку информации, можно определить её как сведения об окружающем мире, которые уменьшают существующую в отношении него степень неопределенности, отчужденные от их создателя и ставшие сообщениями, воспроизводимыми путем передачи субъектами устным, письменным, либо другим способом. В таком понимании информации заложены основные юридические признаки информации: - информация – это не любые сведения, а лишь те, которые несут нечто новое, уменьшающее имеющуюся неопределенность; - информация существует вне её создателя, это отчужденное от него знание; - информация является сообщением, так как она выражена на определенном языке в виде знаков; - информации неисчерпаема, она может иметь неограниченное число пользователей, использоваться неограниченное число раз и при этом оставаться неизменной. Сообщение может быть записано на материальном носителе, таким образом, оно является формой передачи информации и может передаваться в каналы общественной коммуникации, воспроизводиться без участия автора, быть доступным для неограниченного круга субъектов. Информация может являться объектом публичных, гражданских и иных правовых отношений. 52
В то же время, информация не материальна. Она конструируется человеком в соответствии с его потребностями, интересами, целями. Перенос информации на материальный носитель не материализует ее. Материален лишь носитель информации. Идеальный характер информации усложняет процесс правового регулирования информационных отношений, ограничивает возможность распространения на информацию института вещной собственности. Несмотря на то, что носитель информации является вещью, информация в правовом смысле не может рассматриваться как вещь. Получение информации не может обеспечить полный объем вещных прав на неё – владение, пользование и распоряжение. Право собственности распространяется только на материальный носитель информации. При этом приобретатель получает возможность пользоваться и распоряжаться информацией, но и поставщик информации имеет возможность пользоваться этой же информацией, даже если договором будет установлено ограничение на её распространение. Также не всякая информация попадает под понятие «охраняемые результаты интеллектуальной деятельности и средства индивидуализации» /5/. Законодатели пытаются выйти из положения, применяя термин «обладатель информации», сформулировав особый правовой режим информации, который нашел свое отражение в Федеральном Законе «Об информации, информационных технологиях и защите информации». /2/ В гражданском кодексе термин «обладатель» означает наличие каких либо прав, а так же материализованных свидетельств таких прав (патенты, лицензии и т. п.) /5/. Обладатель информации - лицо, самостоятельно создавшее информацию либо получившее на основании закона или договора право разрешать или ограничивать доступ к информации, определяемой по каким-либо признакам. Данная конструкция позволяет решить вопрос о принадлежности информации и правомочиях ее обладателя. Кроме того, детализирована конструкция передачи информации по договору другому лицу полностью либо частично. Ограниченность данного в законодательстве определения информации заключается в том, что качественной характеристикой информации, имеющей принципиальное значение как объекта правоотношений, является ее потребительская стоимость, т. е. значимость для конкретного субъекта. Ценность информации не может ставиться в зависимость от стоимости её носителя. Она выражается в стоимостных характеристиках тех последствий, которые следуют за получением ин53
формации. Государство и общество соотносятся между собой как часть и целое. Соотношение общества и государства опосредовалось неоднородностью самого общества. Общество возникло на той ступени развития человечества, когда появились первые попытки осмысленного регулирования межличностных отношений на основе осознания человеком своего места в природе и первобытном коллективе, поиска компромисса между интересами индивидов. Динамика соотношения общества и государства основывается на изменении форм собственности и разделении труда. Примитивные формы собственности и разделения труда приводили к полному огосударствлению общественной жизни. При докапиталистическом строе сословно-кастовое государство практически совпадало с правящей элитой общества, и было обособлено от основной массы населения. Государство и общество рассматривались как одно целое. Государственный аппарат формировался здесь только из представителей высших сословий, а само общество держалось на государственно-правовой регламентации и охране сословных привилегий. Таким образом, господствующие сословия осуществляли функции государственной власти. Государство и общество отождествлялись именно с этими сословиями. Вопрос о гражданском обществе был исторически поставлен как вопрос о наиболее разумной и целесообразной организации межличностных отношений, о новом этапе цивилизации. Гражданское общество складывалось в процессе ликвидации сословного неравенства и снижения влияния государства на производственные и межличностные отношения. Государство представляет особый социальный организм, со своей структурой, специфическими интересами, своеобразным мышлением и психологией государственных служащих. Оно стремится к господству над обществом и достигает его, когда государственнобюрократический аппарат преследует цели закрепления своего привилегированного положения, ограничивает права и свободы личности, насаждает единомыслие, восстанавливая, таким образом, отношения, свойственные сословно-кастовому обществу. Гражданское общество по своей природе недостаточно организовано. При отсутствии социальной основы гражданского общества – среднего класса представительные учреждения имеют склонность к превращению в декоративные придатки государственной власти. Общественное мнение в таких случаях заменяется абстрактными идеями, насаждаемыми с использованием всего арсенала средств, подконтрольных государственно-бюрократическому аппарату или представи54
телям правящей элиты. При безраздельном монопольном господстве бюрократической государственной и олигархической собственности, которое требует наличия жесткой административно-командной системы государственного управления, сформировать правовое государство и гражданское общество невозможно. По характеру доминирующей роли государства Россия была ближе к восточному типу обществ, но в России эта роль в силу ряда исторических, природно-географических и геополитических причин была выражена еще рельефнее, и это накладывало отпечаток на все отношения - экономические, социальные, культурные, политические. В то же время, либерализация экономических отношений не должна означать полный уход государства с экономического поля. Государство должно осуществлять экономическое регулирование, уравновешивать баланс интересов между конкурирующими субъектами. В этих условиях доверие к власти становится категорией не только идеологической, но и экономической. Одновременно и властные структуры должны знать и учитывать общественное мнение. Законодательство предусматривает два вида передачи информации: - предоставление информации - действия, направленные на получение информации определенным кругом лиц или передачу информации определенному кругу лиц; - распространение информации - действия, направленные на получение информации неопределенным кругом лиц или передачу информации неопределенному кругу лиц /2/. Стихийное распространение информации может создать определенное напряжение в обществе, спровоцировать конфликты. Угрозы в информационной сфере остро ставят вопрос обеспечения информационной безопасности. Обеспечение информационной безопасности в процессе формирования гражданского общества, представляющее собой состояние защищенности сбалансированных интересов личности, общества и государства в информационной сфере от внутренних и внешних угроз, приобретает практически первостепенное значение. Информация должна защищаться от уничтожения, модификации, подмены, копирования, несанкционированного доступа и блокирования. Когда мы говорим о безопасности чего-либо или кого-либо, необходимо рассматривать два плана: внутренний - состояние защищенности от внешних угроз и внешний - безвредность для окружающих. Обеспечение информационной безопасности следует понимать как комплекс организационно-правовых, технических и физических мер, гарантирующих право на информацию, защиту общества от негативной 55
информации, безопасность, целостность, конфиденциальность и доступность информации. Понятие «безопасность информации» необходимо рассматривать в двух аспектах: - безопасность содержательной части информации - отсутствие в ней побуждения человека к негативным действиям, в т. ч. умышленно заложенных механизмов негативного воздействия на человеческую психику; - защищенность информации от внешних воздействий и несанкционированного распространения. Существует возможность искажения информации по мере ее движения. Это связано не только с чьим-либо умыслом, но и со способностью и готовностью субъектов к ее адекватному восприятию. Защита информационной сферы от угроз воздействия вредной, опасной, недоброкачественной, недостоверной, ложной информации, дезинформации, от нарушений порядка распространения информации, предупреждение попыток сокрытия информации, представляющей угрозу обществу, составляет важную часть информационной деятельности. Правовую основу этой деятельности обеспечивают статьи 29 и 41 Конституции Российской Федерации, гарантирующие свободу массовой информации, декларирующие ответственность за сокрытие должностными лицами фактов и обстоятельств, создающих угрозу для жизни и здоровья людей, запрещающие пропаганду или агитацию расового, национального, религиозного превосходства /6/. В качестве одной из наиболее актуальных угроз по масштабам разрушительного воздействия на общество можно назвать коррупцию. Она подрывает веру граждан в справедливость, порождает социальную напряженность, а также препятствует устойчивому и поступательному развитию страны /7/. Коррупцию невозможно искоренить без участия гражданского общества. В этом плане, несомненно, важной является доработка и реализация правовых норм по вопросам доступа к информации, особенно к информации о деятельности государственных органов, так называемой публичной информации. Решение этой проблемы необходимо в целях обеспечения прозрачности деятельности органов государственной власти, что является обязательным требованием по международным обязательствам, вытекающим из конвенций ООН и Совета Европы по борьбе с коррупцией. Однако рассмотренный в первом чтении Государственной Думой Федерального Собрания РФ проект федерального закона "О доступе к информации о деятельности органов государственной власти и местного самоуправления" еще весной 2007 г. до настоящего времени не принят. 56
22 июля 2000 г. на о. Окинава Великобритания, Германия, Италия, Канада, Россия, США, Франция приняли Хартию Глобального Информационного Общества /8/. В этом документе устанавливаются основные принципы вхождения государств в такое общество. Хартия является важнейшим документом, призванным организовать и активизировать деятельность стран на пути активного формирования глобального информационного общества. 7 февраля 2008 г. Президентом РФ утверждена Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации, в которой закрепляются цель, задачи, принципы и основные направления государственной политики в области использования и развития информационных и телекоммуникационных технологий для продвижения страны по пути формирования и развития гражданского общества. В числе основных задач, требующих решения для достижения поставленной цели, выделены: совершенствование системы государственных гарантий конституционных прав человека и гражданина в информационной сфере; противодействие использованию потенциала информационных и телекоммуникационных технологий в целях угрозы национальным интересам России /9/. Стратегия является политическим документом и направлена на реализацию положений Окинавской Хартии глобального информационного общества и итоговых документов Всемирной встречи на высшем уровне по вопросам информационного общества (Женева, 2003 г., Тунис, 2005 г.). Субъектам информационных правоотношений достаточно сложно учитывать все законодательство по вопросам, составляющим юридическое содержание этих отношений. Выполнить такую задачу нелегко в связи с тем, что действующие нормы права, касающиеся информационной сферы, разбросаны по правовым актам различных отраслей законодательства. Современный этап развития законодательства в информационной сфере характеризуется дальнейшим разрастанием нескоординированных правовых актов, дублирующих или нередко содержащих противоречивые нормы /10/. Принятие Федерального закона «Об информации, информационных технологиях и защите информации» не решило проблему систематизации информационного законодательства. В быстро развивающейся информационно-телекоммуникационной сфере правовое регулирование требует также должной динамики и взвешенного системного подхода. Существует настоятельная необходимость принятия информационного кодекса.
57
Библиографические ссылки 1. Иванова Е. Проблемы информационного обеспечения органов управления // "Финансовая газета", № 18, май 2007 г. 2. Федеральный закон от 27.07.2006 г. № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и защите информации» // СЗ РФ 2006. № 31. (1 ч.) Ст. 3448. 3. Федеральный закон 20.02.1995 г. «Об информации, информатизации и защите информации» // СЗ РФ 1995. № 8. Ст. 609. 4. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетики / К.Шеннон. М.: Изд-во иностр. литературы, 1963, - 830 с. 5. Гражданский кодекс РФ Ч. 4 // Собрание законодательства РФ. – 2006. – № 52 (Ч.1). – Ст. 5469. 6. Конституция Российской Федерации. М: Мысль, – 1993. 7. Патрушев Н. П. Особенности современных вызовов и угроз национальной безопасности России // "Журнал российского права", № 7, июль 2007 г. 8. Окинавская Хартия глобального информационного общества от 22 июля 2000 г. // Дипломатический вестник. – 2000. № 8. С. 51-56. 9. Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации (утв. Президентом РФ 7 февраля 2008 г. № Пр-212) // "Российская газета" от 16 февраля 2008 г. № 34. 10. Полякова Т.А. Совершенствование информационного законодательства в условиях перехода к информационному обществу // "Журнал российского права", № 1, январь 2008 г.
58
УДК 37.03 А. Е. Поличка ОРГАНИЗАЦИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ИНФОРМАТИЗАЦИИ РЕГИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ Поличка А. Е. – проф. кафедры «Математика» (ДВГГУ), д.п.н., к.ф.-м.н., доцент На основе анализа опыта Дальневосточного федерального округа разработаны основы организации системы подготовки кадров информатизации образования с учетом региональных условий.
Для описания организационных аспектов подготовки кадров информатизации региональной системы общего образования (ИРСОО) выберем основой изучение опыта информатизации образования как практики деятельности органов управления образованием субъекта федерации по проектированию процесса информатизации через нормативные акты. Исследование информатизации на основе анализа соответствующих документов органов государственной власти местного самоуправления позволяет представить содержание нормативного обеспечения подготовки кадров информатизации образования в виде процесса, «на входе» которого выступают документы (федеральные законы, а также концепции, программы, письма, принятые федеральными органами исполнительной власти), которые определяют федеральную политику в области информатизации системы общего образования, а также устанавливают компетенцию органов государственной власти субъектов федерации и органов местного самоуправления в данной сфере. Положения, определяемые федеральными документами, преобразуются, исходя из компетенции субъектов федерации и «на выходе» появляются положения региональной информатизации, закрепленные в документах региональных государственных органов власти и органов местного самоуправления. Аналогичный нормативно-правовой подход применим при рассмотрении деятельности работников системы образования: на муниципальном и локальном уровнях [1, 2]. Нормативно-правовой подход также применим для построения методической системы подготовки 59
учителей информатики. Именно на основании этот подхода в системе подготовки учителя выделяется подсистема, определяющаяся нормативными документами. На уровне подготовки учителя это приводит к необходимости преподавателям выделить соответствующую нормативную часть системы такой подготовки. На основании нормативных документов определяются нормативные составляющие цели, содержания образования, методов обучения, средств обучения, процесса контроля. На уровне практической деятельности учитель обязан знать и уметь реализовывать государственные требования по всем элементам системы обучения и определять эти нормативные составляющие. На основании избранного подхода процессы на этих двух уровнях проектируются в виде описанного процесса переработки информации. Кроме того, на каждом указанном уровне выделяется возможность вариативной трактовки нормативных требований и учет различных видов ресурсов проектировщиками, при подготовке учителей преподавателями вузов и учителями в их практической деятельности. Вариативные части методических систем обучения разных уровней требуют привлечения достижений науки и опыта работы. В этих системах в свою очередь выделяется нормативная и вариативная составляющие. Под нормативной частью в этой системе подразумевается использование достижений педагогической, психологической и других наук. Содержание вариативной составляющей будет складываться по мере педагогического опыта конкретного учителя. Анализ показал, что при деятельности региональных органов управления образованием в Дальневосточном федеральном округе в разных условиях, в организации подготовки кадров информатизации образования выделяются общие направления деятельности органов управления образованием по обеспечению освоения на всех уровнях непрерывного образования новых информационных технологий в обучении и воспитании; выделению и планированию раздела «Информатизация подготовки и переподготовки педагогических и управленческих кадров»; созданию и внедрению учебно-методических комплексов по использованию средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в подготовке педагогических кадров; введение в педагогических вузах новых специальностей в области применения ИКТ; разработке учебных программ и программно-методических комплексов по переподготовке педагогических кадров в системе региональных институтов повышения квалификации; созданию сети учебных центров по подготовке и переподготовке педагогических кадров в области использования средств ИКТ; организации и проведению курсов повышения квалификации управленческих кадров; созданию информационно-аналитической системы в области педагогического образования; 60
разработке компьютерно-ориентированных технологий подготовки профессионально-педагогических кадров для системы профессионально-педагогического образования. Изучение реализации нормативно-правового подхода, создания нормативных документов и согласования научных подходов и нормативно-правовой практики подготовки кадров информатизации образования позволило выделить следующие особенности координации деятельности уровней региональной системы образования: • выделение во всех регионах в методологии управления общего государственного подхода централизованного управления, направленного на определение видов деятельности для различных уровней управления; • выделение потребности описания обязанностей и полномочий органов управления: на региональном уровне по исполнению федеральной политики и определению региональных особенностей; на муниципальном и локальном уровнях по исполнению делегированных государственных полномочий и использованию возможностей местного самоуправления; • выделение состава организационно-методических мероприятий и документов для региональных, муниципальных уровней управления образованием и уровня образовательного учреждения; • развитие информатизации образования в условиях стремительных изменений информационных отношений, включающих новых субъектов процесса, порождающих новые элементы правоотношений и неопределенность в организационно-правовых вопросах регулирования информатизации; • выявление в регионах попыток по разработке органами управления образованием субъекта федерации федеральных нормативных документов и своих решений; • малое использование научных подходов к управлению подготовкой кадров ИРСОО, приводящее к отличию описаний полученных результатов от формулировок, описывающих постановку целей. Основной характеристикой состояния ИРСОО выделим наличие в региональной составляющей ИРСОО признаков того, что этот процесс информатизации органами управления образованием не достаточно управляем. Анализ позволил в структуре многоуровневой подготовки кадров информатизации системы общего образования в региональных условиях выделить следующие особенности: • недостаточное финансирование и ресурсная поддержка муниципальных управленческих и методических структур; 61
• недостаточная разработанность: состава методического обеспечения координации деятельности уровней региональной системы образования по подготовке кадров в условиях региона; нормативных документов федерального и регионального уровней по вопросам ИРСОО; требований к структуре многоуровневой подготовки кадров ИРСОО с использованием различных форм обучения, типов и видов образовательных учреждений, лицензирования специальностей и специализаций, обеспечения самообразования; методического обеспечения соответствия содержания подготовки кадров ИРСОО относительно уровней региональной системы образования; методических рекомендаций по проектированию целевых программ для реализации многоуровневой подготовки кадров ИРСОО на разных уровнях образования. Особенности достижения соответствия содержания подготовки кадров информатизации общего образования относительно уровней образования в регионе выделим на основе использования в содержании подготовки на всех уровнях образования общих признаков процесса информатизации региональной системы общего образования и инновационного процесса. К этим особенностям отнесем: • выделение целей по созданию методологии управления информатизацией: создание опорных учебных заведений по изучению и внедрению ВТ с первоочередным их оснащением ВТ; создание инновационных моделей работы школы, доступных для использования в школе и последующего распространения на уровне республиканских, региональных и муниципальных программ обновления работы школы; • выделение причин неудач процесса информатизации, связанных с недостаточной обеспеченностью общеобразовательных учреждений средствами информационно-вычислительной техники; малым количеством школ, подключенных к телекоммуникационным сетям; отсутствием действенной нормативно-правовой базы; сильной зависимостью освоения ИКТ в школах от условий конкретного учебного заведения; • выделение таких направлений работ по информатизации общего образования, как: интеграция образовательного процесса по схеме «школа-вуз»; изменение содержания и качества образования в области информатики; создание информационной среды и единого образовательного пространства; • использование в Дальневосточных регионах при организации ИРСОО как централизованного государственного подхода, так и различных ресурсных возможностей регионов, выделение потребности кадров ИРСОО в самовыражении и поиске новых подходов деятельности по использованию средств ИКТ; • организацию работы по определению базовых школ и межшкольных компьютерных центров ИРСОО в регионах (Республика Са62
ха (Якутия), Хабаровский край, Амурская область, Еврейская автономная область и системе дополнительного образования; • организацию работы в компьютерных классах школ помимо проведения уроков информатики внеклассной работы по информатике и по другим предметам, игровых кружков для школьников младшего и среднего возраста, а также в ряде учреждений дополнительного образования (Хабаровский край); • необходимость изменения содержания образования на современном этапе, определения соотношения традиционных составляющих учебного процесса и новых информационных технологий, новых взаимоотношений учащегося, учителя и образовательной среды; • необходимость на основе концепции обновления содержания образования, методов и форм организации учебного процесса формирования перечня необходимых электронных средств обучения с учетом интеграции их с учебными средствами на традиционных носителях. Для изучения особенностей проектирования подготовки кадров информатизации образования рассмотрим зарубежный опыт реализации информатизации образования в регионах. В зарубежной практике выделяется необходимость учета мнения населения регионов. Анализ проектирования подготовки кадров информатизации образования в регионах Дальневосточного федерального позволил выявить особенности этой деятельности в регионах. Приведем их описание. • Необходимость создания сети учебных центров по подготовке и переподготовке педагогических кадров в области использования новых информационных технологий в системе общего среднего образования России, организации и проведения курсов повышения квалификации управленческих кадров. • Необходимость создания специальных органов по реализации ИРСОО. • Участие в реализации ИРСОО разных уровней управления образованием, специфично трактующих этот процесс. • В проектировании каждый регион идет по своей технологии. В регионах работники управления принимали специальные организационные решения. Так, в Хабаровском крае [15] в целях создания организационной инфраструктуры для решения задач информатизации образования, концентрации современных технических, научнометодических и кадровых ресурсов информатизации развернута муниципальная сеть базовых учреждений в области информатизации. • Документы по информатизации образования разных уровней слабо ориентированы на интересы работников образования и коллективов школ. 63
• В регионах при организации подготовки кадров информатизации недостаточно используются достижения современной теории управления по реализации программно-целевого подхода, а также достижения в области проектировочной деятельности. Это приводит к нарушениям реализации этапов проектирования. Именно на уровне общего образования не произошло четкого разграничения полномочий и видов деятельности, а, главное, и определения структуры контроля процесса информатизации. На каждом этапе информатизации общего образования остаются актуальными традиционный список проблем ИРСОО: недостаточная обеспеченность современным компьютерным и программным обеспечением; отсутствие средств сетевого взаимодействия и выхода в глобальную сеть и неудовлетворительное их использование; отсутствие в школах штатных специалистов в области информатики; отсутствие целесообразного применения средств ИКТ и особенно сети Интернет, как средств решения основных ее задач в период формирования новых социально-экономических условий жизни общества; не разработана система дополнительного образования с внедрением новых информационных технологий в содержание дополнительного образования детей по различным образовательным программам; мало внимания уделяется реализации дистанционного обучения по различным видам детского и юношеского творчества учащихся; недостаточно учитывается специфика сельской школы. • Выявлена потребность рассмотрения информатизации школы как средства решения ее насущных проблем. Для сельской школы основной проблемой является ее выживание. Так, в работе предлагает несколько стратегий реформирования сельской школы: «многообразие на селе», «сетевое взаимодействие» и «социальное партнерство». Сельские школы Хабаровского края ориентировались на стратегию сетевого взаимодействия [58]. Они прошли путь от участия в Соросовских проектах, систем обучения проектной деятельности Intel до участия в федеральной программе «Информатизация системы образования». Такая модель спроектирована на примере группы школ Еврейской автономной области. Исследование достижений теории управления позволяют выделить особенности деятельности органов управления образованием субъекта федерации по проектированию процесса информатизации через нормативные акты. Приведем их перечень. • Особенность определения государственной региональной политики в регионах в зависимости от уровня представлений работниками органов управления образованием об их полномочиях и от видения ими своих проблем. Уровень власти по описанию нормативного поля и принятия решений по информатизации образования регионам разно64
родный (исполнительная, законодательная и др.). Различается и широта привлечения научных сил научно-исследовательских институтов и вузов региона по участию в разработке документов по ИРСОО. Можно отметить преобладание «регионального направления» в определении политики ИРСОО. Процесс ИРСОО в Дальневосточных регионах демонстрирует поиск, как использования государственного централизованного подхода, так и различных ресурсных возможностей регионов. • Особенность определения законодательного поля обеспечения информатизации образования по направлениям: создание аналогов федеральных законов в области информатизации образования; проектирование своих вариантов документов на основе федеральных рекомендаций; реализация принципа последовательного развития своих нормативных документов с привлечением на каждом этапе необходимых для региона документов федерального уровня. • Особенность создания механизма перестройки работы школы на основе разработки, оценки, распространения и освоения педагогами средних учебных заведений всех типов новых педагогических технологий, включающих в едином комплексе содержание, методы, организационные формы учебно-воспитательного процесса и применение средств ИКТ. • Особенность описания достижений всей РСОО, на которые влияет на положительное развитие школьной информатики: активное использование помимо изучения компьютерно-ориентированного курса информатики новых информационных технологий при изучении других учебных предметов; появление учебных курсов, в которых использование компьютеров заложено уже при их создании; организация школьных медиатек; распространение использования телекоммуникаций; количество учащихся, работающих над совместными проектами в рамках различных межрегиональных и международных программ; степень участия российских школьников в международных олимпиадах по информатике. • Особенность определения структуры целей информатизации образования в стране: концептуальная часть федерального уровня, в которой, исходя из федерального уровня представлений, указываются направления и перспективы процесса информатизации образования; технологическая часть федерального уровня, в которой указываются направления и организационные структуры с их видами деятельности на федеральном уровне; рекомендательная часть для концепций регионов; рекомендательная часть для программ регионов. Влияние целей проектирования ИРСОО на содержание подготовки учителей определяется изучением логики развития положений федеральных докумен65
тов, определяющих государственную федеральную политику проектирования ИРСОО и введения в школу предмета «Информатика». Изучение результатов научных исследований и проведенный анализ опыта работы органов образования в регионах позволил выделить на всех этапах ИРСОО в деятельности органов управления образованием в регионе по организации подготовки кадров ИРСОО следующие направления: использования средств ИКТ на всех уровнях непрерывного образования; проектирования процесса подготовки кадров информатизации региональной системы общего образования при условии осуществления координации деятельности образовательных учреждений региона по подготовке кадров информатизации образования; взаимного соответствия подготовки кадров информатизации образования на уровнях образования в регионе. Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что не исследованы вопросы согласования проектирования инновационной деятельности и информатизации образования в регионах, а также вопросы научнометодического обеспечения управления инновационными процессами при организации информатизации образования на разных уровнях образования. Ввиду выделенных особенностей деятельности органов управления образованием в регионе введем понятие организации многоуровневой подготовки кадров ИРСОО, под которой в данном контексте будем понимать процесс выбора и осуществления целенаправленных действий по координации деятельности уровней региональной системы образования, достижению взаимного соответствия функционирования ее частей, проектированию подготовки кадров ИРСОО в экономико-географических, социально-культурных и техникотехнологических условиях региона. В современных исследованиях и в практике организации подготовки кадров ИРСОО выделим направления: моделирования системы методической деятельности для работников образования по информатизации образования в регионе; использования современного компьютерного оборудования для организации системы непрерывного повышения квалификации педагогических и управленческих работников по использованию средств ИКТ; выявления особенностей профессиональной подготовки педагогических работников в условиях внедрения средств ИКТ в массовой школе; подготовки учителей информатики к управлению информатизацией образовательного учреждения. Вместе с тем, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что основном, каждый отдельный региональный подход к подготовке кадров не имеет достаточно обоснованной теоретической базы и представляет набор программ, ориентированных на технико66
технологические аспекты применения средств ИКТ в деятельности учителя или администратора образовательного учреждения. Кроме того, в настоящее время недостаточно исследованы следующие вопросы: обобщение опыта деятельности региональных органов управления образованием по информатизации образования; влияние процесса проектирования информатизации на подготовку кадров ИРСОО; воздействие ИРСОО на изменение системы подготовки учителей-предметников и специалистов управления образованием. В этом аспекте выделим предпосылки совершенствования организации подготовки кадров информатизации региональной системы общего образования в органах управления образованием (опыт совместной работы специалистов различных уровней образования в регионе по реализации федеральных и региональных грантов, межведомственных проектов; создание информационной среды и единого образовательного пространства региона; интеграция образовательного процесса по схеме «школа-вуз») и в образовательных учреждениях (изменение содержания и качества образования в области информатики в соответствии с информатизацией образования; расширение педагогическими вузами набора реализуемых специальностей и специализаций). Библиографические ссылки 1. Поличка А.Е.Основы кадровой политики для обеспечения инновационных подходов к процессу информатизации общего образования в регионах // Ученые записки ИИО РАО. – 2006. – Вып. 19. – С. 160-163. 2. Поличка А.Е. Проектирование информатизации общего образования в регионе с учетом многоуровневой подготовки кадров // Ученые записки. В. 21. Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании. – М.: ИИО РАО, 2006. – С. 5-7.
67
УДК 621.394.6 А. А. Сорокин СОЗДАНИЕ ЕДИНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАУЧНООБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ Сорокин А. А. – Начальник центра телекоммуникаций и информационных технологий ИГиП ДВО РАН, член Телекоммуникационной комиссии ДВО РАН, к.т.н. Информационно-телекоммуникационная инфраструктура научных учреждений и высших учебных заведений Амурской области позволяет при проведении частичной модернизации своих элементов, обеспечения их взаимной интеграции, сформировать единое информационное пространство, предоставляющее новую инновационную платформу для проведения исследований и осуществления образовательного процесса.
В настоящее время, работы, проводимые в области развития телекоммуникаций и информационных сервисов в научно-образовательных учреждениях разного уровня и ведомственной подчиненности, позволили сформировать в них инфраструктуру достаточную для реализации собственных потребностей в доступе к мировым информационным ресурсам и обмене данными. Важным фактором, влияющим на построение современных информационных систем, ориентированных на внутренних и внешних пользователей является наличие надежной транспортной сетевой среды (LAN, MAN, WAN) и аппаратных элементов, обеспечивающих их функционирование (сервера приложений, центры обработки и хранения данных и т.п.). В 1999 году была организована Амурская научная сеть, объединившая сегменты сетей учреждений Амурского научного центра ДВО РАН и интегрирующая их в Корпоративную сеть (КС) ДВО РАН. В настоящее время пользователями Сети Дальневосточного отделения РАН являются 36 институтов и организаций, 5 стационаров, 2 заповедника, расположенных в 8 субъектах Российской Федерации на территории Дальнего Востока. В Корпоративной сети ДВО РАН работает более 120 серверов и 4500 персональных компьютеров. Амурская научная сеть, как сегмент КС ДВО РАН, обладает со68
временным комплексом телекоммуникационных подсистем и сервисов, которые могут обеспечить объединение коммуникационных компонент федеральных и региональных научно-образовательных учреждений на следующих уровнях (рис.1):
Рис. 1. Модель интеграции коммуникационных компонент
69
Регион – развертывание высокоскоростной сети в г. Благовещенске (WDM, FSO), организация прямых каналов с федеральными операторами связи (Ростелеком, Транстелеком). Дальний Восток – информационное взаимодействие с Корпоративной сетью ДВО РАН и региональными научно-образовательными сетями (например, ТОГУ). РФ – доступ к ресурсам национальных сетей RBNET-Science, RUNNET. Реализация указанных действий позволила бы не просто повысить эффективность сетевого взаимодействия между участниками такого сообщества, но и сформировать коллективные информационные сервисы, наложенные на такое объединение, например, видеоконференцсвязь, электронные библиотеки, вычислительные комплексы, центры хранения и обработки данных.
70
УДК 681.3.06+519.68 Т. С. Шаповалов, В. В. Пересветов, А. Ю. Сапронов, С. И. Смагин, А. Г. Тарасов WEB И GRID ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОСТУПА К РЕСУРСАМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КЛАСТЕРА ВЦ ДВО РАН
Шаповалов Т. С. – м.н.с. (ВЦ ДВО РАН); Пересветов В. В. – с.н.с. (ВЦ ДВО РАН), к.ф.-м.н.; Сапронов А. Ю. – аспирант (ВЦ ДВО РАН); Смагин С. И. – директор (ВЦ ДВО РАН), чл.-корр. РАН, профессор; Тарасов А. Г. – м.н.с. (ВЦ ДВО РАН) Описана работа вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН в режиме удаленного доступа. Рассмотрены вопросы построения системы мониторинга ресурсов вычислительного кластера. Объединение распределенных вычислительных ресурсов основано на применении инструментария GRID технологии Globus Toolkit. Для удаленного администрирования вычислительного кластера используется Webинтерфейс. Обсуждаются вопросы обеспечения информационной безопасности.
В настоящее время вычислительные кластеры стали наиболее распространенной архитектурой высокопроизводительных вычислительных систем и используются для решения широкого класса задач высокой сложности. ВЦ ДВО РАН в эксплуатации находятся два вычислительных кластера. Первый - с пиковой производительности 54 Gflops создан в 2004г. Вычислительный кластер состоял из управляющего узла с RAID-массивом и 8 бездисковых узлов с процессорами Pentium-4 3 ГГц, объединенных коммуникационной сетью GigabitEthernet. В работе [1] описана архитектура, конструкция, компоненты ПО и результаты экспериментального исследования производительности данного вычислительного кластера. В 2007 г. введен в эксплуатацию второй вычислительный кластер с пиковой производительностью 204 Gflops, состоящий из 8-узлов HP ProLiant DL360 G5 (всего 16 двухядерных процессоров Xeon 5060 3.20GHz) с объемом общей памяти 32 GB. Сайт информационной поддержки работы вычислительного кластера расположен по адресу http://cluster.as.khb.ru. 71
Первый вычислительный кластер построен с использованием распространенных комплектующих и относится к начальному уровню высокопроизводительных вычислительных систем. Он является удобной экспериментальной базой для разработок в области системного и прикладного ПО. Этот вычислительный кластер используется в настоящее время для подготовки специалистов в области параллельных вычислений. Студентов, аспирантов можно заинтересовать параллельными технологиями, предоставляя им доступ к высокопроизводительной технике для проведения экспериментов. Для студентов 4-5 курсов на вычислительных кластерах ВЦ ДВО РАН проводятся лабораторные работы по параллельному программированию с использованием технологии MPI и OpenMP. Системное и прикладное ПО для вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН распространяется в открытом программном коде. Операционная система — серверный вариант Linux. Свободно распространяемый программный код позволяет без ограничений разрабатывать новые и совершенствовать старые компоненты ПО, что существенно помогает при обучении специалистов. Для создания параллельных приложений на кластере используется технология передачи сообщений в стандарте MPI. Пользователям вычислительных ресурсов кластера доступны языки программирования и стандартные средства разработки приложений, традиционно включаемые в состав дистрибутивов ОС Linux. Кроме этого, на вычислительном кластере установлено и коммерческое программное обеспечение: компиляторы Intel Fortran, Intel C/C++. Подробное описание ПО параллельных и распределенных вычислений дано в [1]. Ресурсы мощных вычислительных комплексов используются коллективно. Управление группами пользователей на кластере осуществляется при помощи стандартных средств ОС Linux. Эта ОС позволяет организовывать работу с измененным корнем файловой системы - т.н. chroot-окружением. Ограничение различных типов ресурсов для пользователей осуществляется с использованием механизма PAM. Возможность ограничения таких важных ресурсов как процессорное время, размер различных сегментов оперативной памяти, число процессов, количество открытых файлов и ряд других позволяет избежать возможных воздействий типа «отказ в обслуживании», т.н. DOS-атак. Для разделения ресурсов на кластере применяется система диспетчеризации PBS TORQUE. Задачи по распределению ресурсов PBS TORQUE осуществляет при помощи набора очередей и задач. По своему усмотрению пользователь добавляет задачи в ту или иную очередь. Изначально, личную информацию пользователь должен самостоя72
тельно внести при регистрации своей учетной записи. Для этой цели на кластере создана web-страница регистрации нового пользователя с такими полями, как ФИО, имя пользователя для входа на кластер, пароль, адреса электронной почты для контакта и сообщений с кластера, информация о целях регистрации. В последнем поле пользователь может (помимо цели регистрации) оставить дополнительную информацию для администратора, которую он посчитает важной. Если на странице регистрации пользователь устанавливает флажок «уведомление об изменениях в работе кластера», то на контактный e-mail будет периодически отправляться информация об изменениях в работе очередей, профилактике, обновлениях программного обеспечения. После заполнения формы и нажатия на кнопку «регистрация» заявка на регистрацию автоматически будут отправлена администратору кластера. При отсутствии ошибок заполнения формы и принятия положительного решения о регистрации пользователь будет зарегистрирован. На его контактный e-mail будет отправлено сообщение содержащее краткие инструкции для подключения. В целях ускорения регистрации новых учетных записей пользователей на кластере и, вместе с тем, увеличения удобства наблюдения за статистикой задач был разработан специальный комплекс программного обеспечения. С технической точки зрения комплекс представляет собой набор shell- и PHP-скриптов. Система диспетчеризации сохраняет данные в реляционных таблицах СУБД MySQL, что позволяет осуществлять гибкие запросы на выборку хранимой информации по задачам. Администратору кластера предоставляется защищенный технологией SSL веб-интерфейс, в котором помимо управления содержимым web-сайтом имеется доступ к очереди желающих получить новую учетную запись, к статистике по задачам всех пользователей и к информации о пользователях, а так же интерфейс к системе обнаружения вторжений Snort (http://www.snort.org). Очередь кандидатов на получение новой учетной записи представляется администратору в виде таблицы с указанием параметров регистрации. На сайте информационной поддержки предоставляется доступ к системе мониторинга. Система мониторинга вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН [2, 3] частично реализована с использованием языка программирования java на промежуточном и высоком уровнях, с использованием широко распространённой системы Ganglia на нижнем уровне. Создано приложение grated, собирающее данные и проверяющее задаваемые триггеры. Высокому уровню данные предоставляются по протоколу TCP/IP в формате XML либо во внутреннем формате, ис73
пользуемом системой Ganglia для передачи значений метрик между узлами. Модульная реализация позволяет настроить приложение на иной формат входных и выходных данных. Высокоуровневая часть была реализована также на языке java в форме отдельного приложения grate и в форме аплета grape для доступа через web-интерфейс. Она используется для визуализации и хранения данных. В данных приложениях также существует возможность использования триггеров. Программный модуль grate способен функционировать без использования grated, обращаясь к высокоуровневым сервисам Ganglia (gmetad) для получения необходимых данных. Результаты экспериментальных исследований производительности созданной системы мониторинга представлены в [2]. Их анализ показал, что производительность находится на том же уровне по потреблению ресурсов, что и система, на базе которой строилась. При организации коллективного доступа к кластеру необходимо решить ряд вопросов информационной безопасности: разграничение привилегий для категорий пользователей; взаимная идентификация сервера и клиента; шифрование передаваемых данных; умеренное увеличение сложности доступа к защищенным ресурсам и их администрирования. Доступ к ресурсам кластера пользователям разрешен посредством ряда протоколов через всемирную сеть Internet. При передаче информации через сегменты глобальной сети существует опасность ее перехвата, подлога, использования для взлома и т.п. Некоторые локальные пользователи также могут быть источником преднамеренных или случайных вторжений. Копирование файлов по протоколу SSH является наиболее предпочтительным при удаленном доступе. Этот протокол обеспечивает достаточно устойчивое шифрование передаваемой информации. Идентификация объекта запрашивающего или отдающего определенный ресурс является ключевой задачей при предоставлении удаленного доступа. Передача данных от web-сервера возможна по двум протоколам HTTP и HTTPS. В первом случае информация передается в открытом виде, во втором - в шифрованном. Шифрование на стороне сервера осуществляется при помощи криптографической системы OpenSSL являющейся открытой реализацией стандарта Socket Secure Layer. Эта система является центральным звеном в обеспечении информационной безопасности критически важных компонентов ОС Linux: web и ftp сервера, ssh, vnc, e-mail и др. Применительно к web-серверу шифрование и двухсторонняя клиент-серверная идентификация производится при помощи сертификатов формата X.509 v.3 и v.4. Такой сертификат является открытым ключом 74
привязанным к определенному адресу в нотации имен службы каталогов X.500. При первом запросе зашифрованной информации пользователю будет предложено принять сертификат с сервера. В случае если сертификат будет подписан электронной подписью (распространяемой так же в виде файла сертификата) доверенного центра сертификации (по умолчанию ряд таких сертификатов от организаций типа VeriSign, AOL, Visa, включаются в браузеры), то web-браузер примет это соединение без запроса и установит доверительные отношения с сервером. Сертификация в таких центрах является платной процедурой. Кроме цены в вопросах сертификации (и криптографии) немаловажную роль играют организационный и юридический факторы. Для небольшой группы пользователей оправданным решением будет создание своего собственного центра сертификации (ЦС). В его рамках создается корневой сертификат (при необходимости цепочка доверенных сертификатов) с помощью которого подписываются сертификаты web и ftp серверов. Сертификат, созданный ЦС пользователь должен получить по безопасному каналу связи (прямое модемное соединение, виртуальная частная сеть, электронная почта с электронной подписью, «из рук в руки» на каком либо носителе) и экспортировать в web-браузер. После этого в web-браузере пользователь может однозначно идентифицировать сервер и установить защищенное соединение. По установленному зашифрованному каналу можно безопасно передавать применяемые в web-технологиях стандартные пароли для идентификации пользователя в целях разграничения ресурсов. Запрос пользователем сертификата кроме удобства работы с webсервером позволяет использовать этот же сертификат при обмене почтовыми электронными сообщениями с администратором кластера. Это обеспечивает передачу конфиденциальной информации (изменения в адресах, именах и паролях доступа) без применения дополнительных средств шифрования. Для того чтобы расширить возможности использования собственных кластеров, а также обеспечить удобство интеграции их с другими вычислительными ресурсами ДВО РАН, было решено объединить их в GRID. GRID - технология гибкого, безопасного и согласованного разделения крупномасштабных ресурсов, доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места их расположения, посредством использования сервисов управляющего центра. В целях объединения вычислительных ресурсов ДВО РАН была создана вычислительная GRID. В качестве основы ее функционирования был выбран, являющийся стандартом де-факто, распространяю75
щийся в открытом коде Globus Toolkit 4.x. Система GRID [4] основывается на существующей локальной сети ВЦ ДВО РАН и объединяет оба вычислительных кластера.
Рис. 1. Структура GRID
Структура GRID-сети (см. рис. 1) состоит из трех компонент. Первая и она же - главная часть - управляющий сервер, на котором установлен Globus Toolkit 4.0.4. На управляющих узлах обоих вычислительных кластеров функционируют клиентские части Globus Toolkit, которые обеспечивают взаимодействие globus-сервера с системами диспетчеризации заданий. Основные компоненты инструментария Globus Toolkit следующие: ● Подсистема управления заданиями (Execution Management) для мониторинга и координации удаленного выполнения заданий; ● Компоненты обеспечения безопасности (Security); ● Информационные службы (Monitoring And Discovery Services MDS) для описания и сбора информации о службах и ресурсах, основывающиеся на протоколе доступа к сетевым каталогам LDAP (Lightweight Directory Access Protocol); 76
● Подсистема управления данными (Data Management), позволяющая пользователям получать доступ, передавать и управлять распределенными данными; ● Компоненты среды выполнения (Common runtime), включающие внешние интерфейсы к инструментарию (API и SDK к системам программирования Java, Python и C), среду выполнения web-сервисов и поддержку пользовательских web-сервисов. Большое значение имеет безопасность передачи данных при коллективном доступе к ресурсам распределённых систем типа GRID, а также взаимная аутентификация ресурсов и пользователей системы. В рамках системы Globus эти задачи выполняются в результате использования сертификатов x.509, аналогичным применяемым ВЦ ДВО РАН для доступа пользователей к веб-сервер поддержки. ЦА, находящийся на сервере Globus генерирует их для каждого ресурса (например, кластера), для каждого пользователя, а также для различных сервисов, работающих в рамках данной системы. Данный подход является естественным продолжением применяемого ранее ВЦ ДВО РАН варианта доступа пользователей к своим данным на web-сервере кластера и при защищенном копировании по протоколам ftp и ssh. Для работы с сертификатами применяется, входящий в состав Globus Toolkit, пакет программ GSI-OpenSSH - модифицированная версия OpenSSH, в которой добавлена поддержка GSI аутентификации (Grid Security Infrastructure, GSI) на основе сертификатов. Разработанная организацией National Center for Supercomputing Applications (NCSA), эта версия может использоваться для доступа на удаленные системы и передачи файлов между системами без ввода пароля: все операции аутентифицируются сертификатами GSI. Для этих целей используются модификации классических утилит sftp, scp и ssh: gsisftp, gsiscp и gsissh соответственно. На сервере Globus классический сервер sshd заменен на GSI версию. За счет поддержки аутентификации с помощью x.509 сертификатов данный вид доступа (а так же защищенное копирование файлов и sftp доступ) облегчает работу пользователей с сервером. При этом в GSI-OpenSSH сохранена вся функциональность классического OpenSSH, таким образом, GSI-версия не отменяет возможность применять классические средства для этих целей. Описанные технологии успешно были использованы в различных научных и тестовых расчётах [1, 3, 5], обеспечили необходимую инфраструктуру для интеграции основного кластера ВЦ ДВО РАН в вычислительные ресурсы ДВО РАН, способствовали отработке необходимых навыков у пользователей и специалистов.
77
Библиографические ссылки 1. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г. Вычислительный кластер бездисковых рабочих станций: Препринт Вычислительный центр ДВО РАН. Хабаровск, 2005. № 83 2. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г., Шаповалов Т.С.. Удаленный доступ к вычислительному кластеру ВЦ ДВО РАН // “Вычислительные технологии” т.11, 2006. 3. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г., Шаповалов Т.С. Организация работы вычислительного кластера в режиме удаленного доступа: Препринт Вычислительный центр ДВО РАН. Хабаровск, 2007. № 110. 4. Т.С. Шаповалов, А.Г. Тарасов, С.И. Щерба. Организация GRID-сети ДВО РАН / Научный сервис в сети интернет: многоядерный компьютерный мир. 15 лет РФФИ: Труды Всероссийской научной конференции (24-29 сентября 2007 г., г. Новороссийск) // М. Изд-во МГУ, 2007. 5. Т.С. Шаповалов, А.Ю. Сапронов, А.Г. Тарасов. Развитие GRID-сети ДВО РАН // Параллельные вычислительные технологии: труды международной конференции. Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2008.
78
Секция 2. Информационные технологии в общем и профессиональном образовании УДК 681.3:37
Г. В. Баленко, В. В. Кащей ПОРТАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК ИНСТРУМЕНТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ
Баленко Г. В. – м.н.с., Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки, г. Москва (
[email protected]); Кащей В. В. – к.п.н., Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки, г. Москва (
[email protected]) Описывается применение портальных технологий как средства обеспечения интеграции разнородных информационных ресурсов в органах государственной власти, обеспечивающих единый интерфейс, включая единую точку входа.
В процессе работы федеральных органов исполнительной власти необходима информационная поддержка принятия управленческих решений. Помимо этого в ходе работы федеральных органов исполнительной власти выполняется разработка нормативных документов, которые подготавливаются в электронном виде, зачастую с использованием системы электронного документооборота. Важным элементом деятельности любого федерального органа исполнительной власти является подготовка различного рода отчетов и справок, как для вышестоящих органов, так и в целях обеспечения информированности населения о действиях федерального органа исполнительной власти. Описанные выше задачи решаются с использованием автоматизированных информационных систем, включая распределенные СУБД обеспечения взаимодействия федерального и региональных сегментов деятельности, правовых и справочных информационных систем, систем электронного документооборота, использующих электронную цифровую подпись, прикладных информационных систем, к которым 77
относятся системы обеспечения бухгалтерской, кадровой и хозяйственной деятельности, официального Интернет-сайта федерального органа исполнительной власти. Необходимым является решение задачи предоставления пользователю возможности комфортной работы с такими ресурсами, в первую очередь удобного дружественного интерфейса, настраиваемого в соответствии с предпочтениями каждого конкретного пользователя и его правами доступа. Такое требование возможно реализовать посредством организации единой точки доступа ко всем информационным ресурсам органа государственной власти при вводе единого пароля для доступа ко всем информационным ресурсам с учетом прав пользователя. Данный подход позволяет обеспечить эффективную работу с разнородными информационными ресурсами посредством их интеграции в рамках единой оболочки. Для использования разнородных информационных систем в рамках единой среды необходимо разработать и использовать различные алгоритмы работы с ними, в том числе ввода индивидуальных для каждого приложения идентификационных данных, обеспечить обмен данными между разнородными информационными системами, реализовать единую политику управления правами доступа пользователей к ресурсам системы. Для обеспечения интеграции информационных ресурсов и реализации единой политики управления правами доступа в Рособрнадзоре было предложено использовать портальные технологии. Портал – это система, организованная в форме Web-сайта внутреннего пользования, являющаяся централизованной точкой доступа к приложениям и прочим ресурсам, обеспечивающая персонифицированный доступ пользователей к информации. Портал, используемый в Рособрнадзоре, реализует удобный интерфейс консолидированной визуализации информации для разнородных данных, обеспечивает удобную и эффективную работу с приложениями, а также позволяет получить доступ к информации из внутренней корпоративной сети. Каждый пользователь в рамках портала может сформировать свое виртуальное рабочее пространство, настроить ряд сервисов, получить доступ к ресурсам, в соответствии с ролевой политикой безопасности. Портальные технологии позволяют реализовать эффективные механизмы доступа и структурирования информации, обеспечить ее представление в различных видах, включая библиотеки документов, электронные таблицы, информационные списки, форумы, и др. Одной из важнейших задач при реализации портальных технологий является обеспечение единообразия интерфейса пользователя Интранет и Интернет-ресурсов. 78
Цель разработки и внедрения информационного портала Рособрнадзора определялась как создание сервисно-ориентированной среды поддержки принятия управленческих решений контрольно-надзорной деятельности. В качестве основных задач были сформулированы и реализованы: - концентрация и систематизация информации обо всех аспектах деятельности Рособрнадзора; - своевременное обеспечение сотрудников Рособрнадзора полной и достоверной информацией; - обеспечение эффективного взаимодействия подразделений и служб, повышение результативности их работы. В результате создания портала Рособрнадзора были реализованы функции управления документооборотом, совместной работы с документами, электронные сервисы, возможности совместной работы с внешними информационными ресурсами, функции развитой системы многокритериального поиска. Для информационного портала Рособрнадзора следует отметить как важную особенность развитые средства администрирования и управления, которые включают возможности создания новых подразделов на основе библиотеки шаблонов, изменения их структуры, управления правами доступа пользователей к ним, а также средства редактирования, утверждения и публикации информации. Управление порталом, реализуется административными сервисами, предоставляющими возможности управлять доступом пользователей к разделам портала, создавать, конфигурировать и удалять узлы управлений (специализированные разделы портала, посвященные деятельности структурных подразделений), создавать и удалять узлы проектов (тематические разделы портала, содержащие информацию о ходе выполнения отдельных проектов), управлять системой резервирования ресурсов, обеспечивать поддержку единого кадрового справочника. Модернизация системы реализуется путем подключения необходимого модуля без ее остановки и перестройки в случае появления новых задач, требующих автоматизации и включения в интегрированную среду. Аппаратная реализация портала базируется на платформе Intel с использованием кластерной технологии высокой доступности. Программное обеспечение портала реализовано на базе решений Microsoft Share Point 2003, Microsoft SQL 2005. Портальный комплекс, обеспечивающий повышение эффективности подготовки и принятия управленческих решений введен в эксплуатацию в Рособрнадзоре. По результатам проведенной эксплуатации предполагается провести его доработку и развитие существующих сервисов.
79
УДК 37.018.46 Н. В. Бекмухаметова МАЛЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ. УЧИТЬСЯ И УЧИТЬ Бекмухаметова Н. В. – главный методист ХК ИППК ПК, Master of Education Малые средства информатизации. Использование калькуляторов CASIO в учебном процессе и повышение квалификации педагогов края: проблемы и перспективы
На современном этапе развития общества информатизация охватила все сферы производства, науки, медицины, образования. И к этим словам мы уже привыкли и относимся как к устоявшемуся факту. Действительно, сегодня, когда появились высокопроизводительные персональные компьютеры, высокоскоростной Интернет и сотовая связь, когда скорость развития цифровых технологий сравнивают со скоростью распространения взрывной волны, образование не может оставаться в том виде, в котором оно существовало до сих пор. Однако остается актуальным на сегодня вопрос о материальнотехнической стороне создания компьютерной базы образовательных учреждений, как городских, так и сельских школ. Причем акценты начинают смещаться от количественных показателей (количество учеников на один компьютер) к качественному обеспечению образовательных учреждений техническими решениями. Какие информационные технологии должны составлять материально-техническую базу школы и как они повлияют на повышение качества и эффективности образовательного процесса? На мой взгляд, именно эти два вопроса должны стать главными сегодня. И ответы на эти вопросы сегодня уже начинают появляться. Малые средства информатизации (МСИ), а именно калькуляторы CASIO - это одно из направлений развития информатизации. Именно научные и графические калькуляторы CASIO можно успешно применять в нашей системе основного общего образования. Их преимущества очевидны особенно в условиях наших школ. Выделим некоторые организационные преимущества: • не требуется отдельного специальным образом оборудованного помещения; 80
• появляется возможность в использовании миникомпьютеров каждым учащимся (комплект может состоять из 25 и более калькуляторов); • сохранность, надежность, простота в освоении; • отсутствие санитарно-гигиенических ограничений по использованию; • не требуется профилактических работ (переустановка программного обеспечения, антивирусной защиты); • сохраняются все специально подготовленные настройки; • практические энергонезависимы; • доступная стоимость комплекта; • нет необходимости в перестройке урока; • использование в стенах школы графических калькуляторов может быть успешно дополнено использованием в домашних условиях научного калькулятора (эмулятора). Но почему мы говорим об использовании именно калькуляторов CASIO? С одной стороны, по своим техническим возможностям калькулятор CASIO уже превзошел другие калькуляторы. Он обладает процессором FX-9860G (тактовая частота 266 МГц, разрядность 32 бита), графическим экраном (монохромный, 137*63 точек), большой памятью (1,5 Мбайт, возможность расширения до 1 Гб за счет SD карты), встроенным языком программирования, сетевым интерфейсом, оснащен набором прикладных программ (электронная таблица, статистический пакет и др.), количество функций, выполняемых процессором более 2 000, анализатор данных (мини - физическая лаборатория) EA200 позволяет подключать к калькулятору различные датчики (датчик температуры, света, напряжения, движения) и объединять до 8 калькуляторов в сеть. С помощью инженерного калькулятора CASIO можно осуществлять расчеты и обработку результатов экспериментов, строить и анализировать графики, проводить анализ функций. Многое из перечисленных возможностей выходит за рамки учебных курсов, но ведь нет необходимости пытаться освоить все возможности калькулятора именно на уроках. Для школьников достаточно научиться быстро решать типовые задачи из школьного курса и далее суметь применить, полученные знания в нестандартных ситуациях. Калькулятор не должен стать предметом обучения, это, скорее, средство, которое призвано повысить качество и эффективность обучения. Средства информатизации, в том числе и калькуляторы, должны использоваться лишь там, где они дают наиболее существенный эффект, там, где они позволяют решить вопросы ранее не реализованные 81
в рамках традиционных учебных курсов в силу разных причин, в том и числе и нехватки учебного времени. Преподавание таких школьных предметов как физика, химия, экономика основано на использовании математических методов при расчетах, обработки результатов экспериментов, анализе и обобщении полученных данных. И зачастую этот анализ ограничивается сложными математическими расчетами, что сводит на нет смысл всего эксперимента. При повышении прикладной составляющей курса математики также возникают сложности с вычислением и анализом полученных данных. Применение калькуляторов в этом случае может существенно не только облегчить решение данных проблем, но и помочь уделить больше внимания построению и исследованию графиков функций, оценке погрешностей при вычислениях, анализу статистических данных. Калькулятор становится активным помощником в формировании знаний и умений у учащихся, обеспечивая большую наглядность излагаемого материала, побуждая учащихся к проявлению творческой и исследовательской инициативы. Не стоит забывать о малых средствах информатизации и на уроках информатики. Для школ, не располагающих достаточным количество компьютеров, калькуляторы применимы для организации полноценных практических занятий с использованием мини-ЭВМ по всему курсу информатики. Если же в образовательном учреждении достаточное количество персональных компьютеров, то не стоит забывать как минимум о двух составляющих курса. Во-первых, современные калькуляторы – это самостоятельная ветвь развития информационных технологий, которая развивается также стремительно, как и персональный компьютер. Для классов информационно-технологического профиля это наиболее востребованный инструмент для расширения и углубления знаний в области современных информационных технологий. Наиболее востребованными калькуляторы должны стать при реализации таких содержательных линий как основы логики и логические основы компьютера, алгоритмизация и программирование, моделирование и формализация, компьютер и программное обеспечение. На многих занятиях калькулятор может и должен быть использован параллельно с компьютером. Во-вторых, не следует забывать о межпредметных связях и возрастании роли информационных технологий для повышения качества обучения другим предметам школьного курса. При условии наиболее полной интеграции с другими предметами появляется не только востребованность знаний, полученных на уроках информатики, но и при82
кладная составляющая всего курса, которая ведет к пониманию целостной картины мира. Таким образом, калькуляторы CASIO необходимо рассматривать и как объект изучения (на уроках информатики) и как эффективное средство обучения, которое позволяет значительно расширить содержание и углубить математическое и естественно-научное образование. Применение малых средств информатизации на уроках является весьма перспективным направлением в решении задач повышения эффективности и качества обучения современных школьников. При приобретении калькуляторов или при принятии решении об их использовании вопросов и у педагогов, и у администрации образовательных учреждений появляться очень много, и справиться с ними самостоятельно практически не возможно. Хотя достаточный зарубежный опыт уже и накоплен, но перенести его российскую школу не возможно. И этому есть множество объяснений. Наряду с техническим решением образовательным учреждения, использующим калькуляторы CASIO в образовательном процессе, предлагаются уже готовые методические решения, оформленные в виде соответствующих пособий, подготовка преподавателей, методическая и организационная поддержка. На образовательном пространстве Российской Федерации компания CASIO ведет проекта «Школьный калькулятор», в рамках которого ведется разработка, апробация и внедрение готовых аппаратно-методических решений, призванных помочь учебным заведениям полностью выполнить требования образовательного стандарта. На сегодня уже запущена система курсовой подготовки преподавателей естественно-математического цикла на базе ХК ИППК ПК. Ведется обучение учителей математики, физики, информатики и химии. За весь период работ по данному направлению на базе ХК ИППК ПК прошли курсовую подготовку педагоги разных уровней. Прежде всего, это педагоги – тьюторы (44 человека), которые не только повысили свою квалификацию, но уже приступили к основной своей деятельности. Они осуществляют методическую поддержку курсовой подготовки, ведут апробацию методик применения МСИ в учебном процессе. Некоторые из них уже приступили к самостоятельным исследования в области применения малых средств информатизации. Второй поток педагогов (78 человек, 47 образовательных учреждений) – это заинтересованные учителя. Учителя, которые еще не имеют в своем образовательном учреждении калькуляторов, но уже видят их эффективность. Эту эффективность мы смогли продемонстрировать на серии семинаров, на которых побывало более 100 педагогов и руководителей разных уровней, от директоров школ до главных специалистов 83
управлений образованием. Курсы повышения квалификации могут включать в себя различное количество учебных модулей. Мы реализовывали наиболее полный курс на 72 часа. Цель, которого - подготовить учителей предметников (математика, физика и информатика) к использованию малых средств информатизации с учетом методических особенностей их дисциплин. При определении оптимального уровня содержания и методики подготовки учителей к применению малых средств информатизации на уроке были выделены два основных уровня подготовки – базовое и профильное обучение предметников. Базовый блок предусматривает подготовку педагогов к использованию научных, графических калькуляторов и мини-лаборатории на уроках по предметам естественно-математического цикла. Главная особенность этого блока заключается в том, что учителя изучают основные функции калькуляторов на примере решения задач из курсов математики, физики и информатики. В течение этого блока не предусмотрено глубокого рассмотрения специфических методических вопросов обучения каждому из вышеперечисленных предметов. Изучение возможностей калькуляторов начинается именно с научного калькулятора, так как на его основе можно изучить основы математических расчетов, построение таблиц, работу с ячейками памяти, решение квадратных и кубических уравнений, систем линейных уравнений с 2 и 3 неизвестными и так далее. Кроме того, при наличии в классе комплекта графических калькуляторов, учащиеся в домашних условиях могут уже использовать научный калькулятор. Если начальный навык работы на научном калькуляторе уже сформирован, то многие функции графического калькулятора для педагогов становятся весьма простыми. И уже математические вычисления и построение графика функции не вызывают затруднений. Помимо базовой подготовки курсы предусматривают и профильное обучение учителей предметников методическим особенностям применения данных средств обучения на уроках по их дисциплинам, рассматриваются вопросы планирования урока, разбираются темы курса на предмет целесообразности применения МСИ при их изучении, решаются типовые примеры учебных задач с использованием научных и графических калькуляторов и сопрягаемых с ними устройств. Структура программы курсовой подготовки складывается весьма специфической. Это общий блок, на котором присутствуют все слушатели, это и деление на две группы, это и деление на группы по преподаваемым предметам. Процесс курсовой подготовки это не только вопрос отбора учебного и методического материала. Это прежде всего набор слушателей. На 84
наших курсах нет случайных людей. Уже на этапе набора педагогов на курсы повышения квалификации работа строится особым образом. Во-первых, во время проведения семинаров, методисты выделяли особо заинтересованных педагогов, и приглашение на курсы такие учителя получали уже персональные через руководителя образовательного учреждения. Во-вторых, на курсы приглашались, как правило, тройки педагогов из каждого заинтересованного образовательного учреждения. Это учитель физики, математики и информатики. Если в школе выделялся заинтересованный учитель химии или экономики, то он мог присоединиться к группе. Таким образом, получился охват 47 образовательных учреждений. Это в основном школы города Хабаровска и города Комсомольск – на – Амуре. Именно такой подход гарантировал наибольший эффект от курсовой подготовки. Во-первых, уже проявлялась заинтересованность администрации образовательных учреждений. Во-вторых, при организации группы из трех и более педагогов из одной школы стало формироваться сразу и межпредметное взаимодействие, появлялась большая заинтересованность педагогов в результатах обучения, строились планы совместной работы, педагоги делились полученным опытом и информацией. Однако процесс курсовой подготовки в большей степени свелся к образовательным учреждениям городов Хабаровск и Комсомольск – на Амуре. А в первом потоке это были педагоги краевых экспериментальных площадок на базе пилотных общеобразовательных учреждений: • МОУ СОШ № 33 г.Комсомольска-на-Амуре (базовая школа для предметного объединения по физике «северного куста»); • МОУ СОШ № 51 г.Комсомольска-на-Амуре (базовая школа для предметного объединения по математике «северного куста»); • МОУ СОШ № 34 (базовая школа для предметного объединения по химии «северного куста»); • МОУ СОШ с. Красицкое Вяземского муниципального района (базовая школа для предметного объединения по физике «южного куста»); • МОУ «Гимназия восточных языков № 4», г. Хабаровска (базовая школа для предметного объединения по химии «южного куста»); • МОУ СОШ № 80 с углубленным изучением отдельных предметов, г. Хабаровска (базовая школа для предметного объединения по математике «южного куста»); • МОУ СОШ № 4 пос. Чегдомын Верхнебуреинского муниципального района; • МОУ СОШ № 2 с. Некрасовка Хабаровского муниципального 85
района. Но сегодня уже существует 18 образовательных учреждений (г. Бикин, г. Вяземский) уже оснащенных научными калькуляторами CASIO. Также стали появляться и другие образовательные учреждения, которые уже самостоятельно начинают приобретать калькуляторы как научные, так и графические, например, МОУ СОШ № 3 п. Ванино. Администрация этих муниципалитетов и образовательных учреждений смогла изыскать средства для предоставления возможности в повышении квалификации некоторым педагогам своих школ, но большинство учителей сегодня еще остались с вопросами и нерешенными проблемами. И тут институту повышения квалификации предстоит особая серьезная работа. Мы рассматриваем возможности открытия дистанционных курсов повышения квалификации по теме «Новое в применении малых средств информатизации при изучении предметов естественноматематического цикла». Мы предполагаем, что такие курсы будут не только разными по количеству модулей и количеству часов, но и предметными (физика, математика, информатика и другие). Однако мы предвидим и затруднения. Например, с набором слушателей на дистанционные курсы. Кто хотел уже отучился. Зачем остальным. Нет калькуляторов в школах и нет проблем. Как развивать интерес к этой теме. И новые, весьма интересные шаги в этом направлении уже сделаны. На сайтах сетевых сообществ учителей математики, физики, информатики уже появились первые материалы для обсуждения. Сетевые модераторы предложили педагогам своих сообществ первые наработки: конспекты уроков, презентационные материалы. И вот несколько отзывов: Первый: Занятненько, а интересно мини-лаборатория к ПК подключается? :-) Второй: Вообще по этому вопросу мало информации. Проект существует, по информации с сайта "1 сентября" разрабатывается он совместно с компанией "Сервис плюс интеграция" http://www.spint.ru/, но у них на сайте ничего по данному вопросу нет. Видимо данный проект еще только на стадии разработки. Третий: Простые в освоении О_о ? Я посмотрел эмулятор, мне этот калькулятор не показался простым в освоении. Даже больше - он показался сложным в освоении О_О. 86
Стало быть - всем go на курсы повышения квалификации? Таким образом, аудитория уже расширяется. И заинтересованность у педагогов есть. Следовательно, проект «Школьный калькулятор» будет востребован. А значит надо искать новые формы и в повышении квалификации, и в методической и организационно поддержке, для того чтобы помогать педагогам учить детей и самим учиться. Библиографические ссылки 1. Вострокнутов И.Е. Применимость решений на основе малых средств информатизации к российской школе и современным образовательным стандартам. 2. Программа курсов повышения квалификации учителей и методистов «Новое в применении малых средств информатизации при изучении предметов естественно-математического цикла». 3. Смекалин Д.О. Информатика и малые средства информатизации. 4. Положение о краевой экспериментальной площадке «Повышение эффективности и качества обучения предметам естественно-научного цикла через использование малых средств информатизации (графических и научных калькуляторов) в образовательном процессе школы».
87
УДК 681.3:37 Е. М. Вологжина, С. В. Ясько
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО КОЛЛЕДЖА Вологжина Е. М. – заместитель директора по научно-методической работе; Ясько С. В. – преподаватель информатики КГОУ СПО «Хабаровский педагогический колледж»
Образовательный процесс любого учебного заведения состоит из множества компонентов, основными из которых являются: обучение студентов, учет студентов, учет успеваемости, учет посещаемости, учет преподавателей, мониторинг качества образования по различным направлениям, контроль прохождения программ и многое другое. С появлением информационных технологий эти процессы стали менее трудоемкими и более эффективными. В Хабаровском педагогическом колледже информационные технологии постепенно внедряются во все сферы образовательной среды колледжа. Использование новейших информационных технологий способствует решению педагогических задач, которые сложно или невозможно решить традиционными методами. Первое и основное направление – применение информационных и информационно-коммуникационных технологий в обучении. С точки зрения методики обучения целесообразно использовать информационные технологии на следующих этапах учебного процесса: • при изложении нового материала – визуализация знаний (демонстрационно-энциклопедические программы; программа презентаций Power Point); • проведение виртуальных лабораторных работ с использованием обучающих программ; • закрепление изложенного материала (тренинг, разнообразные обучающие программы, лабораторные работы); • система контроля и проверки (тестирование с оцениванием, контролирующие программы); 88
• самостоятельная работа учащихся (обучающие программы типа "Репетитор", энциклопедии, развивающие программы); • проведение интегрированных занятий с использованием метода проектов. Для создания и развития информационно-образовательной среды максимально задействован научно-методический, информационный, технологический, организационный и педагогический потенциал колледжа. Использование информационных технологий при визуализации знаний уже освоено многими преподавателями колледжа и активно применяется в образовательном процессе. Преподавателями различных дисциплин разработаны презентации по темам занятий, лекционный материал представлен в электронном виде. Доступ к этим электронным материалам студенты могут получить, пользуясь компьютерами, установленными в компьютерных классах, информационном центре или в библиотеке колледжа. Однако, такое применение является всего лишь современным способом представления учебного материала. Применять информационные технологии на таком уровне достаточно просто. Электронные и традиционные учебные материалы должны гармонично дополнять друг друга как части единой образовательной среды. Электронные лекции преподаватель может изготовить сам или с привлечением студентов (например, рефераты, доклады, курсовые и другие студенческие работы всегда изначально имеют электронный вид), а может выбрать из множества обучающих программ широко представленных на рынке программного обеспечения. Такое использование обеспечивает только рецептивное (простая передача знаний) обучение. Уже ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что в условиях информатизации образования меняется парадигма педагогической науки, изменяется структура и содержание образования. Новые методы обучения, основанные на активных, самостоятельных формах приобретения знаний и работе с информацией, вытесняют демонстрационные и иллюстративно-объяснительные методы, широко используемые традиционной методикой обучения, ориентированной в основном на коллективное восприятие информации и ставят новые цели перед разработчиками и методистами основных направлений развития современной педагогики. Поэтому больший интерес представляют возможности, которые предоставляют информационные технологии для закрепления знаний, контроля, самостоятельной работы, тренировки, так как именно здесь можно использовать их ценнейший потенциал – интерактивность, т.е. диалоговый режим обучения. В настоящее время особенно популярным стало тестирование студентов. Контроль с помощью вопросов и выборочных ответов, несмотря на некоторое его несовершенство, привлекает к себе внимание мно89
гих преподавателей и методистов. Он открывает широкие возможности для применения специальных технических средств, позволяющих вести систематическую проверку усвоения учебного материала всеми учащимися, лучше использовать полученные результаты для организации индивидуальной работы и совершенствования всего учебного процесса.
Рис. 1. Внешний вид электронной тестирующей программы
90
В мониторинге качества знаний важную роль играет тестирование. Его используют на всех этапах контроля. Чаще всего мы предлагаем учащимся тесты с выбором варианта ответа. Такие тесты можно проводить с использованием информационных технологий. Современный уровень информатизации открывает новые возможности оценивания качества обучения и мониторинга качества знаний. В результате повышается уровень надежности и сопоставимости отметок, значительно снижаются физические и психологические нагрузки и студентов, и педагогов. Сегодня уже просто нельзя игнорировать такие возможности для повышения качества обучения. Итоговые тесты по различным дисциплинам, применяемые нами, переведены в электронный вид. Такие тесты позволяют оперативно проверять знания учащихся, так как обработку результатов и выставление оценок производит компьютер. Внешний вид электронной тестирующей программы приведен на рисунке 1. Для получения достоверных результатов качества знаний студентов, при электронном тестировании, так же как и при обычном, необходимо придерживаться методических рекомендаций по проведению проверки знаний и умений студентов с помощью тестов с выбором ответа, разработанных педагогами колледжа в рамках деятельности краевой экспериментальной площадки «Комплексный мониторинг как условие управления качеством профессиональной подготовки специалистов в системе среднего профессионального образования». Кроме внутреннего тестирования Хабаровский педагогический колледж принимает участие в Федеральном Интернет-экзамене в сфере профессионального образования для ССУЗов. Мониторинг качества образования в педагогическом колледже основан на рейтинговой системе оценивания знаний, умений и навыков. Результаты рейтинга открыты на протяжении всего учебного процесса. Для этого используется рейтинговая таблица, в которую заносятся результаты по каждому контрольному мероприятию. Мы предлагаем использовать две дублирующие друг друга рейтинговые таблицы. Одна рейтинговая таблица вывешивается в кабинете, вторая таблица является ее электронным вариантом и отличается от первой тем, что автоматически суммирует рейтинговые баллы, как по каждому студенту, так и по каждому контрольному мероприятию. Открытость мониторинга дает возможность студенту планировать свои достижения, а преподавателю оценивать полную картину учебного процесса. Фрагмент рейтинговой таблицы приведен на рисунке 2.
91
Рис.2. Фрагмент рейтинговой таблицы в MS Excel (физика)
Электронный вариант рейтинговой таблицы удобен тем, что позволяет быстро строить диаграммы успеваемости. Например, сравнительная диаграмма входного теста по теме и понятийного диктанта (рис.3), проводимого уже после изучения этой темы на занятиях, наглядно демонстрирует, на сколько продвинулись студенты относительно начального уровня знаний по данной теме. Некоторые учебные дисциплины невозможно освоить в полной мере без демонстраций, опытов и экспериментов. На проведение эксперимента может потребоваться большое количество времени, специальное оборудование, создание особых условий, что в рамках одного учебного занятия бывает нереально. В таких случаях преподаватели используют виртуальные лаборатории. Такие материалы накоплены преподавателями физики, анатомии, химии и других дисциплин.
92
Входной тест по теме
Понятийный диктант или тест
8 7 6 5 4 3 2 1
Т
А
ок ов а Че сн
М ту н ль Э
Ру са ко в
К нк о
А Ш ев че
ае ва Ш иг
Ш ер ст н
ев а
А
Д ра
Е М ис ю
ле в Ко ро
ги на
Л
о Ко ря
на
Н
Н Ка са тк и
Ех ам ов а
ов а Бе л
Ав ер ки е
ва
Ю
0
Рис.3. Сравнительная диаграмма входного и последующего тестов по теме
В любом профессиональном учебном заведении одной из форм обучении студентов является практика. Студентам педагогических специальностей, таких как «Преподавание в начальных классах», «Дошкольное образование», «»Музыкальное образование», Специальная педагогика в специальных (коррекционных) образовательных учреждениях», «Иностранный язык», «Информатика», «Технология», во время практики необходимо готовить конспекты уроков, наглядный и дидактический материал. Основным требованием к этим материалам является представление их не только в печатном, но и электронном виде. Все наработанные материалы объединяются, в результате мы получаем банк данных – цифровые образовательные ресурсы (ЦОР). Этот банк данных доступен каждому студенту, что существенно упрощает подготовку к урокам «новичков», так как они могут ориентироваться на готовые примеры планов уроков и других материалов: тестов, презентаций, карточек-заданий и т.п. Интернет имеет огромный информационный и обучающий потенциал. Для создания условий необходимости использования студентами в обучении всемирной сети преподаватели колледжа используют следующие методические приемы: • некоторые материалы созданные студентами, принимаются на проверку только по электронной почте (курсовые работы, рефераты, выпускные квалификационные работы, резюме, рекламные листовки); • регистрация в предметных сообществах; • изучение материала, выложенного на конкретном образовательном портале; • поиск цифровых образовательных ресурсов для пробных уроков. 93
Одним из направлений использования информационных технологий в организации учебного процесса является учет успеваемости и посещаемости студентов колледжа. Первоначально этой работой занимается куратор. Например, преподаватели предметной (цикловой) комиссии математических дисциплин и информатики используют электронную базу данных «Группа», что позволяет существенно снизить затраты времени на подготовку отчетной документации.1 Таким образом, внедрение информационных технологий в образовательный процесс учебного заведения не только возможно, но и крайне необходимо в условиях развития информационного общества, поскольку служит не только формированию информационнокоммуникативной компетентности будущих специалистов, но и является условием повышения качества подготовки кадров для решения актуальных задач развития региона.
1
Материалы деятельности краевой экспериментальной площадки «Комплексный мониторинг как условие управления качеством профессиональной подготовки специалистов в системе среднего профессионального образования», Хабаровский педагогический колледж, 2007 94
УДК 621.436:656.6.001.24 Н. В. Воробьёва, А. Д. Елхимова ИНТЕГРАЦИЯ ВНЕУРОЧНОЙ И УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ШКОЛЬНИКОВ В ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЫХ СРЕДСТВ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРЕДМЕТОВ ЕСТЕСТВЕННО – МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЦИКЛА Воробьёва Н. В. – зам. директора по учебной работе ФГОУ СОШ №162 МО РФ, учитель математики; Елхимова А. Д. – педагог дополнительного образования ФГОУ СОШ №162 МО РФ, учитель информатики Взаимодействие учителя математики и педагога дополнительного образования по вопросу применения мси на уроках. Темы школьного курса математики, составляющие основу программы дополнительного образования по обучению учащихся работе на калькуляторе CASIO.
Информационные технологии уже давно прочно вошли в область образования, многие школьники владеют компьютером лучше некоторых учителей. Поэтому применение калькуляторов в учебном процессе вызывает неоднозначное мнение у педагогов и школьников. Проблема использования калькулятора в школе не нова, ей занимались многие методисты и учителя в 70-80-х г.г. 20 века, но эта идея не получила широкого распространения, в связи с тем что: - учителя и «учащиеся испытывали технические затруднения» [1] при работе с калькулятором, что в свою очередь приводило к большей затрате времени на уроке, чем планировалось учителем; - требовалась запись последовательности нажатия клавиш, а это вызывало недовольство ребят и опять же приводило к затрате дополнительного времени на уроке; - внимание переключилось на компьютеры, что вызвало у школьников наибольший интерес. В настоящее время среди направлений развития информационных технологий, помимо компьютерной техники, внимание учителей естественно-математического цикла вновь обращено на использование и применение малых средств информатизации - инженерных и графических калькуляторов. Это объясняется тем, что: 95
– учитель математики не всегда имеет возможность проводить уроки в компьютерном классе; – работать с калькулятором стало намного проще, он может выполнять операции сходные с действиями, производимыми на компьютере; – современные калькуляторы обладают значительными демонстрационными возможностями, все осуществляемые на них действия могут быть спроецированы на большой экран. В связи с этим можно сказать, что инженерный калькулятор становится на уроках инструментом обучения. В Хабаровском крае идёт эксперимент по использованию научных калькуляторов CASIO на уроках математики, физики и информатики. По приглашению методистов Хабаровского института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров учителя нашей школы прошли курсы по теме « Новое в применении малых средств информатизации при изучении предметов естественноматематического цикла», после обучения мы решили попробовать применить калькуляторы при изучении отдельных тем школьного курса математики. Естественно сразу возникло несколько проблем: 1) как научить учащихся работать на калькуляторах, притом, что калькуляторов в школе нет; 2) где найти время для организации обучения школьников? Рамки урока строго ограничены, а применение калькулятора естественно предполагает владение навыками работы с ним. На помощь пришли методисты института усовершенствования, нас обеспечили компьютерной программой «Эмулятор», с помощью которой появилась возможность обучить школьников. Время было решено выделить за счет программы дополнительного образования. Здесь мы основывались на том, что: 1) «содержание дополнительного образования определяется исходя из личностной проблематики» [3], интересов и склонностей учащегося, и может быть максимально дифференцировано; 2) деятельность, в отличие от урока, «планируется и организуется учителем и учениками совместно» [3], ребёнок имеет возможность выбирать наиболее оптимальное для него время и вид деятельности; 3) оценка знаний, умений и навыков выражается как самооценка школьника, оценивается не соответствие ребенка нормам, а его личностная динамика, благодаря этому ребёнок получает признание в коллективе сверстников. Конечно, были сомнения, ведь современные школьники достаточно хорошо владеют компьютером и, наверное, не захотят тратить время на изучение калькулятора. Но наши тревоги оказались напрасными, 96
ученики с большим удовольствием посещали занятия и очень быстро освоили тот объем знаний, который им был предложен. Во время работы с детьми мы пришли к выводу, что данный вид деятельности должен носить системный характер. Совместно с учителем информатики мы выделили те темы школьного курса математики, где применение калькулятора наиболее рационально, а так же определили, каким образом будет использован калькулятор на уроке. Табл. 1 Применение калькулятора в разных классах Класс
Тема школьного курса
6-9
Знакомство с калькулятором и компьютерной программой «Эмулятор Casio»
6-8
Числовые и буквенные выражения
6-9 Проценты
8-9
Неравенства
Применение калькулятора на уроке
Вопросы, изучаемые на спецкурсе
Положительные моменты
- клавиатура калькулятора; -функции клавиш; - выполнение элементарных математических действий - само проверка; - взаимо проверка
- отработка алгоритмов различных типов задач на проценты; - само проверка; - взаимопроверка - само проверка; - взаимопроверка
- совместные действия с обыкновенными и десятичными дробями; - числовые выражения и свойства действий над числами; - рациональные дроби - алгоритм работы с калькулятором; - различные типы задач на проценты; - работа с формулами простого и сложного процентного роста
- неравенства с одной переменной и их системы; - неравенства второй степени с одной переменной.
97
- экономия времени урока; - повышение самооценки учащихся - возможность более качественно отработать применение различных алгоритмов; - экономия времени урока - возможность решения большого количества задач; - экономия времени урока; - повышение самооценки учащихся
Продолжение табл. 1 Класс
Тема школьного курса
7-9
Степень и её свойства
9 Прогрессии
Применение калькулятора на уроке - само проверка; - взаимопроверка; - решение заданий исследовательского характера
Вопросы, изучаемые на спецкурсе
Положительные моменты
- степень с натуральным показателем; - степень с целым показателем; - степень с рациональным показателем
- само проверка; - взаимо проверка
- арифметическая прогрессия; - геометрическая прогрессия
- возможность решения большого количества задач; - экономия времени урока; - возможность самостоятельного исследования; - возможность самостоятельного вывода свойств степеней - возможность решения большого количества задач; - экономия времени урока
В связи с тем, что работа была начата нами совсем недавно, мы смогли рассмотреть только отдельные темы предложенной выше таблицы. Изучая вопрос «Графики зависимостей величин» в курсе 6 класса по учебнику Г.В.Дорофеева и Л.Г. Петерсон, мы использовали калькулятор как средство для выполнения заданий исследовательского характера. Например: 1. Построй в одной координатной плоскости графики трёх данных зависимостей между переменными у и х: у=2х, у=2х+3, у=2х-1. Что ты наблюдаешь? Сформулируй гипотезу. 2. Построй в одной координатной плоскости графики зависимостей у = кх, если: А) к = 2 и к = -2; Б) к = 1 и к = -1; В) к =2,5 и к = -2.5. . Что ты наблюдаешь? Сформулируй гипотезу. 3. Построй в одной координатной плоскости графики зависимо98
стей У= КХ², если: А) к = 1, у = 0,5, у = 2; Б) к = 1 и к = -1; В) к = 2 и у = -2. Что ты наблюдаешь? Сформулируй гипотезу. При традиционной форме обучения чтобы увидеть какую-либо закономерность ученикам приходится выполнять большое количество построений, на что уходит много времени, и, как правило, на формулировку гипотез остаётся время только в конце урока, а это время считается малопродуктивным. Решение заданий с помощью графического калькулятора дает возможность учащимся рассмотреть расположение графика каждой функции в отдельности, а затем перейти к вопросу взаимного расположения графиков в одной системе координат, времени на эту работу тратится намного меньше и в связи с этим появляется больше времени на аналитическую деятельность. На таких уроках использование калькулятора поможет наглядно и интересно провести изучение учебного материала, а также даст большой выигрыш во времени. Работая над темой « Числа и их модули» учащимся предлагались задания следующего характера. Например: Сравни числа А и В и их модули если: А = (- 0,864 : 1,2 – 0,2 (- 3,5 – 7,5) + 0,92): 2; В = (2,19 (- 5,4)) : (- 2,19) – (- 1,25 + 2,72)- (- 0,21 : (- 0,1)). При выполнении этого задания традиционными методами существует большая вероятность того, что будет допущена вычислительная ошибка. Это в свою очередь приводит к снижению самооценки учащихся. Применение калькулятора даёт возможность учащимся быстрее достичь поставленной перед ними цели. В старших классах возможно более широкое применение калькулятора при исследовании функций, при изучении раздела статистики. В заключение всего выше сказанного хотим отметить, что не являемся сторонниками полной замены приёмов устного и письменного счёта работой с калькулятором. Мы придерживаемся, мнения о рациональном использовании малых средств информатизации на уроках естественно-математического цикла и при организации внеурочной деятельности с обучающимися, это могут быть различные конкурсы и викторины, задания для которых очень часто встречаются в учебниках, а на выполнение их на уроке практически не остаётся времени. Сейчас мы работаем над созданием программы дополнительного образования, в которую будут включены вопросы, связанные с обучением школьников приёмам работы на научных и графических калькуляторах необходимых им на уроках математики, информатики и физики. 99
Библиографические ссылки 1. Вострокнутов И.Е., Грудзинский А.В., Минаева С.С., Смекалин Д.О. Методические рекомендации к изучению алгебры в 7-9 классах с использованием применения малых вычислительных средств/ Вострокнутов Игорь Евгеньевич, Грудзинский Александр Владиславович, Минаева Светлана Станиславовна, Смекалин Дмитрий Олегович.- М: Издательство «Навигатор», 2006. 2. Каменский А.М. Воспитание авторитетом: Образовательный потенциал внеурочной работы.- М: Сентябрь, 2007. 3. Каменский А.М., Смирнова З.Ю. Внеурочные технологии как альтернативные формы образования (практическое пособие) - М: Сентябрь, 2006.
100
УДК 681.3:51:53 И. Е. Вострокнутов МАЛЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ. ОПЫТ, РАЗВИТИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ Вострокнутов И. Е. – научный руководитель образовательных программ компании CASIO в Российской Федерации и странах СНГ, д.п.н., профессор Рассматривается направление малых средств информатизации, проведен анализ их дидактичесих возможностей. Анализируется процесс реализации совместного проекта CASIO и Министерства образования Хабаровского края в формате Краевой экспериментальной площадки. Обсуждаются первые результаты проекта, перспективы и направления развития.
Второй год в Хабаровском крае работает экспериментальная площадка «Применение малых средств информатизации (графических и научных калькуляторов) для повышения качества обучения предметам естественно-научного цикла». Что же такое «малые средства информатизации», как они влияют на развитие образования вообще и каковы их перспективы в Хабаровском крае? Традиционно средствами информатизации образования называют средства информационных технологий, которые нашли свое применение в системе образования. Понятие «информационные технологии» у большинства людей ассоциируется с персональными компьютерами, компьютерными, коммуникационными, в том числе, и Интернет– технологиями. Но это не совсем верно. Существует и успешно развивается направление портативных специализированных вычислительных средств, ориентированных на решение конкретных прикладных задач. По сравнению с универсальным вычислительным средством (компьютером) они имеют ряд преимуществ. Они гораздо компактнее, более надежны, удобнее в эксплуатации и, что немаловажно, намного дешевле. В ряде публикаций они получили название «малые средства информационных технологий». Примерами таких вычислительных средств являются мобильные телефоны, электронные записные книжки, смартфоны, карманные портативные компьютеры (КПК). Примером малых средств информационных технологий, которые успешно 101
применяются в обучении, являются научные и графические калькуляторы. Принципиальным отличием малых средств информационных технологий от универсальных (компьютеров) является то, что они рассчитаны на решение только определенного класса вычислительных задач. Поэтому они эти задачи решают хорошо. Мало того, вся их электроника рассчитана на решение только этих вычислительных задач и не содержит лишней элементной базы. Поэтому они всегда в несколько раз (в некоторых случаях и порядков) дешевле универсальных средств (компьютеров) и по критерию цена − качество решаемой вычислительной задачи, для которой они созданы, всегда намного эффективнее компьютеров. Так, например, оснащение даже каждого школьника в классе самым мощным графическим калькулятором обходится как минимум в 2 раза дешевле, чем безсерверный компьютерный класс на 10 машин. Причем, затраты на содержание, модернизацию и программное обеспечение полностью отсутствуют. Нет необходимости выделять и оборудовать специальный кабинет, проходить сертификацию и соблюдать какие-либо специальные санитарные, противопожарные и иные нормы. Вычислительные возможности современных научных, а особенно графических калькуляторов настолько велики, что их сложно называть калькуляторами в привычном понимании. Графические калькуляторы обладают жидкокристаллическим дисплеем, с хорошими характеристиками, вполне достаточными для нормального отображения и исследования графиков самых разнообразных функций, они имеют язык программирования похожий на Бейсик. К ним можно подключать различное проекционное оборудование – мультимедиа проекторы и жидкокристаллическую панель, разработанную CASIO для проектирования изображения с помощью кодоскопа. К ним можно через аналогоцифровой преобразователь, выпускаемый CASIO, подключать датчики и они превращаются в мини физическую лабораторию. Причем, время подготовки оборудования – от включения до, например, построения графиков функций или выполнения лабораторных опытов составляет несколько секунд, что намного быстрее компьютера. Малые средства информационных технологий имеют еще ряд достоинств, позволяющих широко применять их в учебном процессе. Например, они мобильны. Можно без особого труда перемещать их из одного кабинета в другой, например, перенести небольшой чемоданчик с калькуляторами из кабинета физики в другой кабинет на урок математики. Для них отсутствуют ограничения по временным режимам работы санитарных норм, установленных для компьютерной вычислительной техники, ограничения по гигиеническим и противопо102
жарным мерам, поскольку у них отсутствует высокое напряжение. Они надежны, их сложно сломать и взломать программно. Все программное обеспечение встроено и распространяется вместе с калькуляторами, поэтому все проблемы с лицензированием программного обеспечения отсутствуют. На них отсутствую игры, а также программы, не относящиеся к выполнению задачи, поэтому учащиеся во время выполнения задания не отвлекаются. Они легки в освоении. Для научных и графических калькуляторов разработаны полнофункциональные компьютерные программы-эмуляторы, которые очень хорошо взаимодействуют с интерактивной доской. На основе калькуляторов, аналого-цифровых преобразователей и интерактивных досок создаются интерактивные кабинеты математики, физики и химии. В зависимости от комплектации оборудования в таких интерактивных кабинетах можно решать следующие учебные задачи: – в удобной и наглядной форме объяснять новый учебный материал по математике, физике, химии, информатике с использованием программ-эмуляторов калькуляторов на интерактивной доске и (или без) калькуляторов у учащихся (в зависимости от учебной задачи); – формировать вычислительные навыки с использованием калькуляторов у школьников; – решать задачи, требующие объемных вычислений, с использованием калькуляторов; – проводить демонстрационные эксперименты по физике и химии; – проводить фронтальные лабораторные работы по физике и химии; – заниматься учебно-исследовательской деятельностью. Дидактические возможности малых средств информационных технологий велики. Их применение в школьных курсах математики, физики, химии, информатики и других естественно-научных предметах позволяет проводить уроки в более наглядной и доступной форме, они могут брать на себя рутинные функции, например, связанные с расчетами, и высвобождать учебное время для более полного раскрытия содержания темы. Они позволяют оперировать на уроке реальными данными и измерениями и на основании их выявлять закономерности. Особенно велики их дидактические возможности в составе интерактивных кабинетов вместе с интерактивной доской. Применение малых средств информатизации позволяет значительно повысить качество и эффективность учебного процесса. Именно этим и объясняется то, что они являются вполне привычным средством обучения в большинстве развитых странах мира, таких, как Япония, США, Германия, Франция, страны Скандинавии. На применение этой 103
технологии ориентированы стандарты, учебные программы и учебники большинства развитых стран мира. Вопросы применения графических калькуляторов в обучении постоянно обсуждаются на международных научных симпозиумах и конгрессах. В настоящее время в мире создано и создается много учебных и методических пособий по вопросам эффективного применения калькуляторов в обучении, расширению и углублению содержания математической подготовки, применению графических калькуляторов для демонстрации физических явлений и опытов и т.д. И процесс этот продолжается. Мировой опыт применения малых средств информационных технологий в обучении математике и ряду другим школьным учебным дисциплинам выглядит очень убедительно. Тенденция широкого внедрения в учебный процесс малых средств информатизации имеет место и в нашей стране, и эта тенденция с каждым годом возрастает. О них стали чаще писать в периодической педагогической печати, ими всерьез заинтересовались ученые, методисты, руководители органами образования всех уровней, руководители учебных заведений и учителя. Но и нерешенных проблем еще остается немало. Так, например, общеизвестно, что эффективность применения новых средств обучения напрямую зависит от того, насколько эффективна методика и насколько ей владеют учителя. Это очень серьезная проблема, поскольку в нашем случае приходится одновременно решать две большие задачи: создавать и отрабатывать новую рациональную методику обучения с использованием малых средств информатизации и создавать систему обучения учителей новой технологии и новой методике обучения. Процесс этот сложный, последовательный (итерационный) и достаточно длительный. Именно для решения этой проблемы и была создана краевая экспериментальная площадка «Применение малых средств информатизации (графических и научных калькуляторов) для повышения качества обучения предметам естественно-научного цикла». Для успешной реализации этого проекта у нас есть все предпосылки. Это: хороший уровень проработанности методик, высокая квалификация педагогов Хабаровского края, участвующих в проекте, поддержка руководства системы образования Хабаровского края. Эксперимент развернут на базе Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров. Руководителем распределенной КЭП является ректор Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров, проф., д.п.н. Кузнецова А.Г. Большая организационная работа по организации, развертыванию и сопровождению эксперимента легла на плечи зам. директора по научной работе Веревкиной 104
Т.А. С этой работой она успешно справилась. Эксперимент носит инновационно–внедренческий характер и осуществляется одновременно на базе нескольких школ, оснащенных комплектами учебной техники на основе графических калькуляторов. В качестве методической основы используются пособия, разработанные авторским коллективом под руководством д.п.н., проф. Вострокнутова И.Е. В настоящее время авторским коллективом уже разработана серия учебных и методических пособий по применению малых средств информатизации (МСИ) в обучении математике, информатике, физике и другим школьным естественно-научным предметам [1-7], а также опубликованы статьи в центральных периодических педагогических изданиях [8-19]. Целью эксперимента является апробация методик применения МСИ при обучении предметам естественно-научного цикла средней школы, их доработка и развитие, а также определение условий и рациональных схем применения, при которых данные методики и оборудование способствуют повышению эффективности и качества обучения, и могут быть рекомендованы к массовому использованию. В случае положительного результата целью эксперимента является также создание условий для внедрения полученных результатов в массовую практику школ края. В ходе проведения эксперимента была проделана следующая работа: 1. Развернута краевая экспериментальная площадка на базе Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров и его филиала в городе Комсомольск– на–Амуре. 2. В рамках эксперимента в крае развернута сеть краевых экспериментальных площадок на базе пилотных общеобразовательных учреждений, список которых согласован с муниципальными органами управления образованием: МОУ СОШ № 33 г.Комсомольска-на-Амуре (базовая школа для предметного объединения по физике «северного куста»); МОУ СОШ № 51 г.Комсомольска-на-Амуре (базовая школа для предметного объединения по математике «северного куста»); МОУ СОШ № 34 (базовая школа для предметного объединения по химии «северного куста»); МОУ СОШ с. Красицкое Вяземского муниципального района (базовая школа для предметного объединения по физике «южного куста»); МОУ «Гимназия восточных языков № 4», г. Хабаровска (базовая школа для предметного объединения по химии «южного куста»); 105
МОУ СОШ № 80 с углубленным изучением отдельных предметов, г.Хабаровска (базовая школа для предметного объединения по математике «южного куста»); МОУ СОШ № 4 пос. Чегдомын Верхнебуреинского района; МОУ СОШ № 2 с. Некрасовка; МОУ Лицей «Ритм». Все эти образовательные учреждения оснащены комплектами научных и графических калькуляторов, учебной и методической литературы. 3. В 2006-2007 учебном году проведена подготовка преподавателей – тьюторов для курсов повышения квалификации. Всего было подготовлено 30 человек. Из них: Хабаровский краевой институт переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров
Крахмалева Татьяна Сергеевна Холодова Татьяна Анатольевна Черемисинова Ирина Вадимовна Бухарова Раиса Федоровна Бекмухаметова Наталья Витальевна
Филиал Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров в городе Комсомольск–на–Амуре
Кондратьева Вета Михайловна Жукова Наталья Германовна Стародубова Виктория Александровна
МОУ "Гимназия восточных языков № 4", г. Хабаровска МОУ СОШ с. Красицкое Вяземского района МОУ СОШ № 4 пос. Чегдомын Верхнебуреинского р-на МОУ СОШ № 80 с углубленным изучением отдельных предметов, г. Хабаровск МОУ СОШ № 2 с. Некрасовка МОУ лицей "Ритм"
Голубева Татьяна Аликовна Григорюк Валентина Петровна Кривошеева Сталина Степановна Видинеева Раиса Алексеевна Старостина Галина Дмитриевна Татевосян Татьяна Викторовна Левина Галина Михайловна Сорокина Надежда Васильевна Кулакова Елена Гарриевна Пак Светлана Валентиновна Ильина Ирина Леонидовна Лунегова Елена Вячеславовна Рехтина Галина Александровна Чурсина Елена Владимировна Бельды Людмила Владимировна Бельданова Нина Григорьевна Вировая Галина Александровна 106
Все подготовленные преподаватели Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров и его филиала в Комсомольске–на Амуре – это методисты по информатике, математике, физике и химии. Для успешной реализации проекта это очень важно. Это наши ведущие преподаватели. 4. В текущем учебном году развернуты курсы повышения квалификации для учителей информатики, математики, физики химии на базе Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров и его филиала в Комсомольске– на Амуре проведены курсы повышения квалификации силами преподавателей – тьюторов, подготовленных в 2006-2007 учебном году. Это были достаточно объемные и серьезные курсы. Они проводились из расчета 72 часов в виде 3 учебных блоков для 4 групп слушателей: учителей математики, информатики, физики и химии. Следует отметить, что с этой работой они успешно справились. 5. В настоящее время из числа преподавателей – тьюторов и слушателей курсов созданы инициативные творческие группы учителей математики, физики и информатики. В перспективе эти творческие группы станут костяком эксперимента. На них ляжет основная работа по проверке качества разработанных учебных и методических пособий, участие в их доработке, а также участие в разработке новых. Координирует эту работу Бекмухаметова Наталья Витальевна. В ближайшее время координации работы участников эксперимента будет создан сайт. Вся работа по его поддержке также ляжет на плечи Натальи Витальевны. 6. Идет создание банка методических разработок, идей и учебных заданий по школьным учебным предметам: математике, физике, химии информатике. Эта интересная и нужная работа сейчас идет полным ходом. Эксперимент еще только находится на стадии становления, но уже сейчас наметилось ряд интересных методических идей, которые в самое ближайшее время будут реализованы. Что даст Хабаровскому краю участие в эксперименте? В качестве результатов эксперимента ожидаются: – отработанные методики применения МСИ при обучении предметам естественно-научного цикла средней школы; – дидактические материалы, содержащие задачи (которые целесообразно решать с помощью МСИ), расширяющие кругозор учащихся в области точных наук; – программы повышения квалификации учителей-предметников по применению МСИ на занятиях в школе; – действующие консультационные центры по оказанию методи107
ческой помощи и подготовке педагогов в области применения МСИ в школе; – статистический анализ влияния применения рассматриваемых методик и комплектов оборудования на эффективность и качество обучения; – научный отчет об итогах эксперимента, содержащий анализ хода реализации эксперимента и его результатов, рекомендаций по возможностям массового применения МСИ в обучении, а также направления дальнейшей научной и методической работы (в том числе диссертационных исследований в данной области); – подготовка цикла статей для методической прессы о возможностях применения МСИ в обучении. Реализация проекта должна привести: – к активизации учебной деятельности учащихся и, как следствие, – повышению качества образования; – к повышению прикладной направленности курсов, возможности рассмотрения задач с реальными данными на уроках математики, расширению спектра лабораторных и прикладных задач по физике; – к развитию информационной культуры учащихся, овладению ими навыками построения и исследования информационных моделей на примерах задач различных школьных предметов в рамках школьного курса; – к укреплению межпредметных связей школьных дисциплин естественно-математического цикла; – к расширению спектра учебных предметов, на которых могут быть использованы МСИ: – к росту педагогического мастерства и профессиональной квалификации педагогических кадров. Библиографические ссылки 1. Смекалин Д.О. Изучение информатики и малые вычислительные средства. Методическое пособие по использованию инженерных калькуляторов в курсе информатики. М.: Издательство «Навигатор», 2005. – 96 с. 2. Методические рекомендации к изучению алгебры в 7-9 классах с использованием возможностей применения малых вычислительных средств: пособие для учителя / (И. Е. Вострокнутов, А. В. Грудзинский, С. С. Минаева, Д. О. Смекалин ). – М.: «Навигатор», 2006 . 3. Решение задач по статистике с использованием возможностей применения малых вычислительных средств: пособие для учителя / [С. С. Минаева, Н. С. Никитина, Д.О. Смекалин, А. В. Грудзинский ]; под ред. И. Е. Вострокнутова, – М.: «Навигатор», 2007. 4. Вострокнутов И.Е. Вычисления на уроках математики с калькулято108
ром CASIO fx-82ЕS, fx-85ЕS, fx-350ЕS, fx-570ES, fx-991ES. Приложение к учебникам математики 5-11 классов общеобразовательных учебных заведений. –М.: Издательство «Навигатор», 2005. – 72 с. 5. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Вычисления на уроках математики с калькулятором CASIO fx-82ES, fx-85ES, fx-350ES, fx-570ES, fx-991ES: приложение к учебникам математики 5-11 классов общеобразовательных учебных заведений. Издание второе, дополненное и переработанное. – М.: издательство «Курс», 2007. 6. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Вычисления на Едином Государственном экзамене по физике с калькулятором CASIO fx-82ES, fx-85ES, fx350ES, fx-570ES, fx-991ES.: учебное пособие. / И.Е. Вострокнутов, М.С. Помелова. М.: издательство «Курс», 2007. – 62 с. 7. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Учимся программировать на графических калькуляторах CASIO FX-9860G: учебное пособие. М.: Курс, 2007. – 62 с. 8. Возможности современных калькуляторов CASIO в обучении математике и других учебных предметов в средней школе.// Учительская газета. – №38 (9911) от 17 сентября 2002. – С. 20. 9. Вострокнутов И.Е. «Школьный калькулятор» - новый образовательный проект фирмы CASIO в России. //Математика в школе. №5, 2003. С. 7476. 10. Вострокнутов И.Е. Какой калькулятор выбрать.// Куда пойти учиться. № 33. С.22. 11. Вострокнутов И.Е. Какой калькулятор выбрать (продолжение).// Куда пойти учиться. № 34. С. 26. 12. Смекалин Д.О. О возможности и целесообразности использования современных инженерных калькуляторов на уроках информатики.// Информатика и образование. №12, 2005. 13. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Использование научных калькуляторов на уроках информатики. // Информатика и образование. № 10, 2007. С. 103-106. 14. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Малые средства информационных технологий и информатизации образования. // Педагогическая информатика. № 3, 2007. 15. Образовательный проект «Школьный калькулятор»: интервью представительства CASIO Окуно Такаюки и А.В.Грудзинского. // Математика в школе, 2007, № 2. 16. Минаева С.С. Калькулятор снова приходит в школу: статья // Математика в школе, 2007, № 2. 17. Минаева С.С. Решать задачи становится интереснее: цикл статей // Математика, ИД «Первое сентября», № 8, 17, 19, 21, 2007. 18. Большакова Г.В. Осваиваем малые средства информатизации. // Математика, ИД «Первое сентября», № 4, 2007. 19. Серова З. Особенности применения калькуляторов в курсе математики 5-6 классов. //– Математика, ИД «Первое сентября». № 21, 2007. 109
УДК 004.78:351.85 М. А. Вышиванов, Д. В. Гмарь, В. А. Князев, К. И. Шахгельдян ВНЕДРЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В КОРПОРАТИВНУЮ ИНФОРМАЦИОННУЮ СРЕДУ ВУЗА Вышиванов М. А. – вед. программист отдела информационных сервисов и корпоративных приложений ВГУЭС; Гмарь Д. А. – вед. программист отдела информационных сервисов и корпоративных приложений ВГУЭС; Князев В. А. – вед. программист отдела информационных сервисов и корпоративных приложений ВГУЭС; Шахгельдян К. И. – начальник отдела информационных сервисов и корпоративных приложений ВГУЭС, доцент, к.т.н. Работа посвящена вопросам внедрения информационных систем в действующую корпоративной информационную среду вуза. Рассматриваются вопросы интеграции пользователей, данных, приложений, процессов.
Введение Корпоративная информационная среда (КИС) вуза может быть построена на основе либо единого, например, ERP-решения, либо с помощью технологий интеграции. В последние годы все чаще КИС строится на базе нескольких решений, где одним из составляющих может быть и решение класса ERP. Среди технологий интеграции можно выделить направления: 1. интеграции данных; 2. интеграции приложений; 3. интеграции пользователей; 4. интеграции бизнес-процессов. Интеграция данных объединяет несколько подходов – репликация данных, логическая интеграция на лету и агрегированные хранилища данных. Интеграция приложений подразумевает передачу сообщений между различными приложениями и генерацию и обработку событий в приложениях. Интеграция пользователей позволяет использовать одну учетную запись пользователя во многих системах. Интеграция бизнес-процессов реализует формирование сквозных бизнес-процессов, 110
часть из которых реализуется в одной системе, а часть – в другой. Жизненный цикл КИС достаточно длительный, в некотором смысле бесконечный, так как устаревшие системы заменяются на новые, реализуются новые функциональности в рамках работающих систем и внедряются новые информационные системы, которые могут быть разработаны сторонними компаниями. Предметом доклада является обсуждение вопросов внедрения сторонних информационных систем в КИС, построенную на принципах интеграции. Интеграция на уровне пользователей Интеграция на уровне пользователей корпоративной информационной среды (КИС) предполагает использование одних и тех же учетных записей в различных системах. Для таких целей могут использоваться учетные записи сервера каталогов, например, LDAP-серверов Active Directory, e-Directory и т.п. Могут так же использоваться учетные записи, которые хранятся в некоторой базе данных. В КИС ВГУЭС 6 лет работает система единой регистрации и управления правами пользователей [1], которая обеспечивает создание и управление учетными записями сотрудников и студентов вуза в службе каталогов Active Directory (AD) и в таблицах базы данных. КИС содержит проекты, у каждого из которых могут быть роли. Роли назначаются пользователям, имеют ограничения области видимости и могут быть назначены в автоматическом или ручном режиме. Модель управления правами КИС ВГУЭС базируется на RBAC-модели [2], но является ее расширением в область автоматизации управления правами, в связи с невозможностью управлять в вузе правами вручную. Реализация интеграции на уровне пользователей зависит от приложения. Двухуровневые клиент-серверные приложения могут быть интегрированы практически без изменений, если выполнены следующие условия: • установление свойств соединения с базой данных на наиболее удобный механизм аутентификации в СУБД, например, для MS SQL Server таким механизмом будет аутентификация на базе учетных записей AD; • разработка процедуры синхронизации пользователей информационной среды и пользователей базы данных с автоматической генерацией ролей пользователю базы данных на основе ролей пользователя в КИС. Для трехуровневых приложений интеграция в КИС может иметь различные формы, в зависимости от внутренней организации прило111
жений. Рассмотрим проблему аутентификации, т.е. валидности имени и пароля. Некоторые сторонние приложения могут допускать изменения кода, выполняющего аутентификацию пользователя. Тогда, чтобы интегрировать это приложение в КИС, код аутентификации заменяется на вызов метода специализированной веб-службы аутентификации,. Это означает, что в стороннем приложении пароли пользователей не хранятся, что позволяет избежать проблем безопасности. Если стороннее трехуровневое приложение использует пользователей LDAP-сервера для доступа к системе, то эта проблема легко решается, так как в системе регистрации, предусмотрено создание учетных записей LDAP-сервера в КИС вуза при регистрации пользователя КИС. Если для этих целей используются различные LDAP-серверы, то между ними может быть настроена миграция, либо коммерческими системами (например, Tivoli), либо могут быть написаны несложные системы миграции учетных записей для определенных серверов. Процедура авторизации несколько сложнее. Авторизация пользователей может выполняться в системе самым разным образом. Например, если унаследованное приложение работает с учетными записями LDAP-сервера, в этом случае такие системы имеют администраторский инструментарий, позволяющий давать права группам пользователей LDAP-сервера. Такие группы могут быть созданы автоматически на основании заданных прав пользователей в КИС и более того, права на группы тоже могут быть сгенерированы автоматически в сторонней системе. Например, система управления контентом имеет административный инструмент, позволяющий давать права публикатора в рамках некоторого сайта определенным группам пользователей в LDAP-сервере. Тогда в КИС создается проект, соответствующий данной системе управления контентом и создается роль Публикатор с областью видимости – «сайт» из системы управления контентом (система управления правами может воспринимать таблицу сайтов системы управления контентом как источник данных, связанный отношением проекции с областью видимости для роли публикатор). На основании этих данных система актуализации создает группы пользователей в службе каталогов (с названием, совпадающим с названием сайта) и заносит в группы LDAP-сервера тех пользователей, которым даны права в системе управления правами. Так как система управления контентом настроена на тот же LDAP-сервер, то администратор системы видит созданные группы и определяет им права для доступа на сайт. Возможен и другой вариант, когда сопоставление групп службы каталога и сайтов выполняется автоматически в системе 112
управления контентом. Второй вариант предпочтителен, так как позволяет управлять правами автоматически. Так как система актуализации работает периодически (обычно раз в сутки), то все изменения в правах пользователя (увольнение, перевод, отчисления) сразу скажутся на вхождении их в группу LDAP-сервере, и соответственно на правах пользователей в системе управления контентом. Если сторонняя система не может работать с LDAP-сервером, но позволяет заменить функцию аутентификации, то возможен следующий вариант интеграции. Так как система имеет своих собственных пользователей, то должна быть настроена репликация между пользователями КИС и пользователями системы. Если система поддерживает модель RBAC, то в системе должно быть описано соответствие между пользователем, ролью и некоторым ограничением роли (аналог области видимости). Интеграция на уровне данных Интеграция на основе данных предполагает обеспечение репликации данных, интеграции на лету и организации агрегированного хранилища данных. Репликация данных организуется в случаях: 1. Если данные располагаются на различных серверах, имеющих разную модель данных. 2. Если данные необходимы на различных серверах, расположенных часто либо удаленно друг от друга, либо разделены сетевым экраном. Интеграция на лету организуется там, где требуется обеспечить логически интегрированные данные, т.е. в одном запросе выполняется обращение к нескольким разным базам данных. Агрегированные хранилища обеспечивают анализ агрегированных данных из разных областей деятельности вуза. В хранилище данные попадают из разных систем. В большинстве случаев на первом этапе внедрения информационной системы в КИС речь идет о репликации данных. В этом случае необходимо определить области пересечения данных. Для этих данных необходимо определить то приложение, которое является первоисточником. 1. Если внедряемое приложение определено как первоисточник пересекаемых данных, то, во-первых, должно быть запрещены функции в КИС, которые обеспечивали создание этих данных в других приложениях. Во-вторых, должна быть организована репликация в источники данных, которые соответствуют пересекаемым данным в КИС. 2. Если внедряемая система использует данные, первоисточника113
ми которых являются действующие системы КИС, то, во-первых, функция создания и редактирования данных должна быть закрыта во внедряемой системе, во-вторых, должна быть либо организована репликация данных из КИС в источники данных внедряемой системы, либо организована интеграция данных на лету для приложений, их использующих. Система управления понятиями КИС ВГУЭС [3] позволяет создавать недостающие данные, если при внедрении сторонней системы, требуются данные, которых нет в КИС. Например, при внедрении системы управления доступом в помещения вуза на основе идентификационных пластиковых карт требуется использование данных по помещениям вуза. Такого приложения в КИС вуза может и не быть. В этом случае с помощью системы управления понятиями создается понятие помещений и зданий (а также все необходимые сопутствующие понятия). Система управления понятиями позволяет не только создавать понятия и отношения между ними, но позволяет создавать и экземпляры понятий. В приведенном примере система управления понятиями может использоваться как система учета помещений вуза. При использовании системы управления понятиями для создания недостающих данных должна быть организована репликация данных из системы управления понятиями во внедряемую информационную систему. Интеграция приложений Интеграция приложений позволяет использовать бизнес-логику различных систем. Интеграция приложений осуществляется либо передачей сообщения либо с помощью генерации событий и их дальнейшей обработкой. Интеграция приложений возможна там, где используется промежуточный слой для работы с данными, в том числе для выборки из базы данных, для обработки и для редактирования данных в базе данных. Интеграция приложений может возникнуть, например, если внедряемое приложение имеет собственную систему аутентификации, которую необходимо заменить на аутентификацию КИС, для обеспечения интеграции на уровне пользователей. В этом случае процедура аутентификации внедряемой системы заменяется на вызов метода веб-службы аутентификации и авторизации пользователей КИС. В случае если внедряемая система имеет промежуточный слой с открытым интерфейсом это приложение должно быть зарегистрировано в КИС в виде серверной компоненты с описанием методов и пара114
метров методов. Такая каталогизация позволяет другим системам КИС использовать открытый интерфейс к внедряемой системе. Если внедряемая система имеет возможность генерировать события, то такие события должны быть каталогизированы в КИС с той же целью, чтобы другие системы КИС могли среагировать на события, происходившие во внедряемой системе. Интеграция бизнес-процессов Интеграция бизнес-процессов подразумевает формирование составного процесса из различных частей, реализованных в различных приложениях. При интеграции на уровне бизнес-процессов необходимо связать две системы, каждая из которых не знает ничего о другой системе, при этом автоматизируется процесс, который берет данные из одной системы, преобразует их согласно некоторым бизнес-правилам и генерирует данные в другую систему. Примером такой интеграции могут быть интеграция процесса начисления стипендии. КИС имеет системы учета контингента студентов и успеваемости, а так же систему учета стипендии. Используя систему управления бизнес-процессами формируются бизнес-правила, на основании которых формируется стипендия с учетом успеваемости и дополнительных сведений о студентах. Для реализации полного бизнеспроцесса к системе управления должны быть дописаны веб-службы извлечение информации о студентах и их успеваемости, формирования проекта приказов, сохранении стипендии в системе учета стипендии. Заключение Интеграция на уровне пользователей КИС является обязательным условием построения КИС на базе интеграции. Без этого условия в КИС вуза, где большое число пользователей и большой процент обновляемости контингента, внедрение систем в вузе выполнить невозможно. Интеграция на основе данных является обязательным, так как для интегрированной информационной среды необходимо, чтобы существовал единственный первичный источник одного понятия. Так как каждая информационная система использует некоторые данные и производит новые и при этом такие системы могут работать с разными СУБД, то, следовательно, необходимы процедуры репликации данных. Интеграция приложений может являться обязательным, если ключевые функции, необходимые многим приложениям, выполняются с помощью сервисных компонентов. Остальные формы интеграции являются желательным, но не обяза115
тельным условием построения интегрированной информационной среды вуза, особенно на первом этапе. Библиографические ссылки 1. Шахгельдян К.И., Крюков В.В., Гмарь Д.В. Система автоматического управления доступом к информационным ресурсам вуза//Информационные технологии. 2006.-№2.-с.19-29. 2. Ferraiolo D., Kuhn R. Role-based access controls. In 15th NIST-NCSC National Computer Security Conference, pp. 554-563, Baltimore, MD, October 13-16 1992. 3. Крюков В.В., Шахгельдян К.И. Корпоративная информационная среда вуза: методология, модели решения. Монография//Владивосток: Дальнаука.2007.- 308 с.
116
УДК 681.3:51:53 Т. А. Голубева ПРИМЕНЕНИЕ МАЛЫХ СРЕДСТВ ИНФОРМАТИЗАЦИИ НА УРОКАХ ЕСТЕСТВЕННО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЦИКЛА Голубева Т. А. – учитель математики МОУ «Гимназия восточных языков № 4» г. Хабаровска
Как известно, слово компьютер (computer) в буквальном переводе означает вычислитель. Однако современный компьютер по своим возможностям все больше и больше отдаляется от роли только вычислительного инструмента и становится универсальным средством получения, обработки и передачи самой разнообразной информации. Между тем, сотни миллионов людей во всем мире продолжают ежедневно выполнять вычисления той или иной сложности – от простого подсчета стоимости покупок в магазинах до сложнейших математических расчетов, коими заняты студенты, инженеры, преподаватели вузов и университетов и научные работники. Для таких расчетов давно были придуманы миниатюрные специализированные компьютеры – калькуляторы (от слова calculate – калькуляция). В настоящее время особое значение для системы образования приобретают малые средства информационных технологий, прежде всего, инженерные и графические калькуляторы, нашедшие в школах развитых стран Запада широкое применение в качестве средства обучения предметам естественно-математического цикла. Началось их использование и в российских школах. На сегодняшний день образовательный проект «Школьный калькулятор» реализуется и в Хабаровском крае. Цель проекта – повышение эффективности обучения и качества математического, естественнонаучного образования, а также образования в области информатики на основе применения научных и графических калькуляторов. На то, что на уровне и качестве применения калькуляторов в школьном учебном процессе безусловно сказываются уровень и качество используемых калькуляторов, мало кто обращает внимание. Многие учителя, школьные методисты считают, что в связи с компьютеризацией школьного образования калькуляторы уже изживают себя. А ведь большинство людей просто не знает, что по некоторым своим ха117
рактеристикам современные калькуляторы сравнимы с компьютером. Поэтому помехой компьютеризации они не являются и могут быть ей достойным дополнением. Я полагаю, что такие калькуляторы способны быть не просто полезными для учащихся, а предназначены стать необходимым элементом современных средств и методов обучения. Мое первое знакомство с работой и применением калькуляторов фирмы «Casio» состоялось в 2003 году, тогда я подарила сыну модель fx – 350MS, которая позволила ему быстро и качественно выполнять расчеты по лабораторным работам в институте. Весной 2007 г. я вошла в состав группы учителей МОУ «Гимназия восточных языков № 4», которая прошла обучение по проблеме «Методические особенности изучения математики с использованием возможностей применения малых вычислительных средств». Познакомившись подробнее с калькуляторами (научным и графическим), мы поняли, что их большие возможности позволят излагать изучаемый материал с акцентом на практическое применение к реальным ситуациям. Летом я открыла профильную группу для учащихся 9 класса с целью ознакомления с основными принципами работы данных калькуляторов. Ребята научились работать в режимах RUN-MAT, GRAPH и TABLE. Это основные режимы, которые понадобились при обучении на первых уроках с применением калькуляторов. На занятиях мы рассмотрели несколько практических задач, в результате чего у учащихся появился интерес к предмету в целом. Они с нетерпением ждали начала нового учебного года, чтобы опять встретиться с этими миникомпьютерами. Итак, прошел год, в течение которого я и мои коллеги использовали калькуляторы в своей работе. В состав группы учителей входят: учитель математики Голубева Татьяна Аликовна, учитель физики Видинеева Раиса Алексеевна, учитель информатики Григорюк Валентина Петровна. Пусть мы успели мало наработать, но уже поняли, что калькулятор можно использовать не только как средство упрощения вычислений, но и как техническое средство, открывающее новые дидактические возможности и методические приемы в преподавании математики. Мы также убедились в том, что калькуляторы помимо помощи при объяснении и закреплении материала способны открыть целый пласт задач, которые ранее не рассматривались в школьном курсе из-за больших временных затрат на вычисления. Калькулятор позволяет решать задачи, ранее технически недоступные: графическое решение уравнений и систем, поиск корней неудобных многочленов и т.д. Я использовала научные калькуляторы при изучении темы «Алгебраические уравнения» в 9 классе. При этом очень быстро с помощью табличного режима ученики находили корни 118
многочленов и выполняли поставленные перед ними задачи. Они научились находить значения функции, заданной формулой, таблицей по ее аргументу, извлекать информацию, представленную в таблицах. В школьном курсе математики есть задачи, которые решались с помощью таблиц Брадиса. Это решение треугольников, вычисление площадей и объемов, измерение высоты деревьев и зданий, вычисление расстояния до недоступных объектов [4]. Калькуляторы не только помогут сохранить в школе эти задачи, но позволят разнообразить их и увеличить количество решенных задач на уроке. Новым в содержании математического образования является линия, связанная со статистикой и теорией вероятностей. Здесь также значительны применения калькулятора. Соответствующие функции калькулятора позволяют обратиться к задачам, которые не могут быть поставлены без него ввиду технических трудностей, связанных с вычислением вероятностей и обработкой числовых массивов [4]. Подобных задач, которые очень интересны, но не рассматриваемы в традиционном курсе математики из-за трудности расчетов, достаточно много. Не секрет, что реально учатся самостоятельно строить графики функций лишь немногие ученики. Калькуляторы хорошо применимы при объяснении нового материала в случаях, когда необходимо наглядно показать построение графика функции по точкам при наличии предварительно составленной таблицы значений; мотивировки введения определений показательной, степенной, логарифмической и других функций; вывод правил преобразования графиков с их иллюстрацией на дисплее [4] Графические калькуляторы позволяют распознавать функции по их графикам, строить графики в прямоугольной и декартовой системах координат, преобразовывать их, «трассировать» (т.е. прослеживать движение точки на графике). По мере распространения графических калькуляторов акцент может быть перенесен на уверенное «чтение графиков», т.е. достаточно полное описание свойств функции по ее графику. Это огромная помощь при подготовке учащихся к решению заданий ЕГЭ, связанных с графиками. МСИ являются полезным средством при изучении физики. Их можно использовать при «цепочечных вычислениях», когда результат счета в данном цикле тут же используется для расчета в следующем цикле и так далее: при построении и чтении графиков движения. При применении калькуляторов на уроках физики существенно увеличиваются возможности лабораторной работы, тем более что имеются датчики, которые позволяют измерять многие физические па119
раметры. Калькуляторы существенно помогают при решении сложных уравнений, анализе, а также решении сложных задач, возникающих при исследовании физических процессов. Применимы они и при решении «невычислительных» задач для числовой прикидки [1] . На уроках информатики калькулятор может использоваться и в качестве обучения, и как предмет изучения. Он может показать возможности решения информационных задач меньшими средствами, чем это предусмотрено в компьютере. Калькулятор позволяет на примерах отработать такие понятия, как: - запись и выполнение вычислительных команд алгоритма; - работа с табличными величинами; - построение и исследование графиков; - программирование на встроенном языке программирования и отработка построения алгоритмов различными способами. В ходе реализации проекта уже есть первые результаты. У детей, которые плохо владеют навыками устного счета и поэтому часто не могут получить верный ответ, появляется возможность проверить свои вычисления, найти и устранить ошибку, и что самое главное, растет интерес к предмету математика, значительно повышается усваиваемость учебного материала и эффективность обучения. В нашей гимназии калькуляторы используются на уроках в 11-х, 9-х, 6-х классах. Им было предложено ответить на анкету (рис.1): 1) Нравятся ли вам занятия, на которых используются калькуляторы? (варианты ответов: да; не задумывался; нет) 2) Нравятся ли вам выполнять вычислительные действия с помощью калькулятора? (да; не задумывался; нет) 3) Появилось ли у вас свободное время (урочное и внеурочное) за счет выполнения заданий с помощью калькулятора? (да; затрудняюсь ответить; нет) 4) Способствует ли работа на калькуляторе выполнению большего объема заданий на уроках, чем раньше? (да; когда как; нет) Сказанное позволяет сделать вывод, что калькуляторы не только являются альтернативой персональным компьютерам в выполнении массовых математических расчетов, но и полезным дополнением – миниатюрной рабочей станцией для выполнения таких расчетов. Их совместное применение с компьютерами открывает новые возможности в комфортной работе их пользователей в сферах образования и науки. Применение МСИ в обучении предметам естественноматематического цикла позволит добиться более полной реализации образовательных стандартов, повысить прикладную направленность образования. 120
100% 90% 80%
3,4
11,6
16,4
19
28,4
70%
37,1
60% 39,7
50% 40% 30%
18,1
80,2
77,6
20%
31,9
10%
44,8
0% 1 вопрос
2 вопрос
3 вопрос
4 вопрос
Рис. 1. Результаты анкетирования
«Учиться» – понятие комплексное. В частности, оно означает «найти информацию и уметь применять ее в какой-то ситуации, самостоятельно сформировать какой-то навык». Коллектив нашей творческой группы учителей считает, что процесс обучения будет происходить гораздо эффективнее с применением калькуляторов. Для того чтобы калькулятор стал привычным и необходимым средством обучения, важно обеспечить постоянное его применение. Идейное богатство и тематическое разнообразие предметов математического цикла в школах России позволяет это сделать. Библиографические ссылки 1. Вострокнутов И.Е. Новое в применении малых средств информатизации при изучении предметов естественно-математического цикла // http://ito.edu.ru. 2. Смекалин Д.О. Возможности применения аппаратно-методических комплектов на основе малых средств информатизации в обучении предметам естественно-математического цикла // http://students.informika.ru. 3. Минаева С.С. Калькулятор снова приходит в школу / Математика в школе. № 2. 2007. с. 73-79. 4. Нужны ли калькуляторы системе образования / www.casio.ru.
121
УДК 37.018.5 О. В. Гурова ДИДАКТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ ПРИ ПОВЫШЕНИИ КВАЛИФИКАЦИИ ПЕДАГОГА Гурова О. В. – старший преподаватель, кафедры новых информационных технологий СОИПиПКК Использование дистанционного обучения стало частью развития образования. И как новая педагогическая технология она подчиняется основным законам педагогики, которые трансформируются в соответствии с новыми условиями обучения. Дистанционные курсы, организованные при СОИПиПКК разработаны на основе концепции продуктивного обучения, при которой результатом деятельности слушателя должен стать образовательный продукт.
Тенденции сегодняшней жизни таковы, что использование дистанционного обучения стало частью развития образования. И как новая педагогическая технология она подчиняется основным законам педагогики, которые трансформируются в соответствии с новыми условиями обучения. Понятие «дистанционное обучение» одно из развивающихся понятий современной дидактики, поэтому существующие трактовки отражают многообразие подходов к его пониманию. Так, например, А.В.Хуторской считает, что дистанционное обучение (ДО) – это обучение с помощью средств телекоммуникаций, при котором удаленные друг от друга субъекты обучения осуществляют образовательный процесс, сопровождающийся созданием образовательной продукции и их внутренними изменениями. Е.Ю. Полат определяла дистанционное обучение как форму обучения, при которой взаимодействие учителя и учащихся между собой осуществляется на расстоянии и отражает все присущие учебному процессу компоненты (цели, содержание, методы, организационные формы, методы обучения), реализуемые специфическими средствами интернет-технологий или другими средствами предусматривающими интерактивность. Понятие дистанционного образования несколько шире. Дистанционное образование – это система, в которой реализуется процесс дис122
танционного обучения. Для успешного дистанционного обучения необходима возможность доступа к компьютеру, подключенному к Интернет для самостоятельной работы обучаемого. Время и график обучения заранее выбирает слушатель. Главным является психологическая готовность к дистанционному обучению, поскольку успешность прохождения дистанционного обучения зависит от самостоятельной работы слушателя, от его мотивации. Обратим внимание на три дидактические функции ДО: когнитивную, семантическую, прагматическую. Эффективное дистанционное обучение с позиции когнитивной функции возможно в том случае, когда новый материал, связанный с уже имеющимися знаниями и умениями, включается в существующую когнитивную структуру. Результатом взаимодействия познавательных процессов в ходе обработки получаемой информации является формирование знаний, последующее использование которых приводит к формированию интеллектуальных умений, позволяющих гибко применять полученные знания в изменяющихся условиях деятельности. Семантическая функция ДО - это содержание информации и ее грамматическое оформление: электронные учебники, базы данных, электронные энциклопедии, интерфейсы интерактивного поиска нужных курсов. Все электронные издания могут кроме текста содержать звуковое сопровождение, фотографии, иллюстрации, карты, таблицы, видео-клипы, мультипликационные ролик. Если рассмотреть дифференциацию потребностей педагогов (интересов и целевых установок) в дистанционном образовании , можно выявить следующие ее типы: − желание привлечь к себе внимание и быть идентифицированным как часть какой-то общности (участие в Интернет-сообществах); − потребность в реализации жизненной стратегии (получение второго высшего образования); − потребность в повышении квалификации в выбранной профессии (краткосрочные курсы); − потребность в достижении соответствующего социального статуса, стремление к материальной обеспеченности в будущем. Для организации системы дистанционного обучения педагога важно знание технологий дистанционного обучения как совокупности методов и средств обучения и администрирования учебных процедур, обеспечивающих проведение учебного процесса на расстоянии на основе использования современных информационных и телекоммуникационных технологий. В этой связи говорят о таких технологиях, как: - кейс-технология; 123
- ТВ-технология; - сетевая технология. С 2005 года на базе сервера Сахалинского областного института повышения и переподготовки квалификации кадров в оболочке Moodle преподавателями и методистами стали разрабатываться дистанционные курсы повышения квалификации учителейпредметников. Накопленный материал позволил разработать классификацию моделей ДО, которая представлена ниже: По характеру управления учебным процессом: Самостоятельное индивидуальное обучение
Работа под руководством тьютора
Смешанные
По продолжительности проекта Краткосрочные
Долгосрочные
С индивидуальным расписанием
По используемым технологиям Электронная почта
Web – технологии
Технологии Web2
По содержанию материала Теоретические
Практические
С элементами исследования
Дистанционные курсы, организованные при СОИПиПКК разработаны на основе концепции продуктивного обучения, при которой результатом деятельности слушателя должен стать образовательный продукт. И хотя количество слушателей, прошедших обучение на дистанционных курсах в период с 2005 по 2007 гг. невелико (около 300), но мы думаем, что эффективность вхождения педагогов в открытое образовательное пространство в дальнейшем будет увеличиваться. Библиографические ссылки 1. Теория и практика дистанционного обучения. Учебное пособие для студ. Высш.пед.учеб.заведений / Полат Е.С., Моисеева М.В., Бухаркина М.Ю. Под ред. Е.С.Полат. – М.: Издательский дом «Академия», 2004 2. Хуторской А.В. Современная дидактика. Учебное пособие. 2-е изд., перераб./А.В. Хуторской. – М.: Высш. шк., 2007 124
УДК 37:51:004:61 Л. М. Житникова, Т. В. Кожевникова, Н. Э. Посвалюк МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБУЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ РАБОТНИКОВ ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ Житникова Л. М. – проф. кафедры общей врачебной практики, семейной медицины и поликлинической терапии (ГОУ ВПО ДВГМУ), д-р мед. наук, профессор; Кожевникова Т. В. – научный сотрудник лаб. «Информационные и телекоммуникационные системы» (ВЦ ДВО РАН); Посвалюк Н. Э. – старший научный сотрудник лаборатории медицинской информатики, доцент (ВЦ ДВО РАН) В процессе переподготовки врачей общей практики, которая проводится на протяжении ряда лет на кафедре общей врачебной практики, семейной медицины и поликлинической терапии (ГОУ ВПО ДВГМУ) выявилась необходимость введения учебного курса, который бы позволил стажированным врачам применять достижения новых информационных технологий в повседневной работе. Авторами разработан двухуровневый элективный курс «Информационные технологии в деятельности врача общей практики» для системы последипломного образования врачей и студентов старших курсов медицинского ВУЗа.
Поэтапный переход к оказанию первичной медико-санитарной помощи населению (ПМСП) по принципу общей врачебной практики / семейной практики (ОВП/СП) требует, прежде всего, формирования специалиста нового типа. Важнейшей задачей совершенствования российской системы высшего медицинского образования является всесторонняя подготовка и переподготовка врачей ОВП/СП. Если подготовка врача узкой специальности фактически монотематическая и осуществляется на одной из базовых специальных кафедр медицинского ВУЗа, то будущий врач ОВП/СП, помимо базовых специальностей, должен освоить множество смежных дисциплин. Задача сформированных учебных структур - кафедр и курсов семейной медицины – состоит в том, чтобы выполнять и учебную, и координирующую работу в подготовке такого специалиста. В настоящее время в системе высшего медицинского образования 125
существуют две подсистемы: додипломная подготовка, которая заканчивается выдачей диплома врача; последипломное образование с последующей сертификацией специалиста. Особое внимание уделяется переподготовке врачей первичного звена здравоохранения - участковых терапевтов и педиатров - по программе шестимесячной специализации ВОП/СП [3]. Вместе с тем, кадровое обеспечение системы ОВП/СП связано не только с подготовкой врачей и среднего медицинского персонала по специальности ВОП/СП, но и адаптации их к работе с автоматизированными информационными системами (АИС). В настоящее время практическая деятельность современного врача не представляется возможным без применения АИС. При этом прослеживается противоречие между резко возрастающими информационными потребностями управления ресурсным потенциалом системы здравоохранения, внедрением передовых медицинских технологий, информационной поддержкой процесса принятия врачебных решений и существующим уровнем компьютерной грамотности и информационной культуры врачей и среднего медицинского персонала. Это противоречие является одним из сдерживающих факторов на пути использования современных автоматизированных информационных технологий в оптимизации лечебно-диагностического процесса. В настоящее время среди приоритетов, связанных с созданием необходимых условий для высокого качества образования специалистов, на первый план выступают те, которые связаны с фундаментализацией содержания образования, социализацией и гуманизацией личности врача, применением в учебном процессе новых информационных и коммуникационных технологий. Соответственно, изменяются и требования к профессиональной подготовке и переподготовке будущих специалистов, в частности, врачей общей практики, за счет введения компонентов технологического образования. Понятно, что для врачей, которые годы работали самостоятельно, в удаленных районах Дальнего Востока, порой, не имея должного материально-технического обеспечения своей профессиональной деятельности, система обучения должна быть иной. Акцент делается на смежные дисциплины, и, конечно, особое внимание уделяется информационным технологиям в практической работе врача общей практики. Важной составляющей современного последипломного образования является подготовка в области информационных технологий, которая заключается в освоении информационных процессов, способов и методов обработки различных видов информации, новых технических средств. Логика развития современного общеобразовательного курса 126
информатики и информационных технологий подчинена общей логике деятельностного подхода: от объекта деятельности – информационных процессов — к обобщенным видам информационной деятельности, которые при условии использования компьютера становятся информационными технологиями. Эта общая логика проявляется и конкретизируется в процессе решения образовательной задачи по подготовке медицинских работников к усвоению новых знаний и практических навыков работы в информационной среде. Формируется потребность в новых педагогических средствах обучения стажированных специалистов, не имевших ранее доступа к компьютерной технике и телекоммуникационным системам. Очень часто последипломное обучение врачей сводится лишь к использованию компьютерных программных средств, что не соответствует самой идее внедрения информационных технологий в реальный лечебно-диагностический процесс. Хотя формально элементы знаний по современным информационным технологиям (ИТ) включены в учебный процесс медицинских ВУЗов, на деле врачи - выпускники прошлых лет, часто не владеют практическими навыками по ИТ в требуемом объеме. В результате практически все практикующие врачи нуждаются в дополнительной подготовке по овладению современными ИТ и АИС. Интенсивное ресурсное обеспечение деятельности врачей общей практики на местах в сельских и удаленных районах Дальнего Востока требует скорейшего подкрепления специалистов новыми знаниями и практическими навыками, ранее не входивших в профессиональный стандарт. Задачи овладения навыками работы на компьютере, проведения консультаций в режиме видеоконференций, получения, обработки, хранения и анализа информации, стоящие перед сельскими врачами общей практики, осложняются психологическими проблемами: страхом перед техникой, обилием виртуальной информации, переживаниями по поводу компьютерной неграмотности [4]. Реализацией педагогических инноваций стало создание на интеграционной основе лаборатории семейной телемедицины Вычислительным Центром ДВО РАН (в составе лаборатории медицинской информатики) и кафедрой общей врачебной практики, семейной медицины и поликлинической терапии ГОУ ВПО ДВГМУ, где наряду с учебными практическими занятиями осуществляется научноисследовательская работа, проводятся видеоконференции. Лабораторией разработан элективный курс «Информационные технологии в деятельности врача общей практики. Уровень I» и «Информационные технологии в деятельности врача общей практики. Уровень II» для системы последипломного образования врачей общей практики и студентов старших курсов медицинского ВУЗа. Необходи127
мость двухуровневой подготовки продиктована тем, что слушатели курсов имеют разный исходный уровень подготовки в области информационных технологий. Уровень слушателей определяется по результатам входного тестирования. Продолжительность каждого курса составляет 36 часов, из которых 24 часа – практические занятия. Кроме того, врачи могут во внеаудиторное время продолжить работу в сети Интернет, совершенствуя практические навыки. Содержание курса позволяет получить достаточно полное представление об информационных технологиях в медицине [2]. В соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины (Информационные технологии), и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования с учетом условий организации учебного процесса, сотрудниками кафедры и ВЦ ДВО РАН разработаны методические пособия для системы последипломного обучения врачей общей практики. В рамках учебного курса обучающимся специалистам предлагается выполнение научно-исследовательского проекта, в ходе которого каждый врач научится находить и иcпользовать Интернет-ресурсы по теме исследования, проводить статистическую обработку медицинских данных, оформлять результаты с помощью компьютерных технологий. С учетом профессиональных запросов планируется тренинг телемедицинского консультирования и участия в телеконференциях. После теоретических, практических, научно-методических и интерактивных занятий врачи успешно овладевают ресурсами электронной медицины. Это открывает новые возможности в лечении, доступ к индустрии здравоохранения, которая базируется на возможностях информационных технологий и развивает интеллектуальную целостную среду, посредством которой совершенствуется система управления и оказания медицинской помощи населению. Появляется реальная система дистанционной помощи врачам и среднему медицинскому персоналу по внедрению в клиническую практику новейших методов диагностики, лечения и консультирования врачей, находящихся в разных географических точках [1]. Таким образом, специалист, впервые прошедший курс обучения на базе лаборатории семейной телемедицины при ВЦ ДВО РАН, овладевает знаниями по современным информационным технологиям (ИТ), имеет представление о возможностях ИТ по планированию научного эксперимента и проведению статистической обработки его результатов; умеет осуществлять поиск информации в среде Интернет; способен оформить результаты научных исследований с помощью совре128
менных информационных технологий, подготовить и провести презентации по теме исследования. В процессе обучения стажированные врачи расширяют свой кругозор и приходят к пониманию перспектив информатизации здравоохранения и необходимости использования достижений медицинской информатики в своей практической деятельности. Библиографические ссылки 1. Генкин А.А. Новая информационная технология анализа медицинских данных. СПб.: Политехника, 1999. 191с. 2. Дюк В., Эммануэль В. Информационные технологии в медикобиологических исследованиях. СПб.: Питер, 2003.-528с. 3. Житникова Л.М. Общая врачебная (семейная) практика. Хабаровск. 2004. 301с. 4. Зайцев В.М., Лифляндский В.Г., Маринкин В.И. Прикладная медицинская статистика. – СПб.: ООО «Изд-во ФОЛИАНТ», 2003г.- 432с. 5. Информатика. Базовый курс\ Под ред. С.В. Симоновича. СПб.: Питер, 2000.
129
УДК 37.026.5 Е. Б. И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО – КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ МОДУЛЯ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» В КУРСЕ «ТЕХНОЛОГИЯ» И Е. Б.. – заведующий кафедрой новых информационных технологий СОИПиПКК Одним из эффективных путей развития общего образования является расширение межпредметных связей. Это обусловлено требованиями образования школьника как социальной и интеллектуальной личности, требованиями полноты и глубины всего непрерывного образования. Реализацией межпредметной связи считается установление такого отношения между различными учебными предметами, которое характеризуется как оптимальное с точки зрения эффективности их взаимодействия, сотрудничества и взаимовлияния. использование ИКТ открывает новые возможности для более полного овладения такими современными методами научного познания, как формализация, моделирование, систематизация, компьютерный эксперимент и т.д., которые являются общенаучными" [1], и тем самым реализуются межпредметные связи учебных предметов.
Одним из эффективных путей развития общего образования является расширение межпредметных связей. Это обусловлено требованиями образования школьника как социальной и интеллектуальной личности, требованиями полноты и глубины всего непрерывного образования. Реализацией межпредметной связи считается установление такого отношения между различными учебными предметами, которое характеризуется как оптимальное с точки зрения эффективности их взаимодействия, сотрудничества и взаимовлияния. При этом, процесс взаимовлияния должен быть двусторонним, т.е., речь должна идти о том, что обучение одному предмету должно способствовать освоению учащимися других дисциплин (участников этой взаимосвязи). Каждый учебный предмет, исходя из информационно-познавательных потребностей обучаемых, а также возможностей, содержательного потенциала, устанавливает свои межпредметные связи и в зависимости от ситуации, 130
опирается на содержание другого предмета или, напротив, предлагает свое сотрудничество, полезное и взаимовыгодное. Сегодня трудно представить изучение физики и технологии без средств компьютерной анимации и соответствующих моделирующих программ. Ведь теория многих разделов современной физики основана на абстрактном моделировании, виртуальном представлении о макромире и, в особенности, микромире, а освоении курса технологии предполагает изучение модуля электротехника. Наглядно отобразить схему, модель в движении и развитии можно эффективно с использованием информационно-коммуникационных технологий. Раздел «Электрорадиотехнология» является составной частью образовательной области «Технология» и включает блоки: электротехника, радиоэлектроника, автоматика, цифровая электроника. Учащиеся, занимающиеся по варианту I программы «Технология» (углубленное изучение техники), в одной четверти VIII класса изучают электротехнику, а в двух четвертях IX класса — радиоэлектронику, автоматику, цифровую электронику. В последних четвертях VIII и IX классов предусмотрены проекты, при выполнении которых учащиеся могут реализовать полученные знания, умения и навыки. Обучение может проводиться на базе электро- и радиоконструкторов, а выполнение проектов — на базе комплектов, выпускаемых НИИ радиоприборостроения и содержащих набор электротехнических изделий и радиодеталей, а также виртуальных лабораториях. Эти комплекты выгодно отличаются от различного рода конструкторов надежностью контактов, безопасностью при выполнении работы и возможностью неограниченного усовершенствования комплекта. В основу отбора материала по основам электротехники положен принцип целесообразности, т. е. включен тот материал, который позволяет создать у учащихся общее представление об электротехнике, обеспечивает им сознательное использование учебного оборудования (двигатели в станках и швейных машинах, пусковая и защитная аппаратура), создает базу для дальнейшего усвоения технических дисциплин и знакомит с основными видами бытового электрооборудования (осветительными и -электронагревательными приборами). Основу материальной базы изучения электротехники составляет оборудование физического кабинета. Однако его необходимо дополнить техническими устройствами: электромагнитными, контакторами, однофазными конденсаторными двигателями переменного тока (например, от лентопротяжного механизма), трехфазным двигателем и т. д. При фронтальном методе проведения практических работ все это оборудование требуется в единичных экземплярах. При изучении основ «Радиоэлектроники» учащиеся должны за 131
весьма ограниченное время (18 ч) познакомиться с областями применения радиоэлектроники и ее элементной базой: вакуумными и полупроводниковыми приборами, интегральными микросхемами и т. п. Далее рассматриваются усилители, избирательные цепи и простейший детекторный приемник, генераторы синусоидальных колебаний, понятие о модуляции и принципы действия систем связи. Подраздел «Автоматика и цифровая электроника» знакомит учащихся с основными элементами систем автоматического регулирования: датчиками и усилителями постоянного тока. Рассматривается структурная схема и принцип действия систем автоматического регулирования, базовые логические элементы цифровой электроники, большие интегральные схемы, роботы, проблемы автоматизации производства и понятие о высоких технологиях. Изучение всех перечисленных выше подразделов сопровождается выполнением практических работ, на которые отводится не менее 50% времени. Сложности с оборудованием не позволяют выполнять все их фронтально, ряд работ выполняется методом практикума. Использование интегрированных программных систем схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств (DesignLab 8.0, Circuit Maker 6.0, Electronics Workbench) позволяют решать следующие задачи: − создание модели принципиальной электрической схемы устройства и ее редактирование; − расчет режимов работы модели; расчет частотных характеристик и переходные процессы модели; − провести оценку и анализ модели; − наращивать библиотеку компонентов; − представлять данные в форме, удобной для дальнейшей работы; разработка печатных плат; − подготовку научно-технических документов и д.р. Особенностью системы Electronics Workbench, разработанной фирмой Interactive Image Technologies является наличие контрольноизмерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам, которые позволяют организовать практические и лабораторные работы по имитации электрических цепей. Использование в учебном процессе ИКТ не может полностью заменить натуральный эксперимент. Такое дополнение целесообразно только тогда, когда существует дополнительный эффект по сравнению с использованием других средств обучения. Таким образом, использование ИКТ открывает новые возможности 132
для более полного овладения такими современными методами научного познания, как формализация, моделирование, систематизация, компьютерный эксперимент и т.д., которые являются общенаучными" [1], и тем самым реализуются межпредметные связи учебных предметов. Библиографические ссылки 1. Кузнецов А.А. О концепции содержания образовательной области "Информатика" в 12-летней школе // Информатика и образование, 2000. - №7. 2. Моисеев Н.Н. Универсум. Информация. Общество. – М.: Устойчивый мир, 2001, - 200 с. 3. Закон Российской Федерации "Об образовании".
133
УДК 378 В. А. Казинец ВЛИЯНИЕ ПРОЕКТА ИСО НА ИНФОРМАТИЗАЦИЮ УНИВЕРСИТЕТА Казинец В. А.. – профессор кафедры информатики и информационных технологий (ДВГГУ) Основной компонентой проекта «Информатизации системы образования» являются новые учебные материалы, методика их создания, методика их использования в учебном процессе, то есть проект «Информатизации системы образования» акцентирован на наиболее важных и наиболее сложных проблемах процесса информатизации образования. Результаты проекта ИСО показали, что внедрение цифровых образовательных ресурсов в учебный процесс является комплексной задачей, решение которой требует нового подхода к процессу информатизации университета.
В настоящее время в университетах информатизация образования приобретает все большее значение. Основными движущими силами этого процесса является глобализация образования и потребность университета в повышении качества и эффективности преподавания и управления. Основные тенденции связаны с разработкой электронного контента и формировании виртуальной информационнообразовательной среды. Различные университеты используют при этом различные модели построения этой среды. Для отображения результатов работы создаются различные нормативные документы, порталы и сайты с доступом к электронным ресурсам, при этом оценка качества этих ресурсов, их аккредитация и методики их использования становится стратегической задачей информатизации учебного процесса. При этом предпринимаются действия в отношении стандартов на метаданные, что является жизненно необходимым для успешного и эффективного использования цифровых образовательных ресурсов. В рамках этой деятельности присутствует необходимость стимулирования создания центров, которые аккумулируют лучший опыт и оказывают помощь в развитии университета. Информационно-коммуникационные технологии обладают высоким потенциалом для повышения эффективности и качества образова134
ния. Важно отметить, что этот потенциал может раскрыться только при наличии образовательных ресурсов и технологий их применения в обучении, разработанных с учетом современных возможностей ИКТ по компактному хранению, быстрому поиску и мгновенной передаче на большие расстояния, сложным преобразованиям и наглядным способам представления учебной информации. Но до последнего времени существующие учебные цифровые материалы создавались без связи с образовательными стандартами, учебными программами и педагогической практикой, без учета потребностей школ и учителей. Кроме этого, отмечается отсутствие и недоброкачественность педагогических рекомендаций по использованию данных цифровых ресурсов, отмечается также отсутствие единых технических требований, нестандартность интерфейса и несоблюдение уже существующих стандартов по созданию таких ресурсов. Все вышесказанное относится ко всем уровням образования. Отметим только, что информатизация образования в высших учебных заведениях опиралась, в основном, на внутривузовские ресурсы, то есть все методические аспекты создания и использования цифровых образовательных ресурсов решались вузом самостоятельно. Основной компонентой проекта «Информатизация системы образования» являются новые учебные материалы, методика их создания и методика их использования в учебном процессе, то есть проект «Информатизация системы образования» акцентирован на наиболее важных и наиболее сложных проблемах процесса информатизации образования. В рамках проекта ИСО предпринята попытка решать вопросы информатизации школы в тесной связи с повышением качества учебного процесса, изменением парадигмы образования, стилей педагогической деятельности. Одной из основных задач проекта ИСО является обеспечение школы необходимыми цифровыми образовательными ресурсами и создание условий для их активного использования в учебной деятельности. Участие нашего вуза в проекте ИСО связано с разработкой учебных программ и материалов для подготовки будущих педагогов по методике преподавания в шести образовательных областях, а также в области педагогического проектирования, важно, что будущие учителя осваивали новые учебные средства не столько на занятиях по ИКТ, сколько в рамках общих методических курсов и соответствующих предметных дисциплин. В рамках проекта ИСО в ДВГГУ создан отдел педагогического проектирования и цифровых образовательных ресурсов. Основная цель его создания - поддержка реализации проекта ИСО, организация производственной и исследовательской деятельности по созданию ЦОР, 135
внедрение новых методов их использования в учебном процессе. Опыт работы отдела показал, что создание электронных образовательных ресурсов, предназначенных для подготовки будущих педагогов и применение их в учебном процессе, является многоплановой и весьма трудоемкой научно-методической проблемой. Решение этой проблемы требует коллективной работы многих высококвалифицированных специалистов, компетентных в педагогике и методике профессионального образования. Преподаватели ДВГГУ, участники проекта ИСО, в результате работы над своими модулями, в результате общения с экспертами НФПК, в результате совместных обсуждений, приобрели необходимый опыт и знания, позволяющие им активно и осмысленно внедрить информационные технологии в учебный процесс. В то же время остальные преподаватели ДВГГУ, часто не только не имеют такого опыта и знаний, но не имеют даже необходимого опыта работы с вычислительной техникой. Создание электронных образовательных ресурсов и их использование в учебном процессе, в лучшем случае, проводятся по аналогии с устаревшими не обоснованными методиками. То есть, перед участниками проекта, наряду с задачами поставленными проектом ИСО, в рамках распространения опыта была поставлена задача повышения квалификации и формирование ИКТ – компетентности преподавателей ДВГГУ, при этом учитывалось, что необходимы не одноразовые курсы, а некая система, позволяющая не только знать, как использовать электронные ресурсы в образовательном процессе, но и постепенно насыщать цифровыми образовательными ресурсами учебно-методические комплексы по дисциплинам, с которыми работают преподаватели, прошедшие обучение. Были разработаны связанные между собой курсы и накопительная система, позволяющая преподавателям получить сертификат о повышении квалификации, система семинаров, позволяющая преподавателям ВУЗа получать необходимую информацию и консультации по вопросам использования ЦОР в учебном процессе. Следует отметить, что проект ИСО позволил также объединить усилия ВУЗа и органов управления образования Хабаровского края в подготовке и переподготовке работников региональной системы образования, через работу семинаров, курсов повышения квалификации и через дистанционное обучение с использованием IT-технологий, учителей в межкурсовой период. Наряду с подготовкой и переподготовкой преподавателей ВУЗа, возникла необходимость каталогизировать имеющиеся электронные ресурсы, рассмотреть возможности и методики их использования, пополнить имеющиеся учебно-методические комплексы необходимыми электронными ресурсами. Организация работы в данном направлении 136
позволила существенным образом изменить обеспеченность учебного процесса, привлечь к созданию цифровых образовательных ресурсов, в рамках научно-исследовательской работы студентов и преподавателей. Необходимость в этом процессе учитывать интересы авторов, студентов и университета, привлекли внимание к нормативно-правовому обеспечению внедрения информационных технологий. Что позволило в рамках университета определить взаимоотношения между авторами-создателями учебно-методических материалов, цифровых образовательных ресурсов, программ и баз данных и администрацией университета. Очевидно, что эти взаимоотношения будут уточняться и видоизменяться, но переход на правовые основы взаимоотношений между университетом и авторами необходимо приветствовать и развивать. Внедрение цифровых образовательных ресурсов в учебный процесс инициировал развитие электронного обучения в нашем университете. Наличие технической и методической поддержки, опыт создания и использования ЦОР, подготовленными преподавателямиучастниками проекта ИСО явилось той базой, которая позволила организовать переход на электронное обучения по ряду специальностей и рассмотреть возможность организации подготовки и переподготовки учителей и преподавателей вузов ДВФО в рамках дистанционного обучения. В настоящее время все большее число вузов стремится системно управлять качеством, тому есть множество объективных причин, общие и основные требования к системе менеджмента качества изложены в ISO 2001, одной из составляющей системы является разработка и внедрение в практику вуза внутренних стандартов. Рекомендуется внедрить внутренние стандарты на следующие процессы вуза: а) Процессы системы менеджмента качества: − Планирование, мониторинг и анализ деятельности университета. − Управление документацией и управление записями. − Внутренние аудиты (проверки) качества. − Управление несоответствиями. − Корректирующие и предупреждающие мероприятия. б) Основные рабочие процессы: − Маркетинговые исследования. − Формирование текущего содержания образовательной деятельности вуза. − Разработка учебно-методических комплексов по дисциплинам учебных планов. − Отбор абитуриентов и прием студентов в вуз. 137
− Процесс обучения. − Контроль и оценка качества образовательного процесса. − Контроль полученных знаний и навыков. − Консультации, помощь при выборе траектории обучения, профильной адаптации и трудоустройства. − Научно-исследовательская деятельность. Большая часть образовательных и контролирующих процессов достаточно подробно, в рамках компетентностного подхода, апробирована при разработке учебных модулей преподавателями университета – участниками проекта ИСО, что позволило им активно принять участие в разработке системы менеджмента качества университета.
138
УДК 001:002; 001.92; 002.53:681.3.016 А. Ф. Карплюк ИНФОРМАЦИОННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВУЗОМ – ИТОГИ И ПЕРПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ, ИНТЕГРАЦИЯ В ЕДИНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО Карплюк А. Ф. – начальник Управления информатизации (ТОГУ), к.т.н., доцент Создание информационной системы, опирающейся на работу со специализированными базами данных, в том числе и документоориентированными, банками знаний позволяет интегрировать вокруг себя различные технологические и идеологические подходы, формируя единое информационное пространство. В докладе описаны результаты работ Тихоокеанского государственного университета по созданию единого информационного пространства, разработке информационной автоматизированной системы управления вузом.
Современные системы управления деловыми процессами позволяют интегрировать вокруг себя различные технологические и идеологические подходы, формируя единое информационное пространство. Это требует создание информационной системы, опирающейся на работу со специализированными базами данных, в том числе и документоориентированными, банками знаний и включающей технологии экспертных систем, статистических методов обработки информации и современных средств анализа. Являясь важнейшим элементом жизнедеятельности университета, информационная система выполняет определенные функции, связанные с совершенствованием процессов принятия решений в области анализа, регулирования и прогнозирования управленческой, образовательной и научной деятельности в ТОГУ. Единое информационно-образовательное пространство ТОГУ состоит из связной совокупности следующих систем: • корпоративная информационная система комплексной автоматизации управленческой, образовательной и научной деятельности университета (ИАСУ); • система технологической и информационной поддержки дистанционного обучения; 139
корпоративная информационно-компьютерная сеть университета; • система телекоммуникаций; • комплекс аппаратно-программных средств; • комплекс информационных ресурсов; • комплекс информационных потоков. В Тихоокеанском государственном университете накоплен определенный опыт решения задачи информатизации управления, разработки и использования информационной автоматизированной системы. Базой для информационной системы университета является его коммуникационная инфраструктура. Мультисервисная локальная вычислительная сеть (МЛВС) университета построена на основе оптоволоконного кабеля в центральном сегменте и медного витого кабеля для подключения подразделений. Оптоволоконная сеть объединяет центральный коммуникационный серверный узел с 7-ью коммуникационными узлами главного корпуса университета, коммуникационный узел лабораторного корпуса и коммуникационные узлы общежитий студенческого городка. В узлах установлено маршрутизирующее коммуникационное оборудование, позволяющее реализовывать современные технологии управления сетевыми ресурсами и решать вопросы информационной безопасности и разграничения доступа. Пропускная способность центрального сегмента составляет 1 Гбит/сек, подразделения подключены на скорости 100 Мбит/сек. Принятые при разработке технические и технологические решения позволили создать универсальную телекоммуникационную среду для переноса и коммутации трафика произвольного типа (данных, голоса и видео), предоставления неограниченного набора услуг по стандартным правилам и протоколам, и обладающую гибкой возможностью по созданию, управлению и персонализации услуг. Подготовлено техническое задание на создание на базе МЛВС собственной учрежденской автоматической телефонной станции. В настоящее время к МЛВС подключено более 1700 компьютеров, сеть объединяет 40 серверов и 110 единиц сетевого оборудования. Активно развивается сеть в студенческом городке (общ. №5). За 7 лет с 2000 года проведены работы по созданию структурированной кабельной системы с установкой на каждое рабочее место по 2 поста – один используется для подключения ПЭВМ, второй для подключения телефона. Всего установлено 3426 постов, проложено 3200 метров оптоволоконного кабеля, 63 км «витой» пары, установлено 10,2 км кабельного канала. Серверный парк центрального узла включает в себя 17 специализированных серверов ведущих производителей компьютерного обору•
140
дования, таких как Intel (6 шт.), НР (8 шт.) , Sun Microsystem (3 шт.), два дисковых массива. Сервера центрального узла обеспечивают бесперебойное функционирование и резервирование таких служб как email, www, proxy, dns, icq, lotus. Общее число процессоров серверного парка - 64, объем оперативной памяти – 64 Gb, объем дисковой памяти- 2 Tb. Сервер компании Sun Microsystems Sun Fire T2000 с поддержкой технологии CoolThreads- основной сервер информационной системы комплексной автоматизации управленческой, образовательной и научной деятельности университета системы имеет повышенную надежность, позволяет выполнять 32 вычислительных потока на 8-ядерном процессоре при минимальных затратах электроэнергии, имеет объем оперативной памяти 32 Gb, дисковой памяти 292 Gb. Все сервера максимально защищены от несанкционированного доступа как физически так и в сети. Журналирование всех действий пользователей ведется на отдельный хорошо защищенный сервер. Доступ в интернет осуществляется через прокси-сервер, на котором ведется проверка почтовых сообщений и информации, получаемой из интернет на вирусы. Такая коммуникационная инфраструктура позволяет решать задачу создания единого информационного пространства университета, объединяющего все его информационные ресурсы и обладающего простыми и эффективными механизмами обеспечения доступа к этим ресурсам, их использования для автоматизации процессов управления университетом, его функциональными подсистемами. Созданный в университете интегрированный информационный комплекс, функционирующий на базе технологий IBM Lotus Domino/Notes с доступом через систему приложений в виде «тонкого» и web-клиентов, обеспечивает в настоящее время информационную поддержку и автоматизацию основных функций по оперативному управлению университетом. Этот комплекс охватывает ректорат, учебнометодическое управление, управление научно-исследовательских работ, административно-хозяйственное управление, планово-финансовое управление, бухгалтерию, деканаты и кафедры, библиотеку и общежития студенческого городка. Он обеспечивает обслуживание приемной кампании, учет контингента студентов, отслеживание выполнения студентами учебной программы и мониторинг успеваемости, формирование приказов на движение контингента студентов, начисление стипендии, учет данных об оплате обучения, формирование учебных планов в соответствии с государственными стандартами и расчет учебной нагрузки, управление персоналом, формирование текущих и отчетных документов, обработку оперативных и аналитических информацион141
ных запросов и т.д. Разрабатываемая информационная система состоит из интегрированных и взаимодействующих между собой подсистем и программных модулей: • подсистема ИАСУ «Контингент студентов»: - база данных «Студенты ТОГУ» - общая база студентов университета - базы данных «Студенты института» для каждого образовательного подразделения; - базы данных «Электронная сессия» для каждого образовательного подразделения; - базы данных «Рубежный контроль» для каждого образовательного подразделения; - база данных «Приказы по контингенту»; - модули вывода на печать приложений к диплому и академических справок, протоколов назначения на стипендию, печати отчетной информации подсистемы; - модуль согласования с системой бухгалтерского учета «Галактика». • подсистема ИАСУ «Абитуриент»: - база данных «Абитуриент»; - база данных «Вступительные экзамены»; • подсистема ИАСУ «Учебный процесс»: - база данных «Учебные планы»; - база данных «Рабочие учебные планы»; - база данных «Рабочие программы»; - база данных «Аудиторный фонд»; - база данных «Штатное расписание ППС»; - база данных «Индивидуальный план преподавателя»; - база данных «УМКД» ; - модуль «Расчет учебной нагрузки»; - модуль «Расписание занятий». • подсистема «Обеспечение образовательного процесса»: - база данных «Библиотека» - интеграция баз данных по студентам и сотрудникам университета с АИБС «Руслан», в составе модулей учета посещений и регистрации на основе штрихового кодирования, модуля штрихового кодирования фонда библиотеки; - полнотекстовые базы данных «Методическое обеспечение», «Издания ХГТУ»; - система технологической поддержки дистанционного образования на базе LearingSpace; - «Информационно-образовательный портал ХГТУ». 142
• •
подсистема ИАСУ «Управление персоналом»: база данных «Кадры»; база данных «Приказы по персоналу»; база данных «Штатное расписание университета»; база данных «Табельный учет»; модули формирования отчетов и статистики. подсистема ИАСУ «Административное управление и электронный документооборот»: - система документационного обеспечения управления «БОССРеферент»; - база данных «Военно-учетный стол». • подсистема ИАСУ «Финансовое планирование и учет»: - база данных «Договора на образовательные услуги»; - база данных «Учет внебюджетной деятельности»; - база данных «Управление финансами» - модули согласования с ПИАСУ «Контингент студентов», «Абитуриент» и системой «Галактика» • подсистема ИАСУ «Научно-исследовательская деятельность»: - база данных «Аспирантура и докторантура»; - база данных «Договора по НИР»; • подсистема ИАСУ «Международные связи» - база данных «Договора по международной деятельности» - база данных «Иностранные студенты» • подсистема ИАСУ «Социальная сфера» - база данных «Общежития»; - база данных «Внеучебная деятельность» • подсистема ИАСУ «Материально-техническое обеспечение» - база данных «Склад»; - база данных «Заявки на ремонт»; - база данных «Здания и оборудование»; - база данных «Заявки на МТО». • подсистема ИАСУ «Внешние связи и отчетность» - модули формирования, приема и передачи данных, отчетов в ИАИС Министерства образования РФ, во внешние информационные системы муниципального и регионального уровня. Используемые при разработке системы технологические решения позволяют динамически изменять структуру баз данных для реализации механизмов настройки под изменяющиеся внутренние и внешние факторы, оказывающие влияние на систему управления университетом. В настоящее время введены в эксплуатацию информационная подсистема «Контингент студентов» в составе баз данных «Студенты 143
ТОГУ» и «Экзаменационная сессия» и информационная подсистема «Абитуриент» в составе баз данных «Абитуриент» и «Вступительные экзамены», что дало возможность начиная с весенней экзаменационной сессии 2000 –2001 учебного года проводить электронное сопровождение сессий, а также организовывать набор абитуриентов с использованием автоматизированной информационной системы. Внедрена в эксплуатацию в отделе кадров база данных «Приказы по контингенту». Ввод в эксплуатацию данной базы данных позволил автоматизировать процесс учета движения контингента и подготовки приказов. Внедрение этого модуля позволило ввести в действие процесс электронного документооборота, заключающегося в подготовке деканатами и УФКС электронных представлений, их визирование деканами и проректорами, формирование отделом кадров на основе представлений приказов по контингенту, утверждение приказов и их выполнение. Электронный приказ производит необходимые изменения в информационной подсистеме «Контингент студентов», а также в подсистеме «Библиотека». С 2003-2004 учебного года внедрена база данных «Рубежный контроль» с Web-доступом, что позволило оперативно контролировать текущую успеваемость обучающихся Проводятся работы по разработке и внедрению подсистемы «Учебный процесс», в стадии завершения работы по внедрению информационной подсистемы «Управление персоналом» с формированием необходимой отчетной информации. В университете введена в эксплуатацию подсистема ИАСУ "Административное управление и электронный документооборот"», реализованная на основе СДОУ «БОССРеферент». Данная подсистема охватывает все уровни управления, начиная с ректората и заканчивая кафедрами и отделами. Внедрение СДОУ позволило повысить уровень исполнительской дисциплины сотрудников университета. На разных стадиях исполнения разработки по остальным информационным подсистемам и базам данных. С мая 2002 года проводится опытная эксплуатация базы данных «Учет внебюджетной деятельности» подсистемы ИАСУ «Финансовое планирование и учет», в состав которой также входят база данных «Договора на образовательные услуги» и модули связи с системой бухгалтерского учета «Галактика» и подсистемами ИАСУ «Абитуриент» и «Контингент студентов». Использование базы данных «Учет внебюджетной деятельности» позволяет планово-финансовому управлению контролировать расход внебюджетных средств университета. Для обеспечения автоматизации бухгалтерского учета в ТОГУ внедрен комплекс программ “Галактика”, который позволяет автоматизировать все составляющие финансового планирования, управления и бухучета. 144
Для решения задач автоматизации информационных процессов в научно-технической библиотеке разработана и эксплуатируется информационная подсистема «Библиотека», позволяющая автоматизировать учет посещений читальных залов и задолженностей по выданной литературе с использованием штрихового кодирования. В научной библиотеке с 2003-04 учебного года внедрена подсистема учета и выдачи научной и учебной литературы с использованием технологии штрихового кодирования изданий. Для поддержки работы электронного каталога внедрена автоматизированная библиотечная система «Руслан». В настоящее время заканчиваются работы по созданию подсистемы «Государственные закупки», реализация которой позволить автоматизировать процедуры по материальному обеспечению университета в связи с изменением федерального законодательства в области закупок. Опыт создания и использования такого комплекса показывает, что одной из важных и сложных задач является его сопряжение с другими информационными системами, в том числе системами сторонних организаций, для обеспечения возможности взаимного обмена данных. В качестве примера решения такого рода задач в университете можно привести реализацию экспорта данных в систему пенсионного фонда, в систему электронного документооборота СЭД казначейства.
145
УДК 681.3:51 Т. В. Кожевникова, Е. Г. Милочкин, В. В. Тетеренок ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ– ПРОГРАММИСТОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ «1С: ПРЕДПРИЯТИЕ» Кожевникова Т. В. – научный сотрудник лаб. «Информационные и телекоммуникационные системы» (ВЦ ДВО РАН); Милочкин Е. Г. – директор компании «Софт-Сервис Дальний Восток»; Тетеренок В. В. – консультант-преподаватель Центра сертифицированного обучения «1С» Задачей высшей школы является подготовка специалистов, востребованных на рынке труда. Именно поэтому нами предлагается оптимальная схема (с нашей точки зрения) поэтапной подготовки программистов – разработчиков для работы в среде «1С:Предприятие» - уникальной программы для автоматизации бухгалтерского и налогового учета. Потребность в специалистах данного профиля в г. Хабаровске удовлетворена не более чем на 60%.
Вопросы использования информационных технологий (ИТ) тесно связаны в вопросами маркетинга и менеджмента информационных ресурсов, технологий и услуг, методологией проектирования информационных систем, автоматизацией производственной и учетной деятельности предприятий, управлением качеством и стандартизации ИТ. Современная экономика требует проведения автоматизации всех сфер деятельности. Эффективным подходом к проведению автоматизации учета является комплексная автоматизация финансовохозяйственной деятельности предприятия, которая требует специалистов соответствующего профиля. В настоящее время выпускники ВУЗов заинтересованы в получении высокооплачиваемой работы на рынке труда. Задачей учебного процесса является подготовка конкурентоспособных специалистов, которые способны динамично влиться в различные сферы экономики и найти престижную работу. Не секрет, что в большинстве случаев при приеме на работу одним из условий кадровых служб является требование знания и умения не просто 146
работать с программным обеспечением персональных компьютеров, но и навыки работы с конфигурациями системы «1С:Предприятие». Причем, если раньше достаточно было знать систему автоматизации учета версии «1С:Предприятие 7.7», то уже с 2007 года большинство предприятий перешли на систему автоматизации «1С:Предприятие 8», в основе которой лежит технологическая платформа нового поколения. К тому же часто выпускники не могут реализовать себя по приобретенной в ВУЗе специальности. Именно тогда специалисту предлагается попробовать себя в очень востребованной сфересопровождении и разработки на базе «1С». Реальнее всего получить дополнительное образование в Центрах сертифицированного обучения «1С», что позволит успешно и с интересом обучиться навыкам работы в конфигурациях автоматизации учета «1С: Предприятие» и в большинстве случаев быстро найти себе работу. Обычно рекомендуется выбор одного курса (обучение в одной из конфигураций «1С:Предприятие»), реже - всего комплекса «1С: Предприятие», т.к. большинство работодателей предъявляют требования к специалистам как к универсалам, чтобы они могли работать в нескольких конфигурациях автоматизации бухгалтерского учета, оперативного и управленческого учета, управления персоналом и расчета заработной платы, анализа и планирования торговых и производственных операций. Выпускаемые фирмой «1С» информационные системы автоматизации управления и учета на платформе «1С:Предприятие» стали индустриальным стандартом России. Фирма «1С» построила уникальную технологию распространения и внедрения, обеспечивающую доступность и эффективность автоматизации для сотен тысяч предприятий по всей России и одновременно возможность развивать рентабельный бизнес для многих тысяч внедренческих компаний. Фактически, фирма «1С» сформировала новую престижную профессию и целую отрасль – сотни тысяч квалифицированных специалистов помогают отечественным предприятиям повышать эффективность с помощью качественной автоматизации на платформе «1С:Предприятие 8». Система программ «1С:Предприятие 8» включает в себя платформу и прикладные решения, разработанные на ее основе, для автоматизации деятельности организаций различных видов деятельности и частных лиц. Сама платформа не является программным продуктом для использования конечными пользователями, которые обычно работают с одним из многих прикладных решений (конфигураций), разработанных на данной платформе. Такой подход позволяет автоматизировать различные виды деятельности, используя единую технологическую платформу. Гибкость платформы позволяет применять 1С: Предприятие 8 в самых разнообразных областях: автоматизации 147
производственных и торговых предприятий, бюджетных и финансовых организаций, предприятий сферы обслуживания и т.д. А так же поддерживать оперативное управление предприятием, автоматизировать организационную и хозяйственную деятельности. Ведение бухгалтерского учета с несколькими планами счетов и произвольными измерениями учета, регламентированная отчетность, широкие возможности для управленческого учета и построения аналитической отчетности, поддержка многовалютного учета, решение задач планирования, бюджетирования и финансового анализа, расчет зарплаты и управление персоналом – эти и другие области применения составляют далеко не полный перечень возможностей информационных систем на платформе «1С:Предприятие 8» для внедрения в различные области экономики. Специалиста любой профессии характеризует не только инструмент, которым он пользуется, но и круг задач, которые он умеет решать. Нам кажется, лучше использовать не термин «программист», а именно термин «разработчик». Создание приложений на «1С:Предприятии» не является написанием программы. Написание кода — только часть работы. Это именно разработка приложения, строящаяся, как мы говорили выше, начиная от структуры прикладных объектов, описания их взаимосвязи, продумывания бизнес-процессов. То есть разработчиков на «1С: Предприятии» характеризует не знание синтаксиса встроенного языка. Профессиональные разработчики на «1С: Предприятии» – специалисты по разработке бизнес-приложений. Само по себе описание структуры данных в «1С:Предприятии», написание программы на встроенном языке, рисование форм не является сложным и осваивается на некотором уровне, достаточном для решения несложных задач, обычно за 2–3 недели. Но разработка бизнес-приложений — это весьма сложная задача, не менее сложная, чем создание, например, средств разработки, САПР и т. д. В этой профессии не приходится работать с данными на уровне битов, реализовывать отрисовку графических примитивов, работать на уровне инструкций процессора. Но, зато высококвалифицированному разработчику бизнес-приложений нужно уметь сочетать в себе достаточно широкий спектр знаний и навыков: знание типовых бизнеспроцессов предметной области и основ экономики, умение проектировать сложные структуры данных, включающие сотни и тысячи сущностей, умение проектировать и реализовывать эффективные алгоритмы массовой обработки информации, создавать и оптимизировать решения, работающие с данными при большой конкурентной нагрузке, умение проектировать и реализовывать решения с большим количеством структурных элементов и взаимосвязей между ними, а также готовность при необходимости строить и использовать математические модели, умение проектировать 148
эргономичный пользовательский интерфейс, умение проектировать и изменять бизнес-процессы, умение быстро освоить и применить современные интеграционные технологии (XML, Интернет, Webсервисы). Каждая из этих задач не проста. Конечно, не обязательно быть профессионалом во всех этих областях, но обычно требуется сочетание существенной части навыков из приведенного списка. При этом «высшим пилотажем» является именно способность целостно проектировать и реализовывать решение, что требует не просто отдельных навыков, а умения применять их в комплексе. Таким образом, платформа «1С:Предприятие» как инструмент разработки позволяет «кристаллизовать» профессию разработчика бизнесприложений, отделив то, что находится за ее пределами, и четко выделив то, что действительно является предметом труда специалистов этой профессии. Студенты специальности «Прикладная математика» идеально подходят для работы программистами-разработчиками в среде «1:С». Они имеют опыт работы с объектно-ориентированными языками и базами данных. Отметим, что даже если в ВУЗах в процессе обучения есть возможность знакомства с ИС «1С:Предприятие», это явно недостаточно для реальной самостоятельной работы с компонентами «1С». По результатам пяти лет преподавания курса «Информационные системы в бухгалтерском учете и аудите» нами сделан вывод, что без дополнительного обучения студентам сложно овладеть методикой работы с компонентами «1:С». Поэтому многие студенты вынуждены искать варианты получения дополнительных более глубоких знаний. Такую подготовку проводят многие учебные центры г. Хабаровска. В частности, студенты 4 и 5 курсов специальности «Прикладная математика» ДВГУПС и студенты 5 курса специальности «Прикладная информатика в экономике» ДВИМО прошли обучение в Центре сертифицированного обучения «1С» «Софт Сервис Дальний Восток». Учитывая специальность студентов, им был предложен сертифицированный курс фирмы «1С»: «Введение в конфигурирование в системе «1С: Предпритие 8.1». Курсы проводились квалифицированными, опытными, сертифицированными фирмой «1С» консультантами-преподавателями. Важно, что преподаватели ЦСО являются программистами, реально обслуживающими ИС предприятий. Все проблемы сопровождения и внедрения ИС обсуждались на курсах и слушатели получали исчерпывающие ответы на возникающие вопросы. Несмотря на то, что обучение проводилось по стандартным программам, всегда учитывались конкретные виды деятельности каждого предприятия, куда специалисты планируют устроиться на работу. Для этого в Центре сертифицированного обучения есть специально разработанные 149
методические пособия, видео и аудио пособия, книги разработчиков фирмы «1С» и различные версии системы «1С: Предприятие» в зависимости от потребностей пользователя. Кроме того, после окончания обучения у слушателей курсов есть возможность проверить свои знания и умения в процессе тестирования по тестам, разработанным фирмой «1С». Конечно, для этого необходимо много времени потратить на самоподготовку, но тем самым приобретаются более глубокие знания. Целью подготовки специалистов является подготовка таких профессионалов, которые смогут подтвердить свою квалификацию сдачей сертификационного экзамена и получение сертификата фирмы «1С». Сертификат качества знаний бывает двух уровней: «1С: Профессионал» или «1С: Специалист». Именно такие сертификаты являются лучшей рекомендацией для молодого специалиста, не имеющего трудового стажа, только что закончившего институт. По нашим приблизительным оценкам, для успешной сдачи сертификационного экзамена требуется не менее 60 учебных лекционно-практических занятий. Ожидаемый результат: из 30 студентов, прошедших подготовку на курсах, готовы сдать на сертификат после проведения занятий и учебного тестирования не более 25% студентов. Это говорит о том, что овладеть профессией программиста-разработчика достаточно трудно, даже учась на профильных специальностях ВУЗов, но потраченное на подготовку и самоподготовку время обязательно окупится в дальнейшем. Фирменные сертификаты позволяют специалисту найти себе достойную высокооплачиваемую работу. Следует отметить, что потребности рынка г. Хабаровска в сертифицированных программистах (по статистическим данным фирмы «1:С»), которые способны сопровождать «1С: Предприятие», удовлетворены лишь на 40%. Сейчас уже можно достаточно четко сказать о высоком престиже этой профессии в среде профессионального круга IT-специалистов в области автоматизации бизнеса и корпоративных решений. Для начинающих специалистов важно не просто «научиться программировать», а сразу правильно понять «вектор» развития профессионализма разработчика в этом направлении и целенаправленно двигаться по нему. Библиографические ссылки 1. Избачков Ю.В., Петров В.М. Информационные системы: учебник для ВУЗов.- СПб.: Питер, 2006.-656с. 2. Методические материалы фирмы «1С» для пользователей комплексной системы «1С: Предприятие». – М., 2006. 3. Советов Б.Я. Информационные технологии: учебник для ВУЗов. – М: Высш. шк., 2003. – 263с. 150
УДК 681.3:37 Э. Н. Константинова ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ Константинова Э. Н. – инструктор-методист по информатизации МОУ СОШ № 2 сельского поселения «Село Хурба», учитель истории и обществознания, I квалификационная категория Эффективное использование современных образовательных, в том числе информационно-коммуникационных технологий, в образовательном процессе
Достижению высоких результатов в инновационной деятельности учителей способствует активное применение современных образовательных технологий, а также эффективная работа информационно-познавательного центра, обеспечивающая доступными образовательными и методическими материалами учащихся, педагогов и их родителей. На период 2007-2008 учебный год МОУ СОШ № 2 с.п. «Село Хурба» имеет один компьютерный класс-10 компьютеров и рабочее место учителя информатики, АРМ учителя химии и биологии, 1 компьютер в информационно-познавательном центре, компьютер секретаря, 2 принтера, 2 мультимедиапроектора, лингафонный кабинет. В школе установлена локальная сеть и имеется выход в Интернет. Регулярно используют компьютеры в учебном процессе 87% учителей. В школе имеется 191 электронных учебных пособий. Они используются учителями на уроках математики, русского языка, истории, физики, химии, биологии, иностранного языка, классных часах, других внеклассных мероприятиях. Целью программы информатизации МОУ СОШ № 2 с.п. «Село Хурба» является повышение конкурентоспособности школы среди территориально близких образовательных учреждений путем изменения подходов педагогов к профессиональной деятельности на уроках и во внеурочной деятельности, расширения спектра образовательных услуг для реализации способностей школьников. 151
Реализация программы проходит по следующим направлениям: І. Развитие единого информационного пространства школы. ІІ. Повышение ИКТ – компетентности педагогов. III. Развитие ИКТ– компетентности учащихся. Главной задачей развития единого информационного пространства является развитие единой открытой для всех участников образовательного процесса образовательной среды, поддержание постоянной внешней связи; автоматизирование информации данных об учащихся и педагогах, родителях, и данных мониторингов; Достигнутые результаты: 1. Информационно-коммуникационные технологии используют систематически все участники образовательного процесса: администрация, учителя, ученики, родители; 2. Ежедневно функционирует и развивается связь с органами управления образования и другими образовательными учреждениями района с помощью электронной почты, программы Skype, регулярно используются технологии безбумажного документооборота; 3. Функционирует внутришкольный чат в управлении через программу Skype. 4. Размещаются на сайте школы результаты экзаменов, ЕГЭ, анализ их динамики за последние несколько лет, рекомендации по подготовке к экзаменам; 5. Осуществляется ИКТ- сопровождение учителей-участников конкурсов; 6. Сформирована школьная база данных на основе специализированного программного обеспечения (Хроно Граф Школа 2,5) на 90%; 7. АРМ учителя химии и биологии применяется на каждом уроке; 8. Работает школьный медиацентр, школьная газета 1 раз в месяц распространяется как в бумажном, так и в электронном виде, организована постоянная работа видеостудии; 9. Используются в обучении информационные ресурсы школьной медиатеки, краевых образовательных порталов, Интернета. 10. Школа участвует в работе ММЦ 27 307 по плану информатизации школы и плану ММЦ; 11. До сведения участников образовательного процесса доводится информация о новинках школьной медиатеки; 12. Используются ИКТ на родительских собраниях, проводятся лектории с ИКТ; 13. Систематически, 1 раз в месяц, родители информируются об успеваемости школьников по электронной почте; 152
14. Используется ИКТ при организации обучения учащихся на дому, детей детского дома и социального приюта; Единая информационная среда школы
Автоматизированная информационноаналитическая система управления
Использова-ние ПО 1С: ХроноГраф 2,5 Внутренний чат по локальной сети с помощью программы Skype
Информационная организация учебновоспитательного процесса
Компьютер-ный класс, информационно -познавательный центр, Мобильный АРМ, АРМ учителя химии и биологии
Дополнительное образование
Кружки, факультативы, элективные курсы, дистанционное обучение
Информационное пространство библиотеки
Функционирование банка школьной медиатеки электронных и печатных изданий
Информацион-ная методическая служба
Создание банка информационнометодических материалов, повышение квалификации учителей, обмен опытом и т.д.
Рис.1. Единая информационная среда школы
Основной задачей развития ИКТ - компетентности учащихся является повышение познавательного интереса, активности учащихся , формирование предметных и надпредметных компетентностей учащихся путем организации разнообразных видов и форм уроков и внеурочной деятельности предметные недели, викторины, олимпиады, конкурсы).
Рис. 2. Участие команды «Веди» в международной олимпиаде «ЭРУДИТЫ ПЛАНЕТЫ-2008» 153
Достигнутые результаты: 1. Профильными предметами в 10-11 классах являются «Информатика и ИКТ», ведутся элективные и факультативные курсы информационной компетентности, в том числе в начальной школе и среднем звене; 2. Систематически организовывается участие школьников и учителей в творческих конкурсах с использование информационных технологий; 3. Расширяется применение ИКТ при выполнении домашних заданий, применяются исследовательские методы изучения программного материала; 4. Ученики участвуют в межшкольных, в том числе сетевых проектах; 5. С 2007 года создана служба учащихся – консультантов по ИКТ в информационно – познавательном центре; организован постоянный свободный доступ к информационным ресурсам как медиатеки, так и к сети Интернет; 6. Работает постоянная группа журналистов и дизайнеров в школьном медиацентре, подготовка и курирование организовано через факультатив «Юный редактор», электив «Азбука журналиста»; 7. Ежегодно используются ИКТ в подготовке и проведении научно-исследовательской конференции школьного общества «Мысль»; 8. Применяются ИК средства и технологии в организации и проведении ежегодного школьного тура предметных олимпиад; 9. С февраля 2008 организован конкурс классных страничек на сайте школы. Повышение ИКТ – компетентности педагогов, решается задача изменения подходов к профессиональной деятельности большей части педагогов, развития мотивации учителей к применению ИКТ и инновационных педагогических технологий, преодоления традиционного учительского консерватизма.
Рис.3. Повышение квалификации педагогов 154
Достигнутые результаты: 1. С 2006 по 2007 год проведено 6 мастер-классов по применению в учебном процессе цифровых образовательных ресурсов. Педагогический опыт учителей на школьном сайте сайте ХК ИППК ПК, а также были созданы личные странички на Хабавики трех учителей; 2. В I полугодии 2007-2008 учебного года учителями было организовано два сетевых сообщества: «Любите ли вы русский язык…», в котором участвуют и учителя нашей школы и районное «Сетевое сообщество учителей Комсомольского района» МО Физической культуры». 3. Идет освоение программного продукта 1С: Хроно Граф Школа 2,5 в части разработки календарно-тематического планирования, шаблонов уроков, насыщении их медиаобъектами, освоено 90 %. 4. Включены требования к ИКТ - компетентности в критерии оценки школьного конкурса «Учитель года». 5. Организована на сайте школы методическая лаборатория учителей, применяющих ЦОРы; 6. 21% учителей участвуют в наполнении ЦОРами регионального хранилища цифровых образовательных ресурсов; 7. Проходит постоянное взаимодействие с ММЦ, консультирование учителей по вопросам применения ИКТ силами инструктора-методиста по информатизации и тьюторов ММЦ 27307; 8. Участие учителей в конкурсах педагогических инициатив; 9. Работа экспериментальной площадки: «Применение ИКТ в преподавании профильных предметов гуманитарного цикла». 10. Дистанционно обучаются на курсах ХК ИППК ПК 2% педагогов, используют сетевые ресурсы для повышения квалификации -12 %; 11. 5 учителей, победителей национального проекта «Образование» принимают участие в работе образовательных форумов, сетевых конкурсов; 12. Проводят тематические внешние консультации для педагогов других школ, родителей и учеников-7 педагогов. Силами тьюторов ММЦ 27307 , которыми являются учителя МОУ СОШ №2, организовано повышение квалификации в области ИКТ, ведётся постоянная консультационная поддержка педагогов инструктором- методистом по информатизации. Прошло курсовую подготовку по ИКТ 41 учителей.
155
Количество конкурсов
Участие учителей в конкурсах 12 10 8 6 4 2 0
12 9 6
2005-2006 год
2006-2007 год
1 полугодие 20072008 года
Учебные периоды
Использование ЦОРов 50 40 30
2005-2006 уч.год
20
Повышение 10
2006-2007уч.год
квалификации по ИКТ – компетентности
0 I ступень
II ступень
III ступень
итого
Повышение квалификации по ИКТ – компетентности
25 педагогов
количество
30 20 учителяпредметники
15 10
администрация
5 0
2005г
2006г
2007г
год
За период 2005-2007 гг. подготовку в области современных педагогических технологий прошло в целом 96% педагогов, что положительным образом влияет на повышение качества образовательного процесса, расширило возможности представления учениками и учителями результатов учебной деятельности, способствовало формированию ИКТ - компетентностей и повысило 156
информационную культуру участников образовательного процесса. Результатом стало изменение подходов к преподаванию, значительно повысилась культура предъявления образовательных материалов. Наблюдается рост применения учителями ИКТ-технологий в преподавательской и воспитательной деятельности. Подключение школы к сети Интернет в 2005 году позволяет учащимся и учителям активно участвовать в дистанционных олимпиадах, конкурсах. В настоящее время 12 учащихся 11-х классов участвуют в дистанционном обучении по физике в рамках федерального эксперимента «Организация учебного процесса с использованием дистанционных образовательных технологий». 26 учащихся 5-7 классов приняли участие в дистанционной международной олимпиаде «ЭРУДИТЫ ПЛАНЕТЫ-2008», 5 учащихся принимают участие в краевой дистанционной олимпиаде по информатике, 7 учеников 7-8 классов участвуют в дистанционном краевом конкурсе «Цифровые каникулы-2». Регулярно использовать компьютеры в учебном процессе стали 87% учителей. Электронные учебные пособия школьной медиатеки используются учителями на уроках математики, русского языка, истории, физики, химии, биологии, иностранного языка, классных часах, внеклассных мероприятиях. Приведённые данные свидетельствуют об успешной информатизации в образовательном и воспитательном процессе школы. Заметны и ощутимы успехи учителей по овладению информационно-коммуникационными технологиями. Применяемые современные технологии способствуют достижению высоких результатов в обучении и воспитании.
64
60 количества
процент от общего
70 53
50 40 30
43 36
51
47 41
29
урочная деятельность(кроме информатики) внеурочная деятельность по предмету администрация
20 10 0
ПДО 2006
2007
Использование ИКТ
157
УДК 37.018.46 А. В. Коровко РЕЗУЛЬТАТЫ И ЭФФЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА «ИНФОРМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ» В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ Коровко А. В. – проректор по информатизации образования Хабаровского краевого института переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров, Master of Education В статье рассматриваются итоги реализации федерального проекта «Информатизация системы образования» в Хабаровском крае, проводимого на территории России с 2005 по 2008 годы, региональные особенности деятельности в области подготовки педагогических кадров.
Хабаровский край на протяжении трех лет принимал участие в реализации федерального проекта «Информатизация системы образования» в качестве пилотного региона. Это значит, что система общего образования нашего края была подвергнута эксперименту наряду с Республикой Карелия, Красноярским, Пермским, Ставропольским краями, Калужской и Челябинской областями, которые в июне 2005 года приняли на себя обязательства воплотить в действительность замысел комплексного, инновационного проекта, разработанного с привлечением зарубежных экспертов и финансируемого частично из средств третьего правительственного займа у Всемирного банка. Проект «Информатизация системы образования» (ИСО) направлен на содействие в обеспечении доступности, качества и эффективности общего и начального профессионального образования. Основная миссия проекта заключается в создании условий для системного внедрения и активного использования информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в работе учебных заведений. Проект ИСО впервые в явном виде пытается решать вопросы информатизации школы в тесной связи с повышением качества учебного процесса, изменением парадигмы образования, способов педагогической деятельности. Информатизация в контексте проекта понимается как изменение содержания, методов и организационных 158
форм учебной работы с целью подготовки выпускников образовательных учреждений к условиям жизни в информационном обществе («обществе, основанном на знаниях»). В настоящий момент мы находимся в моменте завершения первого этапа реализации проекта, пора подводить итоги – что свершилось, чего достигли, что оказалось неподъемным и какие эффекты для нашего края мы получили, реализуя федеральный проект? Обратимся к планируемым результатам, которые виделись разработчикам проекта на момент старта эксперимента. В июне 2008 года ожидалось: • Наличие общенациональной коллекции цифровых образовательных ресурсов • Учебные материалы нового поколения по всем предметам школьной программы, доступные для всех школ России • Сформирован кадровый потенциал педагогов, владеющих современными информационными технологиями • Равные возможности для учащихся отдаленных территорий в получении профильного образования • Типовые модели информатизации регионального, муниципального, школьного уровней и технологии их тиражирования • Модернизированные муниципальные методические службы в регионах проекта • Система регулярной консультационной поддержки по вопросам использования ИКТ в учебном процессе. Рассмотрим насколько удалось системе образования нашего края достичь планируемых результатов и насколько ценно было решение этих задач. 1. Единая национальная коллекция цифровых образовательных ресурсов и учебные материалы нового поколения, поддержанные цифровыми материалами действительно доступны учителям и школьникам Хабаровского края. Кроме федеральной коллекции, ресурсы которой доступны по адресу: http://school-collection.edu.ru/, в нашем регионе формируется региональная коллекция http://cor.edu.27.ru/, которая содержит более 3000 объектов. Коллекция пополняется муниципальными специалистами и содержит в основном ЦОРы регионального содержания. Ценность этого хранилища достаточно велика, так как с одной стороны – позволяет получить доступ из любого уголка нашего края (при наличии доступа к Интернет) к качественным ресурсам, разработанным или оцифрованным федеральными исполнителями, а с другой стороны – позволяет предъявить образовательному сообществу наши доморощенные ресурсы, которые могут быть использованы 159
учителями других регионов. Следует отметить, что по данным статистики Хабаровской краевой образовательной сети, обращение к ресурсам коллекции занимает значительную часть Интернет-трафика школ, однако практика устойчивого, цивилизованного использования и пополнения коллекции только складывается. И это направление будет развиваться и после завершения первого этапа проекта ИСО. В условиях наличия труднодоступных территорий в Хабаровском крае, очевидно, что рациональное пользование такого хранилища принесет свои результаты в увеличении доступности качественного образования. 2. Кадровый потенциал педагогов, использующих ИКТ в профессиональной деятельности формировался в нашем регионе задолго до начала проекта ИСО. В настоящее время более 70% педагогических работников прошли подготовку по программам ИКТ-компетентности. Однако безусловным достижением проекта можно отметить традиционализацию каскадного способа подготовки работников образования. То есть подготовка специалистов из муниципалитета (тьюторов, муниципальные команды методистов) на региональном уровне, проведение модельных семинаров, разработка комплектов методических и дидактических материалов для проведения занятий в межшкольных методических центрах и непосредственно в школах. Еще одним достижением этого направления можно назвать приобретение умения действовать в условиях меняющихся установок, учебных материалов. Так, за период действия проекта муниципальным тьюторам пришлось освоить три новые программы подготовки педагогов, внедрение которых прошло без снижения качества подготовки. Это означает, что в регионе сформирован достаточный кадровый состав методистов, способных быстро переучиваться и действовать в инновационном режиме. Особенностью реализации направления подготовки кадров с проекте ИСО было то, что кроме повышения квалификации учителей по программам ИКТ-компетентности, значительная часть средств была потрачена на подготовку школьных команд по информатизации и муниципальных команд методистов, а также на повышение квалификации совместных команд специалистов муниципальных методических служб. Эта подготовка позволила повысить проектную культуру наших педагогов и управленческих кадров, в деталях разобраться в особенностях управления образовательными учреждениями с помощью инструментов – программа информатизации, сайт школы, автоматизированная система управления и прочее. Необходимость использования этих средств осознана в большинстве муниципалитетов и школ и деятельность в 160
данном направлении будет продолжена в ближайшие 3 года. 3. Равные возможности для учащихся отдаленных территорий в получении профильного образования – Хабаровский край в совместном проекте с Некоммерческим партнерством «Телешкола» 119 школьников учились по профильным курсам под руководством 5 сетевых преподавателей и 23 педагогов-кураторов из числа учителей Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре, Вяземского, района Лазо. По оценкам федеральных консультантов, курирующих данное направление, наши учителя и школьники проявили себя как одни из самых успешных учащихся и преподавателей. Однако, к сожалению, эксперимент длился несколько месяцев, поэтому учащиеся из отдаленных территорий не смогли из-за организационных нестыковок принять опробовать на себе такую услугу. 4. Типовые модели информатизации регионального, муниципального, школьного уровней и технологии их тиражирования. С уверенностью можно сказать, что этого результата мы достигли. Как проводить работу по информатизации на разных уровнях, в какой последовательности – это именно то, что содержится в школьных и муниципальных программах информатизации, то, что предложено на открытых Интернет-ресурсах регионального координационного центра проекта ИСО в Хабаровском крае (Хабаровский краевой институт переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров) и межшкольных методических центров – программы и материалы семинаров, тренингов, конференций, курсов. Опытом Хабаровского края и нашими материалами пользуются в Приморском, Камчатском краях, Ханты-Мансийском автономном округе, Республике Чувашия, Саратовской, Псковской областях и других регионах России. 5. Модернизированные муниципальные методические службы в регионах проекта и система регулярной консультационной поддержки по вопросам использования ИКТ в учебном процессе. Сетевой инфраструктурой реализации проекта ИСО в Хабаровском крае стала система из 20 межшкольных методических центров (ММЦ) и регионального координационного центра (РКЦ). ММЦ располагаются в каждом муниципальном образовании региона и были созданы в основном на базе общеобразовательных учреждений или учреждений дополнительного образования детей. За годы проекта кадровый состав ММЦ значительно повысил свою квалификацию и большинство сотрудников (действующие учителя) стали грамотными менеджерами и методистами. Сотрудники муниципальных методических служб, существующих на начало проекта в параллельном, а иногда и в антагонистическом режимах – имели 161
возможность повышать свою квалификацию в области использования ИКТ в профессиональной деятельности, изменяли представление о содержании и методах оказания методической и консультационной поддержки учителям прикрепленных школ. И результате системы мероприятий в настоящее время мы имеем не менее 80% проектов трансформации муниципальных методических служб, учитывающих необходимость использовать в полной мере возможности современной ИКТ-насыщенной образовательной среды. Активное использование для оказания услуг педагогам электронной почты, сайтов, мессенджера Skype, проведение видеочатов, социальных сервисов Инернет, свидетельствуют о том, что большинство из разработанных проектов трансформации методических служб действительно будут реализованы в ближайшее время. Проект завершается, однако на уровне края меры по институциализации позитивных достижений были уже приняты. Постановлением Правительства Хабаровского края от 28.02.2008 № 67-пр «О дополнительных мерах по информатизации системы общего образования Хабаровского края» предложено сохранить действующую ММЦ-РКЦ и основную часть мероприятий, способствующих развитию методической поддержки инновационных процессов в современном образовании. Таким образом, можем констатировать, что система образования Хабаровского края справилась с реализацией проекта ИСО, выполнила задачи разработчиков. Очевидно, мы сработали также и на решение собственных проблем – приблизили услуги к потребителю, благодаря системе РКЦ-ММЦ, опробовали различные формы обучения и повышения квалификации, в том числе дистанционные, значительно расширили группу менеджеров образования в связи с регулярной каскадной деятельностью по профессиональному развитию учителей и работников администрации школ. Мы приобрели неоценимый опыт работы в крупном проекте, заслужили репутацию одного из лидеров проекта. И мы сумели получить некоторые приращения к первоначальному замыслу проекта. То, что можно назвать «хабаровскими эффектами» реализации проекта ИСО – визитной карточкой региона, можно обозначить двумя крупными группами – высокая активность сетевых сообществ педагогов и максимальная открытость ресурсов, разработанных в нашем крае. Сетевые сообщества активно развиваются и благодаря тому, что мы начали строить эту социальную педагогическую сеть как инструмент совместной деятельности, эксплуатируя желание педагогов общаться, сравнивать свои достижения с достижениями 162
своих коллег, конкурировать. И вовремя «угадали» - стали использовать новейшие Интернет-технологии, активно применять средства Веб 2.0. В настоящее время головной сайт методической сети – ХабаВики (http://resource.ippk.ru/mediawiki/ -построенный с помощью свободно-распространяемого движка MediaWiki) редактируют более 2600 пользователей. Посещаемость главной страницы доходит до тысячи в день, количество различных активностей, одновременно происходящих в разных населенных пунктах и образовательных учреждениях края исчисляется десятками. Наличие неформальных объединений на сайте, возникновение школьных сообществ, использование ХабаВики как площадки установления связей, источника методических и учебных материалов – все это признаки хорошего добротного сообщества. Благодаря тому, что мы с самого начала проекта установили для себя правило «Всё в сеть!» и не пытались утаивать и особенно защищать свои материалы от «чужих» глаз, ресурсами хабаровского РКЦ (http://resource.ippk.ru/mediawiki/ и http://www.ippk.ru/iso/iso.htm) сейчас пользуются во многих регионах России и Украины. Отдавая свое и получая отклики от пользователей (как правило, положительные) мы понимали, что материалы востребованы или здесь необходимо что-то доработать. И в конечном итоге открытость значительно способствовала развитию всей системы РКЦ-ММЦ. Наши учителя не однократно становились авторами всероссийских проектов для школьников и педагогов, методисты становились создателями образцов деятельности в сети для других регионов, опыт распространялся и перенимался без особых усилий. Проект «Информатизация системы образования» завершается 30 июня 2008 года. Завершается проект, но важнейшим его результатом и эффектом стало то, что информатизация системы образования как традиция, как устойчивая практика, как визитная карточка системы образования Хабаровского края, будет продолжена на качественно новом уровне, с обновленными кадрами, с желанием развиваться, осваивать новации, разрабатывать инновационные методики, внедрять их и делиться со всеми. Проект заканчивается, но мы готовы к новым проектам.
163
УДК 004:371 (571.62) А. М. Король, Н. Г. Флейдер О СОСТОЯНИИ И ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАТИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ В 2009 – 2011 ГОДАХ Король А. М. – заместитель министра образования Хабаровского края, начальник управления общего образования, к.п.н., доцент; Флейдер Н. Г. – заведующая сектором инвестиционных программ и информатизации министерства образования Хабаровского края, к.п.н. Программно-целевой подход к информатизации определил вектор и интенсивность внедрения информационно-коммуникационных технологий в системе общего образования Хабаровского края. В последние годы процессы информатизации в системе общего образования края осуществляются комплексно под воздействием федеральных целевых программ и проектов. При этом наблюдается тенденция постепенного перехода от жесткого централизованного планирования в сфере ИКТ к проектным методам управления, что придает процессам информатизации динамичность, персонифицированность, ориентацию на необратимость предполагаемых изменений, получение значимых сферных эффектов.
Информатизация образования характеризуется не количеством компьютерной техники в школах и не числом победителей олимпиад по информатике. Основными признаками успешности управленческой деятельности в сфере информатизации образования, на наш взгляд, являются: 1. Расширение ареала субъектов сферы образования (руководители образовательных учреждений, учителя, учащиеся, родители), демонстрирующих готовность эффективно использовать информационно-коммуникационные технологии для решения своих личных и социальных (для учителя – собственно педагогических) проблем. 2. Развитие ключевых компетенций учащихся (в том числе интерактивное использование цифрового оборудования в учебной деятельности, навыки работы в группе, широкое использование метода 164
проектов и др.). 3. Обеспечение доступности образовательных услуг за счет применения дистантных форм организации учебного процесса. Для успешного решения данных задач в ключе традиционного понимания информатизации системе образования необходимо пройти в онтогенезе несколько этапов развития: 1. Поставка компьютерного оборудования и обеспечение выхода в Интернет. 2. Повышение квалификации педагогов в области использования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). 3. Создание и использование в учебном процессе цифровых образовательных ресурсов. Данные направления развития процессов информатизации образования, как правило, реализуются на практике последовательно в виду хронического недофинансирования. В системе общего образования Хабаровского края в начале 2000-х годов сложилась благоприятная ситуация для интеграции финансовых, материально-технических, кадровых и организационных ресурсов за счет участия в федеральных и краевых проектах в области информатизации образования: - с 1998 г. по настоящее время – централизованная поставка школам компоютерной техники и программного обеспечения в рамках краевых программ информатизации образования; - 2001 – 2005 гг. – участие в мероприятиях федеральной целевой программы «Развитие единой информационной образовательной среды (2001-2005гг.)» на условиях софинансирования (поставки компьютерной техники в 188 сельских, 35 городских и поселковых школ, 43 детских дома и школы-интерната, компьютеризация школьных библиотек); - с 2002 г. – реализация программы корпорации Intel «Обучение для будущего»; - 2002 – 2005 гг. – реализация краевого проекта «Обучение педагогических кадров новым информационным технологиям»; - 2005 г. – реализация пилотного проекта подключения 286 школ края к сети Интернет за счет средств краевого и федерального бюджетов, создание Хабаровской краевой информационной образовательной сети на базе Регионального ресурсного центра ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет»; - с 2005 г. – целенаправленная разработка цифровых образовательных ресурсов регионального содержания за счет средств краевого бюджета; - с 2005 г. – участие в реализации мероприятий федерального 165
проекта «Информатизация системы образования»; - с 2006 г. – участие в реализации мероприятий приоритетного национального проекта «Образование»; - 2006 – 2008 – участие в краевой программе развития информационно-коммуникационных технологий на 2006 - 2008 годы в социальной сфере Хабаровского края. В результате принимаемых мер по укреплению материальной базы процессов информатизации в системе общего образования края все 406 учреждений общего образования (100%) имеют современное учебное компьютерное оборудование. Увеличивается количество учреждений общего образования с оборудованными кабинетами информатики и вычислительной техники. На начало 2007/2008 учебного года 359 учреждений общего образования, что составляет 88,4% от общего количества учреждений общего образования, имеют компьютерные классы от пяти и более рабочих станций (в 2006 г. - 86,9%, в 2005 г. – 82,2%, в 2004 г. – 76,2%). Уровень оснащенности общеобразовательных учреждений учебной компьютерной техникой в 2008 году составляет 41 школьник на один современный персональный компьютер (в 2006 г. – 44 школьника, в 2005 г. – 45 школьников, в 2004 г. – 46 школьников). В настоящее время все учреждения системы общего образования подключены к сети Интернет по высокоскоростным каналам. При этом за счет средств краевого бюджета продолжает функционировать и развиваться Хабаровская краевая образовательная информационная сеть (ХКОИС) на базе телекоммуникационного узла связи ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет». Наличие автоматизированных рабочих мест директоров всех средних и основных школ края и руководителей органов управления образованием со специальным программным обеспечением (ХроноГраф Школа 2.5), обеспеченность рабочих мест секретарей персональными компьютерами 211 общеобразовательных учреждений (52,0%, в 2006 г. – 46,7%), позволили организовать работу по внедрению информационно-коммуникационных технологий в практику управления школой. Приступили к формированию школьной базы данных на основе специального программного обеспечения (ХроноГраф Школа 2.5) около 70% общеобразовательных учреждений. В рамках федерального проекта «Информатизация системы образования» в крае созданы 1 региональный координационный центр (РКЦ), 20 межшкольных методических центров (ММЦ), 7 апробационных площадок.
166
Участие Хабаровского края в федеральном проекте ИСО позволило привлечь финансовые ресурсы из федерального бюджета для решения задач в области информатизации образования края. За период с начала реализации проекта (июнь 2005 г.) по состоянию на март 2008 г. на реализацию мероприятий проекта в системе образования края из федерального бюджета инвестировано 153,549 млн. рублей при краевой доле софинансирования 40,451 млн. рублей. Начиная с 2002 года в рамках реализации краевого проекта «Обучение педагогических кадров новым информационным технологиям» и федерального проекта ИСО в системе общего образования края было организовано массовое обучение педагогических работников в области информационнокоммуникационных технологий (ИКТ). За 2002-2006 годы по программам базовой информационно-коммуникационной компетентности прошли обучение 61,2% педагогических работников и 81,3% руководящих работников общеобразовательных учреждений края. Наряду с деятельностью системы РКЦ-ММЦ в рамках федерального проекта «Информатизация системы образования» в Хабаровском крае реализуется ряд проектов, исполнителями которых являются отобранные национальным фондом подготовки кадров на конкурсной основе образовательные организации: - проект «Обучение с использованием Интернет для решения задач подготовки школьников на профильном уровне» - исполнитель НП «Телешкола» (около 200 тыс. долларов США); - проект «Организация дистанционных элективных курсов по математике, информатике и физике в 9-х классах на базе и при поддержке Хабаровской краевой заочной физико – математической школы» - исполнитель государственное учреждение дополнительного образования детей «Хабаровский краевой центр технического творчества» (30 тыс. долларов США); - проект «Разработка программ и учебно-методических материалов для подготовки студентов педагогических вузов в области использования цифровых образовательных ресурсов (на базе Лаборатории цифровых образовательных ресурсов и педагогического проектирования ДВГГУ)» - исполнитель ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный гуманитарный университет» (92,5 тыс. долларов США). Средства данных проектов представляют собой цену услуг, оказываемых субъектам сферы образования Хабаровского края, и являются опосредованными инвестициями в краевую систему образования. 167
Основными результатами реализации в крае федерального проекта ИСО являются: - привлечение федеральных инвестиций в развитие процессов информатизации образования края, отработка механизмов разноуровневых договорных отношений в ходе реализации федерального проекта ИСО; - создание краевой системы выявления и поддержки лидеров в области информатизации образования, механизмов стимулирования креативности и творчества в процессе внедрения информационнокоммуникационных технологий в учебный процесс; - создание краевой инфраструктуры управления процессами информатизации образования через сеть РКЦ-ММЦ; - рост доли руководящих и педагогических работников, прошедших повышение квалификации в области информационнокоммуникационных технологий, за счет внедрения каскадной системы обучения на муниципальном уровне (2004 г. – 29,5%, 2005 г. – 39,6 %, 2006 г. – 59,9%, 2007 г. – 61,2%); - значительное повышение сетевой активности части педагогов края совместно со своими учащимися; - увеличение доли общеобразовательных учреждений края, имеющих собственные сайты с 1,5 % до 62,3%; создание программ информатизации в 84,3% общеобразовательных учреждений края; - создание школьных команд по информатизации, закрепленных приказами директоров, в 93% общеобразовательных учреждений; - успешное прохождение в 2006 году школьниками Хабаровского края независимого тестирования по ИКТ-компетентности (3-е место в общем зачете среди 7-ми пилотных субъектов Российской Федерации); - повышение активности в использовании современных сетевых сервисов «ВикиВики», «Ютьюб», позволяющих организовать совместную сетевую творческую работу педагогов и школьников; - поэтапное внедрение специализированного программного обеспечения «ХроноГраф Школа 2.5», «ХроноГраф Мастер 3.0»; - возрастание доли учителей, регулярно обращающихся к ресурсам медиатек ММЦ и РКЦ для ознакомления и использования. В связи с завершением в 2008 году 1 этапа федерального проекта «Информатизация системы образования» и необходимостью сохранения и дальнейшего развития положительных тенденций в области информатизации системы общего образования края Правительством Хабаровского края принято постановление от 28.02.2008 № 67-пр «О дополнительных мерах по информатизации системы общего образования Хабаровского края». 168
Постановлением утвержден план дополнительных мер по информатизации системы общего образования Хабаровского края после окончания федерального проекта «Информатизация системы образования». Главам городских округов и муниципальных районов края рекомендовано сохранить действующую сеть межшкольных методических центров, созданных в 2005 году в рамках федерального проекта «Информатизация системы образования». Приоритетными направлениями информатизации системы общего образования края на перспективу до 2011 года определены следующие: 1. Компьютеризация образовательных учреждений на основе ежегодно проводимых государственных закупок на поставку учебного компьютерного оборудования. 2. Разработка и приобретение программных обучающих продуктов, в том числе мультимедийных обучающих средств и цифровых образовательных ресурсов регионального содержания. 3. Развитие системы методической и кадровой поддержки процессов информатизации образования края на основе потенциала регионального координационного центра и межшкольных методических центров. 4. Развитие телекоммуникаций в системе образования. На реализацию дополнительных мер по информатизации системы общего образования Хабаровского края в 2009 – 2011 годах предполагается направить из краевого бюджета более 130 млн. рублей. Результатом реализации дополнительных мер по информатизации общего образования будет сохранение и развитие позитивных информационнотенденций внедрения современных коммуникационных технологий в учебный процесс в образовательных учреждениях края, повышение качества образовательных услуг на основе широкого использования цифровых образовательных ресурсов.
169
УДК 37.013.83 Л. В. Кочегарова НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ КАК УСЛОВИЕ РАЗВИТИЯ ИКТ КОМПЕТЕНТНОСТИ ПЕДАГОГОВ ШКОЛ Кочегарова Л. В. – заведующая центром образовательных технологий СОИПиПКК
новых
информационно-
ИКТ влияют на обновление инструментов профессиональной деятельности, а значит, и на развитие личности педагога, а в аспектах организации его деятельности на развитие его ИКТ компетентности п. Научно-методическое сопровождение как система поддержки развития личностных новообразований, преломляясь в условиях информационно-образовательной среды, требует особых подходов и механизмов. Основанное на гуманистических принципах и реализуемое в логике системного и деятельностного подхода, научно-методическое сопровождение создает условия для эффективного развития ИКТ компетентности педагога.
Современный этап развития общества, обусловленный научнотехнической революцией, является переходным на пути от индустриального типа к информационному (О. Тоффлер, К. Ясперс, Г. Кан, Т.Стоуньер, У. Дайзард, Р. Айрис). Информационное общество – по мнению таких философов как Дж. Мартин, Т.Стоуньер, Д.Белл, О. Тоффлер, Ж.Эллюль, К. Ясперс, У. Дайзард и др., будет характеризоваться преобладанием доли информации в промышленности и потреблении, изменением роли информации в духовной культуре, совершенствованием методов и технологий работы с информацией. Эти изменения влекут за собой преобразование социальной сферы, трансформацию мировоззрения на основе новых реалий и ценностей, социокультурные изменения. Образование, обретая статус особого механизма общественного, культурного развития общества, становится пространством личностного развития не только учащегося, но и педагога. Это определяет и изменение роли педагога в образовательном процессе, и требования к уровню его профессиональной подготовки. А, 170
следовательно, требуется научный поиск новых способов оказания помощи субъектам образования, как в конкретных ситуациях профессионального затруднения, так и в процессе конструирования их профессиональной биографии в целом. Исследователи детерминируют процесс сопровождения педагога как сложное, многоаспектное явление, так как профессиональная помощь подразумевает многообразие целей и средств (Е.И.Казакова, Л.Г.Тарита, И.М.Яковенко, А.П.Тряпицина, Л.Г.Субботина, Н.Н.Лагусева, М.В.Шакурова, И.А.Липский, М.Н.Певзнер и др.). Основываясь на основных приоритетах педагогической деятельности, сопровождение неизбежно преломляется, реализуясь в различных ее моделях. В нашей статье мы рассматриваем научно-методическое сопровождение (НМС) как систему, реализующую условия успешного развития компетентности педагога. Основной целью этой системы является оказание помощи и поддержки (в нашем случае педагогу, группе педагогов, школе) в принятии решения в различных ситуациях выбора эффективного пути развития. В качестве основных элементов НМС содержит совокупность различных функций, действий, процедур, методов, техник, мероприятий. Системообразующим фактором является создание наличие центров, организующих ресурсную поддержку, на всех уровнях системы образования. Системные связи основываются на тезисе, что НМС - это особая сфера управленческой деятельности, предназначенная для организации эффективного сопровождения субъектов образования в условиях обновляющейся образовательной среды. Процедурно сопровождение может быть реализовано в формах диагностики, ресурсообеспечения, консультирования, обучения, группового взаимодействия. Основным принципом НМС является ответственность сопровождаемого за сделанный выбор и принятое решение. Современные темпы технического развития предполагают новое качество подготовки специалистов и новые требования к системе непрерывного образования. Одна из проблем перехода к информационному обществу — неготовность человека справляться с темпами изменений в его профессиональной среде. Как показывают исследования, одной из причин кризисных явлений в образовании на пороге третьего тысячелетия, является кризис компетентности педагога вообще, а в условиях информатизации – информационнотехнологической и коммуникационной (ИКТ) компетентности в 171
частности. Научные исследования последнего десятилетия по-разному раскрывают сущность и структуру ИКТ-компетентности педагога (И.В. Роберт, И.Б. Мылова, О.П.Осипова, Л.Н. Горбунова и А.М. Семибратов и др). Однако, большинство ученых едины во мнении, что рассматривать эту категорию необходимо с позиций личностных новообразований в сфере профессионализма педагога и практических проявлений этих качеств в информационной среде, т.е. способности педагога самостоятельно и ответственно использовать эти технологии в своей профессиональной деятельности. Не менее важно, что с формированием условий развития ИКТ компетентности педагога напрямую связаны процессы развития профессиональной среды (информационно-образовательной среды), в которой в настоящий период происходят: структуры информационного учебного − изменение взаимодействия между обучающим и обучаемым; − изменение структуры представления учебного материала и учебно-методического обеспечения учебного процесса; − изменение учебной среды как условия учебного взаимодействия всех субъектов образования и как условия, способствующего длительному воздействию на ученика. С одной стороны, ИКТ компетентность педагога, как одна из профессиональных компетентностей, может быть рассмотрена как интегративное качество профессионализма, позволяющее педагогу в своей деятельности эффективно использовать возможности информационно-образовательной среды (ИОС). С другой стороны, эффективное личностное и профессиональное развитие субъекта, в процессе которого и формируется компетентность, наиболее продуктивно в условиях системного научно-методического сопровождения. Вектор личностных новообразований в результате такого взаимодействия включает развитие позитивных мотиваций, направленность на повышение эффективности образовательного процесса, стремление к коллективной творческой деятельности. Еще раз хотим подчеркнуть, что сопровождающий и сопровождаемый осуществляют совместную деятельность, согласовывая и корректируя ее. При этом первый создает условия для выбора вторым содержания средств, форм деятельности, ее возможной результативности как поле ориентиров. В течение шести лет, указанные аспекты изучаются в рамках областного эксперимента на базе трех районов Сахалинской области (Александровск - Сахалинский, Холмский, Южно-Сахалинск). Выбрав 172
различные модели интеграции педагога в ИОС (дистанционное образование как базовой модели для удаленных школ района, создание районного ресурсного центра, развитие информационнообразовательной среды района), нами апробируются модели научнометодического сопровождения развития ИКТ компетентности педагога. В эксперимента задействованы более 30 школ, около 200 педагогов. Опыт показывает, что построение системы НМС в этой сфере необходимо начинать с определения приоритетных направлений формирования ИКТ компетентности педагога. Нами выделены следующие приоритеты: − знания о технологиях, их возможностях и ограничениях для решения педагогических задач, основанные на профессиональноличностных возможностях и ограничениях в области применения ИКТ; − умения комплексно использовать ИКТ в педагогической деятельности, основанные на непрерывном совершенствовании и развитии профессиональной деятельности; − опыт представления в педагогическом сообществе новых моделей педагогической деятельности, основанный на самостоятельном и инициативном применении ИКТ; − ценностное отношение к использованию ИКТ в своей деятельности, основанное на рефлексии своего и чужого опыта в области ИКТ. Ссылаясь на исследования Липского И.А., было принято, что педагог, приобретая ИКТ компетенцию, проходит следующий путь синхронизации его профессиональных качеств (по ступеням формирования ИКТ компетентности): 1. достижение элементарной и функциональной грамотности; 2. достижение базового уровня, с наиболее общими способами деятельности; 3. достижение профессиональной компетентности, которая позволяет использовать новые инструменты деятельности; 4. овладение новой культурой, в данном случае информационной; 5. формирование индивидуального информационного менталитета личности. Именно на уровне третьей ступени начинается саморазвитие педагога, включая все аспекты его профессионализма. Расширяя когнитивный пласт, корректируя ценностно-личностные характеристики педагога и изменяя операциональную составляющую профессии, педагог может создавать собственную образовательную среду, используя непрерывно развивающиеся ИКТ. НМС на этом этапе осуществляется в следующих направлениях: 173
1. Сопровождение программно-целевых мероприятий по созданию ИОС; 2. Сопровождение непрерывного образования субъекта ИОС; 3. Сопровождение инновационной деятельности; 4. Сопровождение развития ИКТ компетентности педагога; 5. Сопровождение субъектов, объединенных в сеть по различным основаниям. В соответствии с указанными направлениями, нами разработаны и апробированы следующие показатели эффективности НМС развития ИКТ компетентности педагога, независимо от уровня системы образования: 1) Мониторинг ресурсной составляющей (среда, кадры, содержание) на основе федеральных индикаторов и рекомендаций проекта ИСО: − уровня информатизации в образовательных учреждениях области (на основе программ развития образования, проектов информатизации, анализа основных факторов, влияющих на эффективность информатизации образования); − уровня сформированности ИКТ компетентности педагогов; − уровня использования возможностей ИОС в образовательных учреждениях. 2) Уровень включения педагога в систему непрерывного повышения квалификации в сфере ИКТ (по 5 уровням ИКТ). 3) Эффективность выполнения целевой программы «Развитие ЕИОС Сахалинской области», содержащей мероприятия и рабочие планы по разработке, адаптации и внедрению моделей, механизмов и инструментов, обеспечивающих современный образовательный процесс в условиях ИОС. 4) Уровень распространение успешного опыта через подготовку учебно-методических материалов и публикации по проблемам использования ЦОР в системе образования. Эффективность профессиональных обсуждений и экспертизы подготовленных материалов и документов (семинары, круглые столы, привлечение внешних экспертов и т.д.), в том числе через возможности дистанционного портала. 5) Уровень сетевого взаимодействия педагогов и педагогических коллективов, в том числе между регионами. Организуя научно-методическое сопровождение и являясь системообразующим элементом, центр новых информационнообразовательных технологий Сахалинского областного института переподготовки и повышения квалификации кадров, выявил 174
зависимость развития ИОС и системного внедрения НМС на уровне как личностного развития педагога, так и развития самого учреждения. 1) 100% школ разработали и внедряют программы информатизации как часть программы развития. 2) 85% образовательных учреждений используют ИКТ для организации единого документооборота, мониторинга МТБ информатизации (см. http://monitoring.sakhitti.ru), планирования обновления и развития (аналитические таблицы), мониторинга кадровой обеспеченности регионального образования (База данных педагогов и управленцев, http://sakhitti.ru/itti/kvalif/kvalif.asp?mnu=40). 3) За время формирующего этапа эксперимента было обучено 1416 человек, из них 841 через специализированные курсы кафедры НИТ и 575 в рамках специализированного учебного модуля курсов предметных кафедр. Из них 15% обучено в дистанционной форме. 100% педагогов-экспериментаторов задействованы в непрерывном цикле переподготовки. 4) Последовательность освоения тематики непрерывного образования осуществлялась индивидуально, в зависимости от уровня готовности коллектива, но осваивались следующие учебные курсы: Модули Контенты Учебная программа «Новые информационные технологии» Основные направления использования НИТ в подсистемах образования.
1. Основные направления областной программы информатизации. 2. Информатизация ОУ: виды деятельности, эффективность, ресурсы. 3. Подключение образовательных учреждений к сети интернет в рамках реализации мероприятия «Развитие технической основы современных информационных образовательных технологий» Использование возможностей интернет - среды в современном образовании.
Учебная программа «Дистанционное обучение – непрерывное профессиональное образование» Дидактические основы дистанционного обучения в условиях ресурсного центра
1. Организация заочно-дистанционного обучения в ОУ. 2. Дидактические основы медиаобразования в дистанционной технологии обучения. 3. Медиаобразование как основа дистанционного обучения
175
Особенности организации образовательной среды при использовании дистанционного образования
1. Понятие дистанционного обучения 2. Интернет для сферы образования 3. Координатор дистанционного образования: функции, особенности организации, технологии работы 4. Дистанционный курс: от разработки до освоения.
Тьюторская поддержка дистанционного обучения
1. Особенности дистанционных технологий обучения: тьютор, ученик, автор, координатор 2. Технологии тьюторской поддержки. 3. Особенности педагогического взаимодействия участников ДО. 1. Дистанционно-модульное построение элективных курсов 2. Технологии тьюторской поддержки в условиях профильного образования. 3. Использование ресурсов VPN «образование» для проектирования элективных курсов.
Дистанционные образовательные технологии как средство организации профильного обучения Возможности ДО в системе повышения квалификации педагога Подготовка координаторов для системы дистанционного обучения
1. Модели сетевого обучения педагогов в ЕИОС 2. Подходы к сопровождению дистанционного обучения в системе повышения квалификации. 3. Механизмы развития икт компетентности педагога. 1. Введение в систему дистанционного обучения. 2. Координатор дистанционного образования: функции, особенности организации, технологии работы. 3. Разработка дистанционного курса. 4. Программные средства поддержки ДО.
Учебная программа «Повышение эффективности качества преподавания предмета» Использование НИТ в проектировании современного урока Использование НИТ в деятельности учителяпредметника
1. Особенности системного использования ЭОР и сетевых технологий при организации учебновоспитательного процесса 2. Использование сетевых версий обучающих программ в образовательном процессе. 3. Применение икт в образовательном процессе. Использование новых информационных технологий в деятельности учителя-предметника
176
6) По статистике СОИПиПКК, востребованность в знаниях и практических навыков в аспектах медиадидактики за 3 года возросла в 3 раза. 7) Участниками экспериментальных площадок подготовлено более 40 электронных учебно-методических комплексов для подготовки и проведения занятий, в настоящий период размещено в базе ЦОР на сайте центра более 180 готовых образовательных ресурсов с методической поддержкой [http://sakhitti.ru/itti/distan] 8) В рамках факультета профессиональной переподготовки по специальности «Профессиональное обучение» (направление информатика и ИКТ) обучаются представители 100% сопровождаемых школ. В статье была сделана попытка описать наш опыт внедрения комплексных механизмов научно-методического сопровождения (НМС), которые эффективно влияют на эффективность подготовки педагога к деятельности в информационно-образовательной среде школы. Развитие ИКТ компетентности неразрывно связано с пониманием, что ИКТ не только средства обработки данных, но и средства воздействия на психологическую сферу человека, на развитие личности. ИКТ компетентность - не самоцель, а необходимый элемент эволюционного развития личности, его активной профессиональной деятельности в информационном мире. Библиографические ссылки 1. Горбунова Л.М. Семибратов, А.М. Построение системы повышения квалификации педагогов в области информационно-коммуникационных технологий на основе принципа распределенности //Материалы XVX Международной конференции «Информационные технологии в образовании», 3-5 ноября 2004 года, Москва. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://ito.edu.ru/2004/Moscow/Late/Late-0-4937.html 2. Горбунова Л.Н., Семибратов, А.М. Освоение информационных и коммуникационных технологий педагогами в контексте ориентации на профессионально личностное развитие // Информатика и образование №7. 2004. с. 91-96. 3. Зимняя И.А. Личностная и деятельностная направленность компетентностей как результата современного образования/ Компетентность и проблемы ее формирования в системе непрерывного образования (школа вуз - послевузовское образование) (науч. ред. И. А. Зимняя).// Материалы XVI Всероссийской науч.-методической конф. «Актуальные проблемы качества образования и пути их решения». -М.: Исслед. центр проблем качества подгот. Специалистов, 2006. 130с., С.6-19. 4. Казакова Е.И. Теоретические основы развития общеобразовательной школы (системно–ориентационный подход): Автореф. … док. пед. наук. – СПб., 1995. – 32с 177
УДК 37.03 И. А. Кочубей НАПРАВЛЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ДОТ В МУНИЦИПАЛЬНОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ УЧРЕЖДЕНИИ Кочубей И. А. – главный специалист отдела по мониторинговым исследованиям и аудиту ДВГГУ На основе исследования опыта внедрения ДОТ в городе Хабаровске и проекта ИСО предлагается вариант методического обеспечения организации внедрения ДОТ в общеобразовательной школе на примере учителя математики.
Все быстрее набирает обороты процесс реализации Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года. В этом направлении проект «Информатизация системы образования» (ИСО) направлен на обеспечение доступности, качества и эффективности образовательных услуг в системе общего и начального профессионального образования. Обучение с использованием компьютерных технологий, Интернет-технологий – одно из направлений этой работы. «Под дистанционными образовательными технологиями (ДОТ) понимаются образовательные технологии, реализуемые в основном с применением информационных и телекоммуникационных технологий при опосредованном (на расстоянии) или не полностью опосредованном взаимодействии обучающегося и педагогического работника (статья 32 Закона Российской Федерации от 10 июля 1992 г. № 3266-1 "Об образовании" (в редакции Федерального закона от 13 января 1996 г. № 12-ФЗ) (Ведомости Съезда народных депутатов Российской Федерации и Верховного Совета Российской Федерации, 1992, № 30, ст. 1797; Собрание законодательства Российской Федерации, 1996, № 3, ст. 150; 2002, № 26, ст. 2517; 2003, № 2, ст. 163; 2004, № 27, ст. 2714; № 35, ст. 3607)». Одновременно с проблемой внедрения ДОТ в стране приступили к организации профильного обучения, которое направлено на реализацию личностно-ориентированного учебного процесса. В рамках такого обучения существенно расширяются возможности ученика по выстраиванию своей индивидуальной образовательной траектории. Эта работа высветила и серьезные проблемы, связанные с 178
нехваткой квалифицированных педагогических кадров, умеющих реализовать учебные (предметные) программы на профильном уровне с использованием ДОТ. Квалификационные требования к педагогам включают в себя блок информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), психологический блок, а так же педагогический блок. Поэтому в рамках компетентностного и личностноориентированного подходов в обучении педагог должен уметь осуществлять свою деятельность ориентируясь на каждого конкретного ученика, оказывать учащимся помощь при организации работы в сети Интернет. Поэтому на первое место выходят цели Проекта ИСО: б) подготовки и повышения квалификации педагогов в области внедрения дистанционных образовательных технологий в практику образования; в) создания в регионах, участвующих в Проекте, сети межшкольных методических центров для поддержки информатизации школ, что позволит обеспечить непосредственную поддержку учителей в использовании ИКТ в обучении. В рамках реализации этих целей Хабаровский край на протяжении двух лет участвует в эксперименте по внедрению на своей территории ДОТ. Так, в соответствии с приказом №1030 от 14.11.2007 г. «Об организации эксперимента по дистанционному профильному обучению школьников в рамках федерального проекта «ИСО» в Хабаровском крае в 2007-2008 году совместно с НП «Телешкола» организовано обучение учащихся 10-11 классов с использованием ДОТ на профильном уровне. В процессе проработки вопросов реализации проекта «Обучение с использованием Интернет для решения задач подготовки школьников на профильном уровне» в Хабаровском крае реализуется модель предоставления образовательных услуг как услуг дополнительного образования. Будем рассматривать ДОТ, как одно из средств обучения. Это влечет необходимость анализа влияние ДОТ на выбор содержания учебного материала, методы обучения и организацию обучения и другие элементы методической системы обучения (МСО). Наш подход заключается в разработке МСО в системе повышения квалификации учителей, организующих профильное обучения с использованием ДОТ. В состав такой МСО должно, в частности, входить календарно-тематическое планирование, представленное в виде таблицы. В ней наряду с номерами уроков или тем указывается в отдельной графе тот образовательный ресурс, который предполагается использовать. К поурочному планированию добавляется такой элемент как информационные источники и их описание. К каждому уроку 179
приводится таблица с описанием используемых цифровых образовательных ресурсов: их вид (презентация и т.д.), вид носителя, объем памяти, адрес в Интернете и др. Вводятся такие элементы МСО как практикумы-хрестоматии и учебные материалы-христоматии, путеводители по сетям и т.д. В МОУ СОШ №76 города Хабаровска создается такое МСО. Так по направлению преподавания в 8-9 классе по курсу углубленного преподавания математики разработано календарно-тематическое планирование и планирование уроков с использованием электронных ресурсов. Сделаны презентации, иллюстрирующие изучаемый материал по темам.
180
УДК 37.03 А. П. Крутикова СТРУКТУРА ИКТ – КОМПЕТЕНТНОСТИ ВЫПУСКНИКА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 050709 «ПРЕПОДАВАНИЕ В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ» ДЛЯ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Крутикова А. П. – преподаватель информатики КГОУ СПО «Хабаровский педагогический колледж» На основе выбранного описания понятия компетентности описана структура информационно-коммуникационной компетентности выпускника специальности «Преподавание в начальных классах» среднего профессионального образования.
Рассмотрим состав ИКТ – компетентности на основе определения понятия компетентность. Компетентность – уровень определенных знаний, умений, поведенческих навыков, гибких способностей и качеств личности по овладению способами деятельности, важных для той или иной профессиональной области (в условиях региона) В таблице предлагаем вариант трактовки понятия ИКТкомпетентности и его реализация в макете Федерального стандарта среднего государственного образовательного профессионального образования по специальности 050709 «Преподавание в начальных классах». № Состав Компет ентности
1 Уровень 2 знаний
Состав ИКТ-компетентности
Макет Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 050709 «Преподавание в начальных классах»
• способность; • ИКТ-грамотность – это использование цифровых технологий, инструментов коммуникации и/или сетей 181
• знать методические системы обучения и воспитания; • знать основные вариативные программы;
для получения доступа к информации, управления ею, ее интеграции, оценки и создания для функционирования в современном обществе.
3 умений
• интерпретировать. • и анализировать полученную информацию с позиции решаемой им задачи; • и реализации своей деятельности в той или иной ситуации. • представлять ее в различных формах и на различных носителях, адекватных запросам потребителя информации. • использовать информационные и коммуникационные технологии для доступа к информации, ее определения (идентификации), организации, обработки, оценки, а также ее создания–продуцирования и передачи– распространения, которая достаточна для того, чтобы успешно жить и трудиться в условиях информационного общества, в условиях экономики, которая основана на знаниях. 182
• знать основы педагогического мастерства; • знать основы управления образовательными системами; • знать современные концепции, системы и технологии, • знать содержание основных дисциплин (информатики); • знать фундаментальные информатики и современных информационных технологий в объеме, необходимом для обработки информации и анализа научных данных. • уметь осуществлять оптимальный выбор методов, форм и средств; • уметь использовать нормативноправовые документы в работе; • уметь использовать различные формы взаимодействия с родителями. • уметь составлять документы.
• уметь пользоваться информационными ресурсами.
4 Поведенчес-ких навыков
5 гибких способн остей личност и по овладен ию способа ми деятель ности 6 качеств личности по овладению способа ми
• решать учебные, бытовые, профессиональные задачи с использованием информационных и коммуникационных технологий.
• уметь использовать информационные технологии в сфере профессиональной деятельности.
• умения активной самостоятельной обработки информации человеком.
• уметь находить и использовать необходимую экономическую информацию. • уметь осуществлять учебноисследовательскую деятельность.
• Систематизировать. • критически оценивать. • структурировать имеющуюся информацию. • деятельность при решении различных задач с привлечением компьютера, средств телекоммуникаций, Интернета и т. д. и является одной из ключевых компетентностей современного человека. • принятие принципиально новых решений в непредвиденных ситуациях с использованием технологических средств. • делать аргументированные выводы. • использовать полученную информацию при планировании.
•
интегративное качество личности, являющееся результатом отражения процессов отбора, усвоения, переработки, трансформации и генерирования 183
•
использовать информационные технологии в сфере профессиональной деятельности.
• иметь практический опыт организации внеклассных занятий по предметам; • иметь практический опыт диагностики учебных достижений учащихся. • • иметь практический опыт использования информационных технологий в сфере организации образовательного процесса.
• уметь диагностировать; • отслеживать; • уметь проектировать.
деятель ности
7 важных для той или иной професс иональн ой области
информации в особый тип предметно-специфических знаний, позволяющее вырабатывать, принимать, прогнозировать и реализовывать оптимальные решения в различных сферах деятельности. • уверенное владение учащимися всеми составляющими навыками ИКТ–грамотности для решения возникающих вопросов в учебной и иной деятельности, при этом акцент делается на сформированность обобщенных познавательных, этических и технических навыков.
8 В условиях региона
На основе этого состава составлена структура основной профессиональной образовательной программы повышенного уровня среднего профессионального образования по специальности. В частности, при изучении дисциплин выпускник должен уметь: пользоваться информационными ресурсами; находить и использовать необходимую экономическую информацию. В результате изучения базовой части цикла естественнонаучные дисциплины студент должен знать: фундаментальные разделы информатики (информация, информационные процессы; основные этапы решения задач с помощью ЭВМ; программное и аппаратное обеспечение вычислительной техники; операционные системы; прикладное программное обеспечение; компьютерные телекоммуникационные сети) и современных информационных технологий (прикладное программное обеспечение общего назначения: системы обработки текстов; компьютерная графика; информационные модели, табличное моделирование, практикум по работе с табличным процессором и СУБД; программно-методические комплексы по информатике для начальных классов; применение и перспективы развития ИКТ в образовании) в объеме, необходимом для обработки информации и анализа научных данных; использовать информационные технологии в сфере 184
профессиональной деятельности (обучающие программы для начальной школы; компьютерные развивающие среды и возможности организации проектной деятельности младших школьников; применение прикладных программ общего назначения в учебно-воспитательном процессе; педагогическое программное обеспечение; педагогико-эргономические требования к созданию и использованию электронных средств учебного назначения, оценка их качества; инструментальные системы для создания контролирующих и обучающих программ без знания языков программирования). Таким образом, использование компетентностного подхода позволяет создавать учебно–методические материалы по дисциплинам, с указанием конкретных знаний, умений и навыков, в частности, подготовить тесты, характеризующие ИКТ - компетентного выпускника.
185
УДК 378 И. А. Ледовских ИЗМЕНЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ ФОРМ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВУЗА С ВНЕДРЕНИЕМ ИКТ Ледовских И. А. – доцент кафедры информатики и информационных технологий (ГОУ ВПО ДВГГУ) С внедрение информационно-коммуникационных технологий в практику работы массовой школы меняются тенденции в подготовке кадров для системы образования. Информационнокоммуникационные технологии имеют большой потенциал изменения организационных форм учебного процесса ВУЗа, однако в реальной образовательной практике потенциал ИКТ используется не в полной мере. В статье проводится исследование возможных изменений организационных форм учебного процесса ВУЗа с появлением ИКТ.
Специалисты большинства стран повышение доступности и качества образования связывают с использование компьютера и информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе. Однако наивно думать, что появление в школах и ВУЗах достаточного количества вычислительной техники, применение информационнокоммуникационных технологий, внедрение цифровых образовательных ресурсов сами по себе модернизируют учебный процесс, повысят качество обучения. Для эффективного использования ИКТ преподавателям ВУЗов и педагогам образовательных учреждений необходимо иметь четкое представление об организации учебного процесса средствами ИКТ. Это позволит изменить формы организации учебного процесса, сместить акцент на самостоятельную работу студентов, развивать инновационные методы обучения (интерактивные обучающие системы, основанные на мультимедиа, гипертекстовые системы, информационные телекоммуникационные сети и т.п.) В результате реализации различных программ, разработанных в соответствии со стратегией модернизации российского образования и
186
направленных на компьютеризацию и информатизацию образования,1 образовательные учреждения оснащаются средствами информационных и коммуникационных технологий. В школах и ВУЗах происходит накопление определенного опыта использования информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе, создания цифровых образовательных ресурсов. В практику работы школ и ВУЗов внедряются элементы дистанционных форм обучения, при которых «…учащийся и преподаватель пространственно отделены друг от друга, но при этом они могут находиться в постоянном взаимодействии…».2 Однако, следует отметить, что в педагогической практике информационные образовательные технологии не используются в полной мере или используются эпизодически. Поэтому, при подготовке будущих учителей важно уделять внимание применению информационно-коммуникационных технологий на практике. Отсутствие комплексного использования ИКТ в образовательном процессе объясняется, на наш взгляд, тем, что педагоги имеют поверхностное представление о современных подходах к обучению и организованный ими образовательный процесс складывается в значительной мере под влиянием сложившихся стереотипов. С внедрение информационно-коммуникационных технологий в практику работы массовой школы изменяются тенденции в подготовке кадров для системы образования, что может существенно повлиять на совершенствование образовательного процесса в школе. Сегодня не вызывает сомнений целесообразность и эффективность применения ИКТ в образовательном процессе (речь идет не об эпизодическом, а систематическом последовательном их использовании). Широко обсуждается этот вопрос в педагогической науке, образовании и «хотя проблема признана всеми, редко кто осознает ее глубину».3 Наблюдения показывают, что большинство педагогов используют новейшие технологии на занятиях как источник нового содержания учебной деятельности и средство контроля, реже как способ проектирования и средство мотивации (через имитационное моделирование, игру, демонстрацию возможностей ИКТ), еще реже как средство общения (имитация диалога). По мнению 1
ФЦП «Развитие единой образовательной информационной среды на 2002-2006 гг.»
2 Информационная компетентность педагога дистанционной формы обучения и его готовность к дистанционной образовательной деятельности. В чем разница? ART 1120, 2006 3 Пейперт С. Образование для общества знания. Образовательные технологии в российской перспективе. 187
С.Пейперта, школа до сих пор привержена «древним методикам докомпьютерной эпохи», ИКТ применяется «лишь для поддержки давно сложившихся форм обучения».4 В настоящее время в ВУЗах основными организационными формами учебного процесса являются лекции, семинары, лабораторные работы, учебные практики и т.д. Лекционносеминарская система «прочно укоренилась» в обучении в ВУЗе. Следует отметить, что в литературе достаточно часто критикуют традиционную лекционно-семинарскую систему. Однако, сама по себе эта система не является ни плохой ни хорошей, все зависит от того, соответствует ли она целям обучения. Если преподаватель работает в парадигме традиционного обучения, основной целью которого является приобретение знаний, умений и навыков, то лекционносеминарская система вполне соответствует этой цели. В рамках компетентностного подхода, по-видимому, должны измениться цели обучения, как следствие должна меняться и система обучения. Изменение форм деятельности студентов «приведет к появлению новых форм организации учебной работы. А это, в свою очередь, приводит не столько к разрушению старых форм, сколько к их дополнению новыми и, как следствие, - к многообразию форм."5 Одной из основных организационных форм обучения в ВУЗе является лекция. Она предполагает устное изложение учебного материала, отличающееся большой емкостью и сложностью построений. Эффективное проведение лекции зависит от четкого планирования лекции. Лекцию читают в таком темпе, чтобы слушатели могли сделать необходимые записи. Чаще всего лекция поручается наиболее квалифицированным и опытным преподавателям (как правило, профессорам и доцентам). В учебном процессе складывается ряд ситуаций, когда лекционная форма обучения не может быть заменена никакой другой. В настоящее время существуют как сторонники, так и противники лекционного изложения учебного материала. Мнение «противников» лекций, как основной формы обучения в вузе: Лекция приучает к пассивному восприятию чужих мнений, тормозит самостоятельное мышление. Лекция отбивает вкус к самостоятельным занятиям. Лекции нужны, если нет учебников или их мало. Одни студенты успевают осмыслить, другие - только 4
Там же. Поливанова К.Н. Проектная деятельность школьников: пособие для учителя/ К.Н.Поливанова. – М.: Просвещение, 2008. – 192 с.
5
188
механически записать слова лектора.6 Однако лекция по-прежнему продолжает оставаться ведущей формой организации учебного процесса в вузе. Помощь при подготовке к лекции и её проведении могут оказать информационные и коммуникационные технологии, которые позволяют подготовить электронный вариант лекции, представить материал лекции в виде презентации. При этом увеличивается скорость подачи материала в рамках одного занятия и появляется возможность активизировать учебный процесс. Электронные варианты лекций-презентаций становятся доступны студентам в локальной сети университета, что позволяет студенту частично переместить процесс обучения из аудитории, получить возможность изучения и повторения учебного материала в удобное для себя время и в удобной форме. Одним из основных видов практических занятий по гуманитарным и техническим наукам в современной высшей школе является семинар. Главная цель семинарских занятий - обеспечить студентам возможность овладеть навыками и умениями использовать теоретические знания применительно к особенностям изучаемой специальности. При традиционном обучении не всегда удается, как активизировать всех студентов на занятии, так и контролировать усвоение ими материала. С развитием информационных и коммуникационных технологий появляется возможность активизации всех студентов на занятии; увеличивается количество взаимодействий студентов между собой; преподаватель выступает в роли равноправного партнера; появляется возможность вовлечь каждого студента в образовательный процесс; усвоение материала можно оценить по степени активности участника дискуссии. Лабораторная работа – предназначена для практического усвоения материала. При проведении лабораторных работ требуется специальное оборудование: макеты, имитаторы, тренажеры, химические реактивы и т.д. Однако, с появлением ИКТ упрощается задача проведения лабораторного практикума за счет использования мультимедиа-технологий, ГИС-технологий, имитационного моделирования и т.д. Самостоятельная работа студентов (СРС) наряду с аудиторной представляет одну из форм учебного процесса и является существенной его частью. Для ее успешного выполнения необходимы планирование и контроль со стороны преподавателей, а также 6
Формы обучения в высшей школе (лекция) 189
планирование объема самостоятельной работы в учебных планах специальностей кафедрами, учебной частью, методическими службами учебного заведения. Для организации самостоятельной работы студента необходимо обеспечить учебниками, учебными пособиями, методическими рекомендациями. Использование информационных и коммуникационных технологий позволяет улучшить материально-техническую базу самостоятельной работы (компьютер, доступ к Internet), у студентов появляется возможность оперативного доступа к современным источникам информации, изменяется характер информационной среды, появляется возможность самоуправления собственной деятельностью, возможность обмена электронными сообщениями посредством электронной почты (формируется культура общения в среде, опосредованной компьютером). Электронные образовательные ресурсы по дисциплинам можно использовать как для работы во время аудиторных занятий (лекции, семинары, лабораторные работы), так и для самостоятельной работы студентов. В отличие от традиционной лекции у студента появляются новые возможности для самостоятельной и активной учебной деятельность. Меняется и роль преподавателя, он перестает быть единственным источником информации, а становится организатором работы студентов по поиску и освоению новых знаний. По мере необходимости преподаватель консультирует студентов, анализирует результаты работы, ставит новые задачи. На современном этапе качество высшего образования зависит от использования активных форм обучения, при которых студент вовлечен в учебный процесс. Применение ИКТ способствует повышению эффективности активного обучения для всех форм организации учебного процесса: как на аудиторных занятиях (лекции, семинары, практические и лабораторные занятия), так и на этапе самостоятельной подготовки студентов. Однако, внедрение активных методов обучения в высшее образование предполагает реформирование всех элементов учебного процесса: самостоятельной подготовки, лекций, семинарских и практических занятий.7 Формы использования информационно-коммуникационных технологий для каждого элемента учебного процесса будут иметь свои особенности.8 7
Морозов М.Н. Информационные технологии – эффективное средство реализации активных методик обучения в высшем образовании. 8 Демин В.А., Демина Л.М. Новые информационные технологии как активные формы обучения в высшем образовании. 190
УДК 681.3:37 Г. Г. Малёва ЭЛЕКТРОННЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ: ОРИЕНТАЦИЯ НА НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Малёва Г. Г. – руководитель методического отдела центра разработки ИОР, лауреат московского конкурса «учитель года», НП «Телешкола»
Страна и мир вошли в иную эпоху развития. Необходимость реформы образования давно витала в воздухе. Новые ценности, иные формы организации общества, модернизация форм экономического взаимодействия обусловили необходимость смены результатов образования. Образования, которое призвано готовить население к жизни в новой эпохе. Есть специальная область знаний и наука, которая его (образование) производит. Именно эта область призвана менять качество особого продукта – подготовки человека к эффективной профессиональной деятельности и принятию общественных ценностей. Этим занята педагогическая наука. Невозможно разделить различные деятельности человека, так как знания, условия, задачи настолько быстро теряют свою актуальность, что самый главный в этом процессе фактор – фактор времени – начинает диктовать оптимальную организацию всех этих процессов. Добавлю, что не ориентированная на результат деятельность априори не приведет к результатам! В полный голос современная педагогика говорит о том, что адекватный ответ на упомянутые требования современности лежит в предъявлении новых образовательных результатов, главной особенностью которых является ориентация на т. н. компетенции (освоение наиболее общих и универсальных видов деятельности). Только здесь начинается новое качество образования. Речь идет о принципиально иных образовательных результатах. Их получение связано со специфическими педагогическими технологиями, со специальной организацией учебного процесса и школы в целом. Сегодня успешен не тот специалист, который способен в нужный 191
момент «достать» из головы сведения, факты, применить выученные теории, а тот, кто способен найти нужную информацию, в кратчайшие сроки приобрести необходимые, прежде всего интеллектуальные, умения, разрешить нестандартную ситуацию. Таким образом, человек обучаемый стал успешней человека обученного. Представьте себе школьника, который умеет решать задачи только вместе с родителями, который сможет написать сочинение только по плану, составленному учительницей, который умеет собирать конструктор только в обществе друзей… Зададим себе вопрос: умеет ли что-то этот ученик? Ох, как хочется ответить, что нет. Но, чувствуя подвох в этом вопросе, мы отвечаем, что он что-то умеет… Обидное и непонятное что-то! А логично и честно было бы говорить, что он ничего не умеет, т. к. не умеет ничего сделать сам! И не самое ужасное, что он ничего не знает, страшно то, что он не может самостоятельно найти нужную информацию. Помоги себе сам! — Не умею! Все события, радикально изменившие мир сегодня, преобразовали школу: она стала местом организации образовательной деятельности, а не просто местом обучения. Школа ориентируется на неисчерпаемый образовательный ресурс вне школы, учитель утрачивает свое монопольное положение обладателя и транслятора знаний. Сами знания тоже перестают делиться на четко выраженные учебные предметы, а для успешной реальной деятельности чаще всего недостаточно только знаний и навыков. Требуется еще что-то, в общем, известно что (из практики, из мира труда). Как остроумно заметил Б. Эльконин, «знания не открывают двери». Новые образовательные результаты есть не что иное, как обучение процессу «открывания дверей» с учетом оптимального соотношения знаниевой и компетентностной составляющих. И промедление в этом случае если не смерти подобно, то уж очень походит на проводы уходящего из сегодня в завтра последнего экспресса. Компетентность следует понимать как способность результативно действовать, способность достигать результата — эффективно решать проблему. Компетентным является человек, который способен разрешать нестандартные, значимые для себя ситуации, используя для этого знания, умения, способности, опыт и т. д. А наши школьники не умеют самостоятельно: ▪ решать задачи, которые требуют реконструировать условие, переформулировать вопрос, несколько раз вернуться к нему; ▪ находить дополнительные данные и/или привлекать условия для решения задач; 192
▪ извлекать нужную информацию из составного (часто неучебного) текста, отвечать на вопросы, которые требует соотнести информацию с одним из представленных текстов; ▪ устанавливать требуемый уровень точности ответа. Карл I незадолго до того, как ему отрубили голову, сказал: «Делать гораздо труднее, чем приказывать»… Включение новых технологий в образовательный процесс, возможность разностороннего проявления творческих способностей современных детей, отказ от репродуктивной формы обучения – все это должно дать новые образовательные результаты. Результаты, которые ранее, например в 1970-е гг., не были востребованы. А сегодняшним выпускникам необходимо умение работать с информацией, быть ИКТ – компетентными. Образовательные результаты – это личностные достижения школьника в процессе освоения содержания образования, выражение степени его успешности и личностного роста. Различают обязательные и возможные образовательные результаты: знать и уметь применять на практике образовательной деятельности, понимать, освоить на уровне представлений, быть готовым использовать в процессе дальнейшего обучения, быть готовым использовать вне рамок учебного предмета. К новым образовательным результатам относятся: овладение ключевыми компетенциями, освоение новых умений и навыков по сравнению с существующей практикой, развитие познавательных интересов, развитие информационной культуры, развитие ключевых компетенций (интерактивное использование цифрового учебного оборудования и программных инструментов, работа в группе), освоение умений творчески применять знания в практических ситуациях, сдвиг от поглощения информации к производству знаний и прочее. В этом образованию призваны помочь медиаобразовательные технологии, в частности образовательное пространство «Интернетшкола «Просвещение.ru». Некоммерческое партнерство «Телешкола» создано в 2000 г., представляет одну из первых в России лицензированную и аккредитованную интернет-школу, имеющую официальный статус среднего общеобразовательного учреждения и прошедшую все ступени государственной экспертизы (лицензия Серия А 247054 № 021763, Свидетельство о государственной аккредитации АА 157957 № 007356). Компания разработала информационно-образовательную платформу для дистанционного обучения с использованием интернеттехнологий – «Интернет-школа «Просвещение.ru». Она содержит все необходимые для образовательного процесса элементы: электронные 193
журналы пользователей, систему коммуникаций, средства учета учебных достижений и многое другое. Платформа включает сетевые учебные материалы для основного и дополнительного образования учащихся старших классов (базовый и профильный уровень). Содержание всех учебных материалов соответствует Федеральному компоненту государственного общеобразовательного стандарта. Интернет-школа «Просвещение.ru» – это ресурс для использования в классно-урочной системе и в дистанционном режиме обучения. С его помощью учителя могут обеспечить преподавание своего предмета на профильном уровне, реализовать обучение по индивидуальной образовательной траектории, подготовить своих учеников к аттестации и т. д. Данный ресурс предоставляет всем желающим возможность освоить образовательную программу 10 и 11 классов в дистанционном режиме, подготовиться к сдаче Единого государственного экзамена. По результатам итоговой аттестации выпускники НП «Телешкола» получают аттестат среднего (полного) общего образования государственного образца. В настоящее время в системе «Интернет-школа «Просвещение.ru» обучаются порядка 11 000 человек из разных регионов Российской Федерации – Челябинской области, Пермского, Красноярского и Хабаровского края, Саратовской области, Ставропольского края, Республики Карелия, Республики Татарстан, Северной Осетии и других. Среди пользователей есть и соотечественники, проживающие за рубежом. Создание образовательной продукции и осуществление образовательной деятельности НП «Телешкола» ведется при поддержке Федерального агентства по образованию Российской Федерации, Национального фонда подготовки кадров, Российской Академии образования. Интернет-школа «Просвещение.ru» прошла этап создания гипертекстовых электронных пособий и сейчас, эволюционно развиваясь, мы подошли к этапу выстраивания действительно дистанционных курсов с виртуальными классами, с учетом индивидуальной траектории обучения, с интерактивными заданиями и т. д. Основная инновация электронного образовательного ресурса Интернет-школа «Просвещение.ru» состоит в том, что он способствует формированию у ученика не только и не столько «арсенала» способов действий, а заставляет обучаемого ориентироваться лишь на те из них, которые могут быть превращены в эффективные средства действия: ▪ возможность индивидуализации и самостоятельного изучения предмета; 194
▪ средства увеличения концентрации внимания учащихся на уроке; ▪ средства изучения материала в более доступной и интересной форме; ▪ средства образного изложения материала, пригодные как для учебной, так и для внеклассной работы; ▪ средства обеспечения яркости и наглядности представления учебных материалов; ▪ средства интерактивного взаимодействия информационной среды с каждым из обучаемых; ▪ средства увеличения объема изучаемой информации; ▪ средства увеличения темпа урока и подачи учебной информации и проч. На смену модели обучения, в которой в центре процесса был учитель, а суть обучения сводилась к передаче знаний, пришла новая модель, «главным действующим лицом» которой становится учащийся, а целью обучения — приобретение им наиболее востребованной современной жизнью способности к самообучению. Сетевой учебный курс «Интернет-школа «Просвещение.ru» наиболее полно отражает суть этой новой модели обучения, т. к. позволяет: – дифференцировать содержание обучения путем группировки отдельных модулей учебной информации, обеспечивающих разработку курса в полном или сокращенном вариантах в зависимости от потребностей обучаемых; – осуществлять обучаемому самостоятельный выбор необходимой траектории обучения в зависимости от уровня компетентности, потребностей, возможностей и интересов, обеспечивать индивидуальный темп изучения материала; – сократить время изучения курса без ущерба для полноты изложения и глубины усвоения учебного материала за счет применения компьютерной среды обучения. Способы реализации деятельностного и компетентностного подходов в учебных курсах сетевого ресурса «Интернет-школа «Просвещение.ru» предполагают решение педагогических задач посредством реализации различных видов деятельности, в т. ч. организации проблемно-поисковой деятельности учащихся в онлайн- и офлайн-режимах. Виды деятельности: • ответы на ключевой и проблемный вопросы; • выполнение эвристических заданий с профессиональной компонентой; 195
• выполнение мини-исследований; • работа с различными мультимедийными объектами; • работа в группах на форумах в рамках онлайн- и офлайн-уроков (дискуссии, дебаты, конференции). Задания с открытым ответом способствуют формированию умения свободно мыслить вне заданных вариантов ответа и аргументированно высказывать свою точку зрения, способствуют развитию речевой культуры ученика, развитию навыка грамотного и связного изложения мысли, готовят учащихся к сдаче части «С» Единого Государственного Экзамена. Задания с открытым ответом, и ключевой вопрос особенно, дают импульс к тому, чтобы ученик начал учиться не репродуктивно, а, как говорил покойный Давыдов, чтобы у ребенка родилось желание изучать этот материал. Для этого в каждом уроке должен быть этот главный вопрос, делающий урок актуальным, чтобы цель урока не была целью учителя, а стала целью ребенка. Особенно это касается архаического материала. Процесс работы над такими вопросами урока способствует проблематизации процесса обучения, т. к. создает определенное препятствие в деятельности, непреодолимое наличными и известными учащемуся средствами, выдвигает субъективную существующую проблему – «ученое незнание», или знание о собственном незнании. Специфической особенностью электронного образовательного ресурса, созданного коллективом интернет-школы является возможность расширения информационной поддержки урока: включение широкого спектра информации как необходимой, так и превышающей уровень базовых и профильных стандартов, разная степень интерактивности занятий, предоставление учителю и ученику возможности выбора траектории изучения материала. Понятно, что избыточность материала создает возможности для вариативности и, как следствие, проблематизации. Использование интерактивности в учебном процессе стимулирует развитие самостоятельности и организации деятельности, учащиеся приобретают не только новые информационные компетенции, но и пополняют перечень учебных навыков. Электронное образовательное пространство «Интернет-школа «Просвещение.ru» предоставляет огромные возможности для создания новой индивидуальной технологии обучения, наиболее продуктивным и более индивидуальным принципом построения которой является самоуправление обучением учащимся. Задача преподавателя при проведении уроков с использованием интернет-уроков не механическое доведение информации до 196
ученической аудитории, а выделение в ней таких методологических ориентиров, которые помогут обучаемому выстроить логическую схему темы, раздела, курса, увидеть обобщенные модели и алгоритмы решения поставленных задач, т. е. помощь при выстраивании ИОТ каждого ученика. Обучение не будет эффективным без постоянной обратной связи с обучающимися, именно обратная связь с аудиторией помогает спроектировать траекторию обучения для данного учащегося, группы. Однако ключевую роль в планировании индивидуальной траектории обучения играет самостоятельная работа. Самостоятельную работу учащегося мы понимаем как познавательную учебную деятельность, выполняемую по заданию учителя, под его контролем (или без), но без его (педагога) непосредственного участия. Здесь следует исходить из того, что уровень репродуктивной работы – это тот минимум, без овладения которым ученик вообще не может не должен и двигаться дальше. Сюда можно отнести информационное содержание интернет-урока, его рубрик, стандартные расчетные задания и работы, методика выполнения которых проработана и изложена в методической литературе. Как правило, сильным ученикам выполнять такие работы бывает скучно, поэтому авторами-разработчиками разработаны банки заданий различного уровня. Для определения уровня задания, которое должен выполнять обучаемый, недостаточно субъективного мнения преподавателя, следовательно, необходимы оценочные средства, с помощью которых можно оценить уровень знаний на разных этапах изучения дисциплины. Мы предоставляем оценочные средства в виде различных тестовых заданий. Все множество применяемых в практике тестирования форм заданий можно свести к четырем формам: задания с выбором одного или нескольких ответов; задания на установление правильной последовательности; задания на установление соответствия; задания открытой формы. На уровне организации познавательно-поисковой самостоятельной работы в рамках выстраивания ИОТ наиболее «продвинутым» ученикам можно предложить так называемую опережающую самостоятельную работу, когда теория для выполнения расчетных заданий осваивается им самостоятельно до ознакомления с новым уроком. Инновации в образовательном процессе предполагают ориентацию на новые результаты. Информатизация образования – повод изменить сложившиеся отношения «учитель – ученик», результат их взаимодействия. Развитие интернет-образования возможно при наличии следующих трех составляющих современной инфраструктуры обучения: 1) технического и программного оснащения образовательных учреждений, наличия доступа в Сеть; 197
2) грамотного, «мотивированного» персонала, использующего в своей деятельности современные технологии работы с информацией; 3) наличия электронных образовательных ресурсов нового поколения. В последние годы все три составляющих заметно прогрессируют: практически все школы оснащены компьютерами, тысячи преподавателей повысили свою квалификацию в сфере ИКТ, созданы замечательные образовательные ресурсы. Но интернет-образование в целом не становится массовым, популярным, общественновостребованным. Какие основные проблемы мешают широкому внедрению медиаобразования в школах? Причина ясна: в настоящее время методика «не успевает» приспособиться к высоким темпам компьютеризации учреждений образования! А это необходимо, т. к. интерес к дистанционному образованию будет неуклонно возрастать, и тому есть главная причина — мгновенность получения информации, настоятельная потребность граждан получать качественные образовательные услуги вне зависимости от места проживания и сложившихся обстоятельств. Это веяние нашего мобильного времени. У «Интернет-школа «Просвещение.ru» накоплен достаточный опыт практического применения электронного образовательного ресурса и методической поддержки преподавательского состава, работающего с ним. Обычный учитель чаще работает с учебником, детально не изучая новейшие программы и прогрессивные стандарты. Как качественно изменить привычные для него методы работы, мешающие продвижению вперед в профессиональной деятельности? Это можно и нужно сделать! Показать возможности электронных образовательных ресурсов. Их эффективность не только в контроле качества знаний, но и на этапе объяснения материала, подготовки учителя к уроку. Таким образом, наш ресурс создает организационнопедагогические условия для выхода на новые образовательные результаты и, как следствие, решения задачи формирования компетенций и компетентности современного выпускника. Мы оказываем необходимую методическую помощь по подготовке специалистов к работе с электронным образовательным ресурсом «Интернет-школа «Просвещение.ru». Уместно вспомнить замечание Клемансо по поводу того, что война – это слишком важное дело, чтобы давать его на откуп генералам. Поэтому мы с таким нетерпением и вниманием ждем обратной связи не только от педагогов, работающих с нашим ресурсом, но и учащихся и их родителей. И результаты мы увидим не завтра, а года через 2–3, когда повысят квалификацию все те, кто будет использовать в своей работе ИКТ, когда сформируется такой «класс», как сетевые педагоги, сетевые кураторы, когда пройдет успешная апробация ЭОР нового поколения, когда, наконец, педагогическое сообщество поймет, что компьютер — это не соперник и конкурент, а помощник, очень умный, очень талантливый, но помощник его величества Учителя! 198
УДК 681.3:37 А. В. Мендель, С. М. Бурков, С. С. Добровольский, А. И. Мазур СРЕДСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ЛЕКЦИЙ И ПУБЛИЧНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В РЕГИОНАЛЬНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ Мендель А. В. – доцент кафедры ММиИТ ДВАГС; Бурков С. М. – директор ХКЦ НИТ ТОГУ; Добровольский С. С. – программист ХКЦ НИТ ТОГУ; Мазур А. И. – заместитель директора ХКЦ НИТ ТОГУ Рассмотрена задача о разработке и реализации адаптированной и оптимизированной технологии для организации лекций и публичных выступлений в региональной информационной образовательной сети. Выбраны ограничения и предпочтения, обусловленные спецификой хабаровской краевой информационной образовательной сети. Описано реализованное решение поставленной задачи.
Задача разработки адаптированной и оптимизированной технологии использования аудио – визуальных средств в образовательном процессе и средств ее реализации поставлена и решается в ряду других проблем, связанных с развитием сервисов Хабаровской краевой образовательной информационной сети (ХКОИС). Задача посвящена разработке технологии для массового использования в образовательной деятельности с учетом особенностей и ограничений, существующих в ХКОИС. Аудио - визуальные материалы образовательного содержания, передаваемые в прямом эфире по сети в информационной среде, предусматривающей возможность обратной связи, являются эффективным средством для дистанционного образования. Существуют информационные системы и свободно распространяемое программное обеспечение для них, которые позволяют реализовывать такие возможности. Такой наиболее доступной в настоящее время информационной системой является Skype™ (отметим также, что известно достаточно много ее аналогов и коммерческих продуктов). Достоинством системы является возможность организации диалога с использованием ассиметричных основных средств коммуникации: текста, видеоизображения, звука. 199
Диалог возможен для любого набора технических средств у пользователей сети Skype™. Кроме того, как и многие другие распространенные продукты, Skype™ позволяет организовывать смешанную конференц - связь, что может быть использовано в качестве эффективного средства в дистанционном образовании. Отметим, однако, что данная система требует соблюдения ряда условий, необходимых для ее использования. В том числе: − необходимость регистрации всех участников в качестве пользователей Skype™; − необходимость установки клиентской части Skype™ на персональных компьютерах всех участников мероприятия; − необходимость выполнения специальных подготовительных мероприятий организационного характера с помощью дополнительных средств (например, оповещение о расписании мероприятий); − выполнение специальных манипуляций по приглашению участников в конференцию, число которых ограничено (9+организатор). Часть из перечисленных выше требований может быть не выполнена в силу объективных трудностей, например, из-за запрета самостоятельной установки программ в центрах коллективного пользования (школьных компьютерных классах, интернет-кафе и т.п.). Аналогичные ограничения возникают и при обращении к некоторым другим существующим решениям. Кроме того, существенное значение может иметь архитектура образовательной информационной сети и связанные с этим особенности оплаты затрат на проведение образовательных мероприятий. В случае ХКОИС, как раз возникает существенные условия из-за того, что доступ ее пользователей к сети Интернет происходит через единый узел связи. Особенности построения сети таковы, что в ней выделяются и оплачиваются два вида трафика – внутренний и внешний, причем при приеме внешнего трафика также необходимо оплачивать его транспортировку по внутренней сети. Такая особенность требует для повышения финансовой эффективности, чтобы заявленный сервис был реализован внутри ХКОИС и размещался в его головном узле, где объединяются частные сети, к которым подключены образовательные учреждения. В соответствии с изложенными выше ограничениями и предпочтениями была поставлена задача разработки специализированного программно – технического решения, позволяющего организовывать в ХКОИС трансляции аудиовизуальных образовательных материалов в реальном времени с использованием ассиметричных средств для осуществления обратной связи слушателей образовательных программ и ведущих. Схема такого 200
решения приведена на рисунке (рис. 1).
Рис. 1. Схема коммуникационного взаимодействия с использованием ассиметричных коммуникационных средств
Задача состоит в создании технологии, позволяющей организовывать, проводить и принимать трансляцию аудио-видео материалов образовательного содержания пользователями различных категорий через вычислительную сеть с использованием стандартного системного программного обеспечения, а также выполнять регистрацию и аутентификацию пользователей, и управление их правами. Сценарий работы предполагает, что на специализированном WEBсайте зарегистрированные пользователи, имеющие определенные права размещают информацию о предстоящих мероприятиях, включая тему, дату и время, а также дополнительную техническую информацию об источнике вещания. В назначенное время активируются соответствующие процессы, и для пользователей становится доступной страница мероприятия. На данной странице проигрывается транслируемый поток, а также имеются средства для передачи текстовых сообщений на консоль ведущего мероприятие. Консоль ведущего предназначена для работы с сообщениями, полученными от пользователей, при этом необходимость в средствах для передачи ответа в формате текстового сообщения отсутствует. Задача по реализации описанного выше сценария проведения лекций и публичных выступлений в реальном времени решается при помощи двух составляющих. Первая – организация источника цифрового аудио-видео сигнала (Рис. 2, Блок А). Таким источником, может быть, например, видеокамера или в самом простом случае WEB-камера, имеющая интегрированные или дополнительные средства (программные и технические) для того, чтобы транслировать 201
снимаемое изображение и звук отдельным потоком в сеть. Для обеспечения качественного вещания для большого количества клиентов, трансляцию необходимо производить через видео сервер, а для достижения наилучшего эффекта, телекоммуникационная сеть должна быть мультикастовой. Вторая составляющая – это программно-техническое решение, позволяющее воспроизводить данный видео поток и обеспечивать функционал для реализации обратной связи и организации взаимодействия с пользователями в период до проведения мероприятия и после его завершения (Рис. 2, Блок В). Для решения этой задачи был разработан специальный программный продукт.
Рис. 2. Структурная схема комплекса
Программный продукт реализован как WEB-приложение на PHP с использованием СУБД MySQL. В проекте так же используются разработанная на основе JavaScript технология AJAX, которая позволяет более оперативно и с наименьшими затратами со стороны пользователя работать с программным продуктом, в частности не требуется перезагрузка всей экранной страницы при частичном изменении ее содержания. Приложение разработано на основе трехуровневой архитектуры. Серверная часть приложения реализуется на компьютере с доступом в сеть, на котором должны быть установлены WEB-сервер Apache версии не ниже 2.1 и компилятор языка программирования PHP версии не ниже 5.0. Сервис данных реализуется на основе СУБД MySQL 202
версии не ниже 4. Для клиентской части необходим компьютер с доступом в сеть и любым браузером, однако для участия в событиях с просмотром видео и возможностью обмена сообщениями с ведущим необходим Internet Explorer версии не ниже 6, что, впрочем, может быть реализовано в абсолютном большинстве случаев. Программный продукт, по своей сути, является интернет-сайтом, на котором может размещаться необходимая организационносправочная информация, а так же создаваться события. Событие – это предстоящая лекция или какое-то публичное выступление, которое необходимо показать широкой аудитории. У События есть три стадии выполнения: 1 – когда Событие ожидается, 2 – когда Событие выполняется, 3 – когда Событие выполнено. Так же существует стадия, когда время События прошло, но Событие не состоялось. Чтобы управлять программным продуктом, пользователю необходимо пройти авторизацию. Авторизация – идентификация человека, как пользователя программного продукта, обладающего какими-либо полномочиями. В программном продукте предусмотрены 4 вида полномочий: «Администратор *» - полные права на пользование программным продуктом, пользователю разрешено создать/редактировать/удалять события, изменять содержимое страниц, управлять пользователями (может создавать и изменять информацию пользователей любого статуса) и работать с файлами; «Администратор» - имеет функции «Администратора *», за исключением того, что он не может видеть в пользователях «Администраторов *», и создавать может только пользователей со статусом «Преподаватель» и «Пользователь»; «Преподаватель» - может только работать с событиями; «Пользователь» - не может делать ничего, но ему (как и для каждого пользователя более высокого статуса) открыты файлы событий. Для работы с программным продуктом необходимо пройти авторизацию. Чтобы создать, изменить или удалить какое-либо событие, необходимо обладать соответствующими правами. При создании или изменении события необходимо указать название этого события, ведущего, дату и время начала, комментарий (по желанию) и адрес видео потока. Для удаления события ничего указывать не нужно. Для того чтобы начать событие, необходимо нажать на соответствующую ссылку рядом с событием. Начатое событие можно закончить в любой момент, при этом оно закончится так же и у всех клиентов, которые присутствуют на нем удаленно. В процессе события 203
можно просматривать вопросы, которые задают клиенты события, отмечать вопросы, на которые даны ответы, удалять ненужные вопросы, а так же есть опция блокировать возможность клиенту задавать вопросы. Клиент – пользователь, который просматривает событие. Для того, чтобы стать клиентом, пользователь должен зарегистрироваться: указать как к нему обращаться и адрес своей электронной почты (эти данные открываться не будут). Законченное событие будет доступно для всех пользователей в «Архиве событий». К законченному событию пользователь, обладающий соответствующими правами, может прикрепить файлы к событию. Прикрепляемые файлы могут быть показаны с разным уровнем доступа (открыты для всех или открыты только для присутствующих на событии). Если событие получило статус несостоявшегося, то его можно будет найти в списке несостоявшихся событий и начать, отредактировать или удалить по необходимости, естественно, обладая соответствующими правами. Для того чтобы просмотреть событие, необходимо быть зарегистрированным в системе как клиент и пройти простую форму авторизации (так же, для комфортного просмотра события необходимо указать свою скорость подключения к интернету). Клиенту для скачивания прикрепленных файлов к прошедшему событию, необходимо получить разрешение, так же пройдя простую форму авторизации. Разрешение выдается на 1 день конкретному клиенту на конкретный компьютер. Простая форма авторизации – система идентификации человека по какому-то одному параметру (в данном случае используется адрес электронной почты). Описанное решение реализовано с использованием стандартных программных средств и может быть использовано пользователями в любых точках доступа к сети как индивидуально, в данном случае достаточно наличие головных телефонов, так и коллективно, в этом случае могут быть полезными мультимедиа проектор и активная акустическая система. Отметим, что кроме трансляции образовательных программ, данное решение может применяться для пресс конференций и других аналогичных мероприятий.
204
Библиографические ссылки 1. С.М. Бурков, А.И. Мазур, В.Д. Терещенко «Сеть передачи данных учреждений образования и науки как основа развития единой образовательной среды Хабаровского края». Новые информационные технологии в образовании: опыт, проблемы, перспективы // Материалы научно-практической конференции / Под общ. ред/ Т.С. Крахмалевой, Н.Г. Флейдер. Часть I. – Хабаровск: ХК ИППК ПК, 2004, с. 7-11. 2. С.Н. Иванченко, С.М. Бурков, А.И. Мазур «Итоги деятельности и
перспективы развития Хабаровского краевого центра новых информационных технологий». Научный альманах «К 15-летию информатизации образования России на базе центров ЦНИТ» под редакцией А.Н.Тихонова, В.П.Кулагина, Л.А.Крукиер, И.Г.Иголкиной, Ростов 2006.
3. А.И. Мазур, С.М. Бурков, А.В. Мендель, В.Д. Терещенко «Проблемы поэтапного внедрения ИКТ в сфере образования на примере Хабаровской краевой образовательной информационной сети», конференция «Электронная Россия на Дальнем Востоке», Сборник докладов. – Владивосток, 2007, с.62-72.
205
УДК 681.3:37 А. В. Пинчук ШКОЛЬНЫЕ САЙТЫ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Пинчук А. В. – директор ООО «Экомир» Обсуждение опыта работы по созданию и работе школьных сайтов. Предложения и выводы.
В настоящий момент наша компания работает над проектом «Школы России». Цель проекта создать единую информационную систему в образовании, которая позволит решить следующие задачи: 1. Сделать каждой школе сайт, который станет полезным, постоянно востребованным и необходимым инструментом образовательного процесса. 2. Организовать обмен знаниями и опытом между школами. 3. Организовать полноценное взаимодействие между управлениями образования, администрациями школ, учителями, родителями и школьниками. 4. Создать сетевые сообщества учителей и учеников по интересам. 5. Начать формирование образовательного контента. 6. Организовать систему управление образовательными учреждениями с помощью информационных технологий. 7. Обеспечить открытость для общества процесса образования, как в рамках утвержденных образовательных программ, так и в рамках внеклассных и внешкольных проектов. Для решения этих задач, по нашему мнению необходимо решить ряд проблем, как технического, так и организационного характера, так как четкого разграничения между ними часто сделать сложно, буду разбирать по порядку. Вначале нам казалось, что основная проблема одна и заключается она в отсутствии простых и удобных инструментов для создания и работы с сайтами, без специальных знаний и навыков. При проектировании собственной системы, мы проанализировали
206
все существующие системы редактирования сайтов и сделали на наш взгляд очень простую в работе конструкцию. Практика в разных школах города показала, что ученикам 9 класса достаточно два занятия по 20 минут, с практикой самостоятельной работы между занятиями, для достаточно комфортной работы с сайтом. Написана подробная пошаговая инструкция. Организованна техническая поддержка проекта. Сегодня для создания школьного сайта достаточно зайти на сайт проекта (http://russchools.ru) заполнить заявку и получить полноценный сайт. Получалась очень приятная картина, с одной стороны каждая школа должна иметь свой сайт, с другой мы практически бесплатно, предлагаем школам качественную систему, отвечающую основным требованиям. Для продвижения проекта мы объявили конкурс, с ценными призами. Но на деле сразу стали возникать проблемы. Со всего Хабаровского края к проекту подключено всего 139 школ, из них активно работают 35. Первое говорит о том, что у большинства школ нет информации, а второе что, получив сайт люди, боятся «что-то не то нажать» с одной стороны, а с другой во многих школах, где нет квалифицированных учителей, на уроках информатики ученики скучают, постоянно чего то, сочиняя и печатая в word. И еще момент, многие разобравшись как, просто работать и управлять сайтом, не знают, что размещать на школьном сайте. Получилось, что просто удобного инструмента мало, требуется технология создания и поддержки школьного сайта. Мы разработали технологию, попробовали применить ее в школах, сделали коррекцию с учетом полученного опыта и поместили ее на сайте проекта. Понимая, что основная цель, не отдельные школьные сайты, а единая информационная система, мы предложили Управлениям образования г. Хабаровска и Хабаровского муниципального района создать сайты с дополнительными возможностями. Нужно отдать должное руководителям этих управлений, они с энтузиазмом приняли предложение и подключились к работе. На сегодняшний день Управления образования с помощью своего сайта могут: 1. Размещать новости не только у себя, но и на все свои школы. 2. Размещать письма, приказы, распоряжения в закрытом разделе, непосредственно для директоров школ. 3. Контролировать работу и посещаемость школьных сайтов.
207
Такие же возможности имеет Министерство образования Хабаровского края по отношению к сайтам Управлений образованием. Полностью разработана схема установки системы цифровой подписи. Итак, можно сделать следующие предложения и выводы: 1. Для системы образования - школьный сайт как отдельная автономная информационная единица не имеет перспективы. Нужно создавать информационные образовательные системы, в которых все сайты организаций образовательного процесса жестко увязаны в иерархической схеме с контролем и унифицированным документооборотом. 2. Для ускорения процесса информатизации школ - включить в уроки по информатики два часа по работе со школьным сайтом, практическими и нужными заданиями. 3. Должна быть принята технология по работе с сайтами в образовании и подкреплена официальными рекомендациями и приказами.
208
УДК 004 (075.4) М. С. Помелова ПОТЕНЦИАЛ МАЛЫХ СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ШКОЛЬНОМ ОБУЧЕНИИ Помелова М. С. – асс. кафедры «Информатика, ТиМОИ» ГОУ ВПО «Арзамасский государственный педагогический институт им. А.П. Гайдара», аспирант Малыми средствами информационных технологий образовательного назначения являются научные и графические калькуляторы. Малые средства информационных технологий широко применяются в практике обучения всего мира. Возможности современных калькуляторов в школьном обучении практически идентичны компьютерам. Рациональное применение которых, позволяет расширить и углубить содержание школьных естественно-научных предметов и повысить качество обучения в целом.
В настоящее время дальнейшее развитие методической науки во многом связывают с применением современных средств информационных технологий. Это связано в первую очередь с тем, что традиционная отечественная школьная методика обучения за десятилетия своего развития уже достигла достаточно высокого уровня, и традиционными методами сложно добиться существенного повышения качества и эффективности учебного процесса. Безусловно, росту эффективности и качества обучения, способствует пересмотр образовательных стандартов, особенно в области содержания обучения, введение профильного обучения, улучшение системы повышения квалификации учителей и ряд других мер, которые принимаются в отечественной системе образования. Но большим нереализованным резервом повышения эффективности учебного процесса, расширения и углубления содержания учебных предметов остается область применения средств информационных технологий в школьной практике обучения. Информационные технологии должны автоматизировать учебный процесс, выполняя (за учителя и учащихся) многие рутинные подготовительные функции, не связанные с
209
изучаемым учебным материалом, а учебное время расходовать более рационально, расширяя и углубляя содержание учебного предмета. Понятие «информационные технологии» у большинства людей ассоциируется с персональными компьютерами и компьютерными технологиями. Но это не совсем верно. Существует и успешно развивается направление портативных специализированных вычислительных средств, ориентированных на решение конкретных прикладных задач. По сравнению с универсальным вычислительным средством (компьютером) они имеют ряд преимуществ. Они гораздо компактнее, более надежны, удобнее в эксплуатации и, что немаловажно, намного дешевле. Примерами таких вычислительных средств являются электронные записные книжки, смартфоны, карманные портативные компьютеры (КПК). Малыми средствами информационных технологий образовательного назначения являются научные и графические калькуляторы. Малые средства информационных технологий нашли широкое применение в практике обучения во всем мире. Большинство школьников и студентов ведущих информационно-развитых стран мира, таких как Япония, США, Германия, Франция, Великобритания, Скандинавских странах и др. регулярно применяют калькулятор на учебных занятиях. Калькулятор там рассматривается не столько как объект изучения, сколько, как эффективное средство обучения, позволяющее значительно расширить содержание и углубить математическое и естественно-научное образование. На применение калькуляторов ориентированы стандарты, учебные программы и учебники. Вопросы применения калькуляторов в обучении постоянно обсуждаются на международных симпозиумах и конгрессах. Создается много учебных и методических пособий по вопросам эффективного применения калькуляторов в обучении, расширению и углублению содержания математической подготовки, применению для демонстрации физических явлений и опытов Наибольшее распространение в учебных заведениях нашей страны получили научные калькуляторы серии ES (fx-82 ES, fx-85 ES, fx-350 ES, fx-570 ES, fx-991 ES) и графические калькуляторы (FX-9860G/ FX9860G SD; FX-7540 G Plus; Algebra FX 2.0 Plus) фирмы CASIO. Не будем подробно останавливаться на функциональных возможностях особенностях научных и графических калькуляторов, скажем лишь, что по своим возможностям они уже превзошли миниЭВМ раннего периода информатизации образования. Стоит отметить, что графические калькуляторы посредством USB интерфейса могут
210
соединяться с компьютером, к ним можно подключать различное проекционное оборудование – мультимедиа проекторы и жидкокристаллическую панель, разработанную CASIO для проектирования изображения с помощью кодоскопа. К ним можно через специальное устройство – измерительный блок стыковывать датчики и они превращаются в мини физическую лабораторию. Причем, время подготовки оборудования – от включения до, например, построения графиков функций или выполнения лабораторных опытов составляет несколько секунд, что намного быстрее компьютера. В целом современные графические калькуляторы называют «калькулятором» лишь в силу привычки. Фактически же он является математическим микрокомпьютером. Современная мировая тенденция развития образования тесно связана с практическим применением малых средств информационных технологий в обучении математике, физике, информатике и ряде других дисциплин естественно-научного профиля. На их применение ориентированы образовательные стандарты ведущих стран мира. Современные школьные учебники информационно развитых стран мира ориентированы на применение графических математических микрокомпьютеров. Каждый шведский, норвежский, датский, финский школьник имеет математический микрокомпьютер и применяет их в обучении. До 60–70% американских, британских, французских, германских, испанских, итальянских школьников так же имеют графические математические микрокомпьютеры и применяют их в обучении. На применение малых информационных средств ориентированы все современные учебники математики, физики, информатики и т.д. С каждым годом появляется все больше методических пособий направленных на более эффективное их применение в практике обучения. Во всем мире накоплен значительный опыт применения научных, графических калькуляторов, мини физических лабораторий, но механически внедрять его в отечественную систему обучения не представляется возможным. Дело в том, что наша школьная система подготовки является фундаментальной и продолжает оставаться одной из лучших в мире. Необходимо сохранить в ней все лучшее, но нужно вооружить учителя и школьника новой технологией, дать учителю новую методику, которая позволит повысить качество и эффективность обучения. Оснащение даже каждого школьника в классе самым мощным графическим калькулятором обходится как минимум в 2 раза дешевле,
211
чем безсерверный компьютерный класс на 10 машин. Причем, затраты на содержание, модернизацию и программное обеспечение полностью отсутствуют. Нет необходимости выделять и оборудовать специальный кабинет, проходить сертификацию и соблюдать какиелибо санитарные, противопожарные и иные нормы. Малые средства информационных технологий имеют еще ряд достоинств, позволяющих широко применять их в учебном процессе. Например, они мобильны. Можно без особого труда перемещать их из одного кабинета в другой, например, перенести небольшой чемоданчик с калькуляторами из кабинета физики в другой кабинет на урок математики. Что очень удобно при составлении расписания уроков. Малые средства информационных технологий – это хорошая возможность уже сейчас обеспечить индивидуальное взаимодействие каждого школьника с информационными технологиями не только на уроке информатики, но и на уроке математики, физики, химии, экономики и других школьных естественно-научных предметах, где регулярное применение компьютеров на сегодняшний день недостижимо. В качестве исходных положений по применению малых средств информационных технологий в обучении естественнонаучным школьным дисциплинам приняты следующие: 1. Формировать навыки работы с калькуляторами необходимо начинать с 5 класса. 2. Учить школьников работать с калькулятором должен учитель информатики на уроках Информатики и ИКТ. 3. Введение нового содержания по малым средствам информационных технологий не должно существенно изменять сложившееся содержание школьного курса информатики и ИКТ. 4. Введение нового содержания Информатики и ИКТ по малым средствам информационных технологий должно быть направлено на расширение и углубление курса и более полное выполнение образовательного стандарта. 5. Введение нового содержания Информатики и ИКТ по малым средствам информационных технологий должно способствовать повышению качества и эффективности как предмета Информатика и ИКТ, так и математики, физики, экономики и других естественнонаучных дисциплин. В настоящее время уже разработаны и апробированы новые технологии обучения на основе малых средств информационных технологий [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. Фактически создано готовое решение, которое позволит за минимальные средства оснастить школы, современным учебным оборудованием, учебными и методическими
212
пособиями, тем самым, повысить качество обучения. В настоящее время можно с уверенностью говорить о том, что малые средства информационных технологий, это та область, в которой технология и методика обучения развиваются как бы синхронно. Методика обучения ведет к появлению более совершенных средств малых информационных технологий, в свою очередь развитие малых средств информационных технологий стимулирует к развитию более совершенной методики. Библиографические ссылки 1. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Вычисления на уроках математики с калькулятором CASIO fx-82MS, fx-85MS, fx-350MS, fx-95MS, fx-100MS, fx-115MS, fx-570MS, fx-991MS: приложение к учебникам математики 5-11 классов общеобразовательных учебных заведений. – 2-е издание, испр. и доп. – М.: изд-во «Курс», 2007. – 91с. 2. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Вычисления на уроках математики с калькулятором CASIO fx-82ES, fx-85ES, fx-350ES, fx-570ES, fx991ES: приложение к учебникам математики 5-11 классов общеобразовательных учебных заведений. – 2-е издание, испр. и доп. – М.: изд-во «Курс», 2007. – 95с. 3. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Вычисления на Едином Государственном экзамене по физике с калькулятором CASIO fx-82ES, fx85ES, fx-350ES, fx-570ES, fx-991ES.: учебное пособие. – М.: издательство «Курс», 2007. – 54 с. 4. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Учимся программировать на графических калькуляторах CASIO FX-9860G: учебное пособие. – М.: изд-во «Принтберри», 2008. – 60 с. 5. Вострокнутов И.Е., Помелова М.С. Методические рекомендации по применению малых средств информационных технологий (научных и графических калькуляторов) в школьном курсе Информатики и ИКТ (базовый уровень). – М.: издательство «Курс», 2007. – 64 с. 6. Смекалин Д.О. Изучение информатики и малые вычислительные средства. Методическое пособие по использованию инженерных калькуляторов в курсе информатики. – М.: Издательство «Навигатор», 2005. – 96 с. 7. Вострокнутов И.Е., Грудзинский А.В., Минаева С.С., Смекалин Д.О. Методические рекомендации к изучению алгебры в 7-9 классах с использованием возможностей применения малых вычислительных средств: пособие для учителя – М.: «Навигатор», 2006. – 152 с. 8. Минаева С.С., Никитина Н.С., Смекалин Д.О., Грудзинский А.В. Решение задач по статистике с использованием возможностей применения малых вычислительных средств: пособие для учителя / под ред. И.Е. Вострокнутова. – М.: «Навигатор», 2007. – 116 с.
213
УДК 37.013.83 О. В. Салиш ПРОБЛЕМА ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПУТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ УЧИТЕЛЯ В ПРОЦЕССЕ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ В ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ Салиш О. В. – старший преподаватель кафедры новых информационных технологий СОИПиПКК В процессе перехода на новую образовательную парадигму обострился ряд противоречий между быстро изменяющимся общественным сознанием, сменой ценностей, особенностями менталитета современного человека и инертностью традиционной системы образования; между педагогическим дискомфортом в ситуации профессионального и личностного самоопределения и потребностью общества в изменении социальных и профессиональных функций педагога. Системная работа в данном направлении позволит определить оптимальные формы организации постоянно действующего семинара и, как итог, способствовать становлению и укреплению основных личностных установок, постоянному личностному росту учителя.
Успех профессионально-педагогической подготовки учителей в системе повышения квалификации во многом определяется принципами ее организации, созданием оптимальных условий обучения учителей-предметников конструированию информационной образовательной среды. В последнее время актуальной формой осуществления такой работы является постоянно действующий семинар, предназначенный для профессионального сопровождения педагогов в вопросах освоения технологии построения информационного образовательного пространства. Это дает слушателям возможность планировать свою деятельность, заниматься самостоятельно в удобное им время, получать дополнительную информацию и общаться с преподавателями и с другими слушателями через электронную почту и через Интернет, участвовать в сетевых
214
дискуссиях, в работе над групповыми проектами. Внедрение ИКТ в процесс обучения, «оснащение» учителя умениями проектирования информационной образовательной среды предъявляет высокие требования к личности учителя, что в свою очередь должно учитываться при организации повышения квалификации. В проектируемой учителем информационной образовательной среде несомненно отражаются личностные особенности «архитектора» этой среды. Учитель решает, какой именно аспект среды «важен», какие «правила игры» действуют в данной предметной образовательной среде, каким именно образом среда будет взаимодействовать с учащимся. Мы абсолютно согласны с В.И.Слуцким, утверждавшем, что «…на самом деле хорошая педагогическая технология – важная и нужная составляющая педагогического процесса, но далеко не главная и не обеспечивающая успеха. В действительности же главным определяющим фактором педагогического процесса является человеческая связь воспитанника и воспитателя, качество которой определяется качеством личности воспитателя.»[1]. Условия, при которых сочетание приобретаемого знания и жизненного опыта формирует новый вид опыта, по сути являются обобщенными требованиями к содержанию образования взрослых: • помогать проектировать будущее; • включать в себя опыт предшествующих поколений; • социально-ценностную значимость и являться конструктивным; • непрерывно пополняться и развиваться. Поиск оптимальных форм организации постоянно действующих семинаров для учителей – предметников по конструированию информационной образовательной среды выявил следующие проблемы: - противоречие, которое обнаруживается, с одной стороны, в осознании необходимости раскрывать личностный потенциал педагога в процессе повышения квалификации для более эффективного решения задач развития профессиональной компетентности и мобильности учителя, а, с другой стороны, в отсутствии разработок, раскрывающих педагогические условия самоопределения личности учителя в процессе повышения квалификации; - существует практика профессионального самоопределения, которая не позволяет в полной мере использовать содержательный потенциал профессионального самоопределения учителя для его последующего педагогического и творческого саморазвития.
215
Система повышения квалификации в том случае обеспечит успешность профессионального самоопределения учителя в процессе курсовой подготовки, если будет учитывать следующие педагогические условия: во-первых, существенные инновационные изменения в образовательных системах, связанные с демократизацией и гуманизацией учебно-воспитательного процесса; во-вторых, особенности переживаемого школой периода, когда прежние мировоззренческие и профессиональные ориентации во многом не соответствуют реальной жизни, а новые еще не сформировались в полной мере; в-третьих, сегодня учитель находится в условиях "информационного бума", в центре перекрестного (подчас противоречивого) потока информации: публицистической, педагогической, философской, психологической и др. Перед учителем встает проблема ориентации и отбора информации, пересмотра своей профессиональной "Я-концепции", прежних форм и методов работы; в-четвертых, недостаточной разработкой теории и практики профессионального самообразования. Исследования в этой области часто страдают узкой направленностью лишь на отдельные аспекты формирования профессионализма, которые связаны с отдельными компетенциями педагога и не учитывают сложного характера влияния возраста, психологических аспектов на процесс профессионального саморазвития учителя. Таким образом, в процессе перехода на новую образовательную парадигму обострился ряд противоречий между быстро изменяющимся общественным сознанием, сменой ценностей, особенностями менталитета современного человека и инертностью традиционной системы образования; между педагогическим дискомфортом в ситуации профессионального и личностного самоопределения и потребностью общества в изменении социальных и профессиональных функций педагога. Системная работа в данном направлении позволит определить оптимальные формы организации постоянно действующего семинара и, как итог, способствовать становлению и укреплению основных личностных установок, постоянному личностному росту учителя.
216
Библиографические ссылки 1. Слуцкий В.И. Личность и технология в педагогическом процессе //Школьные технологии. 2001. №6. 2. Белкин А.С., Жукова Н.К. Витагенное образование. Многомерноголографический подход. Екатеринбург, 2001. 3. Вербицкая Н.О. Образование взрослых на основе их жизненного (витагенного) опыта // Педагогика. 2000. №6. С.14-19 4. Rogers C. Freedom to learnfor the 80’s. Columbus; Toronto; L.; Sydney: Charles E. Merrill Co, A Bell&Howell Co, 1983. 5. Орлов А.Б. Человекоцентрированный подход в психологии // Вопр. психол. 2002. №2. С.64-84. 6. Братченко С.Л. Гуманитарная экспертиза в образовании: критерии личностного роста. // Школьные технологии. 2001. №2. С.179-195.
217
УДК 378 Н. П. Табачук РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТОВ ГУМАНИТАРНОГО ВУЗА В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА ИСО Табачук Н. П. – старший преподаватель кафедры информатики и информационных технологий (ДВГГУ) Данная статья продолжает цикл исследований, посвященных процессу развития информационной компетенции студентов на основе использования цифровых образовательных ресурсов (информационных компьютерных сред), поставляемых в вузы в рамках проекта ИСО. Обсуждению подвергаются такие содержательные аспекты развития информационной компетенции, как информированность в области информационных компьютерных сред, способность к анализу, грамотной интерпретации, осознанному использованию информационных компьютерных сред студентами.
Проект «Информатизация системы образования» реализуется под руководством Национального фонда подготовки кадров (НФПК) и направлен на содействие в обеспечении доступности, качества и эффективности образовательных услуг в системе образования. Основная идея проекта состоит в создании условий для активного использования информационных и коммуникационных технологий в работе образовательных учреждений. Руководители проекта ИСО видят основной задачей создаваемых учебно-методических материалов – содействие становлению профессиональной компетентности студентов вуза, обеспечение будущего учителя всем необходимым для организации образовательного процесса с использование информационных и коммуникационных технологий, в частности, цифровых образовательных ресурсов. В ходе реализации проекта ИСО в Дальневосточном государственном гуманитарном университете группой преподавателей
218
разработаны комплексные учебно-методические материалы, включающие цифровые образовательные ресурсы по дисциплинам школьной программы, по планированию и управлению образовательным процессом (информационные компьютерные среды). В рамках экспериментальных исследований нами были определены приоритеты в создании учебно-методических материалов по модулю «Использование учителями-предметниками информационных компьютерных сред в профессиональной деятельности». Нам представляется возможным акцентировать внимание на процессе развития информационной компетенции студентов гуманитарного вуза как составляющей профессиональной компетентности на основе использования информационных компьютерных сред. Информационная компьютерная среда (ИКС) – это цифровой образовательный ресурс. «Информационная компьютерная среда представляет собой комплексный инструментарий в поддержку профессиональной деятельности учителя как учебно-методической, так и внеучебной» [1]. «Информационная компьютерная среда включает хранилище информационных объектов (медиатеку) с соответствующим интерфейсом и набор инструментальных модулей для подготовки и проведения урока» [1]. «Информационная компьютерная среда – это новое средство для учителей, сопровождаемое комплектом методических материалов» [2]. ИКС предназначены для: ¾ планирования и управления учебным процессом; ¾ администрирования деятельности образовательного учреждения; ¾ обеспечения содержания обучения. Из перечня цифровых образовательных ресурсов нами были выделены следующие ИКС: ¾ инструментальная компьютерная среда для студентов педвузов и учителей основной школы (5–9 классов). ¾ информационная компьютерная среда для поддержки педагогического образования (старшая школа). ¾ 1С: ХроноГраф Школа. Инструментальная компьютерная среда для студентов педвузов и учителей основной школы (5–9 классов) разработана компанией Физикон в 2004 году. Основными задачами данной ИКС являются: планирование преподавания предмета учителем, как на уровне
219
годового календарного и поурочного планирования, так и на уровне отдельных уроков; централизованное хранение образовательных объектов различных типов в единой базе данных; организация рабочего места учителя и удобный способ хранения и обработки документов. ИКС для поддержки педагогического образования (старшая школа) представляет собой программный комплекс, реализующий ряд функций для поддержки учебного процесса в старшей школе. Перечислим виды деятельности учителя, поддерживаемые данной системой: создание тематического планирования, подготовка материалов для проведения занятия (информационных объектов), разработка плана-конспекта занятия, проведение занятия по разработанному плану-конспекту, мониторинг качества образования, осуществление занятий с применением проектной методики. ИКС включает пять компонентов: «Тематическое планирование», «Подготовка к занятию», «Поддержка занятия», «Мониторинг качества образования», «Проектная деятельность». «1С: ХроноГраф Школа» – система автоматизации администрирования и создания единой базы данных образовательного учреждения, разработанная компанией 1С: Предприятие в 2004 году. Программный пакет «1С: ХроноГраф Школа» представляет собой многофункциональную информационную систему администрирования деятельности и является платформой для создания общей информационной базы данных общеобразовательного учреждения. «1С: ХроноГраф Школа» предоставляет широкие возможности для: создания базовой информации об образовательном учреждении; автоматизации кадровой работы; систематизации данных об учащихся; автоматизации вопросов планирования и организации учебного процесса; автоматизации административно-финансовой и хозяйственной деятельности. Структурными составляющими данной программы являются четыре основных информационных блока: общие данные об образовательном учреждении; кадры и контингент; учебный процесс; финансы. Таким образом, ИКС в работе учителя представляют собой результат развития информационных и коммуникационных технологий. На сегодняшний день ИКС – это развивающиеся системы, которые отличаются друг от друга по компонентностному составу и требуют модификаций. В условиях информатизации системы образования в ДВГГУ
220
совершенствуется профессиональная подготовка студентов на основе использования информационных и коммуникационных технологий, цифровых образовательных ресурсов, информационных компьютерных сред. ИКС в образовательном процессе вуза объединяют особенности двух сфер деятельности педагогической и информационной в единую систему освоения информационной действительности. На наш взгляд, информационные компьютерные среды как один из видов цифровых образовательных ресурсов могут выступать средством развития информационной компетенции студентов. Одним из целевых аспектов учебного модуля по педагогическому проектированию под названием «Использование учителямипредметниками информационных компьютерных сред в профессиональной деятельности» является выявление готовности студентов 5-ого курса к анализу информационных компьютерных сред, осознанному их использованию и критическому отношению к ним. Все смыслы, раскрывающие значение информационных компьютерных сред, сосредоточены в синквейнах (от фр. «пять строк») студентов в процессе рефлексивной деятельности в рамках учебного модуля. Приведем примеры синквейнов, составленных студентами: «ИКС Нужная, образовательная Систематизирует, дисциплинирует, помогает ИКС упрощает труд учителя Способствует информатизации!» Екатерина С. «ИКС Многофункциональные, инновационные Создаются, внедряются, обновляются Открывают новые перспективы развития Процесс информатизации!» Карина А. «ИКС Многофункциональная, незаменимая Помогает, включает, охватывает Одобряю, поддерживаю Мощный методический инструмент!» Наталья Я. Таким образом, процесс информатизации системы образования связан с внедрением информационных и коммуникационных
221
технологий, информационных компьютерных сред, цифровых образовательных ресурсов в профессиональную деятельность учителя. Обеспечение качественной подготовки студентов связано с процессом развития профессиональной компетентности студентов. Информационные компьютерные среды служат одним из средств развития информационной компетенции студентов гуманитарного вуза с последующим становлением их профессиональной компетентности. При этом необходимо осознавать, что ИКС в сфере гуманитарного образования оказывают влияние не только на развитие информационной компетенции каждого студента, но и на информационную компетенцию как знаковую квинтэссенцию информационного общества с новыми духовными и культурными приобретениями и смыслами. ИКС могут выступать не только ценностью, материальным носителем, но и средством развития информационной компетенции, как одной из ключевых компетенций в развитии личности студентов, а уровень владения ИКС является одним из показателей уровня развития информационной компетенции у студентов гуманитарного вуза. Библиографические ссылки 1. Баранова, Е. В., Елизарова, И. К., Лаптев, В. В., Симонова, И. В. Инструментальная компьютерная среда для подготовки студентов к решению профессиональных задач учителя начальной школы [Электронный ресурс]. – http://www.ict.edu.ru/vconf/index.php?a=vconf&c=getForm&r=thesisDesc&id_se c=151&id_vconf=26&id_thesis=6116&d=light. 2. Инструментальная компьютерная среда для студентов педвузов и учителей основной школы [Электронный ресурс]. – http://www.physicon.ru/courses.php?sec=catalouge&pg=iks.
222
УДК 681.3:37 В. Д. Терещенко, С. М. Бурков, Н. Н. Мазаник, А. В. Мендель, А. Н. Туев О ШКОЛЬНЫХ УЗЛАХ РЕГИОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СЕТИ Терещенко В. Д. – заместитель директора ХКЦ НИТ ТОГУ; Бурков С. М. – директор ХКЦ НИТ ТОГУ; Мазаник Н. Н. – программист ХКЦ НИТ ТОГУ; Мендель А. В. – доцент кафедры ММиИТ ДВАГС; Туев А. Н. – системный администратор ХКЦ НИТ ТОГУ Рассмотрены вопросы организации школьных узлов региональной информационной образовательной сети. Серверы школьных узлов предложено использовать для размещения части информации с центральных серверов сети, а также локализованного предоставления ряда сервисов, необходимых для изучения информационнокоммуникационных технологий. Обсуждаются функции и задачи, которые должны быть реализованы на таком сервере, предлагается состав системного и прикладного программного обеспечения.
Развитие региональной информационной образовательной сети Хабаровского края (ХКОИС) ставит задачи расширения сервисов, предоставляемых этой сетью, а также оптимизации их использования образовательными учреждениями. Среди проблем и ограничений, возникающих во время работы образовательных учреждений в ХКОИС, выделим следующие наиболее существенные и критичные: - ненадежность подключений к сети, организуемых сторонними предприятиями связи, и зависимость от качества сервиса, предоставляемого этими предприятиями, что приводит к длительным перебоям с доступом отдельных образовательных учреждений к ХКОИС; - ограниченность пропускной способности каналов связи, которые используются для коллективного доступа к ресурсам и сервисам ХКОИС и Интернет, что часто приводит к снижению скорости
223
передачи данных и, как следствие, к невозможности выполнения производственных и учебных работ в установленные для них ограничения времени (например, в течение урока); - ограниченный размер трафика, который образовательное учреждение может получить за счет средств, выделенных краевым бюджетом, что приводит к прекращению получения доступа к сети после использования месячного лимита. Снижения негативного влияния перечисленных выше факторов на образовательный процесс участников ХКОИС можно добиться за счет внедрения в этих учреждениях школьных серверов, которые исполняют некоторые функции узлов (хостов) региональной образовательной сети. На этих серверах может быть размещена часть информации с центральных серверов сети, а также установлено программное обеспечение, необходимое для организации изучения информационно-коммуникационных технологий. Перечислим функции и задачи, которые могут быть реализованы на таком сервере. Во-первых, сервер электронной почты. Эта функция позволит организовать обучение школьников работе с реальной электронной почтой, а так же использовать электронную почту как средство обмена информацией в образовательном процессе. Достоинство решения состоит в том, что при выполнении массовых действий при изучении почтовых сервисов и их использовании для внутришкольного обмена информацией не будет задействован внешний канал связи, часто являющийся недостаточно широкополосным, а также не будет расходоваться лимит внешнего трафика. Для реализации более полного решения на этом почтовом сервере должны быть настроены почтовый субдомен ХКОИС и маршрутизация внешней почты через центральный почтовый сервер. Во-вторых, на школьном сервере для целей изучения ИКТ должны быть установлены такие широко распространенные сервисы как чат, форум, интернет-сайт с консолью администрирования, Wiki-Wiki. Эти сервисы могут быть использованы не только как предмет изучения, но и как инструменты организации образовательного процесса. Названные сервисы в настоящее время в принципе доступны тем образовательным учреждениям, которые подключены к ХКОИС и Интернету, однако их реальное практическое использование ограничивается факторами, перечисленными нами в начале статьи. Третьей составляющей сервисов являются средства для создания, использования и актуализации локальных образов региональных баз данных образовательной информации и интерфейсы для доступа к
224
ним. Построение этого сервиса может быть организовано на основе разработанной в ХКЦ ИТТ базы данных с системой классификации, использующей многокорневое дерево категорий. Указанная база данных рассчитана на хранение аннотированных, классифицированных ресурсов в различной форме: файлы, гиперссылки, типизированные поля БД. Уже разработаны средства для полуавтоматического заполнения этой базы данных, а также Вебинтерфейс пользователя, позволяющий выполнять поиск информации по заданному набору классификационных критериев и значений реквизитов, а также средства актуализации (обновления) данных через телекоммуникационную сеть и с использованием внешних носителей. Информационной основой этой базы данных является региональная база нормативных документов для сферы образования. Четвертой функцией школьного сервера является реализация на нем школьного портала для доступа к цифровым образовательным ресурсам, локализованным в региональной образовательной сети, а также расположенным на серверах внешних сетей. Эта функция реализуется теми же средствами, которые применяются для доступа к базе нормативных документов. Один из типов объектов этой базы данных – URL, при реализации портала этот объект получает значение, связывающее классифицированный объект с его физическим размещением. Первичное наполнение базы ссылками на ЦОР осуществляется путем обработки базы данных региональной копии единой федеральной коллекции цифровых образовательных ресурсов с целью совмещения классификатора этой системы и классификатора приложения для школьного сервера. Это необходимо из-за того, что размещение образов коллекции на школьных серверах разработчиками не предусмотрено и, к тому же, ими выдвигаются серьезные требования к техническому обеспечению хранилища коллекции. Также разработчиками не предусмотрено размещение средств поддержки пользовательского интерфейса и базы данных классификатора ЦОР отдельно от самого хранилища. В специально разработанном для ХКОИС приложении с целью оптимизации загрузки телекоммуникационной сети внедряется такое программное решение, которое реализует кэширование ЦОР, загруженных с сервера ХКОИС или из внешнего хранилища, на школьном сервере. Такой подход позволяет избежать многократной передачи по сети одних и тех же данных. В качестве пятого сервиса школьного хоста, который может быть весьма полезен для образовательных учреждений, можно
225
рассматривать размещение и ведение на нем Интернет-сайта учреждения. В этом случае трафик, возникающий при просмотре сайта, будет классифицироваться как исходящий и не повлечет дополнительной финансовой нагрузки. Кроме того, возможен вариант, когда копии этих сайтов для отображения в Интернет размещаются на сервере ХКОИС, а образ со школьного сервера реплицируется; для этого варианта разработаны типовые шаблоны сайтов. Этот сервис школьного хоста поможет значительно снизить затраты времени и трафика на управление школьным сайтом, поскольку этот процесс будет осуществляться в локальной вычислительной сети учреждения. Описанное выше решение школьного сервера должно быть реализовано в виде программно-аппаратного комплекса на базе одного компьютера. Таким компьютером может быть и специализированный сервер, и обычный достаточно производительный персональный компьютер или ноутбук. Решение предполагает также использование на этом компьютере некоммерческой версии OC Linux и другого свободно распространяемого системного программного обеспечения (почтовый сервер, WWW – сервер, СУБД и т.д. под Linux). Для испытания описанного подхода сотрудниками ХКЦ ИТТ создан действующий прототип школьного сервера – хоста ХКОИС. Программной основой школьного сервера служит операционная система Linux, дистрибутив Kubuntu 7.10 the Gutsy Gibbon с графической средой KDE. Этот дистрибутив является одним из наиболее дружественных пользователю (user friendly) среди операционных систем Linux. В качестве Веб-сервера используется Apache 2 с СУБД MySQL 5.045 и PhpMyAdmin 2.10.3. Сервером электронной почты служит SquirrelMail 1.4.10a, предоставляющий доступ через Веб-интерфейс, а также по протоколом IMAP и SMTP. Форум, установленный на школьном сервере, является разработкой ХРРЦ ТОГУ и уже применяется на таких сайтах, как портал «Научные исследования и инновации в Хабаровском крае», официальный сайт министерства образования края и сайт Хабаровского краевого августовского педсовета. Пробная эксплуатация прототипа школьного сервера позволяет уже сейчас сделать следующие выводы. Во-первых, учитывая недостаток в школах специалистов, которые могут выполнять функции системных администраторов, программное обеспечение школьного сервера должно быть установлено и настроено до передачи оборудования в образовательное учреждение. При этом как на школьном сервере, так и в узле связи региональной сети,
226
должны быть выполнены настройки, связанные с организацией на этом сервере поддомена ХКОИС. Тогда ввод школьного сервера в эксплуатацию ограничится простым подключением к электропитанию и соединением с портом коммутатора локальной вычислительной сети. Во-вторых, предлагаемая разработка позволяет значительно развить архитектуру ХКОИС путем внедрения школьных хостов этой сети. В результате решаются следующие задачи: - в образовательные учреждения вместе с сервером будет поставляться набор реальных средств для изучения информационнокоммуникационных технологий и их использования в деятельности образовательных учреждений; - существенно снизится зависимость процессов обучения и управления от надежности и пропускной способности внешних каналов связи; - произойдет формирование организованных локализованных информационных ресурсов в образовательных учреждениях; - будет достигнута оптимизация передачи данных в ХКОИС. Библиографические ссылки 1. А.И. Мазур, Е.А. Мазур, В.Д. Терещенко, П.К. Баканов, А.В. Коровко. «Развитие сетевой активности работников образования средствами Интернет-технологий на примере Хабаровского краевого Интернет-педсовета.» Сборник «Труды Хабаровского отделения академии информатизации образования», изд-во ДВГГУ, Хабаровск, 2005, с. 54 – 58. 2. С.М. Бурков, Н.Н. Мазаник, А.В. Мендель «Школьный сервер – узел региональной информационной образовательной сети», V краевая научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии в образовании Хабаровского края – 2007: опыт, проблемы и перспективы», Сборник докладов. – Хабаровск, 2007, с.24-27. 3. С.М. Бурков, А.И. Мазур, А.В. Мендель «Региональная
образовательная информационная сеть и информационные ресурсы регионального назначения», V краевая научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии в образовании Хабаровского края – 2007: опыт, проблемы и перспективы», Сборник докладов. – Хабаровск, 2007, с.28-32. 4. А.И. Мазур, С.М. Бурков, А.В. Мендель, В.Д. Терещенко
«Проблемы поэтапного внедрения ИКТ в сфере образования на примере Хабаровской краевой образовательной информационной сети», конференция «Электронная Россия на Дальнем Востоке», Сборник докладов. – Владивосток, 2007, с.62-72.
227
УДК 621.436:656.6.001.24 А. Ю. Шориков СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ СОЗДАНИЯ ИТ-СРЕДЫ ОБУЧЕНИЯ Шориков А. Ю. – директор ООО «Портал Хабаровск» Организация обучения в современной школе и ВУЗе требует комплексного подхода к использованию технических, методических и информационных средств обеспечения учебных занятий.
Пользуясь случаем, я, как руководитель фирмы разработчиков информационных образовательных ресурсов, хотел бы остановиться на нескольких важных моментах: 1. Какой должна быть среда информационных ресурсов (ИР). 2. Что имеем и перспективы. Среда образовательных ИР Под средой ИР мы понимаем: интерфейс, учебный материал, методическая поддержка, обратная связь. Зачастую, создавая информационный ресурс, можно услышать, что мы, разработчики, не думаем о тех, кто будет пользоваться этим ресурсом, что разрыв между уровнем информационной образованности и восприимчивости обучаемого и преподавателя и технической начинкой огромен. И именно это чаще всего приводит к отторжению готового ИР, как со стороны учеников, так и со стороны преподавателей. Доля истинны в этом есть, так как это реальный факт. Всегда было и будет при массовом обобщении – ученик не рвется учиться, учитель всегда старше (консервативен) в отношении технического прогресса. Но всегда существует «НО-ИСКЛЮЧЕНИЕ» и задача любого образовательного заведения кроме массового выпуска специалистов, которые будут подмастерьями, вырастить единицы, которые будут двигать прогресс. В связи с этим ИР, а особенно образовательный должен быть
228
двунаправленным и разноуровневым. Как уровни образования различаются, так и ИР должны различаться. Одни давать инструмент для получения знаний, другие должны давать инструмент для развития. Мы были программистами, которых сейчас называют «хакерами», но ведь хакеров ни где не учат, откуда они берутся – большая часть из них это люди, которым мало того, что им дают. По этой проблеме можно много говорить, но возвращаясь к полезным вещам, хочу сказать: «Вы присутствующие здесь – рулевые того, каких специалистов мы получим завтра». Возвращаясь к среде ИР хочу резюмировать: ИР должен быть 2-х видов: Первый – это инструмент для получения знаний. Второй – это механизм, инструмент для прогрессивных людей. Готовясь к выступлению, я просмотрел много разного материала конференций по схожей тематике, прочитал выступления, доклады и пришел к выводу, что все уже сказано. Сказано много правильных вещей, все проблемы вскрыты и подробно освещены, все пути решения проблем найдены, однако, чувствуется, «организм болен», т.е. сохраняется впечатление, что не все делаем, чего-то не хватает. Вот о том, чего на мой взгляд не хватает, я остановлюсь немного подробнее, только чтобы обозначить проблему. Это на втором виде ИР – как «инструменте развития». ИТ-среда таких ИР должна иметь полнофункциональный и персонализированный характер, должна содержать все необходимые компоненты для организации и проведения учебных, практических и самостоятельных занятий, контроля и управления учебным процессом, позволяющим обеспечивать настройку обучения в соответствии с потребностями учеников той или иной группы, либо в соответствии с их индивидуальными траекториями обучения. Второй вид ИР, это создание компьютерной обучающей среды (КОС) с элементами искусственного интеллекта. Современная система образования, отвечающая вызову времени, должна обеспечить: 1. Непрерывное образование – динамика развития современных технологий требует для поддержания квалификации непрерывно повышать профессиональный уровень работника (специалиста); 2. Открытое образование – высокая доступность образования необходима для: удовлетворения возрастающей потребности общества в специалистах, достижения успешности индивидуума в современном
229
мире; 3. Гарантированный результат обучения – работник (специалист) по завершении обучения должен иметь: гарантированный уровень общих (ключевых) и профессиональных компетенций и знаний, умений и навыков; готовность (способность) к практической деятельности без длительного дообучения на рабочем месте; готовность (способность) воспринимать и осваивать новые технологии в течение всего срока профессиональной деятельности. Для этого обучение должно быть: 1. Деятельностным – направленным на приобретение необходимых компетенций и комплекса знаний в процессе решения специальным образом сформированных учебных и практических задач; 2. Управляемым – плановым и поэтапным обучением с обратными связями и итерационными адаптивными процедурами достижения требуемого результата на каждом этапе; 3. Личностно-ориентированным: • формирующим на базовом и развивающем уровне требуемые знания, умения, навыки (ЗУН), компетентность, квалификацию, • развивающим индивидуальные способности (обеспе-чивающим выявление и определение наиболее эффективных направлений обучения для развития потенциальных, в том числе латентных, возможностей индивидуума; 4. Общественно-ориентированным: • опирающимся на потребности современного общества и учитывающим векторы развития последнего, • формирующим коммуникативные умения и навыки (умение жить в обществе и быть ему полезным); 5. Компетентностным – формирующим широкий кругозор индивидуума, как в профессиональной сфере, включая смежные профессии, так и общекультурной. Одним из наиболее действенных способов достижения обозначенных требований является создание и широкое использование в обучении Компьютерной Обучающей Среды (КОС) с элементами искусственного интеллекта. Базовые постулаты обучения в КОС: 1. Обучение должно завершаться гарантированным результатом. Гарантированный результат должен предусматривать различные уровни обученности (в зависимости от индивидуальных особенностей
230
и трудолюбия обучаемого): от базового до продвинутого. 2. Метод достижения гарантированного результата – индивидуальный процесс обучения и учения. 3. Врожденные способности индивидуума влияют только на степень продвинутости результата, при этом базового уровня достигают все обучаемые, кроме имеющих физические или психические патологии. 4. Базовый уровень обученности (компетентности и ЗУН) обеспечивает гарантированную успешность индивидуума в обществе – освоение ремесла, обеспечивающего успешность. 5. Требуемый гарантированный результат обучения определяется уровнем общественного развития и имеет следующие характеристики: • Определяется четкими конкретными категориями цели и степени достижения, • Имеет способ и шкалу оценивания, • Достигается путем реализации алгоритма обучения и учения – вариативной, адаптивной последовательности действий обучающей среды (системы) и участников учебного процесса (обучаемых, преподавателей, администраторов), • Алгоритм КОС должен быть доступным для улучшающих процесс обучения добавлений и изменений со стороны преподавателей. 6. Системы обучения и контроля/диагностики КОС обеспечивают следующие требования к диагностическим компонентам оценки уровня подготовки: • информативность контроля, • объективность контроля. Аппаратная реализация должна предусматривать: • транспортную информационную среду: локальную сеть образовательного учреждения, подключенную к общественным (научно-образовательным) информационным сетям; • средства коммутации и маршрутизации информационных потоков пользовательского обмена; • серверный центр администрирования, где размещена системная программная платформа информационно-образовательной среды и ее
231
компоненты; • консольные сервера управления правами пользователей и авторизации; • сервера информационных ресурсов (информационные хранилища); • клиентские компьютеризированные рабочие места учащихся, дирекции, органов управления; • инструментальные интерактивные средства реализации коллективной работы и дистанционных форм обучения, в том числе: голографические экраны и проекторы, виртуальный доски, интерактивные планшеты, другие средства визуализации учебных материалов и др. Инструментальные средства обеспечивают поддержку интерактивного режима работы класса, особенно при изучении предметов, требующих использования доски (планшета), – математики, физики, химии. В школах, наряду с автоматизированными рабочими местами учеников, специализированными компьютерными классами, мультимедийными аудиториями, целесообразно использование недорогих терминальных устройств, поскольку программная платформа позволяет обеспечить работу пользователей на уровне «тонкого клиента». Что имеем и перспективы В данном разделе я хочу вкратце остановиться на некоторых ИР, которые были нами разработаны в полном объеме, или частично, т.е. модульном. Последнее время по созданию ИР с содержанием регионального образовательного контента много уделяется внимания министерством образования Хабаровского края, крупные ВУЗы собственными силами создают как комплексные ИОР, так и мультимедия обучающие пособия, однако о насыщении образовательной среды такими ресурсами, а равно и практике их использования, мы еще стоим в начале пути. Этот обзор я подготовил в качестве информационноознакомительного списка:
232
Система организации дистанционного обучения Система первоначально создана по заказу Дальневосточного центра иностранных языков «Лингоу» и предназначалась для организации дистанционного обучения иностранному языку. Система в целом предназначена для автоматизации основных процессов обучения и является фактически системой управления образовательным процессом, что позволяет преподавателям создавать курсы, планы уроков, назначать задания в соответствии с учебным планом курса как интерактивно, так и в автономном режиме. Доступ пользователей к системе может осуществляется как в режиме реального времени с помощью веб-обозревателя, что позволяет организовать работу на разных пользовательских уровнях без повторного ввода учетных данных, так и в условиях отсутствия такой связи, путем передачи набора кода. Реализация компонентов ИТ-среды обучения возможна как в локальном варианте (учебный класс, школа, вуз), так и в масштабном – в рамках города, региона. Система в полной мере обеспечивает дистанционное обучение, самоподготовку, индивидуальные занятия, on-line тестирование, а также текущий контроль успеваемости со стороны учителя. Тем самым учитель получает реальный инструментарий, облегчающий общение с учащимися. У него всегда есть полная картина того, как ученики выполняют задания, с какими проблемами они сталкиваются, поскольку он может видеть ответы учащихся и либо автоматически оценить выполняемые задания, либо просмотреть их вручную. Система позволяет обеспечить создание учебных материалов в соответствии с учебными стандартами и планами, их адресное распространение, проверку работ и выставление оценок, автоматическое ведение статистики и отчетов об успеваемости. Преподаватели могут самостоятельно, на базе имеющегося набора учебного материала создавать курс, импортировать его в шифрограмму и отправлять ученику. Сама база учебного курса целиком содержится на диске, который можно в автоматическом режиме формировать в виде файловой системы, доступ к которой ученик получает по мере освоения материала. Ученики имеют доступ как через Web-интерфейс, так и путем ввода кодировки. У каждого из них есть учетные данные и после
233
авторизации они получают текущие задания, могут просматривать материалы и выполнять предложенные задания, направляя их решение учителю. При этом отсутствует ограничение относительно места, откуда ученик может выполнить задание: это может быть компьютер соединенный с Интернет, либо ученик импортирует свои решения в файловую систему и отправляет на диске-носителе учителю. Оценку ученика могут посмотреть родители, они могут даже виртуально пообщаться с учителем. Преимуществами являются: модульность; масштабируемость; возможность использования существующей на текущий момент информационно-коммуникационной инфраструктуры; полный доступ к электронным вариантам учебных материалов, включая образовательные мультимедийные ресурсы фирм-производителей электронных обучающих средств; оперативное получение информации об успеваемости всеми заинтересованными лицами; возможность использования в традиционном образовательном процессе. Существующие базы знаний, содержащие обширный мультимедийный контент легко интегрируются в образовательную ИТсреду в различных вариантах их представления. Они могут быть расположены на компьютерах (серверах) школы, либо на внешних серверах, доступ к которым возможен как через Интернет, так и с сотового телефона. Методическая и содержательная составляющие образовательной ИТ-среды формируются с учетом особенностей преподавания. Система организации лингафонного-класс обучения на базе ПК: Характеристика: ¾ Возможность у преподавателя сформировать учебный материал и план занятия заранее с выбором и подбором из базы видео, фонетического, текстового, словарного, картиночного (jpg) материала; ¾ Трансляция выбранных учебных материалов в режиме "общий", на все ученические места, интерфейс для управления ученическими местами формируется автоматически по количеству компьютеров в сети; ¾ Установление видео-связи (вызов ученика (группы) для 2-х сторонней видео-связи и общения) или видео-просмотр (тайное подключение видео-изображения) ученического места; ¾ Формирование групп из любого количества ученических мест и трансляцию на каждую группу самостоятельного источника сигнала; ¾ Возможность подключения преподавателя к любому рабочему
234
месту для контроля (прослушивания) ученика (группы) либо для корректировки работы (диалог); ¾ Самостоятельная работа ученика с фонетическим материалом: отработка фонетики, отбор слов осуществляется рандомно из словарной (текстовой) базы учебного материала или назначаться по темам или другим сортировщикам, фиксация потраченного времени на задание. ¾ Задание формируется автоматически, после активации учителем ученику этого задания и отображается на мониторе на учебном месте; ¾ Вызов преподавателя учеником для аудио- и видео-общения; ¾ Прослушивание учебной фонограммы от сервера преподавателя; ¾ Интуитивно понятный интерфейс: рабочие места на мониторе, подключение к ученику или группе происходит путем включения кнопки и подключения к процессу. На мониторе отражаются все включенные процессы; ¾ Отображение текущего режима подключения, возможность записи процесса с возможностью последующего прослушивания; ¾ Запись работы любого ученика с возможностью записи комментария преподавателя к текущей записи; ¾ Возможность тиражирования (распределения) фонограммы через интерфейс преподавателя; ¾ Упрощенный интерфейс ученического места отображается только работу с заданием и связи с учителем; ¾ Простая инсталляция места учителя и рабочих мест учащихся. Для организации количества рабочих мест достаточно наличие сетевого соединения между компьютерами. Система организации видео-архива лекций для интерактивной библиотеки Даная система разработана как подсистема информационноаналитической системы (ИАС) нескольких государственных университетов и относится к классу интегрированных автоматизированных информационных систем управления и организации высшим учебным заведением. Вводом данной системы практически полностью решается проблема «неповторяемости» лекционного материала. Не секрет, что по разным причинам происходит пропуск лекций студентами. Восполнить материал пропущенных лекций практически нет возможности. Однако, с вводом этой системы эта проблема решается.
235
Определенные аудитории оборудуются видеокамерами, которые производят одновременную запись доски, преподавателя и предметноматериальной базы (приборов и д.р. учебно-показательного оборудования). После окончания лекции, видео-материал сжимается, и архивируется. Учащийся в библиотеке имеет доступ к просмотру лекции, дискуссиям во время лекции, демонстрации материалов. Преподаватель имеет возможность записывать или не записывать лекцию, а также производить перезапись ее с другой аудиторией. Электронная полнотекстовая библиотека В настоящее время, зачастую под электронной библиотекой понимают электронный каталог изданий. Однако в широком понимании, электронная библиотека предполагает наличие материала в электронном виде. Только в этом случае достигается полная сохранность материала, отсутствие ограничений на количество экземпляров, освобождает от необходимости закупки и хранения всего материала в огромных книгохранилищах. Подобная система, включающая в себя: каталог, систему контактного и фотосканирования, систему доступа к материалу и следует понимать под электронной библиотекой. Перспективы Рассматривая как перспективу использования современных технологий образовании я продемонстрирую, на базе отснятого материала по использованию объединенного многопроцессорного потока информации в визуализации материалов и управление ими с помощью сенсорных технологий и применение фотографического стендового сканирования и управление им. 1. Вывод информации из объединенного многопроцессорного потока информации и управление с помощью ультразвуковых сенсорных датчиков: Эта технология полезна, когда необходимо показать процесс в его развитии, или принимать решение на основе постоянно (оперативно) поступающей информации, а также при работе с материалом поступающего от разных источников. 2. Фотографическое сканирование. Очень удобная и полезная технология при изложении лекционного материала прямо в зале или коллективном обсуждении дискуссионных материалов. В качестве объекта можно использовать как плоские
236
предметы, так и объемные и продемонстрировать его в различных ракурсах. В заключение доклада, я хотел бы пару слов сказать о еще двух вещах: 1-е – что ПО с открытым кодом, так сказать «свободное ПО» - со всей ответственностью могу сказать – это МЫШЕЛОВКА! Оно должно иметь ограниченное прикладное применение. 2-е – это просьба, создавайте информационно-технологические научно-творческие коллективы в своих организациях с привлечением к работе и руководству специализированные фирмы и специалистов. Не изобретайте велосипеды. Должен констатировать, что нам приходится по просьбе наших партнеров с западных регионов страны искать и подбирать талантливые кадры, которым предлагают интересную работу в других городах. И вот встречаешься с ребятами и грустно становится от того, что он такой талантливый, гордится своей работой на которую убил столько времени, но что уже давно существует, хотя учась, он мог бы получить большего, а не стоять опять «в начале пути».
237
Секция 3. Информационные технологии в фундаментальных и прикладных исследованиях УДК 519.6 О. С. Амосов, Д. С. Магола ПРИМЕНЕНИЕ НЕЧЕТКОГО ЛОГИЧЕСКОГО ВЫВОДА ПРИ ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗЕ СИГНАЛОВ Амосов О. С. – проректор по информатизации и инновациям АмГПГУ, д.т.н., профессор; Магола Д. С. – ассистент кафедры «Информационные системы» КнАГТУ, аспирант Одними из задач, которые приходится решать при обработке сигналов с использованием вейвлетов, является определение вида вейвлета и порогового значения при использовании трешолдинга. В большинстве случаев определение происходит эмпирически. В статье рассматривается подход, при котором для решения данных задач предлагается использовать нечеткий логический вывод, на основе знаний экспертов в области вейвлет-преобразования сигналов.
1. Вейвлет-преобразование Эффективную технику обработки случайных последовательностей дает теория вейвлетов [1–2]. Одна из основополагающих идей вейвлетпредставления сигнала s (t ) заключается в разбивке приближения
~ s j (t ) к сигналу на две составляющие – грубую (аппроксимирующую) ~ s (t ) и утонченную (детализирующую) ~ s d (t ) , с последующим их j −1
j −1
уточнением итерационным методом:
~ s j (ti ) = ~ s j −1 (ti ) + ~ s jd−1 (ti ) = ∑ a j −1, k ϕ j −1, k (ti ) k ∈Z
+ ∑ d j −1, kψ j −1, k (ti ) k ∈Z
238
,
где
j характеризует уровень разрешения; ϕ j −1, k (t ) ,
число
ψ j −1, k (t ) – масштабирующая (аппроксимирующая) и вейвлет-функция (детализирующая
функция)
a1 = {a j −1, k } ,
соответственно;
d1 = {d j −1, k } – наборы аппроксимирующих и детализирующих коэффициентов разложения ( j − 1) уровня разрешения, Z = {..., − 1, 0, 1, ...} – множество целых чисел. Аппроксимирующие функции ϕ (t ) присущи далеко не всем вейвлетам, а только тем, которые относятся к ортогональным. Приближению ~ s j (ti ) соответствует начальный набор коэффициентов a 0 = {a j , k } . Обычно в качестве a 0 = {a j , k } выбирается массив значений сигнала s (t ) ,
a ji = s (ti ) . Повторяя процедуру m раз, m = 1.M , разлагая каждый раз сглаженную функцию ~ s j − m (ti ) на еще более сглаженную часть
~ s j − m −1 (ti ) и детализирующую часть ~ s jd− m −1 (ti ) , получаем вейвлет~ разложение аппроксимации j -го уровня разрешения s (t ) для j
глубины разложения m :
~ s j (ti ) = ~ s j − m (ti ) + ~ s jd− m (ti ) + ... + ~ s jd−1 (ti ) , ~ s (t ) = a ϕ (t ) + d ψ (t ) + ... j
i
∑ k∈Z
j − m,k
j − m,k
i
∑ k∈Z
j − m,k
j − m,k
i
+ ∑ d j −1,k ψ j −1,k (ti ) k∈Z
Вейвлет-разложение можно изобразить в виде следующей схемы нахождения коэффициентов: ~ s j (ti ) = a 0 → {a1 , d1} → {a 2 , d 2 , d1} → ... → {a M , d M , d M −1 ,..., d1} . Обработка сигналов с использованием аппарата вейвлетов осложняется первоначальным выбором вида вейвлета. Кроме того, для решения задачи шумоподавления используют пороговую обработку (трешолдинг) вейвлет-коэффициентов, которая осложняется первоначальным выбором типа пороговой обработки. От этого типа зависит качество шумоподавления сигнала, оцениваемое в отношении сигнал/шум. Для решения задачи определения вида вейвлета и выбора
239
типа пороговой обработки предлагается использовать нечеткий логический вывод. 2. Нечеткий логический вывод Процесс нечеткого вывода представляет собой некоторую процедуру или алгоритм получения нечетких заключений на основе нечетких условий или предпосылок. Этот процесс соединяет в себе все основные концепции теории нечетких множеств: функции принадлежности, лингвистические переменные, нечеткие логические операции, методы нечеткой импликации и композиции [3–4]. Структурная схема системы нечеткого логического вывода приведена на рис. 1, где x – входной четкий вектор; x – вектор нечетких множеств, соответствующий входному вектору x; y – результат логического вывода в виде вектора нечетких множеств; y – выходной четкий вектор. Функции принадлежности
x
Фаззификатор
— x
Машина нечеткого логическог о вывода
— y
Дефаззификатор
y
Нечеткая база знаний Рис. 1. Структурная схема системы нечеткого логического вывода
Общий логический вывод осуществляется, как правило, за следующие 4 этапа [4]. 1. Введение нечеткости (фаззификация). 2. Логический вывод. 3. Композиция. 4. Приведение к четкости, дефаззификация.
240
3. Использование нечеткого логического вывода для определения вида вейвлета и порога при трешолдинге Предлагается использовать схему вейвлет-анализа, в которой с использованием нечеткой системы определяется вид вейвлета и тип порога при мягком трешолдинге, то есть пороговой обработке при которой, в нуль обращаются все коэффициенты по модулю меньшие значения порога, а остальные коэффициенты уменьшаются по модулю на величину порога (рис. 2). Рассмотрим следующие семейства вейвлетов [1]: Предвейвлеты. Это гауссовы вейвлеты, Морле, мексиканская шляпа. Они имеют минимальные свойства: функция ϕ не существует; анализ не ортогональный; функция ψ имеет некомпактный носитель; восстановление не гарантируется. Возможно непрерывное разложение. Основные преимущества: симметрия, ψ имеет явное выражение. Основные трудности: быстрые алгоритмы, реконструкция невозможны. Регулярные и дискретные вейвлеты Мейера. Свойства: функция ϕ существует и анализ ортогональный; функции ψ и ϕ не имеют аналитического выражения; функции ψ и ϕ не имеют компактного носителя. Возможный анализ: непрерывное разложение, дискретное преобразование. Основные преимущества: симметрия, бесконечная дифференцируемость. Основные трудности: быстрые алгоритмы недоступны.
241
Система нечеткого определения вейвлета Характеристики вейвлетанализа
Фаззификация База правил нечетких продукций
Нечеткий вывод
Дефаззификация Вейвлет-функции Входной сигнал
Вейвлет-разложение
Трешолдинг на основе нечеткой системы
Вейвлетвосстановление
Выходной сигнал
Рис.2. Вейвлет-анализ сигнала с использованием нечеткого вывода
Ортогональные вейвлеты с компактным носителем. Это вейвлеты Добеши, симлеты, койфлеты. Общие свойства: функция ϕ существует и анализ ортогональный; функции ψ и ϕ имеют компактный носитель; функции ψ имеет некоторое число нулевых моментов. Возможный анализ: непрерывное разложение, дискретное преобразование с использованием быстрых алгоритмов. Основные преимущества: компактный носитель, обращающиеся в нуль моменты. Основные трудности: слабая регулярность. Свойства симметрии: вейвлеты Добеши несимметричны; симлеты почти симметричны; койфлеты почти симметричны, и функция ϕ , как и ψ , имеет несколько нулевых моментов. Биортогональные пары вейвлетов с компактным носителем. Это B-сплайновые биортогональные вейвлеты. Свойства: функция ϕ
242
существует и анализ биортогональный; все функции ϕ~ , ψ~ , ϕ , ψ для декомпозиции и реконструкции имеют компактный носитель; функции ϕ~ , ψ~ для разложения имеют нулевые моменты; функции ϕ , ψ для восстановления обладают некоторой регулярностью. Возможный анализ: непрерывное разложение, дискретное преобразование с использованием быстрых алгоритмов. Основные преимущества: симметрия. Основные трудности: отсутствие ортогональности. 4. Пример создания нечеткой системы определения вида вейвлета Проиллюстрируем предложенную модель на простом примере. Была создана нечеткая система с 5 входными переменными и 1 выходной. В качестве входных переменных выступают следующие свойства вейвлетов: анализ; симметрия; регулярность; компактный носитель; нулевые моменты. В качестве терм-множества первой лингвистической переменной использовалось множество Т1={“ортогональный”, “почти ортогональный”, “неортогональный”, “,биортогональный”}. В качестве терм-множества второй лингвистической переменной использовалось множество Т2={“вейвлеты симметричны”, “вейвлеты почти симметричны”, “вейвлеты не симметричны”}. В качестве терм-множества третьей лингвистической переменной использовалось множество Т3={“слабая”, “средняя”, “сильная”}. В качестве выходной переменной выступает переменная «номер семейства вейвлета» из списка: предвейвлеты; вейвлеты Мейера; вейвлеты Добеши; симлеты; койфлеты; биортогональные пары вейвлетов. В качестве алгоритма нечеткого вывода использовался алгоритм Сугено нулевого порядка с постоянными функциями принадлежности выходного блока. Алгоритм Сугено первого порядка не использовался, поскольку отсутствуют знания о линейной зависимости между входными и выходной переменными. Система нечеткого вывода содержит 6 правил нечетких продукций следующего вида: ПРАВИЛО 1: ЕСЛИ «анализ не ортогональный» И «вейвлеты симметричны» И «нет компактного носителя» ТО «вейвлеты из семейства предвейвлетов». ПРАВИЛО 2: ЕСЛИ «анализ ортогональный» И «вейвлеты симметричны» И «нет компактного носителя» ТО «вейвлеты из семейства вейвлетов Мейера».
243
ПРАВИЛО 3: ЕСЛИ «анализ ортогональный» И «вейвлеты не симметричны» И «есть компактный носитель» И «слабая регулярность» ТО «вейвлеты из семейства вейвлетов Добеши». ПРАВИЛО 4: ЕСЛИ «анализ ортогональный» И «вейвлеты почти симметричны» И «есть компактный носитель» И «слабая регулярность» И «нет нулевых моментов» ТО «вейвлеты из семейства симлетов». ПРАВИЛО 5: ЕСЛИ «анализ ортогональный» И «вейвлеты почти симметричны» И «есть компактный носитель» И «слабая регулярность» И «есть нулевых моментов» ТО «вейвлеты из семейства койфлетов». ПРАВИЛО 6: ЕСЛИ «анализ биоортогональный» И «вейвлеты симметричны» И «средняя регулярность» И «есть компактный носитель» ТО «вейвлеты биортогональны». Данная нечеткая система была реализована в среде MATLAB. Нечеткий логический вывод представлен на рис. 3.
Рис. 3. Нечеткий вывод определения номера семейства вейвлетов
Как видно из рис.3 при «почти ортогональном анализе», «почти симметрии», «средней регулярности», наличии компактного носителя и наличии нулевых моментов система предлагает выбрать семейство вейвлетов № 4, что соответствует семейству койфлетов.
244
5. Пример создания нечеткой системы определения типа порогового значения Проиллюстрируем предложенную модель на элементарном примере. Была создана нечеткая система с 3 входными переменными и 1 выходной. В качестве входных переменных выступают: вид оценки; количество элементарных вычислений при нахождении порога; точность оценивания. В качестве терм-множества первой лингвистической переменной использовалось множество Т1={“не гладкий вид оценки”, “умеренно гладкий вид”, “почти гладкий вид”, “,гладкий”}. В качестве терммножества второй лингвистической переменной использовалось множество Т2={“малое количество вычислений”, “среднее количество вычислений”, “большое количество вычислений”}. В качестве терммножества третьей лингвистической переменной использовалось множество Т3={“малая”, “средняя”, “высокая”}. В качестве выходной переменной выступает переменная «номер типа порогового значения» из списка: универсальный порог, порог по минимаксной оценке, адаптивный порог на основе алгоритма Штейна несмещенной оценки. В качестве алгоритма нечеткого вывода использовался алгоритм Сугено нулевого порядка с постоянными функциями принадлежности выходного блока. Алгоритм Сугено первого порядка не использовался, поскольку отсутствуют знания о линейной зависимости между входными и выходной переменными. Система нечеткого вывода содержит 4 правил нечетких продукций следующего вида: ПРАВИЛО 1: ЕСЛИ «вид гладкий» И «вычислений мало» И «точность малая» ТО использовать «универсальный порог». ПРАВИЛО 2: ЕСЛИ «вид умеренно гладкий» И «среднее количество вычислений» И «точность приемлемая» ТО использовать «порог по минимаксной оценке». ПРАВИЛО 3: ЕСЛИ «вид не гладкий» И «большое количество вычислений» И «точность высокая» ТО использовать «адаптивный порог». ПРАВИЛО 4: ЕСЛИ «вид умеренно гладкий» И «большое количество вычислений» И «точность высокая» ТО использовать «адаптивный порог». Данная нечеткая система была реализована в среде MATLAB. Нечеткий логический вывод представлен на рис. 4.
245
Рис. 4. Нечеткий вывод определения типа порога
Из рис.4 видно, что при «почти гладком виде оценки», «малом количестве вычислений», «малой точности», система предлагает выбрать порог, близкий к порогу под № 0, что соответствует универсальному порогу: thr = 2 ⋅ log (lenght ( s (t ))) . Заключение В статье предложен подход, при котором выбор вейвлета и типа порогового значения для трешолдинга основан на использовании нечеткой системы. В качестве недостатков отметим, что базу знаний для системы нечеткой логики должен составлять эксперт в области работы с вейвлетами. Библиографические ссылки 1. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB.М.: ДМК, 2005. – 305 с. 2. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 400 с. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и 3. Леоненков А.В. fuzzyTECH – С-П.: БХВ-Петербург, 2005. – 726 с. М.И., Голунов Р.Ю. Нечеткая логика и 4. Круглов В.В., Дли искусственные нейронные сети. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
246
УДК 621.397.6.037 Ф. В. Безручко, В. В. Березин МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АРХИВИРОВАНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ НА БАЗЕ NAND FLASH ПАМЯТИ Безручко Ф. В. – студент кафедры «Вычислительная техника» (ТОГУ); Березин В. В. – профессор кафедры «Вычислительная техника» (ТОГУ), д.т.н. При проектировании вычислительных систем, систем сбора данных, в которых объемы хранимой информации в энергонезависимой памяти составляют десятки и сотни мегабайт, перед разработчиком встает вопрос выбора типа носителя. Память типа NAND Flash совмещает в себе все преимущества носителя в интегральном исполнении (надежность, небольшие габариты и вес) и низкую стоимость единицы информации. Однако, практически полное отсутствие открытых решений может вызвать трудности с внедрением микросхем этого типа памяти, особенно в случаях, когда требуемая производительность обмена достаточно высока.
Долгое время фактически единственными энергонезависимыми накопителями с информационной емкостью сотни и тысячи мегабайт являлись устройства с обширной механической функциональной частью (НЖМД, НГМД и пр.). Помимо низкой стоимости единицы информации (что является положительным моментом), эти устройства обладают рядом очевидных минусов, которые затрудняют их использование во всевозможных встраиваемых системах в связи с относительно низкой износостойкостью, хрупкостью механических частей, большими габаритами и высоким потреблением энергии. Однако, на сегодняшний день на мировом рынке энергонезависимой твердотельной памяти представлено несколько решений для систем различной сложности и под различные технические требования. Появление и развитие FLASH памяти позволило добиться сопоставимых объемов сохраняемой информации, стоимости единицы информации, а также обойти множество отрицательных качеств присущих механическим приводам. Классификация FLASH памяти (а также устройств хранения
247
информации на ее основе) достаточно широка. Основной разновидностью FLASH памяти с информационной емкостью сотни и даже тысячи мегабайт является память, выполненная по технологии NAND. Традиционно, в секторе потребительской электроники используются заменяемые устройства хранения на основе FLASH памяти – различные FLASH-карты (Secure Digital (SD), MultiMedia Card (MMC), Compact Flash (CF) и пр.). Они, как правило, имеют унифицированный распространенный интерфейс доступа, а также встроенные средства обнаружения и коррекции ошибок. Тем не менее, их использование во встраиваемых системах связано с рядом ограничений и трудностей. Здесь можно говорить обо всех недостатках присущих любым разъемным соединениям. Немаловажными параметрами, ограничивающими их использование, могут также являться габариты и скорость работы. С другой стороны, микросхемы NAND Flash памяти имеют унифицированный интерфейс – Open NAND Flash Interface (ONFI). Несмотря на то, что сами микросхемы NAND Flash памяти существуют уже довольно давно, первая официальная версия стандарта ONFI была опубликована лишь около двух лет назад. В 2006 году рядом компаний, являющихся мировыми лидерами в производстве микросхем NAND Flash памяти, была создана рабочая группа. Целями этой группы ставились создание стандарта ONFI [2], описывающего не только собственно интерфейс, но и электрические и механические параметры микросхем NAND Flash памяти. В феврале 2008 года вышла уже вторая версия этого документа. Обобщенная структура микросхемы NAND Flash памяти на примере 2 Гбит модуля представлена на рис. 1. Микросхема имеет в своем составе, помимо непосредственно массива программируемых ячеек, регистр чтения/записи, который служит буфером для считываемых/записываемых данных. Размер этого регистра равен размеру страницы (т. к. запись и чтение данных в массиве NAND Flash происходит постранично). Помимо этого, микросхема содержит управляющий автомат, реализующий все функции обмена. Массив NAND Flash памяти состоит из блоков, каждый из которых является минимальной единицей стирания для всего устройства NAND Flash памяти. Стирание блока означает установку всех информационных бит этого блока в «1». Соответственно, запись подразумевает изменение нужных бит из «1» в «0». Минимальная единица при программировании памяти – байт. NAND Flash, в отличие
248
от некоторых видов NOR Flash памяти, не позволяет производить одновременные операции чтения и записи в различные элементарные единицы. Однако, в современных системах этот недостаток часто компенсируют кэшированием [1].
Рис. 1. Организации микросхемы NAND Flash памяти с 2048 блоками
Для описанного примера в состав микросхемы входит 2048 блоков. Каждый блок включает 64 страницы. Каждая страница несет 2112 байта информации. Причем, 2048 байт – область данных, а остальные 64 байта – область служебной информации (spare area). Последняя может содержать, например, контрольную сумму или другую информацию прикладного значения. Физически же, данная область является просто частью страницы [1]. Существует предел числа циклов записи/стирания для NAND Flash памяти. Как правило, производители устанавливают гарантированное число циклов записи/стирания на отметку 100 000 для каждого блока. В связи с этим фактом, при разработке системы целесообразно позаботится об организации защищенного кодирования хранимой информации (с целью уменьшения рисков ее утраты с возникновением сбойных блоков (bad-blocks)), а также грамотном управлении нагрузкой на отдельные блоки массива памяти [1].
249
NAND Flash устройства имеют 8- или 16-битный интерфейс (помимо управляющих линий). Это двунаправленная шина адреса/данных. Причем в случае 16-битного интерфейса, при передаче кода команды или адреса используются только младшие 8 разрядов. Дополнительно к линиям шины ввода/вывода, интерфейс NAND Flash содержит шесть главных линий (табл. 1) [1]. Табл. 1. Линии интерфейса NAND Flash Сигнал ALE
CE#
CLE
R/B#
RE# WE#
Название Фиксация адреса (Address Latch Enable)
Описание Когда ALE высокий, адрес фиксируется в адресном регистре NAND Flash по переднему фронту WE#. Выборка устройства Когда CE# высокий, устройство (Chip Enable) находится в режиме ожидания (Standby mode) и не реагирует ни на какие сигналы управления. Фиксация команды Когда CLE высокий, команда (Command Latch Enable) (код команды) фиксируется в регистре команд NAND Flash по переднему фронту WE#. Готов/занят Если устройство NAND Flash (Ready/Busy#) занято операциями стирания (ERASE), записи (PROGRAM), или чтения (READ), R/B# низкий. Этой линии требуется подтягивающий к высокому уровню резистор (pull-up resistor). Разрешение чтения Низкий уровень включает (Read Enable) выходные буферы данных. Разрешение записи Сигнал фиксации данных, (Write Enable) адреса и команд в NAND Flash памяти.
Данные записываются или считываются по 8 или 16 бит (в зависимости от типа микросхемы). При программировании (операция PROGRAM), данные записываются в регистр данных по переднему
250
фронту (нарастающему) сигнала WE#. Данные считываются из регистра данных по тому же принципу за исключением использования сигнала RE#, а не WE#. Также, сигнал RE# инкрементирует значение в регистре для чтения следующей позиции. Если на RE# или CE# не подан низкий уровень, выходные буферы находятся в третьем состоянии [1]. Все операции с NAND Flash начинаются с командного цикла (command cycle). При этом происходит выставление кода команды на линии I/O[7:0], подача низкого уровня на CE# и высокого на CLE. После чего происходит такт сигнала WE#. Команда, адрес и данные фиксируются в устройстве NAND Flash по нарастающему фронту WE# (рис. 2) [1].
Рис. 2. Временные диаграммы типичного цикла NAND Flash
Большинству команд требуются несколько циклов адресации, следующих за вторым командным циклом. За исключением команд RESET и READ STATUS, все остальные команды чувствительны к значению сигнала R/B# (не должны подаваться, когда устройство занято). Схема адресации по циклам для рассматриваемого 2 Гбит модуля приведена в таблице 2. Первый и второй циклы адресации определяют адрес столбца (адрес байта внутри страницы). Последняя позиция в столбце 2112, поэтому адрес этой позиции будет 08h (во втором байте) и 3Fh (в первом байте). PA[5:0] определяют адрес страницы внутри блока, а BA[16:6] – адрес блока. Тогда как полный 5байтный адрес необходим для операций чтения/записи (PROGRAM, READ), только первый и второй байт нужен для произвольного доступа к данным внутри страницы. Операции стирания блока (BLOCK ERASE), требуется только три старших байта (третий, четвертый и пятый) для выборки блока [1].
251
Табл. 2. Схема адресации по циклам Цикл 1 2 3 4 5
I/O7 CA7 LOW BA7 BA15 LOW
I/O6 CA6 LOW BA6 BA14 LOW
I/O5 CA5 LOW PA5 BA13 LOW
I/O4 CA4 LOW PA4 BA12 LOW
I/O3 CA3 CA11 PA3 BA11 LOW
I/O2 CA2 CA10 PA2 BA10 LOW
I/O1 CA1 CA9 PA1 BA9 LOW
I/O0 CA0 CA8 PA0 BA8 BA16
Бурное развитие технологии FLASH привело к многократному снижению стоимости памяти, что обеспечило рост объемов ее внедрения. Однако, относительно недавний выпуск официального стандарта можно считать причиной того, что даже сегодня наличие в том или ином микроконтроллере аппаратного интерфейса NAND Flash (ONFI) является скорее исключением, чем правилом. С этой точки зрения, вполне разумным видится использование одной из существующих микросхем класса «система на кристалле» (SoC) для управления NAND Flash памятью и реализации интерфейса обмена. Система на кристалле объединяет все компоненты электронной системы в одной интегральной микросхеме и может содержать цифровые, аналоговые, смешанные и даже радиочастотные модули. Отличие систем на кристалле от классических микроконтроллеров состоит в их специализированности под конкретную задачу. Это достигается за счет возможности частичного или полного перепрограммирования кристалла. Использование SoC позволяет добиться большой гибкости реализации и высокой производительности конечной системы. В качестве такой SoC была выбрана ATMEL FPSLIC серии Secure. Эта микросхема имеет в своем составе как аппаратное ядро распространенной архитектуры AVR, а также матрицу FPGA. Это позволяет реализовать на ее базе быстродействующий интерфейс доступа к микросхемам NAND Flash. Более подробно внутреннее устройство кристалла FPSLIC отражено на рис. 3. Для исследования и проектирования была разработана и собрана функциональная отладочная плата NANDSLIC, рис. 4. Ядром платы является микросхема ATMEL FPSLIC AT94S10 [3] в корпусе LQFP 144. Данная микросхема имеет 137 программируемых линий ввода/вывода, 576 ячеек FPGA, 20Kb – 32Kb памяти программ, 4Kb – 16Kb памяти данных, аппаратный умножитель, два интерфейса
252
UART. Hard-ядром выступает AVR (ATMEL), с максимальной производительностью 19 MIPS на частоте 25 MГц. Программируемые линии I/O Конфигурационная логика До 16 линий с дешифратора адреса
Конфигурационная EEPROM
До 16K x 16 статической памяти программ
Состояние и тестир.
Счетчик команд
32 РОН (8 бит)
Дешифратор команд
Линии управления
Косвенная адресация
Регистр команд
Прямая адресация
I/O Внутрисхемного программирования
Шина данных (8 бит) Регистры управления Устройство обработки прерываний
4 линии прерываний
Устройство послед. 2-wire интерфейса
I/O
Два UART
I/O
АЛУ с ап. умнож. Два 8-битных таймера/счетчика
До 16K x 8 статической памяти данных
16-битный таймер/ счетчик с ШИМ Сторожевой таймер
16 прог. линий I/O
Рис. 3. Архитектура ATMEL FPSLIC
Рис. 4. Отладочная плата NANDSLIC
253
До 16 линий прерываний
5 - 40K вентилей FPGA
I/O
В общем случае, для сопряжения микросхемы NAND Flash с управляющим контроллером требуется всего один внешний резистор. Линия R/B# микросхем NAND Flash имеет открытый коллектор. И для того чтобы иметь возможность наблюдать состояние микросхемы (как для отладки, так и для работы), необходимо подключить эту линию к питанию через подтягивающий резистор. В большинстве паспортов на микросхемы NAND Flash дается рекомендация по расчету минимального номинала этого резистора, исходя из напряжения питания, емкости нагрузки (линии R/B#) и еще нескольких параметров самой микросхемы. В этих же паспортах приводятся графики для быстрого выбора номинала этого резистора. Все прочие линии подключаются напрямую к портам ввода/вывода контроллера. Для моделировании и реализации программы управления обменом на языке C под МК AVR за основу были взяты исходные коды, открыто распространяемые компанией Micron – NAND Low Level Driver. Исходные коды распространяются в виде архива, содержащего следующие основные файлы (которые и были взяты за основу и использованы в рамках проекта): • nand_lld.h – содержит заголовки функций самого низкого уровня. • nand_io.h – заголовочный файл функций операций с NAND Flash памятью. • nand_io.c – реализации функций операций с NAND Flash памятью. Общая структура NAND Low Level Driver представлена на рис. 5. Модуль nand_lld должен содержать функции самого низкого уровня управления линиями (портами) МК. Этот модуль представлен лишь в виде заголовков этих функций – разработчик должен сам реализовать эти функции под конкретную архитектуру и МК. В свою очередь, модуль nand_io содержит реализации всех основных операций NAND Flash на основе функций из nand_lld. В первоначальный вариант библиотеки была добавлена поддержка микросхем NAND Flash c различным числом циклов адресации (исходный вариант предполагал строго 5 циклов), различным размером страниц и блоков. Реализация программного интерфейса обмена проводилась на языке C в среде CodeVisionAVR. Программное обеспечение отлажено и готово к использованию.
254
Рис. 5. Общая структура NAND Low Level Driver
Вывод. Разработанное аппаратно-программное обеспечение позволяет проводить обмен с подсистемой Flash-памяти с максимальной скоростью передачи, что позволяет использовать его в приложениях для архивации видеоинформации, например в составе беспилотных летательных аппаратов. Кроме того, проведенные исследования и разработки могут служить базой для тех применений, где требуется большой объем энергонезависимой памяти и компактность исполнения конечного прибора. Библиографические ссылки 1. NAND Flash 101: An Introduction to NAND Flash and How to Design It In to Your Next Product. Technical Note. Micron Technology Inc., 2006. 2. Open NAND Flash Specification. Revision 1.0, 2006. 3. FPSLIC AT94KAL Series Field Programmable System Level Integrated Circuit Datasheet. ATMEL Corp., 2005.
255
УДК 621.396(024) В. В. Березин, А. В. Зинкевич ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МУЛЬТИМЕДИЙНОГО ИНТЕРФЕЙСА ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ Березин В. В. – профессор кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ, д.т.н.; Зинкевич А. В. – аспирант кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ Рассмотрены теоретические основы высокоскоростного интерфейса, предназначенного для применения в телевидении высокой четкости. Уточнено функционирование подсистемы защиты от копирования HDCP, рассмотрены вопросы технологии канального кодированиядекодирования сигнала методом TMDS. Описана технология макетирование генератора цветных полос на ПЛИС фирмы ALTERA с выходным интерфейсом HDMI. Основной блок выполнен на ПЛИС – Cyclone II, который вырабатывает все сигналы управления и данные. Выходной HDMI интерфейс реализован на HDMI/DVI Transmitters AD9889B фирмы Analog Devices.
Высокие требования к скорости формирования и передачи видеоинформации в системах телевидения высокой четкости побуждают исследователей разработке новых интерфейсов и способов кодирования. Стандарт HDMI (High Definition Multimedia Interface) разрабатывается специально для использования в высокоскоростных мультимедийных интерфейсах. Инициаторы разработки стандарта крупные производители видеоаппаратуры, такие фирмы как Hitachi, Matsushita Electric Industrial (Panasonic), Philips, Sony, Thomson (RCA), Toshiba и Silicon Image. Первая спецификация стандарта появилась в 2002 году. Стандарт обеспечивает поддержку видео с высоким разрешением и мультиканальный аудио-сигнал в одном цифровом интерфейсе. При передаче по кабелю HDMI данные видео и звука кодируются методом TMDS. В основу HDMI положены спецификации цифрового интерфейса DVI. HDMI является универсальным интерфейсом, позволяющим передавать несжатый видеосигнал и
256
многоканальный звук высокого качества в цифровом формате по одному кабелю. Каждая версия стандарта использует одни и те же аппаратные спецификации и кабель, но отличается увеличенной пропускной способностью и типами информации, которые можно передавать через HDMI. Например, HDMI 1.0 поддерживает максимальную скорость 4,9 Гбит/с, а HDMI 1.3 - уже 10,2 Гбит/с. HDMI способен работать как с цифровым сигналом обычного качества, так и качества HDTV - с разрешением от 420p до 1080p для цифрового видео. В табл. 1 приведены сравнительные характеристики интерфейса HDMI [1, 2], из анализа которых можно оценить улучшения версии 1.3 по сравнению с 1.2. Табл. 1. Сравнительные характеристики интерфейса HDMI Функция Максимальная пропускная способность Максимальная полоса частот Максимальное разрешение Максимальная глубина цвета Максимальное число цветов Поддержка DTS и Dolby Digital 5.1 Поддержка Dolby TrueHD и DTSHD Максимальная частота сэмплирования звука (2 канала) Максимальная частота сэмплирования звука (от 3 до 8 каналов)
HDMI 1.2
HDMI 1.3
4,95 Гбит/с
10,2 Гбит/с
165 МГц 1920x1080 прогрессивное 24 бита 16,7 млн.
340 МГц 2560x1440 прогрессивное 48 бит 281 трлн.
Да
Да
Нет
Да
192 кГц
768 кГц
96 кГц (4 потока макс.)
192 кГц (8 потоков макс.)
В качестве базы для реализации интерфейса HDMI используется технология TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling). Используется для передачи цифровой информации три канала, передающие потоки аудио/видео и дополнительных данных, с пропускной способностью до 3,4 Гбит/с на канал. Технология HDCP. HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection) - протокол защиты широкополосных цифровых данных представляет один из вариантов системы управления правами доступа к цифровым данным (DRM). HDCP разработан корпорацией Intel для управления доступом к данным аудио и видео, передаваемым по
257
интерфейсам DVI и HDMI. Основной целью HDCP является предотвращение передачи нешифрованных данных аудио и видео высокой четкости. Для этого имеются три системы: − специальный протокол аутентификации, который не позволяет не сертифицированным устройствам получать контент высокой четкости; − шифрование передаваемых по DVI или HDMI данных предотвращает как прямое копирование, так и "подслушивание" данных. Также исключается возможность атаки "третьим лицом". − алгоритм аннулирования ключей в HDCP позволяет сравнительно просто блокировать передачу контента HDTV на устройства нарушивших соглашения производителей. Каждое устройство с поддержкой HDCP имеет уникальный набор ключей: 40 штук по 56 бит. Эти ключи секретны, а любое их разглашение или вскрытие является нарушением лицензионного соглашения. Каждому набору ключей сопоставляется специальный KSV (key-selection vector, вектор выбора ключа). В каждом KSV ровно 20 битов имеют значение 0 и еще 20 битов имеют значение 1. Во время аутентификации обе стороны обмениваются ключами KSV. Затем каждое устройство суммирует свои секретные ключи в соответствии с битами KSV от другого устройства. Если бит KSV равен единице, то соответствующий секретный ключ используется, если нулю, то не используется. И секретные ключи, и KSV составлены таким образом, что в результате этого процесса оба устройства получат одинаковое 56-битное число. Это число далее используется для шифрования. В HDCP шифрование производится поточным шифром. К битам каждого пикселя применяется операция исключающее ИЛИ (XOR) с некоторым 24-битным числом, которое генерируется специальным устройством. В алгоритм заложена смена ключей после каждого кадра. Основой стандарта HDMI является технология передачи сигнала посредством дифференциальных сигналов с уменьшенным числом переходов (TMDS). При этом данные кодируются с целью получения наиболее электрически сбалансированной последовательности бит, что позволяет достигать высоких частот. Для этого уменьшается число переходов сигнала. Передатчик (он же трансмиттер) TMDS кодирует и последовательно передает поток входных данных через канал TMDS (TMDS link) к приемнику (он же ресивер) TMDS. Входной поток содержит и служебные данные (control data, данные управления), и
258
данные изображения (pixel data). На каждом такте передатчик кодирует или данные изображения, или служебные, в зависимости от значения флага передачи данных DE (data enable). Установленный DE показывает необходимость передачи данных изображения. При передаче данных управления (изображения) данные изображения (управления) игнорируются. Приемником TMDS извлекаются из потока данные изображения (управления) только при установленном (снятом) DE. В DVI/HDMI стандарте данные синхронизации передаются совместно с данными о синей составляющей изображения, в то время как информация о зелёной и красной составляющих передаётся отдельно [3]. Передатчик включает в себя три одинаковых блока кодирования. Каждый из них обрабатывает один канал данных. Входной поток для каждого блока кодирования составляет 2 служебных сигнала и 8 бит данных изображения. Блок кодирования формирует 10-битовую последовательность на каждый такт из служебных данных или данных изображения, в зависимости от значения флага DE. Выход блока кодирования - непрерывный поток упорядоченных символов TMDS. При передаче служебных данных используются четыре различных символа TMDS, однозначно определяющие все возможные состояния двух служебных сигналов. Процесс кодирования данных изображения состоит из двух стадий. На первой стадии формируется 9-битовый код с минимизированным числом переходов. Сначала блок кодирования минимизирует в 8битовой последовательности число переходов, а потом добавляет старший бит, в котором указывается тип кодирования. Кодирование осуществляется посредством применения функций XOR или XNOR к текущему биту входа и предыдущему биту выхода. Выбор функции осуществляется с целью минимизации числа переходов. XOR выбирается, если число "1" меньше или число "0" и "1" равно, но младший бит байта - "1", иначе применяется XNOR. Младший бит сохраняется неизменным, что позволяет приемнику восстановить исходную последовательность, просто повторив преобразование. При декодировании младший бит также не изменяется. На второй стадии 10-битовый код, конечный TMDS-символ, формируется с целью уравновешивания общего электрического баланса передаваемого потока. На этой стадии, в случае необходимости, выполняется обращение (инвентирование) последовательности. Десятый бит указывает на наличие обращения. Обращение бит выполняется в случае значительного рассогласования потока данных, т.е. превышения
259
одного значения бит (например, 1) над другим. Таким образом, поток балансируется. Декодирование выполняется обращением 9-битовой последовательности, если установлен 10-й бит. Приемник должен определять границы символов в потоке данных. После определения границ символов на всех каналах данных приемник считается синхронизированным с упорядоченными потоками и может извлекать символы TMDS из каналов данных для декодирования. Поток данных должен содержать повторяющиеся сигналы для синхронизации приемника. Приемник должен синхронизироваться с потоком данных в течение периода передачи служебных сигналов продолжительностью не менее 128 символов TMDS. Во время установления синхронизации или ее отсутствия приемник не должен обновлять выходной поток. Символы, отображающие данные изображения, содержат не более 5 переходов, в то время как символы, отображающие данные управления, содержат 7 или более переходов. Символы с большим числом переходов формируют базис для синхронизации приемника. Блок схема алгоритма декодирования представлена на рис. 1, а блоксхема алгоритма кодирования представлена на рис. 2. D[9:0]
Active Data
TRUE
D[9]==1
TRUE
D[7:0] := ~D[7:0] FALSE
FALSE
D[8]==1
TRUE
FALSE
case (D[0:9]) case 0010101011 C[1:0] = 00; case 1101010100 C[1:0] = 01; case 0010101010 C[1:0] = 10; case 1101010101 C[1:0] = 11; endcase
Q[0]:=D[0]; Q[1]:=D[1] XNOR D[0]; Q[2]:=D[2] XNOR D[1]; Q[3]:=D[3] XNOR D[2]; Q[4]:=D[4] XNOR D[3]; Q[5]:=D[5] XNOR D[4]; Q[6]:=D[6] XNOR D[5]; Q[7]:=D[7] XNOR D[6];
Q[0]:=D[0]; Q[1]:=D[1] XOR D[0]; Q[2]:=D[2] XOR D[1]; Q[3]:=D[3] XOR D[2]; Q[4]:=D[4] XOR D[3]; Q[5]:=D[5] XOR D[4]; Q[6]:=D[6] XOR D[5]; Q[7]:=D[7] XOR D[6];
Рис. 1. Блок-схема декодирования символа TMDS
260
DE, D[0:7], CO, C1, CNT(T-1)
FALSE
(N1{D}>4) OR (N1{D}==4 AND D[0]==0)
TRUE
q_m[0]=D[0]; q_m[1]=q_m[0] XOR D[1]; q_m[2]=q_m[1] XOR D[2]; … … q_m[7]=q_m[6] XOR D[7]; q_m[8]=1;
DE==HIGH
q_m[0]=D[0]; q_m[1]=q_m[0] XNOR D[1]; q_m[2]=q_m[1] XNOR D[2]; … … q_m[7]=q_m[6] XNOR D[7]; q_m[8]=0;
Cnt(t)=0; Case (C1, C0) 00: q_out[0:9] = 0010101011; 01: q_out[0:9] = 1101010100; 10: q_out[0:9] = 0010101010; 11: q_out[0:9] = 1101010101; endcase
FALSE
TRUE
(Cnt(t-1)==0) OR (N1{q_m[0:7]}==N0{q_m[0:7]})
TRUE q_out[9] = ~q_m[8]; q_out[8] = q_m[8]; q_out[0:7] = (q_m[8] ? q_m[0:7]:~q_m[0:7];
FALSE
q_m[8]==0 (Cnt(t-1)>0 AND (N1{q_m[0:7]}>N0{q_m[0:7]}) OR (Cnt(t-1)<0 AND (N0{q_m[0:7]}>N1{q_m[0:7]})
TRUE
Cnt(t)=Cnt(t-1)+(N1{q_m[0:7]} -N0{q_m[0:7]}
q_out[9] = 1; q_out[8] = q_m[8]; q_out[0:7] = q_m[0:7]; Cnt(t)=Cnt(t-1)+2*q_m[8] +(N0{q_m[0:7]}-N1{q_m[0:7]}
FALSE q_out[9] = 0; q_out[8] = q_m[8]; q_out[0:7] = q_m[0:7]; Cnt(t)=Cnt(t-1)-2*(~q_m[8]) +(N1{q_m[0:7]}-N0{q_m[0:7]}
FALSE
TRUE
Cnt(t)=Cnt(t-1)+(N0{q_m[0:7]} -N1{q_m[0:7]}
Рис. 2. Блок-схема кодирования символа TMDS
Входные данные: D - байт данных изображения; С0 и С1 служебные сигналы; DE - флаг данных изображения; cnt - регистр, хранящий показатель рассогласования потока данных. Положительные значения показывают превышение "1", отрицательные - "0". Выражение cnt{t-1} возвращает показатель рассогласования предыдущего набора входных данных. Выражение
261
cnt(t) используется для установки нового значения показателя рассогласования; q_out - выходной символ TMDS; N1{x} – оператор, возвращает число "1" в аргумент x; N0{x} – оператор, возвращает число "0" в аргумент x. На основе данных об интерфейсе для проведения работы была выбрана микросхема HDMI/DVI Transmitters AD9889B фирмы Analog Devices, которая формирует на выходе сигнал TMDS, рис 3. В последствии этот сигнал подается на LCD дисплей, имеющий HDMI интерфейс [4]. Входные данные и управляющие сигналы для AD9889B обеспечивает генератор цветных полос на базе Cyclone II. Структура этого генератора была прописана на языке описания аппаратуры VHDL. SCL
SDA
MCL MDA
INT
I2C SLAVE
Обработчик прерываний
HPD
Ядро HDCP Логика конфигурации регистра
HDCP-EDID микроконтроллер
CLK
I2C MASTER
VSYNC HSYNC
DDCSDA DDCSCL
Видеоданные Преобразователь цветового пространства 4:2:2 в 4:4:4
DE D[23:0]
Tx0-/Tx0+ Маскирование XOR
S/PDIF
Ядро HDMI передатчика
MCLK I2C[3:0]
Tx1-/Tx1+ Tx2-/Tx2+ TxC-/TxC+
Аудиоданные
LRCLK SCLK
AD9889B
Рис. 3. Структурная схема микросхемы AD9889B
В дальнейшем вместо генератора предполагается подключение
262
CMOS – сенсора высокого разрешения для получения видеоизображения высокой четкости. Технические возможности Cyclone II не позволили получить требуемой частоты кадров. При тактовой частоте 50 МГц частота кадров составляет порядка 20 кадров/с. Библиографические ссылки 1. Самарин А. В. Обзор интерфейсов для плоских экранов.
современных
цифровых
дисплейных
2. Материалы сайта www.hdmi.org. 3. Digital Interface For Displays B. мАyers SID 2001-07-04. 4. Материалы сайта www.analog.com.
263
УДК 621.396 В. В. Березин, И. В. Марков СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВИДЕОСИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕВИДЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ Березин В. В. – профессор кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ, д.т. н.; Марков И. В. – аспирант кафедры «Вычислительная техника» ТОГУ Рассмотрены видеосистемы на кристалле производства фирмы Micron и фирмы OmniVision. Произведен сравнительный анализ основных технических характеристик видеосистем. Рассмотрено устройство видеосистем и возможности управления их параметрами.
Появившиеся в результате технологического прорыва и интенсивно развивающиеся видеосистемы на кристалле не только оправдывают надежды ученых-исследователей в части достигаемых возможностей, но и порождают ряд проблем, среди которых – повышение сложности не только самого изделия микроэлектронной техники, не только сложности его изготовления, но и сложности его применения [1]. Поэтому проектировщики вслед освоению микропроцессоров и систем программируемой логики должны освоить методологию проектирования и набор средств для эффективного использования видеосистем на кристалле. Раскроем этот тезис напримере сравнительного анализа видеосистем на кристалле для использования в аппаратуре телевидения высокой четкости. Видеосенсор OV3630, производства фирмы OmniVision, и видеосенсор MT9M011, производства фирмы Micron, представляют собой видеосистемы на кристалле, фоточувствительная область которых выполнена по принципу ″активный пиксель″. Основные технические характеристики обоих датчиков изображения сведены в табл. 1. Видно, что сенсор фирмы Micron превосходит сенсор от OmniVision по всем основным техническим характеристикам (чувствительность, соотношение сигнал-шум, динамический диапазон) и уступает ему лишь в разрешении фоточувствительной области.
264
Табл. 1. Основные технические характеристики видеосистем на кристалле MT9M011 и OV3630 Параметр Оптический формат Размер КМОП матрицы Разрешение Размер пикселя
MT9M011 1/3 – дюйма (5:4) 4,6мм (ш) X 3,7мм (в) 5,9 мм (диагональ) 1280 (ш) X 1024 (в) 3,6 мкм X 3,6 мкм
OV3630 1/3 – дюйма 4,54 мм (ш) X 3,41(в) мм (в) 2048 (ш) X 1536 (в) 2,2 мкм X 2,2 мкм
Цветной фильтр
RGB ячеистой структуры
Тип затвора Максимальный поток данных Тактовая частота Частота кадров
Электронный бегущий 25 MPS
RGB ячеистой структуры -
25 МГц Программируемая до 15 при SXGA (1280 X 1024)
55,2 МГц 15 при QXGA (2078 X 1536)
Программируемая до 60 при VGA (640 X 480) Программируемая до 150 при CIF (352 X 288) 10 бит, встроенный 1,0 В/(лк•с) (550нм)
30 при XGA (1024 X 768) 60 при HF (1024 X 192) 10 бит, встроенный 0,6 В/(лк•с)
>71 дБ
50 дБ
44 дБ 129 мВт (полное разрешение)
42 дБ 155 мВт
от -30°C до +70°C
от -20°C до +70°C
Разрядность АЦП Чувствительность Динамический диапазон Отношение сигнал-шум Потребляемая мощность Рабочая температура
Сенсор OV3630 состоит из следующих функциональных блоков: - фоточувствительная область сенсора (2064x1560 активного элемента); - аналоговый усилитель с блоком управления коэффициентом усиления; - десятиразрядный АЦП; - схема управления балансом; - схема компенсации уровня черного; - блок тактирования и управления; - интерфейс SCCB; - цифровой видео порт; - регистры управления и интерфейс SCCB Функциональная схема видеосистемы на кристалле OV3630 приведена на рис. 1.
265
266
Фоточувствительная область содержит 3 219 840 элемента 3 170 352 из которых эффективны. Остальные защищены от света и используются для калибровки уровня черного и интерполяции. Считывание информации производится с помощью мультиплексора выбора строки и устройства выборки-хранения. Устройство выборки-хранения осуществляет сдвиг информационных пакетов элементов строки в аналоговый усилитель. Аналоговый усилитель производит усиление видеосигнала до уровня необходимого для аналогово-цифрового преобразования. Управление усилением происходит автоматически или же может быть запрограммировано пользователем. Десятиразрядный АЦП производит оцифровку выборок с частотой 28 МГц и полностью синхронизирован с фоточувствительной областью. Необходимая частота преобразования определяется частотой кадров. Канал баланса управляет усилением цифровых сигналов в канале красного и синего в зависимости от уровня в канале зеленого. Схема управления балансом позволяет управлять балансом белого вручную или посредством встроенного контроллера баланса белого. Схема компенсации уровня черного производит компенсацию темнового тока, используя сигнал затемненных элементов фоточувствительной области сенсора. Компенсация может быть отключена пользователем. Цифровой видео порт, выполняет функцию интерфейса видеосенсора и внешнего устройства. Выходной десятиразрядный сигнал содержит видеоданные (RGB), а также сигналы строчной и кадровой синхронизации. Блок тактирования и управления определяют алгоритм и режим работы всего видеосенсора на основании состояния управляющих регистров. В приведена подробная таблица регистров управления и их формат приведена в технической документации [2]. Например, можно уменьшить разрешение изображения на выходе сенсора, увеличив тем самым частоту кадров. Доступны следующие режимы: - QXGA(2056 x 1542) при 15 кадрах в секунду; - XGA (1028 x 774) при 30 кадрах в секунду; - HF (1028 x 192) при 90 кадрах в секунду; Кроме того, сенсор имеет функцию Windowing, которая позволяет производить выделение интересующей области изображения.
267
Уменьшение области сканирования дает возможность увеличить частоту кадров. Видеосенсор MT9M011 имеет аналогичное устройство, что и OV3630, а его укрупненная функциональная схема приведена на рис. 2.
Рис. 2. Функциональная схема видеосистемы MT9M011
Выход видеоданные сенсора представлен в виде десятиразрядной шины, на которую последовательно выводится информация о каждом элементе изображения. Сигналами синхронизации являются: - PIXCLK – синхросигналы каждого элемента строки; - LINE_VALID формируется во время активной части строки; - FRAME_VALID формируется во время активной части кадра.
268
Настройка режима работы сенсора осуществляется установкой регистров управления в определенное состояние. Запись данных в регистры управления производится посредством интерфейса I2C. Назначение регистров управление приведено в табл. 2. Табл. 2. Регистры управления Адрес регистра
0x00/0xFF 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C 0x0D 0x1F 0x20 0x21 0x22 0x23 0x2B 0x2C 0x2D 0x2E 0x2F
Значение по умолчанию
Назначение
Формат регистра
Версия сенсора Начало строки Начало столбца Ширина строки Ширина столбца Гашение по строке B Гашение по кадру B Гашение по строке A Гашение по кадру A Ширина затвора Скорость строки Задержка Задержка затвора Сброс Управление сигналом Frame_Valid Режим чтения B Режим чтения A Область черного Flash Усиление канала Green1 Усиление канала Blue Усиление канала Red Усиление канала Green2 Полное усиление
0001 0100 0010 0010 0000 0ddd dddd dddd 0000 0ddd dddd dddd 0000 0ddd dddd dddd 0000 0ddd dddd dddd 00dd dddd dddd dddd 0ddd dddd dddd dddd 00dd dddd dddd dddd 0ddd dddd dddd dddd dddd dddd dddd dddd ddd0 000d dddd dddd 00dd dddd dddd dddd 00dd dddd dddd dddd d000 00dd 00dd dddd dddd dddd dddd dddd
0x1433 0x000C 0x001E 0x0400 0x0500 0x018C 0x0032 0x00C6 0x0019 0x0432 0x0011 0x0000 0x0000 0x0008 0x0000
dd00 0ddd dddd dddd 0000 0d00 0000 dd00 0000 00dd dddd dddd ??dd dddd dddd dddd 0000 0ddd dddd dddd
0x0200 0x040C 0x0129 0x0608 0x0020
0000 0ddd dddd dddd 0x0020 0000 0ddd dddd dddd 0x0020 0000 0ddd dddd dddd 0x0020 0000 0ddd dddd dddd 0x0020
Примечание: 0 – всегда 0; 1 – всегда 1; d – программируемый; ? – только чтение
269
Все режимы работы и соответствующее им состояние регистров управления подробно представлены в технической документации [3]. Например, видеосенсор MT9M011 как и OV3630 может сканировать только некоторую область фоточувствительной матрицы (функция Windowing). Необходимая область сканирования устанавливается записью в регистры 0x01 (Начало строки), 0x02 (Начало столбца), 0x03 (Ширина строки), 0x04 (Ширина столбца) соответствующих значений, как показано на рис. 3. Также можно менять цветовую температуру получаемого изображения, менять направление сканирования (зеркальное отображение), время выдержки и управлять электронным затвором.
Рис. 3. Реализация функции Windowing в сенсоре MT09P011
Таким образом, важные технико-экономические преимущества КМОП видеосистем на кристалле обуславливают пристальное внимание к ним разработчиков. На примере рассмотренных датчиков предполагается реализация телевизионной камеры высокой четкости с вейвлет-кодированием изображения.
270
Библиографические ссылки 1. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле / В.В. Березин, А.А. Умбиталиев, Ш.С.Фахми, А.К.Цыцулин, Н.Н. Шипилов; Под ред. А.А.Умбиталиева и А.К.Цыцулина. – М.: Радио и связь, 2006. 2. www.micron.com/imaging (preliminary datasheet). 3. advanced information preliminary datasheet (OV3630).
271
УДК 551.508.856 В. В. Бычков, А. С. Пережогин, Б. М. Шевцов, А. В. Шумейко ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗАЦИИ ЛИДАРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Бычков В. В. – с.н.с. Института космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР) ДВО РАН; Пережогин А. С. – мл.н.с. ИКИР ДВО РАН; Шевцов Б. М. – директор ИКИР ДВО РАН, д. ф.-м.н.; Шумейко А. В. – н.с. ИКИР ДВО РАН Программный комплекс предназначен для автоматизации лидарных измерений и обработки данных зондирования атмосферы. Программа счета фотонов разработана для ведения непрерывной серии лидарных измерений в режиме накопления данных с АЦП Hamamatsu M8784. По сигналам обратного рассеяния, получаемым при взаимодействии лазерного импульса с аэрозолем и молекулами воздуха, программа обработки данных позволяет восстановить аэрозольную стратификацию атмосферы. В комплекс включена программа модели атмосферы, которая вычисляет необходимые для обработки сигналов обратного рассеяния высотные распределения давления, температуры, коэффициента оптической толщи и коэффициента молекулярного рассеяния.
Введение В 2007 году в Институте космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН была установлена лидарная станция. Проведение экспериментов на лидаре связано с непрерывной регистрацией сигналов обратного рассеяния. В связи с этим возникла задача разработки программного комплекса, позволяющего вести запись сигналов в непрерывном режиме и выполняющего обработку получаемых данных релеевского рассеяния. Программа счета фотонов Аппаратная часть лидарной станции состоит из лазера Brilliant 2 B, принимающего телескопа, фотоэлектронного умножителя Hamamatsu H8259-01, счетчика фотонов Hamamatsu M8784, установленного в управляющей ЭВМ. Принципиальная схема лидарной станции
272
представлена на рисунке 1. Основные характеристики лидара: длина волны лазера – 532 нм, диаметр луча лазера – 6 см, энергия импульса – 0.4 Дж, длительность импульса - 5 нс, диаметр зеркала телескопа – 60 см, фокусное расстояние принимающего зеркала – 210 см, угол расхождения лазерного луча – 10-5 рад, угол зрения телескопа - 10-4 рад. Счетчик фотонов Hamamatsu M8784 позволяет получить максимальное разрешение по высоте 1500 м. Для реализации режима непрерывного ведения и синхронной записи сигнала была разработана программа сбора данных. По управляющему сигналу генератора, который синхронизован с моментом выстрела лазера, счетчик фотонов начинает работу. После реализации программно установленного числа ворот данные из памяти платы Hamamatsu M8784 выгружаются в программу сбора, которая выполняет сохранение данных в часовые директории. Программа также выполняет измерение фонового и темного шума через 20 мс после основного измерения. Далее программа переходит вновь в режим ожидания синхронизирующего импульса от генератора. Первоначальные данные хранятся в двоичных файлах. Число ворот зондирования и количество выстрелов в одном файле устанавливается программно. По умолчанию было установлено 100 ворот, что соответствует высоте зондирования 150 км. График суммарного числа фотонов от высоты за 15 минутный интервал зондирования представлен на рисунке. 20.01.2008
число фотонов
90000 60000 30000 0
0
20
40
60
80
высота [км]
Рис. 1. График суммарного эхо-сигнала
Программа обработки данных Методика обработки данных лидарного зондирования описана в
273
работе [1]. В методике используется лидарное уравнение в приближении однократного упругого света. Восстанавливаемый параметром для изучения аэрозольной стратификации атмосферы является отношение рассеяния R(h). Отношение рассеяния R(h), характеризующее отношение суммарного рассеяния к молекулярному, определяется формулой:
R( H ) = где
ρa
ρm (H ) + ρa (H ) ρ (H ) = 1+ a , ρm (H ) ρm (H )
ρm
– коэффициент аэрозольного рассеяния,
– коэффициент
молекулярного рассеяния на нейтральных газовых компонентах атмосферы, H – высота. Из лидарного уравнения в приближении однократного рассеяния и отношения рассеяния формула для расчета R(H) имеет вид
(N ( H ) − N )H R( H ) = NFT
CT 2 ( H ) ρ m ( H )
2
.
Значения сигналов N(H) и шума NNFT получаются в результате эксперимента. Учет эффекта «слипания» сигнала N(H) учитывается с помощью выражения N = M exp(− Mτ / n∆T ) , где M - число приходящих фотонов на фотоэлектронный умножитель, N - зарегистрированное число импульсов, n - число измерений, τ изменяемый параметр ширины входного импульса на счетчике фотонов, ∆Т - длительность строба. Измерение уровня шумов NNFT проводится программой счета фотонов после каждого основного выстрела через 20 мс. Нормировочная константа С определяется исходя из минимального значения отношения рассеяния на определенной высоте. В программе высота нормировки задается пользователем. 2 Оптическая толща атмосферы T ( H ) и коэффициент молекулярного рассеяния [2]
ρ m (H ) для длины волны 532 нм вычисляются по формулам ρ m ( H ) = 0.432 ⋅ 10−3
274
P[ ìá ] , Ò[Ê]
⎛ H 4πρ m (h) ⎞ T ( H ) = exp⎜ − 2 ∫ dh ⎟ . ⎝ 0 1.5 ⎠ 2
80
80
70
70
высота [км]
высота [км]
В программе обработки используется модель атмосферы MSIS2000 [3]. Модель атмосферы позволяет учесть географическое положение станции, дату и время суток для нахождения вертикального профиля температуры и давления. По дате зондирования и координатам лидара программа автоматически вычисляет необходимые профили молекулярного рассеяния и оптической толщи. Примеры восстановления аэрозольной стратификации с использованием комплекса программ приведены на рис.2.
60
50
60
50
40
40
30
30 0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0.8
R(H)
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
R(H)
Рис. 2. Профили отношения рассеяния R(H) 20.01.2008
Заключение Разработан программный комплекс автоматизации лидарных измерений. Программа счета фотонов позволяет вести непрерывную запись эхо-сигналов. Методика восстановления сигнала релеевского рассеяния в приближении однократного упругого рассеяния реализована в программе обработки данных. Комплекс программ [4] успешно применяется на лидарной станции Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН. Авторы выражают благодарность за консультации организации наблюдений д.ф.-м.н. ИОА СО РАН Маричеву В. Н.
275
при
Библиографические ссылки 1. Ельников А.В., Креков Г.М., Маричев В.Н. Лидарные наблюдения стратосферного слоя аэрозоля над Западной Сибирью. - Физика атмосферы и океана. 1988, т.24, №8, с.818-823. 2. В.Н. Маричев, А.В. Ельников. О методе лазерного зондирования атмосферного озона на длинах волн 308 и 532нм.// Оптика атмосферы. 1988, Т.1, №5, c. 77-83. 3. Модель MSIS-2000 - http://www.brodo.de/english/pub/nrlmsise. 4. Буздуга Д. C., Никитин С. A., Пережогин А. С. Программный комплекс автоматизации лидарных измерений «LiSA» (Lidar sounding of atmosphere). - М.: ВНТИЦ, 2007. № гос. рег. 50200701666.
276
УДК 330.1 М. Е. Елисеев ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИ ШОРТЛИФА И БЬЮКЕНЕНА В СИСТЕМЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ ОРГАНИЗАЦИИ Елисеев М. Е. – магистрант, направление «Интеллектуальные системы» (КнАГТУ). Показано, что для целей прогнозирования развития бизнеспроцессов организации из используемых математических моделей наиболее подходящей является модель Шортлифа и Бьюкенена. Данное утверждение основывается на результатах проведенного сравнительного анализа моделей прогноза.
Возникновение необходимости прогнозирования экономических процессов непосредственно связанно с масштабами современной экономики, непостоянной структурой рынка, изменениями законодательства, растущими потребностями производства, необходимостью совершенствования систем планирования деятельности организаций, а также накопленным опытом /1/. Прогнозирование - один из решающих элементов эффективного управления организацией вследствие того, что качество принимаемых решений в большой степени определяется качеством прогнозирования их последствий. Поэтому решения, принимаемые на текущий момент, должны опираться на достоверные оценки возможного развития изучаемых явлений и событий в будущем. Использование процессного подхода в управлении организацией и современных информационных технологий делает более доступными для использования модели прогнозирования экономических процессов не только менеджерам высшего звена, но и всеми остальным сотрудникам организации. Теперь, к примеру, объектом прогноза может служить не только значение показателя «Объем продаж» бизнес-процесса «Сбыт товаров», но и значение показателя «Количество заявок на ремонт принтеров» процесса «Сервисное обслуживание компьютерной техники».
277
При построении системы, позволяющей прогнозировать развитие бизнес-процесса (далее просто процесс) организации, необходимо решить ряд вопросов: сравнение и анализ существующих на сегодня методов прогнозирования с целью выявления наиболее подходящих, для решения задачи прогнозирования; разработка методов сбора информации и интерпретации результатов прогнозирования; реализации выбранных моделей и методов в виде общедоступного для всех сотрудников организации программного продукта. Среди методов прогнозирования, активно использующихся сегодня, можно выделить методы экспертных оценок и статистические методы. Наибольшая трудность в использовании статистических методов состоит в том, чтобы непосредственно связать гипотезу (значение какого-либо показателя процесса) и соответствующие им признаки (этапы развития процесса). Пытаться извлечь такие взаимосвязи из данных аудита организации прошлых лет почти невозможно. Кроме того, характер таких взаимосвязей меняется из года в год. Альтернативой таким моделям прогнозирования является метод экспертных оценок, и в частности «Модель Шортлифа и Бьюкенена» /2/. Отличительной особенностью этой модели является возможность использования не исчерпывающих знаний, а реальных знаний, которые менеджер-эксперт имеет относительно историй развития процессов. В случае, когда знания принадлежат эксперту, условные вероятности и их сложные взаимосвязи не обязательно собирать исчерпывающим образом. Вместо этого могут собираться и обрабатываться мнения, которые можно интерпретировать как вероятности. Преимущество системы, позволяющей прогнозировать развитие бизнес-процессов, использующей модель Шортлифа и Бьюкенена перед другими моделями заключается в следующем: возможность использования фундаментальных знаний и закономерностей; возможность использования опытного знания для рассмотрения малых групп экономических объектов, имеющих разные классы проблемных ситуаций, для которых нет достаточного статистического материала; легкость модификации; изменение правил и добавление новых правил не требует
278
анализа сложных взаимосвязей с другими частями системы; облегчается поиск несовместностей и противоречий в базе знаний; могут быть использованы простые механизмы объяснений. Таким образом, модель Шортлифа и Бьюкенена, по нашему мнению, является наиболее подходящим моделью для создания системы прогнозирования развития бизнес-процессов организации. Библиографические ссылки 1. ИТ и прогнозирование экономических процессов / Баутов А. С. // Директор ИС. 2002. 9(42). 2. Романов В.П. Интеллектуальные информационные системы в экономике. Учебное пособие. – М.: Издательство «Экзамен», 2003 г. – 496 с.
279
УДК 574.632, 681.518
М. З. Ермолицкая ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Ермолицкая М. З. – с.н.с. отдела мониторинга экосистем (ИПМТ ДВО РАН), к.б.н. В связи с увеличением объемов информационных потоков в различных областях жизнедеятельности человека возникла необходимость создания прикладных информационных систем. Так, например, геоинформационные системы эффективно используются для решения задач в морской экологии, что позволяет учесть все природные и антропогенные факторы, влияющие на объект исследования.
В последние десятилетия сфера применения информационных технологий и информационных услуг значительно расширилась. Они стали активно использоваться практически во всех отраслях жизнедеятельности человека: в экономике, медицине, науке, образовании и т.д. Это связано с появлением новых разработок в области компьютерных технологий, которые позволяют кодифицировать, систематизировать и передавать большие объемы данных, следить за распространением информации, оптимизировать весь процесс работы. Появляются новые информационные технологии, на их основе реализуются прикладные информационные системы, позволяющие быстро решать поставленные задачи. Современные информационные технологии предназначены для снижения трудоемкости процессов использования все возрастающих информационных ресурсов. По определению информационные технологии — это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи первичных данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). При этом информационная технология является процессом, состоящим из четко
280
регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в компьютерах [1]. Перспективные информационные технологии и разработки в прикладных исследованиях в ближайшие годы будут, безусловно, связаны с ГИС-технологиями, ориентированными на решение задач пользователей, использующих автоматизированную обработку разнообразной информации, включая данные с переносных регистрирующих устройств, автоматизированных буев, а также аэрокосмические изображения, фотоснимки с подводных аппаратов и т.д. Так, в морской экологии широко применяются технологии, связанные с использованием необитаемых подводных аппаратов (НПА), которые значительно расширяют возможности в сборе данных о Мировом океане. Для этого подводные аппараты оснащаются системами датчиков, цифровыми фотокамерами с высоким разрешением, навигационным оборудованием, системами позиционирования и т.п., а для обработки информации создаются специализированные программы. Сочетание данных, получаемых в результате фотосъемки, с точными навигационными данными позволяет судить о состоянии объекта исследования. Для повышения эффективности и продуктивности использования получаемой информации разрабатываются геоинформационные системы. В общем ГИС – это современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов и событий реального мира. Это технология объединяет традиционные операции для работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического анализа, которые предоставляет карта. Все это отличает ГИС от других информационных систем и обеспечивает возможность для применения ее в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий. Геоинформационные системы успешно применяются в морской экологии, как для решения частных экологических задач (например, для оценки подводных ландшафтов, для расчета продукционных возможностей планктонных сообществ, для исследования количественных характеристик взаимосвязи между экологическими параметрами и биотой на характерных полигонах, для экологического мониторинга водной среды в придонных слоях с оценкой
281
гидрохимического состояния воды), так и комплексных региональных проблем. Их используют для сбора и управления данными по охраняемым территориям, таким как морские заповедники, проведения полноценного пространственного мониторинга растительных и животных сообществ, определения влияния антропогенных воздействий. ГИС-технологии позволяют моделировать влияние и распространение загрязнений от точечных и непрерывных источников, результаты которых можно картографировать. С их помощью можно оперативно оценивать последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и сброс различных вредных веществ, а также динамику влияния постоянно действующих загрязнителей на донные экосистемы. ГИС-технологии успешно используются при решении задач марикультуры для поиска районов с оптимальными условиями, необходимыми для существования конкретного вида, и для мониторинга последствий проведенных мероприятий и оценки их эффективности [2]. Создание геоинформационных систем с использованием информации, полученной с помощью подводных аппаратов и регистрирующих устройств, для оценки экологических характеристик экосистем, их состояния и видового разнообразия имеет ряд существенных преимуществ, связанных с экологической безопасностью, большей производительностью и информативностью. Эта технология позволяет вести мониторинг на больших площадях и глубинах без ущерба для гидробионтов и их среды обитания, собирать и анализировать количественную и качественную информацию об экосистеме в реальном масштабе времени, разрабатывать и исследовать математические модели популяций и экосистем и на основе всех этих данных принимать соответствующие решения. Таким образом, объединение опыта научных исследований с последними достижениями в сфере информационных технологий способствует комплексному и более эффективному решению различных задач в области экологических исследований и мониторинга экосистем. Библиографические ссылки 1. Информация.
Информационные технологии. Информационные системы. Сайт http://itstan.ru/. 2. Дулепов В.И., Щербатюк А.Ф. Современные технические средства подводных экологических исследований. Владивосток: Дальнаука, 2008.
282
УДК 55:004.9 А. С. Зинкевич ОПЫТ СОЗДАНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ESRI Зинкевич А. С. – главный специалист лаборатории геоинформационных и компьютерных технологий (СВКНИИ ДВО РАН) Современный уровень развития ГИС и телекоммуникационных технологий позволяет говорить о некоторых решениях недостатков настольных ГИС при организации Корпоративных и Глобальных геоинформационных систем. Значительным шагом в достижении целей организации хранения информации, осуществления распределенного клиентского доступа к данным через публикуемые сервисы в СВКНИИ ДВО РАН стала организация банка геопространственной информации на основе технологии ArcGIS Server 9.2 (ESRI). Приведена характеристика структуры ГИС сервера, его аппаратного и программного обеспечения, предоставляемых возможностей и сервисов для различных клиентских программ. Показан пример организации Корпоративной ГИС «Электронный атлас Дальневосточного Федерального Округа России».
В настоящее время практически все крупные компании внедряют информационные системы, основанные на ГИС-технологиях. И если в управлении и производстве ГИС это средство поддержки принятия решений, то в науке ГИС всегда рассматривались как системы потенциально направленные на получение новых знаний и научных данных. Так, с результатом или без такового практика компиляции настольных тематических геоинформационных систем для решения определенного круга задач имеет место в прикладных и фундаментальных естественнонаучных исследованиях с начала появления ГИС на рынке информационных продуктов. С 1998 года в лаборатории геоинформационных технологий СВКНИИ ДВО РАН было создано несколько разноуровневых
283
тематических геоинформационных систем по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока России. В основном эти ГИС представляют собой компиляции локальных (с точки зрения информатики, ресурсы ограниченного доступа) слоев геопространственных данных для применения специалистами в области геоинформатики и геологии в научно-исследовательских проектах. На их основе в лаборатории был выполнен ряд аналитических проектов [1]. Однако, несмотря ощутимый эффект от применения ГИС в исследовательских целях использование этих технологий учеными весьма ограничено. Одним из главных препятствий широкого применения геопространственных данных в научных исследованиях это малая эффективность организации ГИС при использовании настольных систем локальных геоданных. Опыт применения компиляций настольных ГИС локальных геоданных показал некоторые проблемы их использования. Среди которых можно отметить: ограниченную доступность ГИС для «конечного» пользователя; отсутствие общих подходов к хранению, структурированию и управлению данными; сложность (специфичность) интерфейса программных продуктов ГИС; отсутствие должного картографического оформления тематических слоев и необходимой их документации; содержание технической атрибутивной информации; незащищенность информации передаваемой «конечному» пользователю. Перечисленные ограничения увеличение объемов использования данных, значительное пространственной информации и растущий спрос на доступ к геоданным естественным образом определили необходимость более высокой организации геоинформационных систем. Современный уровень развития ГИС и телекоммуникационных технологий позволяет говорить о некоторых решениях указанных недостатков настольных ГИС при организации Корпоративных и Глобальных геоинформационных систем. Корпоративная ГИС это многопользовательская, многоуровневая, комплексная геоинформационная система, основанная на общем и согласованном создании, доступе, управлении пространственными данными, внутри и между организациями, предназначенная для анализа и визуализации пространственных данных и связанной с ними информации. В случае же Глобальной системы круг ее клиентов может быть расширен до масштаба мира. Ключевым отличием корпоративной ГИС от обычной настольной является возможность работы в многопользовательской среде, с
284
использованием различных форматов данных и даже в различных программных оболочках. Корпоративные ГИС обеспечивают надежность хранения данных, совместимость форматов, возможность хранения больших объемов информации. Не важно, сколько отделов компании работают в ГИС, насколько удалены отделы друг от друга физически, и какое программное обеспечение используют – корпоративная ГИС позволит всем сотрудникам работать с единой системой пространственных баз данных и одновременно редактировать, просматривать, анализировать и получать пространственную информацию. Первый опыт решения проблем «конечного» использования созданных ГИС и организации Web-доступа был предложен нами в Интернет-версии мультидисциплинарного проекта «Электронный атлас Северо-Востока России: геология, полезные ископаемые, биоразнообразие континентальной флоры и фауны». Интернет-версия была реализована на основе ArcIMS (ESRI) с использованием созданных локальных ГИС-проектов [2]. ArcIMS – это серверный программный продукт, обеспечивающий масштабируемое решение для распространения ГИС-служб и данных через Web и позволяет публиковать в Web карты, сопровождаемые базовым ГИСинструментарием, данные и метаданные, обеспечивая к ним одновременный доступ неограниченного числа пользователей. Значительным шагом в достижении целей организации хранения пространственной информации и осуществления распределенного клиентского доступа к данным через публикуемые сервисы стала организация в СВКНИИ ДВО РАН банка геопространственной информации на основе технологии ArcGIS Server 9.2 (ESRI). ArcGIS Server это сервер приложений, содержащий общую коллективно используемую библиотеку программных ГИС- объектов для создания серверных приложений, работающих в корпоративной сети или в Web. Помимо функций публикации данных, реализует функционал настольных ГИС при обращении клиента к серверу. Например, с его помощью конечные пользователи, на компьютерах которых не установлены никакие ГИС приложения, смогут применять средства картографирования, геокодирования, пространственных запросов, редактирования, трассировки и анализа пространственных данных. ArcGIS Server построен на открытых, основанных на стандартах интерфейсах прикладного программирования: для разработки корпоративных приложений используются технологии Java или .NET, а передача данных осуществляется посредством языка XML
285
и протокола SOAP. Инфраструктура ГИС сервера развернута на базе лаборатории ГИС-технологий СВКНИИ с использованием внешних каналов связи Корпоративной сети ДВО РАН. Для организации хранения и управления пространственными данными в РСУБД Microsoft SQL Server 2000 используется серверное программное обеспечение ArcSDE (Spatial Database Engine). ArcSDE – основа построения системы хранения и управления корпоративной многопользовательской базой пространственных данных. Для представления и хранения информации в РСУБД ArcGIS использует объектно-реляционную модель данных, называемую базой геоданных. Эта модель данных позволяет описывать не только геометрию объектов, но и их поведение, правила, взаимосвязи с другими классами объектов и объектами базы геоданных. РСУБД распределяет доступ к данным на уровне SQL. Программно ГИС сервер состоит из двух обособленных частей: менеджера серверных компонентов (Server Object Manager - SOM) и хранилища серверных компонентов (Server Object Container - SOC). SOM осуществляет доступ к сервисам запущенным на сервере и управление ими. SOC содержит ГИС-компоненты служб, размещенных на сервере (рис. 1). Инфраструктура сервера масштабируема и имеет потенциал к росту производительности путем наращивания системных ресурсов или увеличения количества SOC машин и распределения служб приложений между ними. Интегрируясь с Северо-Восточным сегментом Корпоративной сети ДВО РАН (NESC LAN), ГИС сервер обеспечивает клиентский доступ пользователей локальных сетей и сети Интернет к своим сервисам и приложениям, является ядром Корпоративной геоинформационной системы. На текущий момент ArcGIS Server обслуживают два Windows 2003 сервера: Intel Pentium 4 CPU 2×3,20 ГГц, 2 Гб ОЗУ и Intel Xeon CPU 2×2.4 ГГц, 3 Гб ОЗУ. На ГИС сервере реализованы следующие сервисы и возможности: - Map Service - осуществляет доступ клиентских программ и Web приложений к пространственным данным, обрабатывая запросы клиентов, динамически формирует изображения в виде послойных карт; либо составляет изображение из заранее кэшированных в виде растров слоев, чем значительно ускоряет процесс отображения на стороне клиента. Картографические сервисы создаются путем публикации проектов ArcMap (ArcGIS Desktop) на ГИС сервере.
286
Рис. 1. Структура Корпоративной ГИС на основе ArcGIS Server (ESRI)
Средствами картографического сервиса осуществляется визуализация обслуживаемой ГИС сервером Корпоративной ГИС «Электронный атлас Дальневосточного Федерального Округа России» (рис 2). Этот проект является более масштабным продолжением начатого в 2005 году «Электронного атласа Северо-Востока России» и территориально включает своего предшественника. Также наследуя основную идею мультидисциплинарности, карта атласа совмещает в едином географическом пространстве на топографической основе масштаба 1:1000000 более 30 тематических слоев по геологии, полезным ископаемым и биоразнообразию. Конечно, территория проекта велика и покрыта данными не полностью, но проект предполагает развитие и структура Корпоративной ГИС на основе ArcGIS Server располагает к оперативному наполнению новыми
287
пространственными опубликованные.
данными
и
внесению
изменений
в
уже
Рис. 2. Картографическое Web приложение «Электронный атлас Дальневосточного Федерального Округа России»
На сегодняшний день в проекте участвуют два института ДВО РАН: Северо-Восточный Комплексный НИИ и Институт биологических проблем Севера. Биологическая тематика проекта в значительной части получила развитие в 2007 году за счет поддержки Гранта ДВО-РФФИ № 06-04-96049 «Геоинформационная система (ГИС) по биоразнообразию континентальной флоры и фауны Дальнего Востока России» (руководитель д.б.н. Полежаев А.Н., ИБПС ДВО РАН). - WMS – картографический сервис соответствующий стандарту Web Mapping Service разработанному OGC (Open Geospatial Consortium). На основе использования общепринятого стандарта WMS ГИС сервер интегрируется со сторонними Интернет ГИС-порталами, построенными на других технологических платформах. - GeoData Access – позволяет «конечному» пользователю выполнять репликацию в многопользовательской базе данных и извлекать данные с сервера. Используя функции РСУБД Microsoft SQL Server 2000, сервис обеспечивает работу в среде распределенных баз
288
данных и обеспечивает редактирование геометрии и семантики геоданных через Web. - Geoprocessing Service – обеспечивает доступ к инструментам обработки геоданных. Применяя ГИС анализ пространственных данных в настольных системах, исследователи используют методы геостатистики и геообработки (geoprocessing). Данный вид сервиса позволяет опубликовать в виде моделей геообработки методы и целые технологические цепочки, которые исследователь использовал для получения результатов ГИС анализа. Сервер, отвечая на запрос клиента, обработает данные согласно построенной и опубликованной модели. Например, в проекте Электронного атласа на основе моделей геообработки построены фильтры отображения данных и задачи пространственного наложения (рис. 3).
Рис. 3. Модель геообработки, реализующая выбор объектов по местоположению
- Metadata Service – сервис предоставляется ArcIMS и публикует метаданные. При организации банка пространственной информации критически важна систематическая ее документация. Сервис метаданных один из важнейших сервисов ресурса, обеспечивающих простоту поиска необходимых пространственных данных и публичный доступ к их документации в формате XML по стандартам FGDC (Federal Geographic Data Committee's) и ISO. Для доступа к каталогам метаданных могут использоваться ArcGIS Desktop клиенты или Web приложение Metadata Explorer. Клиентами ГИС сервера могут быть пользователи Web-браузеров, пользователи бесплатных ГИС-вьюверов - ArcReader и ArcGIS Explorer, Arc Explorer, пользователи настольных ГИС ArcGIS Desktop (ArcMap, ArcCatalog), а также WMS вьюверы сторонних разработчиков. Мультиклиентский доступ к пространственным базам данных, представление научных геоданных в наиболее удобном для восприятия
289
виде, обмен процессами геообработки, публикация которых дает в распоряжение клиента мощные средства анализа ArcGIS Desktop, все это делает Корпоративную ГИС, построенную на базе ArcGIS Server высокотехнологичным научным порталом геопространственных данных. Наконец, внедрение ArcGIS Server в качестве платформы для Корпоративных ГИС призвано упорядочить и централизовать развитие инфраструктуры пространственных данных, а также существенно сократить расходы на поддержку Desktop клиентов. Библиографические ссылки 1. Ворошин С.В., Зинкевич А.С., Тюкова Е.Э. Региональные геоинформационные системы для геологических исследований: опыт создания и анализа // Тихоокеан. геол. – 2006. – № 5. – С. 22–38. 2. Электронный атлас Северо-Востока России: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://atlas.magis.ru.
290
УДК 621.436:656.6.001.24 В. Е. Казеннов, С. З. Савин, Н. Э. Косых, Н. Э. Посвалюк
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ И ДИСТАНЦИОННОГО МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ Казеннов В. Е. – директор Дальневосточного центра телемедицины, канд.мед.н., доцент ДВГМУ; Савин С. З. – зав. лабораторией медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), к.т.н.; Косых Н. Э. – гл.н.с. лаборатории медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), д-р мед. наук, профессор ДВГМУ; Посвалюк Н. Э. – ст.н.с. лаборатории медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), канд. мед. наук, доцент ДВГМУ Разработана идеология биоинформационных систем для решения задач региональной телемедицины и дистанционного образования. Концепция БИС основана на принципах теоретико-игрового моделирования и систем виртуальной реальности. Обсуждаются пути и способы создания биоинформационных систем в сочетании с методологией виртуального информационного моделирования на примере ранней диагностики и профилактике социально значимых заболеваний с использованием информационной среды Rbnet. Изложены принципы и перспективы создания единой региональной сети телемедицины, дистанционного обучения и переподготовки врчаей общей практики Дальневосточного федерального округа.
Социально значимые заболевания (СЗЗ) сопряжены с различными жизненными ограничениями, включая инвалидность, являясь одной из основных причин смертности населения Дальнего Востока России, приводя к значительной утрате трудового и жизненного потенциала общества. Увеличение заболеваемости СЗЗ, несмотря на использование новейших достижений для установления правильного диагноза и стадии патологического процесса, показатели запущенности на протяжении последних десяти лет не имеет тенденции к снижению. Население Дальневосточного федерального округа вследствие удаленности от центральной части РФ и беспомощности местных органов здравоохранения испытывает дополнительную нагрузку от проводимых в стране 291
преобразований. Растет число сердечно-сосудистых заболеваний, психосоматических расстройств, случаев суицида, наркомании и алкоголизма, особенно среди молодого трудоспособного поколения. В связи с этим нами рассмотрены различные варианты технологических и организационно-финансовых решений сопровождения задач оперативной диагностики, диспансеризации, медицинского образования и мониторинга здоровья населения в режиме удаленного доступа. Исследования выполнены при поддержке РФФИ, грант № 07-07-12049 «Методы математической морфологии в задачах телеонкологии»; РГНФ, грант № 06-06-00410а «Информационное моделирование динамики распространения социально значимых заболеваний» и Фонда содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере, № 05-7Н1-0029 «Разработка систем виртуальной реальности для задач телемедицины» (проект № 6171). До сих пор даже в среде медицинских специалистов, и тем более среди рядовых пациентов, бытует мнение, что телемедицина – это способ дистанционного лечения больных с помощью сети телевизионного вещания (по типу сеансов Кашпировского, Чумака, Лонго и пр.). На самом деле телемедицина - комплекс ультрасовременных программнотехнических средств и телекоммуникационных технологий для обеспечения медицинской информацией и медицинским обслуживанием пользователей, которые находятся на расстоянии от медицинского персонала. Изображения и данные передаются таким образом, что пациенту и врачу нет необходимости быть в одном и том же месте в одно и то же время. Объектом телемедицинской консультации может являться клинический случай конкретного пациента либо отдельные данные клинического обследования. Широко практикуется консультирование данных рентгенологического обследования. Эти интегрированные системы оказания медицинской помощи с использованием телекоммуникаций и компьютерной технологии и этот наиболее известный и распространенный телемедицинский сервис используется, как правило, для связи пациента или консультирующего его специалиста с ведущими клиниками в России или за рубежом. Наш проект предполагает объединить преимущества телемедицинских услуг и системы врачей общей практики (семейной медицины), таким образом, сместив центр тяжести проблемы распространения СЗЗ в сторону профилактики и ранней диагностики заболеваний. В этом случае телемедицина – это не только Интернет и электронная почта, но и все прочие доступные рядовому жителю региона средства коммуникаций. Именно триединство средств современной фото- и видеотехники, компьютерных технологий по ранней диагностики и телекоммуникаций дает возможность семейным врачам не только фиксировать в электронном виде ос292
новные результаты мониторинга состояния и проведенного оперативного лечения пациента, но и обмениваться полученными данными для уточнения своевременного диагноза, тактики дальнейшего лечения, перспектив госпитализации и пр. Появится возможность более объективно оценивать как эффективность профилактической работы, так и отдаленные результаты лечения. Создание телемедицинских сетей и системы общей врачебной практики является составным и все более необходимым элементом информатизации здравоохранения и приближения ее к нуждам пациентов, а не лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). Технологии )электронной) е-медицины необходимо внедрять не только во вновь создаваемые или уже эксплуатирующиеся клинические и госпитальные автоматизированные информационные системы, но и пользовательские сети широкого назначения. Реализация подобных инициатив в области семейной телемедицины способна кардинально повысить качество услуг, предоставляемых здравоохранением всем гражданам, а не только больным с запущенными формами СЗЗ. Но при этом важно осознавать, что новый уровень услуг будет достигнут лишь тогда, когда государственные структуры осуществят трансформирование и совершенствование своих операций и процессов путем интеграции ведомственных информационных систем, включая системы электронного управления документами, финансовыми потоками бюджетной и страховой медицины и многие другие системы. Организация такого межведомственного взаимодействия требует построения специальной интеграционной инфраструктуры здравоохранение и переподготовки медицинского персонала. По сути дела, та же инфраструктура необходима и для предоставления интегрированных услуг через центральные медицинские порталы или порталы региональных и местных органов здравоохранения. Таким образом, е- медицина – это трансформирование внутренних и внешних отношений государственных и иных организаций на основе использования возможностей Интернета, информационных и телекоммуникационных технологий с целью оптимизации предоставляемых медицинских услуг, повышения уровня участия общества в вопросах управления и совершенствования внутренних процессов в области здравоохранения. Ориентированные на пациента порталы являются ключом к преодолению одного из серьезнейших препятствий на пути создания электронной медицины – недостаточного взаимодействия между государственными органами, фондами (ФОМС, Соцстрах и др.), страховыми компаниями и частным медицинским бизнесом. Относительно дешевые бюджетные и правительственные (в рамках национальных программ) порталы требуют интеграции государственно инфраструктуры, систем, процессов и услуг и должны фокусироваться на 293
потребностях пользователей. Успешная реализация проекта реорганизации всей системы здравоохранения, который должен разрабатываться совместными усилиями специалистов е-технологий, врачей, организаторов здравоохранения и социальной защиты, окажет огромное влияние на все будущие проекты и партнеров, которые создают перспективные решения для государственных и частных медицинских организаций. Использовать информационные технологии для того, чтобы сделать медицинские службы более эффективными, доступными и быстро реагирующими на нужды граждан – такую стратегическую цель и ставит перед собой проект «Семейная электронная медицина Дальневосточного федерального округа» (СЭМ ДФО). Выполнение проекта станет основой создания электронной и организационной инфраструктур семейной телемедицины, направленных на широкое освоение и эффективное использование новых информационных технологий во всем регионе. Реализация данного проекта предусматривает создание следующих основных элементов: единого и централизованного хранилища, представляющего собой не только базу данных с электронными историями болезни, но и региональную мегабазу - всеобщий «электронный словарь», которым могут многократно пользоваться все желающие; виртуальных рабочих областей, где частные и государственные организации смогут вести постоянную совместную работу по созданию и расширению «электронного словаря» в онлайновом режиме; места для публикаций расширений «электронного словаря». Также можно осуществлять стандартизацию этих ресурсов с целью облегчения их использования и обеспечения тесной интеграции государственных и частных организаций; организации централизованного уведомления обо всех изменениях в стандартизированных схемах, чтобы все пользователи были заранее поставлены в известность о готовящихся модификациях. Региональная телемедицинская сеть СЭМ ДФО предназначена не только для решения задач профилактики СЗЗ, диагностирования, лечения и реабилитации больных, но также для распространения знаний и опыта среди медицинского персонала различного уровня. Таким образом, СЭМ ДФО является основой для построения единого информационного пространства, объединяющего все элементы системы регионального здравоохранения, сотрудников ВУЗов, научных организаций, в интересах всего населения региона. Основные задачи, решаемые СЭМ ДФО: оказание помощи семейным врачам, работающим в удаленных стационарных или временно развернутых медицинских пунктах при диагностике и лечении больных; облегчение распространения управленческих и методических документов в структуре здравоохранения ДФО; передача знаний и опыта специалистов ведущих лечебных и учебных центров врачам294
практикам, в том числе посредством организации сеансов видеотелеконференцсвязи, обучающих тренингов и развивающих семинаров, проведение удаленных квалификационных экзаменов и сертификаций; ранняя диагностика, телеконсультации с ведущими медицинскими центрами и клиническое и фармацевтическое сопровождение больных из всего региона, а также трансграничных территорий; развитие проекта е-медицины для консультирования пользователей сети ведущими специалистами региона, РФ и АТР, в т.ч. при решении вопросов госпитализации и целевого выделения средств на лечение. При этом СЭМ ДФО объединяет все типы учреждений регионального здравоохранения системы семейной медицины, а также центральные, региональные, краевые, областные и районные клиники и больницы, медицинские академии и институты, архивы и библиотеки и другие лечебно-профилактические учреждения. СЭМ ДФО должна соответствовать требованиям к системам подобного типа: обеспечивать постоянный доступ ко всем видам сервиса; эффективно защищать всю информацию и обеспечивать идентификацию пользователей; обеспечивать возможность необходимого географического и функционального расширения; предоставлять необходимый и достаточный набор функций для решения задач диагностики, лечения и реабилитации больных, обучения и повышения квалификации медицинских работников, а также сбора и распространения управленческой информации; объединять объекты регионального здравоохранения в единое информационное телемедицинское пространство региона; базироваться на информационной инфраструктуре на основе автоматизированных информационных систем (АИС) в лечебных учреждениях, объединяемых в СЭМ ДФО. Последнее требование актуально в том смысле, что трудоемкость подготовки и сложность проведения телемедицинских консультаций существенно снижаются, если АИС используется в лечебнодиагностическом процессе, так как в этом случае большая часть информации становится доступна для консультанта в реальном времени. Более того, электронная история болезни (с отдельным кодом допуска к паспортной части) оказывается доступной во всех лечебнопрофилактических учреждениях региона, что снижает затраты из-за исключения необходимости проведения повторных затратных исследований. В составе сети можно выделить четыре типа элементов, взаимодействие которых и образует телемедицинскую сеть: каналообразующая среда как набор аппаратных, программных средств, носителей информации и технологических решений (протоколы и стандарты), обеспечивающих передачу разнородной информации в территориально распределенной среде; консультационный центр - медицинское учреждение, имеющее в штате высококвалифицированных врачей по семей295
ной медицине, узких специалистов по различным направлениям медицины и соответствующее оборудование для проведения дистанционных консультаций, консилиумов и лечебно-диагностических процедур, а также организации обучения (проведение семинаров, лекций) врачей на удаленных станциях СЭМ ДФО; диспетчерский пункт - выделенная или функционирующая в составе других элементов сети структура, выполняющая функции фильтрации запросов на консультирование, планирования и обеспечения консультаций, организации консилиумов, а также сбора и распространения информации о возможностях консультационных центров; также содержит службу администрирования, выполняющую функции сопровождения сетевой структуры; удаленные пункты - особым образом оборудованное медицинское учреждение, персонал которого непосредственно взаимодействует с пациентами и выполняет комплекс лечебных, диагностических, профилактических и реабилитационных процедур. При необходимости в структуре СЭМ ДФО формируются временные ячейки - например, комплекс удаленных медицинских подразделений в местах боевых действий или техногенных катастроф. Такие станции разворачиваются и подключаются к ТМС с целью привлечения групп опытных специалистов ведущих центров к решению оперативных проблем, возникающих в таких местах. Получение консультаций возможно круглосуточно за счет разницы во времени в различных часовых поясах. Еще одним необходимым элементом сети телемедицины являются службы мобильной телемедицинской помощи, для которой удаленные станции разворачиваются на базе специально оборудованных транспортных средств - автомобилях, средствах авиа, водного и железнодорожного транспорта. Стандарты идентификации определяют требования к уникальным идентификаторам пациентов, организаций, страховых программ и медицинских работников, а также требования к идентификации объектов, регламентируемых другими стандартами медицинской информатики (например, к идентификации медицинских классификаторов). Семантическая сеть СЭМ ДФО классифицирует каждую концепцию (например, «Заболевание», «Синдром», «Вирус» и пр.), описывает возможные связи между концепциями (например, «Вирус» вызывает «Заболевание» или «Синдром», отношения обобщения, детализации и др.). Используется на первом этапе создания СЭМ ДФО номенклатура SNOMED International: топография – детальные термины анатомии человека и животных; морфология – структурные особенности организма. Охватывает раздел морфологии МКО от 1990 г.; функции – физиологические и патофизиологические функции; живые системы – расширенная классификация представителей животного и растительного мира; субстанции – химические, лекар296
ственные и биологические продукты, включая нанотехнологические; физические воздействия, ассоциируемые с заболеваниями и травмами; профессии - официальный перечень профессий Международного бюро труда; социальная среда - перечень социальных условий и отношений; заболевания и диагнозы - охватывает коды МКБ-10-КМ; процедуры административные, терапевтические превентивные и диагностические; модификаторы - вспомогательные и служебных слова и словосочетания, используемых для связи или модификации других терминов и т.п. Процессы обработки цифровых медицинских изображений в СЭМ ДФО: получение – сбор и хранение исходных данных, предварительная обработка, постобработка; передача – обеспечение доступа пользователей к полученному изображению; воспроизведение – визуализация специфичных свойств изображения; управление – архивирование, обеспечение безопасности и доступности изображения. Проблемы передачи медицинских документов и изображений: производительность каналов связи, надежность каналов связи, качество съема изображений, качество воспроизведения изображений, качество формы и содержания документов. Основные предметные области стандартизации медицинской информатики: обмен данными (коммуникация); структура и состав данных; медицинская терминология; идентификация4 целостность и безопасность данных. При любой телемедицинской консультации вся информация передается в электронной форме и, следовательно, современные стандарты ведения и передачи электронной истории болезни должны обязательно учитываться при реализации этого процесса. Основные принципиальные проблемы ведения электронной истории болезни: стандартизация клинической терминологии; обеспечение целостности и безопасности; непосредственный ввод врачами; интеграция с другими информационными ресурсами здравоохранения и социальной защиты. Использование средств криптографии в телемедицине неизбежно, так как из-за специфики предмета возникает потребность в подтверждении достоверности консультации и идентификации личности как пользователя (пациента), так и консультанта. Итак, в условиях Дальневосточного региона телемедицинские технологии дают социальную и экономическую выгоду как для пациента, так и для врача: становится широкодоступной высококвалифицированная специализированная медицинская помощь, прежде всего в экстренных ситуациях; расширяется гарантированный объем медицинской помощи в соответствии с действующими медицинскими стандартами, программами обязательного и добровольного медицинского страхования; медицинскому персоналу сети клиник семейной медицины предоставляется возможность повышения квалификации без отрыва от места трудовой деятельности с ведущими специалистами РФ и всего мира. 297
УДК 004.42:534 А. И. Кондратьев, А. А. Король ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Кондратьев А. И. – проф. каф. «Прикладная математика» ДВГУПС, д.т.н., профессор; Король А. А. – аспирант каф. «Прикладная математика» ДВГУПС
При разработке программного обеспечения (ПО) установки для комплексного измерения акустических величин было уделено особое внимание «лицензионной чистоте» всех использованных аппаратных и программных средств. Помимо этого, архитектура ПО определяется также необходимой точностью измерения и аппаратной составляющей установки – используемым осциллографом, генератором сигналов и т.д..
Установка для комплексного измерения акустических величин твердых сред разрабатывается для измерения таких акустических величин, как скорость распространения продольных и сдвиговых ультразвуковых волн, и коэффициента затухания продольных волн. Блоксхема установки, ее детальное описание и принципы работы рассмотрены в работах [1], [2]. Для регистрации импульсов в работе [2] используется осциллограф типа С1-70. По полученной осциллограмме производятся измерения, благодаря которым, в конечном счете, определяются акустические величины. Для повышения точности и автоматизации вычислений необходима оцифровка осциллограмм с целью их последующей обработки на ЭВМ. Наиболее приемлемым способом «перевода» осциллограммы в цифровую форму является использование цифрового осциллографа. Рассмотрим возможность использования цифрового осциллографа для регистрации получаемых с принимающего преобразователя импульсов на примере осциллографа Lecroy WaveSurfer 422. Данный осциллограф представляет собой комплексное устройство, состоящее из цифровой и аналоговой частей. Аналоговая часть осциллографа предназначена для непосредственной регистрации сигналов с 298
обеспечением требуемых физических параметров. Осциллограф имеет два входных канала, полоса пропускания составляет 200 МГц. Цифровая часть рассматриваемого осциллографа построена на основе процессора Intel Celeron 825MHz, в системе установлено 256 Мб ОЗУ, из которых 6 Мб задействовано видеоадаптером под видеопамять. Прибор оборудован тремя портами USB 2.0, сетевой картой Ethernet 100Mb/s, портами RS232, PS/2 (для клавиатуры и мыши), внешним SVGA выходом. Задачами цифровой части прибора являются: − обеспечение управления аналоговой частью; − оцифровка сигнала; − различного рода обработка оцифрованного сигнала; − передача сигнала для последующей обработки; − обеспечение пользовательского интерфейса. Программное обеспечение (ПО) осциллографа включает в себя: − операционную систему Microsoft Windows XP Embedded (Service Pack 2); − специализированное программное обеспечение LeCroy X-Stream DSO; − программное обеспечение LeCroy X-Stream Browser, позволяющее удаленно контролировать прибор. Программное обеспечение LeCroy X-Stream DSO реализует все возможности цифрового осциллографа, в том числе предоставляет возможность цифровой обработки сигнала. Однако для выполнения требуемых измерений и вычислений его возможностей недостаточно, поэтому необходимо создание собственного программного обеспечения для установки. В первую очередь необходимо рассмотреть требования к создаваемому программному обеспечению. В процессе исследовательской работы были сформулированы следующие требования: − высокая скорость обработки поступающих данных; − максимально возможная степень автоматизации процесса измерения акустических величин; − возможность ведения статистики измерений для последующего анализа; − использование только «лицензионно чистого» программного обеспечения. Рассмотрим подробно данные требования и их влияние на архитектуру создаваемого ПО. 1. Высокая скорость обработки поступающих данных. Данное требование накладывает жесткие ограничения на время, необходимое 299
для получения результатов измерений. В процессе реализации данного требования было обнаружено несколько проблем, связанных с ограничениями применяемого цифрового осциллографа. Существует два способа реализации ПО установки: использование цифровой части осциллографа и использование внешней вычислительной системы, связанной с осциллографом для получения данных. При использовании цифровой части осциллографа в качестве платформы для работы ПО установки возникают следующие проблемы: - Крайне низкая скорость отображения осциллограммы на экране прибора, обусловленная очень малым шагом дискретизации. Проблема особенно ярко выражена при выставленной частоте временной развертки порядка 0,5 с на деление и более. При таких значениях развертки вывод осциллограммы на экран занимает от 30 секунд до 2-х минут, что является неприемлемым с точки зрения производительности. Источником данной проблемы является низкопроизводительная графическая подсистема осциллографа, построенная на интегрированном видеоадаптере VIA/SIS, не позволяющем использовать какие-либо средства для ускорения вывода. Так, несмотря на использование встроенным ПО осциллографа библиотек DirectX, не удается достичь приемлемой производительности. - Низкая производительность центрального процессора и памяти цифрового осциллографа. Данная проблема обусловлена использованием процессора Intel Celeron с низкой тактовой частотой и малым объемом кэша, а так же с использованием сравнительно медленной оперативной памяти DDR-1. К тому же объема памяти (256 Мб минус 6 Мб на видеопамять) явно недостаточно как для проведения необходимых математических расчетов, так и для обеспечения производительности системы в целом. - Жесткие условия лицензионного соглашения по Microsoft Windows XP Embedded. Лицензионное соглашение накладывает серьезные ограничения на ПО, которое может быть запущено на цифровой части осциллографа. Так, некоторая функциональность ПО, выходящая за рамки математических расчетов, не удовлетворяет условиям соглашения. Данные проблемы могут быть полностью решены лишь с использованием для создаваемого ПО дополнительной вычислительной системы. Проблема низкой производительности видеоподсистемы решается блокированием отображения сигнала на стороне осциллографа и передачей данной функциональности на внешнюю, более производительную вычислительную систему. Однако для обеспечения высокой производительности также требуется применение определенных приемов в самом разрабатываемом 300
ПО. Например, использование специальных быстрых менеджеров памяти может значительно увеличить скорость запуска приложения и несколько ускорить определенные типы вычислений, а правильный выбор используемых численных методов обеспечит не только ускорение, но и повышение точности. Дополнительные исследования по данным вопросам будут производиться в дальнейшем. 2. Максимально возможная степень автоматизации процесса измерения акустических величин. Данное требование предполагает, что созданный программный комплекс должен обеспечивать автоматическое получение оцифрованных сигналов с осциллографа и их обработку. При этом следует учитывать специфику используемых методов акустических измерений (см. [1]), накладывающих определенные ограничения на возможности автоматизации. Исходя из этого, программный комплекс должен обеспечивать возможность контроля и корректировки процесса измерений со стороны оператора, а так же возможность работы установки в ручном режиме. 3. Возможность ведения статистики измерений для последующего анализа. Данное требование подразумевает ведение базы данных проведенных измерений с полным сохранением всей информации, полученной в процессе. Данное свойство ПО позволяет проводить дополнительные исследования. 4. Использование только «лицензионно-чистого» программного обеспечения. В последнее время в стране и мире особое внимание уделяется обеспечению лицензионной чистоты используемого ПО, поэтому данное требование является особенно актуальным. Для реализации данного требования были детально изучены лицензионные соглашения фирм Microsoft (по Windows Embedded) и Lecroy (по осциллографу). Создаваемое ПО проектируется таким образом, чтобы полностью удовлетворять всем ограничениям. Рассматриваемое требование оказывает решающую роль в выборе: - операционной системы и платформы для работы ПО; - языка программирования; - используемых инструментальных средств разработки и компиляторов; - используемых библиотек. При выборе операционной системы важную роль также играет необходимость установления связи с цифровым осциллографом. Удаленное управление и автоматизация работы цифрового осциллографа производится посредством использования технологии DCOM (Distributed Component Object Model). Данная возможность изначально заложена в ПО осциллографа, и позволяет контролировать прибор и получать с него данные в реальном времени через любую компьютерную сеть, 301
поддерживающую стек протоколов TCP/IP. Так же присутствует возможность удаленного управления прибором на основе протокола IEEE 488.2 ([3]). Среди преимуществ технологии DCOM (в сравнении с IEEE 488.2) следует отметить значительно более широкий спектр решаемых задач по автоматизации, а так же простоту в реализации клиентской части. Однако в полной мере возможности DCOM могут быть задействованы лишь при работе ПО на базе коммерческой операционной системы Microsoft Windows (см., например, [4]). Обмен данными с осциллографом по протоколу IEEE 488.2 имеет значительно более скромные возможности (и некоторые затруднения при использовании), однако он может быть реализован практически на любой операционной системе. В частности, могут быть использованы бесплатные UNIX-подобные лицензионно-свободные ОС на базе Linux. Основным преимуществом данного подхода является факт построения системы на принципах свободно распространяемого программного обеспечения, что, в частности, позволяет несколько снизить материальные затраты, связанные с покупкой лицензий. Следует отметить, что существует ряд решений (например, в [5] говорится о системе EntireX компании Software AG), позволяющих использовать технологию DCOM на операционных системах семейства Linux. Однако, исходя из многочисленных обращений в интернет - форумах, можно сделать вывод о наличии проблем совместимости данных разработок с некоторым ПО для ОС Windows. Более того, некоторые из средств, обеспечивающих работу DCOM в Linux, позиционируются как средства интеграции информации для электронного бизнеса и являются платными. Таким образом, существует проблема выбора между DCOM и IEEE 488.2. Окончательное решение будет принято после дополнительной оценки сложности реализации IEEE 488.2 на операционной системе Linux. В качестве языка программирования для создания ПО был выбран язык С++. Данный выбор обусловлен следующими преимуществами данного языка ([6]): - наличие множества реализаций компиляторов, в том числе свободно распространяемых; - совместимость на уровне исходных текстов программ между различными операционными системами; - возможность программирования на достаточно низком уровне для управления аппаратной составляющей системы; - возможность использования преимуществ высокоуровневого программирования, например, ООП (объектно-ориентированного про302
граммирования); - наличие большого числа свободно распространяемых библиотек по работе с компьютерными сетями, специальными математическими функциями и т.п. Особенно важным результатом выбора языка С++ стала возможность написания библиотек и подпрограмм, не зависящих от окончательного выбора операционной системы на ранних этапах работы по созданию ПО. В процессе дальнейшей работы над ПО установки для комплексного измерения акустических величин твердых сред будут проведены дополнительные исследования используемых в численных методах алгоритмов, технологий связи с цифровым осциллографом. Так же требуется исследовать влияние различных менеджеров памяти на скорость получения данных и производимых вычислений. Полученный программный продукт будет полностью соответствовать лицензионным соглашениям по всем использованным в установке программным и аппаратным средствам. Данное утверждение является основополагающим при разработке ПО. Библиографические ссылки 1. Кондратьев А.И. Прецизионные методы и средства измерения акустических величин твердых сред. Ч. 1. Методы возбуждения и приема ультразвуковых колебаний: моногр. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. – 152 с.: ил. 2. Кондратьев А.И. Прецизионные методы и средства измерения акустических величин твердых сред. Ч. 2. Метрологические характеристики средств измерения и их практическое применение: моногр. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. – 156 с.: ил. 3. IEEE Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands for Use With IEEE Std 488.1-1987, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation – New York, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1992. 4. Фрэнк Хэйес. Distributed Component Object Model. – перев. с англ. // COMPUTERWORLD РОССИЯ, М.: 1999 (№ 24). 5. Бобровский С. EntireX - технология ближайшего будущего. – PCWeek.ru [Электронный ресурс] – М., 1998. – Режим доступа: http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=46806 6. Б. Страуструп. Язык Программирования С++. Специальное издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2004. – 1104 с.: ил.
303
УДК 621.9.048 Ю. И. Мулин, В. Д. Власенко РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭИЛ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЭВМ Мулин Ю. И. − проф. кафедры «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» (ТОГУ), к.т.н., профессор; Власенко В. Д. − учёный секретарь Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук, к.ф.-м.н., доцент Метод электроискрового легирования (ЭИЛ) является одним из технологических процессов, использование которого для повышения долговечности срока службы деталей машин не обеспечивается в полной мере. Это обусловлено затруднениями выбора режимов обработки используемых электродных материалов. Отсутствуют также основные критерии управления процессом в решении теоретических и практических задач. Для решения этих проблем в работе разработаны методики определения технологических параметров процесса ЭИЛ, разработан алгоритм и создана программа для ПЭВМ, которая рассчитывает параметры процесса ЭИЛ, толщину покрытия и время легирования.
Введение Метод ЭИЛ является высокоэффективным технологическим процессом для повышения срока службы быстроизнашивающихся деталей машин и режущего инструмента. Отсутствие математической модели процесса ЭИЛ в настоящее время объясняется не только сложностью происходящих электрофизикохимических явлений при его реализации. Используемое в материаловедении положение о влиянии состава и структуры покрытий на их свойства не в полной мере отражает реальные зависимости, так как не учитывается влияние многих факторов технологических составляющих. Используемые при исследованиях кинематические зависимости не выделяют влияние энергетических параметров − основных управляющих параметров процесса ЭИЛ. Это затрудняет определение соответствующих режимов обработки и используемых электродных материалов, снижает эффективность применения ЭИЛ в производстве и воспроизводимость результатов процесса [1–3]. Для того чтобы параметры технологического процесса 304
ЭИЛ могли быть рассчитаны и реализованы при использовании любой модели установки, в ее паспорте должны быть сведения о величине энергии, выделяющейся в искровом промежутке за один разряд Wи (дж), частоте следования fи (гц) и длительности искрового разряда τи (с). В данной работе описывается методология и примеры использования программы для ПЭВМ IBM PC, разработанные для определения технологических параметров процесса ЭИЛ и образования покрытий заданной толщины по закономерностям, полученных на основе ранее выполненных исследований для различных электродных материалов [4–6]. Характеристики зависимостей, используемых для построения модели. В качестве модели зависимости величины суммарного массопереноса материала с анода на катод (∑ ∆k ) от управляемых параметров ЭИЛ используется функция [6]
∑∆
к
(
)
= А ⋅W п1+ b ⋅ f и ⋅ exp c ⋅ τ и ⋅ W п2 ,
Wп = 60 ⋅ Wи ⋅ t ⋅ fи ⋅ ки ,
(1)
(2) где Wп – выделившаяся энергия (кдж/см ); fи – частота следования импульсов (гц); τи – длительность следования импульса (с); Wи – энергия единичного импульса (кдж); t – время легирования (мин/см2); ки – коэффициент вероятности прохождения искрового разряда (ки = 0,7÷0,85). Графические зависимости суммарного привеса катода (∑ ∆к ) и эффективности массопереноса Y, скорости изменения привеса катода от величины приведенной энергии Wп представлены на рис. 1, 2. 2
Рис 1. Зависимости суммарного привеса катода Σ∆к и эффективности массопереноса Y от величины приведенной энергии
305
Рис 2. Зависимость скорости изменения привеса катода VΣ∆к от величины приведенной энергии
Численные значения коэффициента А оценивались при измерении массы образуемого покрытия в мг, усреднённой энергии единичного импульса в кдж, площади обрабатываемой поверхности в см2. Если вместо Wп в уравнении (1) обратится к безразмерной величине Wпо = = Wп/ Wо , где Wо – величина приведённой энергии, затраченной при легировании 1 см2, выбранная за масштабный коэффициент и взятая равной 1 кдж/см2, то размерность коэффициента А получается такой же как у величины Σ∆к в мг/см2. В дальнейшем в тексте вместо Wпо вводится обозначение Wп, подразумевая только численное значение приведённой энергии [7, 8]. Параметры этой зависимости А, b, с оцениваются для каждой пары электродов по результатам n ≥ 5 опытов с помощью метода наименьших квадратов и для материалов, имеющих применение в производстве, вычислены и приведены в табл. 1. Если А > 0, b > 0, c < 0, то функция (1) обладает следующими свойствами, характерными для реальных процессов легирования: 1. В начальный момент (Wп = 0) величина (∑ ∆k ) и ее производная по времени равны 0; 2. Зависимость (1) имеет максимум при энергии Wпх = (1 + b ⋅ f и ) (2 ⋅ c ⋅ τи ) , соответствующей порогу хрупкого разрушения материала покрытия; 3. График функции (1) имеет точку перегиба при энергии Wпv =
{2b ⋅ f
и
}
+ 3 − 9 + 8 ⋅ b ⋅ f и ( 4 ⋅ с ⋅ τ и ) , расположенную ближе к
началу процесса (Wп ≈ 1÷3 кдж/см2); эта точка соответствует максимуму скорости V ∆ изменения массопереноса; ∑
к
4. При Wп > Wпх и неограниченно возрастающей Wп величина 306
массопереноса
∑∆
→ 0
к
.
При других сочетаниях знаков параметров А, b, c нарушаются все или некоторые перечисленные свойства. Например, при А > 0, b < 0, c > 0 скорость V ∆ становится неограниченно большой при Wп = 0, ∑
к
что мало соответствует представлениям о начале процесса. При этом величина (∑ ∆k ) при Wп → 0 тоже неограниченно возрастает (с > 0). Толщина покрытия (толщина легированного слоя) h связана с величиной суммарного массопереноса (∑ ∆k ) формулой [3]
(
)
h = 10 ⋅ к н ⋅ ∑ ∆к ρ п = 10 ⋅ к н ⋅ А ⋅ Wп1+b⋅ fи ехр с ⋅ τ и ⋅ Wп2 ρ п ,
(3)
где ρп – удельная плотность материала покрытия (г/см3); кн – коэффициент неравномерного образования толщины покрытия (1,1 ≤ кн ≤ 1,3). Табл. 1. Параметры уравнений регрессии (1) и их статистические показатели при обработке методом ЭИЛ поверхностей деталей из стали 45 Материалы анода на подложке из стали 45 W Cr Ni Ti Fe TiC ВК-8 W-Ni W-Fe W-Fe-Ti W-Co W-Zr W-Cr 11Х15Н2 5М6АГ2 W-Ni-Zr W-Co-Mo W-Ni-Co W-Cr-Co W-Cr-Mo W-Cr-Ni W-Ni-Mo
КриКоэффици- Кри- Критерий Аббе, терий ент детер- терий qп Фишера, минации, Мизеса, F R2 nω2
Параметры
А, мг/см2 1,19 2,91 2,29 1,36 3,24 1,01 1,28 2,06 1,59 1,20 1,23 1,29 2,60
b⋅104, сек 9,95 3,46 5,09 4,38 6,32 5,19 7,58 5,37 5,20 5,23 5,13 6,07 4,53
c, см4/с⋅ кДж2 -103,5 -26,9 -48,9 -39,3 -1,19 -73,4 -45,1 -31,3 -23,0 -44,3 -16,3 -27,6 -24,3
21,5 34 165 102 64 31 108 101 101 59 62 49 70
0,954 0,971 0,994 0,990 0,984 0,968 0,991 0,990 0,990 0,983 0,984 0,980 0,986
0,10 0,18 0,07 0,16 0,15 0,23 0,09 0,05 0,08 0,02 0,04 0,11 0,13
1,17 1,10 1,12 1,03 1,24 0,86 1,00 1,30 1,58 1,07 1,41 1,31 1,38
23,3 1,48 1,38 1,81 1,31 2,39 1,46 1,91
6,27 5,22 5,42 4,33 4,42 4,42 2,42 5,05
-11,2 -21,7 -21,1 -18,9 -18,7 -23,0 -20,3 -28,2
35 43 81 61 64 46 78 33
0,972 0,977 0,988 0,984 0,984 0,978 0,987 0,970
0,13 0,26 0,18 0,08 0,08 0,17 0,17 0,18
0,96 1,00 1,51 1,03 1,08 1,12 1,33 1,06
307
Расчетное время легирования tp, необходимое для образования толщины покрытия h при заданных fи и τи и принятом материале электрода, определяется из соотношения , (4) t p = 2 Wп (60 ⋅ C ⋅ U 2 ⋅ к э ⋅ f и ⋅ к и ) где Wп – величина, приведенной энергии, соответствующая заданной толщине покрытия h, которая определяется предварительно любым численным методом из формулы (3); C – емкость конденсаторов установки; U – напряжение; kэ – коэффициент эффективности использования энергии (kэ = 0,5÷0,6). Величина Y = ∑ ∆ к Wп характеризует эффективность массопереноса при значении выделившейся энергии Wп. Максимум эффективности приходится на величину энергии, равную WПЭ = b ⋅ f и (2 ⋅ c ⋅ τ и ) . Численная величина энергии Wпэ может быть принята граничной, при которой оканчивается процесс легирования при образовании многослойных покрытий (кроме последнего слоя). Прирост массы покрытия значительно замедляется при Wп близких к Wпх. В качестве ограничения на продолжительность легирования при образовании однослойного покрытия и последнего слоя многослойного покрытия предлагается промежуток времени, соответствующий граничной точке с энергией W пг = х ( 2 ⋅ c τ и ) , где х – единственный действительный корень кубического уравнения из интервала (bf, 1+bf): 3 x 3 − 3 ⋅ (2 + b ⋅ f и ) ⋅ x 2 + 3 ⋅ (1 + b ⋅ f и ) ⋅ x + b ⋅ f и − (b ⋅ f и ) = 0 . При отсутствии численных значений параметров А, b, с зависимости (1) для используемых материалов необходимо выполнить несложные экспериментальные исследования по известным методикам [6]. Обработка результатов эксперимента и алгоритм вычислений Разработан алгоритм и написана программа [9], которая определяет технологические параметры процесса ЭИЛ. Число опытов n должно быть не меньше числа оцениваемых параметров р = 3 . Степень согласия, то есть качество уравнения регрессии в логарифмируемом виде в зависимости от вида (1) ⎛ ∑ ∆к ⎞ ⎟ = ln А + (b ⋅ f и ) ⋅ ln Wп + c ⋅ τ и ⋅ Wп2 , (5) ln⎜ ⎜ Wп ⎟ ⎝ ⎠ определяется с помощью двух показателей: критерия значимости Фишера (F) и коэффициента детерминации R2. Использование уравнения и выводов, сделанных при его анализе, будет более надежным, если F, полученное по результатам опытов, превышает четырехкратное значение Fкр: (F > 4⋅Fкр). 308
Разработана программа для ПЭВМ , которая по результатам n ≥ 5 опытов (значению величины приведенной энергии Wп , частоте fи , длительности импульса τи и полученному значению суммарного массопереноса) позволяет рассчитывать параметры А, b, c и показатели качества статистической обработки; при этих значениях параметров также определяются характерные точки энергии Wпх, Wпэ, Wпг и время легирования для достижения заданной толщины покрытия h исследуемым материалом при выбранном режиме легирования. В компьютер вводятся исходные данные: p – удельная плотность материала покрытия; наименьшее и наибольшее значения fи и τи, необходимые для построения линий уровня в этих интервалах изменения; коэффициент неравномерности образования покрытия кн; число опытов n; значения результатов каждого опыта и т. д. При использовании программы на экране выводится следующая информация: 1. Название программы и таблица введенных опытных данных. 2. Результаты обработки опытных данных статистическими методами. 3. Таблица значений частоты следованию импульса fи, необходимая для получения заданной толщины покрытия h при выбранных Wп и τи. 4. Графики уровней получаемой толщины покрытия. 5. Рекомендуемое время легирования 1 см2 обрабатываемой поверхности в минутах. Примеры моделирования технологических параметров процесса ЭИЛ с использованием ПЭВ Задача 1. Процесс ЭИЛ выполняется для восстановления размеров поверхности детали из стали 4Х5В2ФС компактным электродом из сплава 11Х15Н25М6АГ2 на установке модели «ИМ-101», имеющей по паспортным данным следующие технологические параметры: частота следования импульсов (fи) – 100–1000 гц, длительность следования импульсов (τи) – (0,06–0,12)⋅10-3 с, усредненная энергия единичного импульса Wи для режима 3 – 0,00033 кдж, режима 4 – 0,00045 кдж, режима 5 – 0,00096 кдж. Необходимо определить наибольшую толщину образуемого за один проход покрытия и удельное время легирования tр (мин/см2) для образования на поверхности покрытия толщиной h = 0,40 мм при использовании 3-го, 4-го и 5-го режимов обработки. Для расчетов использовали информацию о величине суммарного массопереноса материала анода на катод от управляемых параметров, найденных по результатам эксперимента (6 опытов). Расчеты показывают, что наибольшая толщина покрытия за один проход может достигать hmax = 0,66 мм. Для h = 0,4 мм длительность 309
процесса при использовании режимов 3, 4, 5 составляет соответственно t3 = 1,8 мин/см2, t4 = 1,39 мин/см2, t5 = 0,65 мин/см2. Выполнена экспериментальная проверка правильности расчета технологических параметров при использовании установки для электроискрового легирования на установке модели «ИМ-101». Получены следующие результаты. Наибольшая толщина образуемого покрытия электродом из сплава 11Х15Н25М6АГ2 до его разрушения составляет 0,641 мм (по расчету 0,66 мм). При работе на установке с использованием 4-го режима в течение 1,4 мин при обработке 1см2 поверхности получена средняя толщина покрытия 0,388 мм (по расчету 0,4 мм). При работе на установке с использованием 3-го режима в течение 2 мин при обработке 1см2 поверхности получена средняя толщина покрытия 0,412 мм (по расчету 0,4 мм). Для приведенного примера средняя погрешность составляет 3 %. Задача 2. Процесс ЭИЛ выполняется для легирования поверхности детали из стали 45 электродом из сплава W-Cr на установке модели «Элитрон-16», имеющей по паспортным данным следующие технологические параметры: частота следования импульсов (fи) 600 гц; усредненная энергия единичного импульса (Wи) для 1-го и 5-го режимов соответственно – от 0,0000412 до 0,00024 кдж; длительность следования импульса (τи) – 0,04⋅10-3 с. Необходимо определить наибольшую толщину покрытия, образуемого за один проход и удельное время легирования tр (мин/см2) для образования на поверхности покрытия наибольшей толщины и толщины h = 0,05 мм при использовании режима с усредненной энергией единичного импульса Wи = 0,00024 кдж, длительности следования импульса τи = 0,04⋅10-3 с и частотой следования импульсов fи = 600 гц. Для расчетов использовалась информация о значениях коэффициентов А, b, c из табл. 1 для электрода из сплава W-Cr: А = 0,0026, b = 4,53⋅10-4, c = –24,3. Удельная плотность материала покрытия 12,6 г/см2. Расчеты показывают, что наибольшая толщина покрытия за один проход может достигать hmax = 0,08 мм и удельное время легирования для получения покрытия толщиной 0,08 мм, при указанных выше режимах процесса составляет 3,36 мин/см2. Для достижения толщины покрытия h = 0,05 мм при указанном режиме удельное время легирования должно быть 1,7 мин/см2. Выполнена экспериментальная проверка правильности определения технологических параметров при использовании установки для электроискрового легирования модели «Элитрон-16». Получены следующие результаты. Наибольшая толщина образуемого покрытия электродом из сплава W-Cr до его разрушения составляет 0,086 мм (по расчету 0,088 мм). При работе на установке с использованием техноло310
гических режимов: fи = 600 гц, Wи = 0,00024 кдж, τи = 0,04⋅10-3 с в течение 1,7 мин при обработке 1см2 поверхности получена средняя толщина покрытия 0,048 мм (по расчету 0,05 мм). Для приведенного примера средняя погрешность составляет до 4 %. При исследовании массопереноса более чем 20 пар электродных материалов наибольшая погрешность получена при легировании титанового сплава ВТ20 электродом Cr-Ni и составляет 6 %. Выводы Предлагаемая методика определения технологических параметров процесса электроискрового легирования и связанного с этими параметрами необходимого времени легирования для образования заданной толщины покрытия может быть использована для инженерных расчетов и моделирования процессов электроискрового легирования. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 08-01-98502. Библиографические ссылки 1. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электроискровая обработка токопроводящих металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 2. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Г. В. Самсонов, А. Д. Верхотуров, Г. А. Бовкун, В. С. Сычев. Киев: Наук. думка, 1975. 3. Электродные материалы для электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, И. А. Подчерняева, Л. Ф. Прядко, Ф. Ф. Егоров. М.: Наука, 1988. 4. Рыбалко А. В., Хмурарь В. И. Электрические параметры электроэрозионного легирования // Электронная обработка материалов, 1988, № 6. 5. Мулин Ю. И., Верхотуров А. Д. Электроискровое легирование рабочих поверхностей инструментов и деталей машин электродными материалами, полученными из минерального сырья. Владивосток: Дальнаука, 1999. 6. Мулин Ю. И., Климова Л. А., Ярков Д. В. Феноменологическое описание закономерностей формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании // Физика и химия обработки материалов, 2000, № 3. 7. Белый А. В., Макушок Е. М., Поболь И. Л. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии. Мн.: Навука i тэхнiка, 1990. 8. Маньковский В. А., Сапунов В. Т. Статистическое прогнозирование усталостной и длительной прочности в рамках теории нелинейного подобия. // Заводская лаборатория. 1995. № 11. 9. Власенко В. Д., Мулин Ю. И. Программа расчета технологических параметров процесса электроискрового легирования для образования функциональных поверхностей // Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007610392 от 23.01.2007 г. по заявке № 2006613256.
311
УДК 550.338 Р. И. Паровик, П. П. Фирстов ОЦЕНКА ПЛОТНОСТИ ПОТОКА И СКОРОСТИ ПЕРЕНОСА РАДОНА (222Rn) В РЫХЛЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ НА ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ Паровик Р. И. – н.с. Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН; Фирстов П. П . – зав. лаб. Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, к.ф.-м.н. Дано описание методик расчета плотности потока радона и скорости конвективного переноса, которые позволяют сделать оценки этих параметров для пунктов мониторинга почвенного радона на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне и организовать наблюдения за их динамикой в реальном времени с целью поиска предвестников сильных землетрясений южной Камчатки. Для обработки данных мониторинга была разработана программа «РЭКСЭМ», которая реализует описанные в настоящей работе методики расчета плотности потока и конвективной скорости переноса радона.
Введение На Петропавловск – Камчатском геодинамическом полигоне с 1997 г. работает сеть пунктов мониторинга почвенного радона (222Rn) с целью поиска предвестников сильных землетрясений южной Камчатки [1]. Регистрация Rn осуществляется на двух уровнях зоны аэрации (один и два метра), что позволяет отслеживать не только динамические характеристики объемной активности Rn (ОА Rn), но и следить за вариациями плотности потока - ППР [мБк/м2·с], скоростью конвекции почвенных газов – v [м/с]. Эти оба параметра характеризуют условия массопереноса Rn и позволяют отслеживать их изменения под воздействием ряда природных факторов: метеорологических (осадки, температура воздуха, атмосферное давление), изменений напряженно- деформированного состояния горных пород и др. Пункты мониторинга почвенного радона, как правило, располагаются на элювиальноделювиальных отложениях речных террас. Пункт Паратунка (ПРТ) и Голубая лагуна (ГЛЛ) располагаются в зоне Паратунского геотермального месторождения, а пункт Левая Авача (ЛВЧ) в долине реки Левая 312
Авача на береговой террасе в 150 м от берега реки. Пункт Институт расположен вблизи здания ИВиС. Геотермальные резервуары являются источниками восходящих к поверхности газов, поэтому интересно было провести сравнительный анализ поведения ППР и v для таких различных пунктов наблюдений. Следует заметить, что динамика ППР и v могут служить индикаторами изменений напряженнодеформированного состояния геосреды и использоваться для поиска предвестников сильных землетрясений. Методика вычисления ППР и скорости конвекции Оценка ППР по экспериментальным данным с помощью диффузионно-конвективной модели является обратной задачей геофизики [2]. Как правило, такие задачи являются некорректно поставленными, а полученные решения неустойчивыми, меняющими свой знак и имеющие возрастающую амплитуду. Поэтому проводят некоторую регуляризацию, добавление дополнительного члена с параметром регуляризации α . [3] Алгоритм оценки ППР с поверхности земли в данной работе строится на основе диффузионно-конвективной модели массопереноса радона в рыхлых отложениях, которая хорошо развита [4,5,6]. Эта задача представляет собой нестационарное дифференциальное уравнение в частных производных с краевыми условиями третьего рода: ⎧ ∂ N ( z, t ) D ∂ 2 N ( z, t ) ∂ N ( z, t ) ⎪ = −v − λ N(z, t) + λ N ∞ η ∂ z2 ∂z ⎪ ∂t ⎪ ⎪ N(z, 0) = N∞ , t = 0 ⎪ ⎨ ∂ N ( z, t ) ⎪− Dη + vη N ( 0, t ) = q ( t ) ∂z ⎪ z=0 ⎪ ⎪ N ⎛ z , t ⎞ = Nobs ⎪⎩ ⎜⎝ i j ⎟⎠
(1)
где η - пористость среды, %; D – коэффициент диффузии, м2/с; λ - постоянная распада эманаций, с-1; v – скорость конвективного переноса радона, см/с; Q-скорость выделения эманаций радона в поровое пространство в единице объема среды, Бк/(м3·c); N∞=Q/λη-фоновая концентрация радона, Бк/м3; q(t), Бк/(м2·c)-плотность потока радона, которую требуется оценить; N(z,t), Бк/м3- неизвестная плотность распределения радона в поровом пространстве; N(zi,tj), Бк/м3- известная концентрация радона на i-ой глубине в j-моменты времени. Ось z направ313
лена вверх, т.е. концентрация радона убывает при возрастании пространственной координаты. Будем аппроксимировать неизвестную ППР кусочно-непрерывной единичной функцией: ⎧1, t > 0 q (t ) = qc ⎨ ⎩ 0, t < 0 Тогда задача (1) примет вид:
⎧ 2 ⎪ ∂ N ( z, t ) = D ∂ N ( z, t ) − v ∂ N ( z, t ) − λ N(z, t) + λ N ∞ ⎪ ∂t η ∂ z2 ∂z ⎪⎪ ⎨N(z,0) = N∞ , t = 0 ⎪ ∂ N ( z, t ) ⎪ + vη N ( 0, t ) = q ⎪− Dη ∂ z c ⎪⎩ z=0
(2)
Задача (2) является корректной с решением, которое можно найти методом интегральных преобразований: q n N(z, t) = N + c I m, n, D* , λ , z, t , I m,n,D*, λ,z,t = I +I +I ∞ 2λη 1 2 3 ⎛ z ⎞ n- m ( n- m ) z I m, n, D* , λ , z, t = e erfc ⎜ - m D*t ⎟ , 1 ⎜ ⎟ n * ⎝2 D t ⎠ ⎛ z ⎞ n+ m ( n+ m ) z (3) I m, n, D* , λ , z, t = e erfc ⎜ + m D*t ⎟ , 2 ⎜ ⎟ n * ⎝2 D t ⎠ ⎛ z ⎞ * zn t * λ − ⎜ I m, n, D , λ , z, t = 2 e erfc +n D t ⎟, 3 ⎜ ⎟ * ⎝2 D t ⎠
(
(
)
(
)
(
)
)(
)
v 2 + 4 D* λ * D v , ,D = . m = η 2 D* 2 D* Решение (3) описывает процесс изменения ОА Rn в рыхлых отложениях под воздействием постоянной единичной плотности потока qc в моменты времени t . Если мы его продифференцируем по qc, то получим выражение для коэффициента чувствительности φ(z,t): n=−
ϕ (z, t) =
n 2λη
(
)
I m, n, D* , λ , z, t . В случае если коэффициенты чувстви-
тельности малы или коррелированны, то задача оценивания ППР ста314
новиться трудной и чувствительной к погрешностям измерений. Воспользуемся формулой Дюамеля [7], в которой заложен принцип суперпозиции полученного выше решения (3):
M в N = N + ∑ q ∆ϕ M ∞ n M-n n =1
моменты
времени tм. При наличии J датчиков, OA Rn в J-ом датчике можно вычислить следующим образом: (4) N =N +ϕ q , JM
где N JM
qM = 0
JM q = 0 M
J1 M
- вычисленная ОА Rn по модели (2) в момент времени
t M при оцененных значениях компонент плотности потока q1 , q2 ,..., qM-1 и при нулевом значении q M ; ϕ - изменение ОА Rn в точке располоJ1
жения J- го датчика в момент времени t M для единичного ступенчатого изменения ППР на дневной поверхности в момент времени t = 0 . Оценим q M с учетом (4), для этого минимизируем функционал невязки между измеренной и рассчитанной ОА Rn: 2 ⎞ J ⎛ obs ⎜ ⎟ S= ∑ N −N −ϕ q + α q2 jM q = 0 j1 M ⎟⎟ M ⎜⎜ j = 1⎝ jM M ⎠
(5)
Данная задача сводится к нахождению нулей производных по параметру q M , а затем делаем замену q M на оценку qM : J ⎛ obs M-1 ⎞ − ∑ q ∆ϕ − N ⎟ϕ ∑ ⎜N ⎜ ∞ ⎟ j1 ji j M- i j = 1 ⎝ jM i = 1 ⎠ q = M J α + ∑ ϕ2 k1 k =1 N
obs -измеренная концентрация радона на различных глубинах zi и в M
момент времени tj. В работе [8] предложена расчетная формула скорости конвективного переноса Rn, для случая, если измерения ведутся на глубинах отличающихся в k раз:
315
⎛ ⎛ ln 2 ( T ) D* ⎞ ⎞ ⎜ λ z1 - ⎜ ⎟⎟ z1 ⎜ ⎝ ⎠⎟ v=⎜ (7) ⎟ ln ( T ) ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Здесь параметр Т находится с помощью численных методов из решения уравнения XT k - T+1- X = 0 , где k=z2/z1, X=N1/N2. Экспериментальные данные На основании изложенной выше методике, с помощью специально разработанной для этой цели программы «РЭКСЭМ», были рассчитаны ППР и скорость конвективного переноса для определенных периодов регистрации. На рис.1а приведены экспериментальные данные за период 19 июня- 02 сентября 2003 г., полученные на пункте ЛВЧ. С середины июля до начала августа на реке Авача наблюдается половодье за счет таяния снега в горах, что приводит к резким суточным колебаниям уровня воды с максимумом в ~16 ч. LT. Параметры характеризующие массоперенос Rn в рыхлых отложениях, также имеют суточных ход синхронизированный подпором грунтовых вод за счет колебаний уровня воды в реке. Подъем воды в реке приводить к двум взаимосвязанным процессам: выдавливанию газов из порового пространства, сокращению эманирующего объема горных пород. Первый увеличивает v, а второй уменьшает значение ППР.
Рис.1. а - экспериментальные данные регистрации Rn в зоне аэрации, пункт ЛВЧ (1 – глубина датчика 1 м, 2 – глубина датчика 2 м);
316
Рис.1. б – ППР (3) и скорость конвекции (4)
В табл. приведены расчетные значения v и ППР для некоторых периодов регистрации на пунктах мониторинга. Как видно из табл., наибольшее значение ППР и v характерно для пункта ГЛЛ, расположенного в районе геотермального месторождения, что подтверждает тезис о геотермальных резервуарах как источниках восходящих к дневной поверхности газов [9]. Расчетная таблица Пункт регистрации ИНС 2006 г.
ЛВЧ 2003 г. ГЛЛ 2002 г.
Интервалы наблюдений 20.06 - 12.07 13.07 - 23.08 24.08 - 30.08 23.05 - 06.06 19.06 - 09.07 14.07 - 04.08 05.08 - 28.08 01.04 - 01.05 02.05 - 16.05 17.05 – 21.05
Диапазон значений ППР, мБк/м2·с 0.2 0.2 - 0.5 0.5 - 0.2 0.75 1.2 - 08 0.8 0.8 - 1.4 3.0 - 5.5 5.5 - 6.0 3.0 -.6.0
Диапазон значений v, м/с 10-5 1.5·10 -2.5·10-5 2.5·10-5-1.5·10-5 1.5·105-0.5·10-5 5·10-6-1.5·10-5 1.5·105 1.5·105-3.5·10-5 3.0·105 5 3.0·10 -5.0·10-5 1.0·105-5.0·10-5 -5
Следует отметить, что в Западной Сибири (г. Томск, г. Барнаул) ППР значительно выше, более 50 мБк/м2·с [10], чем на Петропавловск Камчатском геодинамическом полигоне, что объясняется более низким кларковым содержанием радия в породах полуострова Камчатка. 317
Разработанные методики расчета плотности потока радона и скорости конвективного переноса позволяют сделать оценки этих параметров для пунктов мониторинга почвенного радона на ПетропавловскКамчатском геодинамическом полигоне и организовать наблюдения за их динамикой в реальном времени с целью поиска предвестников сильных землетрясений южной Камчатки. Разработана программа «РЭКСЭМ» для расчета характеристик: плотности потока радона и скорости его конвективного переноса [11]. Компьютерная программа «РЭКСЭМ» прошла тестирование в научно-исследовательском процессе при выполнении анализа на предмет радоновых аномалий в экспериментальных данных, полученных в институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (ИВИС ДВО РАН) и институте космофизических исследование и распространения радиоволн (ИКИР ДВО РАН). Программа «РЭКСЭМ» может быть использована в комплексе совместно с другими программами по обработке экспериментальных геофизических данных. Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) свидетельство № 8329, рег. №50200701049. Библиографические ссылки 1. Фирстов П.П., Рудаков В.П. Результаты регистрации подпочвенного радона в 1997-2000 гг. на Петропавловск - Камчатском геодинамическом полигоне // Вулканология и сейсмология. 2003. № 1. C. 26-41. 2. Паровик Р.И., Ильин И.А., Фирстов П.П. Обобщенная одномерная модель массопереноса радона 222Rn и его эксхаляция в приземный слой атмосферы// Математическое моделирование 2007. №11. Т.19. С.43-50. 3. Самарский А.А, Вабишевич П.Н. Численные методы решения обратных задач математической физики.М.:ЛКИ,2007. 480 с. 4. Новиков Г.Ф., Капков Ю.Н. Радиоактивные методы разведки. М.: Недра, 1965. 750 с. 5. Булашевич Ю.П. Нестационарные задачи диффузии частиц с ограниченным временем жизни. В кн. Ядерно-геофизические исследования. Свердловск: Ин-т геофизики УрО РАН. 1975. С. 42 – 61. 6. Бек Д., Блакуэлл Б., Сент-Клэр Ч. Некорректные обратные задачи теплопроводности. М.:Мир, 1989. 312 с. 7. Яковлева В.С., Рыжакова Н.К. Патент РФ на изобретение. Способ определения скорости конвекции почвенных газов. Положит. Решение Ф.01 от 14.0504 на заявку № 2003 123 622 от 25.07.03. 8. Iakovleva V.S., Karataev V.D. Radon levels in Tomsk dwellings and correlation with factors of impact// Radiation Measurements.2001. V.34.-P. 501-504. 9. Паровик Р.И. Программа обработки геофизических данных «РЭКСЭМ»// Телеграф отрасли фонда алгоритмов и программ. Инновации в науке и образовании. М: Издательский дом Святогор, 2007. №5. С.19. 318
УДК 681.3.06+519.68 А. В. Писарев, В. В. Пересветов НЕЙРОСЕТЕВЫЕ КОМПОНЕНТЫ МОНИТОРИНГА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КЛАСТЕРА Писарев А. В. – ст. лаборант-исследователь (ВЦ ДВО РАН); Пересветов В. В. – с.н.с. (ВЦ ДВО РАН), к.ф.-м.н. Обсуждаются вопросы применения искусственных нейронных сетей в системах мониторинга вычислительного кластера. В качестве источника данных о состоянии узлов используется Ganglia. Проведены эксперименты на вычислительном кластере созданном с помощью пакета OSCAR.
Непрерывный мониторинг состояния вычислительного кластера является необходимым инструментом поддержания высокой отказоустойчивости. Это особенно важно при размере вычислительного кластера в несколько десятков или сотен узлов. Администратор вычислительного кластера нуждается в эффективных инструментах для постоянного мониторинга и оповещения о потенциальных проблемах, которые могут возникнуть при эксплуатации оборудования. В настоящем докладе рассматриваются варианты применения искусственных нейронных сетей (ИНС) для мониторинга вычислительного кластера. ИНС – это распределённый параллельный процессор, состоящий из элементарных единиц обработки информации, накапливающих экспериментальные знания и представляющих их для последующей обработки [1]. Правильно выбранная и обученная нейронная сеть может распознавать различные состояния вычислительных систем. Особенно важным является ее способность прогнозировать возникновение критических состояний. Среди значительного числа ИНС, отличающихся друг от друга топологией, способом обучения, типом связей (прямые и обратные) выделим следующие, отвечающие тематике доклада: 1. Однослойные сети прямого распространения, в которых сигналы распространяются от начала к концу. Обучение может быть с учителем или без учителя. 2. Многослойные сети прямого распространения. Характеризуются наличием одного или нескольких скрытых слоёв. Использование 319
скрытых слоёв, позволяет ИНС существенно расширить возможности ее применения. 3. Рекуррентные сети. Отличаются от сети прямого распространения наличием обратных связей. 4. Гибридные ИНС, включающие различные типы слоев или связей. Представителем является сеть встречного распространения, использованная нами в численных экспериментах. Применение ИНС позволяет решать задачу управления нелинейным объектом созданием адаптивной системы управления с обучаемым нейроконтроллером. Под обучением с учителем подразумевается процесс выработки в системе управления желаемой реакции на внешние входные сигналы многократными воздействиями на систему и внешней корректировке, в том случае, когда известна желаемая реакция системы управления на определенные воздействия. Обучение без учителя осуществляется без вмешательства внешнего корректора, управляющего процессом обучения. Самообучение является важным свойством ИНС, так как позволяет ей приспосабливаться к изменяющимся условиям работы. Системы управления с ИНС можно классифицировать, как адаптивные системы управления. В докладе описываются варианты использования ИНС для целей мониторинга вычислительного кластера. Экспериментальной платформой служил вычислительный кластер состоящий из 4 узлов, каждый из которых имеет следующую конфигурацию: процессор Pentium 4 3Ghz, память 1Gb DDR, жесткий диск 80Gb. Операционная система Linux CentOS v4.4. Результаты тестовых испытаний для вычислительного кластера их 9 таких узлов опубликованы в [2]. Для развертывания кластера использовался OSCAR. OSCAR – это пакет необходимых программ для развертывания, отладки и использования кластера на базе OC Linux. Возможно создание, как гомогенных кластеров, когда на всех узлах одинаковые тип процессора и операционная система, так и гетерогенных, если узлы имеют различные типы процессоров или операционных систем. В настоящее время последней стабильной версией является OSCAR v5.0. Разработчиками OSCAR официально заявлена поддержка ОС Red Hat Enterprise Linux 4, Fedora Core 4/5, Mandriva Linux 2006, SUSE Linux 10.0. OSCAR состоит из следующих компонентов: • SystemImager, SystemInstaller-OSCAR, SystemConfigurator – пакеты для работы с образами операционных систем. • Torque – менеджер ресурсов. • Maui – модуль планирования. 320
•
Реализации стандарта MPI: MPICH, OpenMPI, LAM. MPI (Message Passing Interface) – программный интерфейс передачи информации, позволяющий обмениваться между компьютерами, выполняющими одну общую задачу. MPI является наиболее распространённым стандартом интерфейса обмена данными в параллельном и распределенном программировании. Существуют его реализации для большого числа платформ. • PVM – другая, в настоящее время редко используемая, технология параллельного решения задач. • switcher – пакет, позволяющий выбирать реализацию MPI. • С3 (Cluster Command and Control) и SC3 (Sub-Cluster Command and Control) – средства управления кластером. C3 – это набор утилит позволяющий выполнять команды на всех узлах кластера одновременно. Основные из них это: cexec – выполнение любой стандартной команды; ckill – завершение определённого процесса; cpush – копирование файлов на все узлы кластера; cpushimage – обновляет образ системы, созданный утилитой SystemImager, на всех узлах кластера; cshutdown – выключение или перезагрузка узлов кластера. • opium – система синхронизации учетных записей пользователей и групп. • NFS (Network File System) – протокол сетевого доступа к файловой системе. Используется для монтирования домашней директории на все узлы кластера. • Ganglia – система мониторинга вычислительного кластера. Минимальные системные требования для установки OSCAR следующие. Сервер: процессор от i586 и выше, сетевая карта с поддержкой TCP/IP стека, как минимум 4GB свободного места на жестком диске. Узлы: процессор от i586 и выше, сетевая карта с поддержкой TCP/IP стека, жесткий диск размером не менее 2GB, наличие CD-ROM привода или PXE. Процесс установки пакетов OSCAR происходит с использованием графического интерфейса и разделяется на несколько этапов: выбор необходимых пакетов, конфигурирование, установка серверных пакетов, создание образа операционной системы, подключение узлов к сети, завершение установки, тестирование кластера. Для сбора данных о состоянии вычислительного кластера использовалась система мониторинга Ganglia. Система реализована в виде двух отдельных модулей – демонов. Демон Gmond устанавливается на каждый узел и обеспечивает сбор и передачу статистики демону Gmetdat. Демон Gmetdat устанавливается на управляющий сервер. Через заданный промежуток времени он запрашивает информацию от узлов и 321
сохраняет её в базу данных Round-Robin. Передача осуществляется в формате XML по протоколу UDP в режиме мультивещания (multicasting). Ganglia является хорошо масштабируемой системой и может успешно применятся как на малых, так и на больших кластерах. Round-Robin Database (RRD) обычно применяют для хранения часто меняющихся во времени данных, таких как загрузка сети, температура процессора и винчестера, загрузка процессора и т.д. Объём хранимых данных не увеличивается со временем, так как ячейки хранения используются циклически. Использование различных функций консолидации данных позволяет охватывать большие интервалы времени без чрезмерного увеличения объема базы данных за счет снижения разрешающей способности. Основная утилита для работы с RRD – это RRDtool. Для проведения численных экспериментов по применению ИНС использовался пакет HPL, который является параллельной реализацией теста LINPACK. Ознакомиться с полной документацией можно на странице: http://www.netlib.org/benchmark/hpl/index.html. Программа HPL решает СЛАУ размерности N методом LU-разложения, с выбором ведущего элемента. Этот тест интересен тем, что на его основе формируется список Top500 самых мощных в мире вычислительных систем и Top50 – в России. Выполнение этого теста требует значительных временных затрат. Для того, чтобы получить максимальное значение производительности, приходится многократно выполнять HPL, подбирая значения 18 параметров. Для обучения и работы ИНС необходим большой объем данных, поэтому был создан скрипт-файл, состоящий из следующих основных частей. − Формирование входного файла HPL.dat. − Формирование команд запуска программы HPL и передача параметров системе диспетчеризации PBS. − Запуск программы HPL командой qsub. − После завершения работы программы (при помощи команды rrdfetch) выполняется извлечение данных о метриках каждого узла вычислительного кластера и специальным образом сохраняются в файл. При выполнении программы HPL формировались данные о состоянии кластера, которые использовались для обучения двух ИНС: слоя Кохонена и сети встречного распространения. Ниже изложены результаты для фиксированных значений N = 14500, NB = 100. Остальные параметры менялись. Параметры N, NB в наибольшей степени влияют на время решения теста. Важно было выявить способность ИНС чувствовать влияние и других параметров. Для 322
испытаний использовано 94 варианта решения HPL с различными параметрами: P-Q - сетка размещения процессов, варианты построения алгоритмов решения PMAP, PFACT, NBMIN, NDIF, RFACT, BCAST, DEPTH, SWAP. ИНС Кохонена является самообучаемой. На ее вход подавались различные сигналы и проводились попытки автоматической кластеризации. Во многих случаях наблюдалась линейная разделимость и были найдены кластеры – относительно компактные группы реализаций входных векторов. Среди входных параметров были: bytes_in, bytes_out, cpu_aidle, cpu_idle, cpu_system, cpu_user, cpu_wio, disk_free, load_one, mem_buffers, mem_cached, mem_free, mem_total, pkts_in, pkts_out, proc_run, swap_free, swap_total. Другой испытанный нами тип ИНС – сеть встречного распространения. Данный тип сети обучается с учителем. Для формирования обучающей выборки время решения теста было разбито на три класса (диапазона значений). Проведено обучение ИНС при различных комбинациях входных параметров, полученных системой мониторинга Ganglia. Таким образом, имея на входе полученные системой мониторинга Ganglia параметры, ИНС встречного распространения позволяет спрогнозировать время выполнения теста и, в случае необходимости, принудительно завершить его. Проведенные эксперименты показывают один из возможных вариантов использования ИНС для управления процессом решения задачи. Описанный подход может быть легко распространен на другие области применения ИНС, например, распознавание уровня загрузки кластера, распознавание критических ситуаций. Для этого нужно определить классы (важные типы) состояний вычислительного кластера и соответствующим образом сформировать обучающую выборку. Библиографические ссылки 1. Хайкин, Саймон Нейронные сети: полный курс: Пер. с англ. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2006. 2. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г. Вычислительный кластер бездисковых рабочих станций: Препринт Вычислительный центр ДВО РАН. Хабаровск, 2005. № 83
323
УДК 621.436:656.6.001.24 + 912.43 + 614.78 + 004.65 С. З. Савин, Н. Э. Косых, С. К. Пинаев, В. В. Шамов ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ В КОМПЛЕКСНОМ ИССЛЕДОВАНИИ АМУРА Савин С. З. – зав.лабораторией медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), канд.тех.н.; Косых Н. Э. – гл.н.с. лаборатории медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), д-р мед. наук, профессор ДВГМУ; Пинаев С. К. – ст.н.с. лаборатории медицинской информатики (ВЦ ДВО РАН), канд. мед. наук; Шамов В. В. – ст.н.с. лаборатории гидрологии Института водных и экологических проблем ДВО РАН, канд.геогр.н. На примере разработанной медико-экологической геоинформационной системы г. Хабаровска показаны возможности геоинформационных технологий в изучении распространения социально значимых заболеваний и анализе причинно-следственных связей между этим заболеванием и некоторыми факторами окружающей среды Приамурья.
Медико-экологическая безопасность регионов складывается из множества взаимосвязанных факторов, классификация которых должна проводиться с учетом их характера, интенсивности, периодичности и других особенностей проявления в конкретных природных условиях. Любая территория Дальнего Востока обладает существенным природным своеобразием, что определяет специфику хозяйственной деятельности в данном регионе. Сочетание определенных отраслей экономики с природными комплексами и ландшафтами приводит к образованию своеобразного медико-экологического фона территорий. Отсюда возникает проблема разработки некоторого множества показателей, нормирующих такого рода сочетания. Медико-экологическую дифференциацию той или иной территории можно проводить с разных точек зрения, при этом в каждом конкретном случае используя определенный набор показателей экологического состояния территории. Это обусловило создание различных нормативов качества среды в зависимости от функционального назначения территории, что привело к неоднозначной оценке одних и тех же территорий. Поэтому экологиче324
ская дифференциация территорий должна базироваться на их комплексных исследованиях с позиций интегральной оценки земель как среды обитания человека, а также отраслевых оценок состояния отдельных компонентов природной среды, определяющих экологическую комфортность и безопасность условий проживания, трудовой деятельности, отдыха и здоровья жителей. Задача при этом заключается в том, чтобы из всего многообразия факторов выбрать и логически обосновать некий конечный набор, который необходим и достаточен для определения уровня экологической безопасности с учетом масштабов исследования, специфики природных условий конкретного региона, хозяйственной специализации, взаимодействия определенных отраслей хозяйства со своеобразными природными комплексами. Всю систему факторов, определяющих уровни медикоэкологической безопасности, следует объединять в группу показателей, формирующих степень риска при использовании территории с развитием тех или иных опасных, стихийных и неблагоприятных природных явлений и процессов. Наиболее важно правильно определить группу факторов, отражающих спектр экологических воздействий на человека в результате функционирования промышленности, транспорта, коммунального, сельского хозяйства и прочих форм и видов хозяйственной деятельности. В каждой из отмеченных групп в зависимости от масштабов оценки может меняться набор показателей, степень их синтетичности и т.д. А потому медико-экологическую безопасность необходимо рассматривать с позиции регионального своеобразия экологических воздействий, риска и опасности. Для отдельных регионов ДФО, прежде всего Приамурья и Транссибирской магистрали, становится недостаточным указания границ развития опасных для экосистемы природных явлений. Не менее важно корректно дифференцировать территории по степени их опасности для жизнедеятельности человека. При этом недостаточно рассмотрение лишь самого факта наличия экологически опасных производств. Необходимо отразить степень опасности этих техногенных объектов с целью выработки рекомендаций по системе специальных предупредительных, защитных, спасательных и восстановительных мероприятий с учетом возможных сценариев. Факторы воздействия и степени риска обладают определенным своеобразием в зависимости от уровня оценивания и региональных особенностей в сфере экологической безопасности. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо не только учитывать специфический набор факторов, но и вести подбор оптимальной методики их классификации и комплексной оценки. Оценку и картографирование медико-экологической обстановки следует проводить по методике, основу которой составляет интегральная типология тер325
риторий и анализ пространственных данных. Как правило, создаваемые по этой методике карты содержат два главных аспекта: констатации и оценки, В первом отображается современное экологическое состояние природной среды человека; во втором оцениваются территории с точки зрения воздействия на условия проживания, хозяйственной деятельности, отдыха, оздоровления населения. Широкие возможности для решения этих задач открывают геоинформационные системы (ГИС), позволяющие создавать разнообразные информационные базы данных об объектах, получать множество электронных карт, проводить логико-математическую обработку материалов и т.д. Разработанные в ГИС базы данных могут постоянно пополняться информацией, что позволяет поддерживать их на современном уровне и обеспечивать оперативное создание дежурных карт, играющих важную роль в медико-экологических исследованиях. Возникающие в медико-экологических исследованиях проблемы совмещения и манипулирования графическими и атрибутивными данными в рамках единой интегрированной модели решаются авторами посредством инструментальных пакетов ГИС. Описание пространственных объектов, т. е. формализованное представление их свойств, предполагает, в первую очередь, указание их геометрической определенности. Эта часть данных организуется в определенные структуры геопространственных данных, связанные некоторыми отношениями с их непозиционными атрибутивными данными. Пространственные объекты разделяются на множество элементарных объектов - примитивов. К ним принадлежат точки (точечные объекты), линии (линейные объекты), контуры (ареалы, полигоны), поверхности (рельефы), ячейки регулярных пространственных сетей и элементы разрешения изображений (пиксели). Первые четыре примитива ориентированы на их векторное представление, остальные связаны с их растровым представлением. Обычно, в связи с нетривиальностью решаемых задач, модели представления трехмерных объектов существенно отличаются от их плоских аналогов. Поэтому, выделяя поверхности в отдельный класс, можно разделить все наиболее распространенные модели представления пространственных данных на три группы: растровые модели, векторные модели и трехмерные модели. С растровыми моделями связаны два принципиально различных способа описания: путем соотнесения с элементами растра и с ячейками регулярных сетей как элементами территории. Следовательно, в общем растровом формате представления надо различать собственно растровые и ячеистые (клеточные, матричные, решетчатые) представления. В большинстве распространенных в настоящее время ГИС в качестве модели описания объектов окружающего мира используется объ326
ектно-ориентированная векторная модель, основными понятиями которой являются слой объектов и атрибуты слоя (свойства). В этих системах могут быть объявлены и использованы объекты различной природы: географические сущности, события, явления, понятия. Основной аспект, используемый такими системами, - это пространственная привязка объявленных объектов, хотя, наряду с пространственными объектами, могут объявляться слои объектов, не имеющие непосредственной пространственной привязки. Пространственный объект задается одним или несколькими компонентами. В общем случае, компоненты могут быть трех типов (называемых типами пространственной локализации): площадной, линейный и точечный. Площадные компоненты представляют части объекта, имеющие площадь (например, районы, кварталы, озера). Линейные компоненты представляют протяженные части объекта, не имеющие площади, или площадь которых несущественна, но имеющие длину (например, улицы, маршруты, реки). Точечные компоненты представляют части объекта, для которых существенным является только расположение в пространстве (например, перекрестки, остановки транспорта, отметки высот). Компонент задается массивом точек (пар координат), который определяет полигон (многоугольник) для площадного типа, полилинию (ломаную) для линейного типа и множество точек или одну точку для точечного типа. Некоторые из ГИС поддерживают и другие типы компонент (например, незамкнутые полигоны, окружности, дуги и т. д.). Слой объектов или тематический слой, а в некоторых системах класс объектов - это множество объектов, имеющих общие свойства (атрибуты), например, дороги, здания, реки. Геометрические данные определяют тип локализации и местоположение объектов класса в векторном представлении в заданной системе координат и хранятся в базах пространственных данных. Атрибутивные данные определяют одинаковый набор характеристик объектов. Геометрические и атрибутивные данные при картографическом отображении преобразуются в картографические данные. В отличие от цифровых представлений точечных, линейных и площадных (полигональных) объектов, трехмерные объекты - поверхности, поля, рельефы, к наиболее распространенному типу которых принадлежат физический (топографический) рельеф земной поверхности, требуют особых форм представления, поскольку их пространственное положение должно описываться не только плановыми, но и высотными координатами (аппликатами). Множественность существующих представлений отражает актуальное многообразие технологий оцифровывания картографических материалов, способов формализованного описания, входных форматов и методов обработки соответствующих данных в условиях разнообразия типов источников и целей цифрового 327
моделирования рельефов. Информация об интересующем объекте накапливается в специальной базе данных медико-экологической геоинформационной системы, при этом источниками информации являлись как литературные источники, так и результаты экспедиционных исследований, медико-статистические отчеты региональных организаций, институтов ДВО РАН, СО РАМН и т.п. Специально разработанная математическая модель обеспечивает перевод показателей частоты встречаемости различных медико-генетических характеристик в цифровую модель распространенности данного патологического процесса в исследуемом регионе. После построения цифровой модели она визуализировалась для дальнейшего принятия решения или анализа информации. При этом все картографо-статистические и картографоматематические действия проводились именно с дискретной моделью. Таким образом, данный методологический подход обеспечивает практически неограниченные возможности моделирования с помощью как детерминических, так и стохастических подходов. В связи с некоторой ограниченностью ГИС-технологий из-за принципиального отсутствия эффективных систем математической обработки данных появились первые качественно новые информационные продукты и среды. Явившись итогом развития технологий обычных, цифровых карт и геоинформационных систем, они стали принципиально новым шагом в развитии методов географии. Возник новый термин - «неогеография». Термин «неогеография» был введен в широкий научный оборот специалистом в области ГИС Эндрю Тёрнером в 2006 г. Неогеография представляет собой совокупность методов картографии и ГИС, позволяющих резко повысить эффективность работы с данными. Неологизм неожиданно быстро был воспринят географами. Уже в июле 2007 года в мировой сети стали появляться первые объявления о приеме на работу специалистов в области неогеографии. Понять готовность специалистов в области цифровой географии к адаптации нового термина можно, столкнувшись с беспрецедентными темпами, с которыми завоевало популярность во всем мире семейство продуктов компании Google, считающихся на сегодняшний день эталонами неогеографии - Google Earth и Google Maps. Продукты такого рода пока не получили устойчивого обозначения; обычно используется термин «геопорталы», или «геоинтерфейсы». Появившись в 2005 г., они уже через два года обогнали по популярности все классические ГИС, вместе взятые. Число загрузок клиентских приложений Google Earth давно превысило 200 млн, ГИС о таком тотальном проникновении в общество не могли и мечтать. Можно выделить три основных характерных отличия подхода неогеографии от подхода ГИС. Это преимущественное использование не векторного, а растрового представ328
ления; использование не картографических, но географических систем координат; применение гипертекстовых форматов хранения данных. Изначально географические карты были «картами границ» - основным носителем информации о местности являлись линии, разграничивающие качественно различающиеся области. С началом цифровой эпохи такое представление получило обозначение векторного, и векторные способы представления географической информации стали доминировать. Напомним, что цифровые карты, а затем геоинформационные системы (ГИС) – классические примеры доминирования «векторного» подхода. Правда, изначально, в эпоху становления ГИС, наряду с векторными существовал и ряд растровых систем. Однако в дальнейшем они распространения не получили – векторный формат представления геоданных одержал безусловную победу. Во-первых, он оказался более «экономичным». Во-вторых, он естественным образом сочетался с уже существовавшими и хорошо известными в ту эпоху географическими продуктами – картами. В-третьих, векторный формат оказался более удобным для реализации аналитических возможностей, ставших неотъемлемой частью геоинформационных систем. Перемены обозначились на рубеже XX-XXI столетий, когда появились высококачественные, недорогие и открытые данные дистанционного зондирования, и в первую очередь - космические снимки. Они позволили каждому увидеть местность такой, какая она есть на самом деле - не опосредованной картографическим представлением (векторизацией). Кроме того, развитие аппаратной базы и повышение производительности компьютеров сделало возможной работу с изображениями большой размерности и их обработку «на лету» на обычных ПК. Современное общество нуждается во все более и более точных картах. Чем точнее карта, тем дороже она обходится и тем больше времени требуется для ее создания. Вместе с тем, срок годности таких карт сокращается по мере укрупнения их масштаба, особенно в эпоху динамичной гонки информационных технологий. Создание и поддержание в актуальном состоянии географических карт становится чрезвычайно обременительным делом, а проблемы с высокоточными картами носят не только субъективный, но и во многом объективный характер. Переход к растровому представлению позволяет фактически мгновенно обновлять геопродукты за счет отказа от самой дорогостоящей, длительной и неизбежно в основе своей субъективной процедуры – векторизации. Естественно, говорить о полном замещении векторного представления растровым несколько некорректно. Первое гораздо лучше подходит для описания, например, административных, государственных или кадастровых границ - то есть условных линий, проведенных человеком и имеющих скорее юридический характер. Растр гораздо лучше описывает Землю 329
как таковую: использование растровых изображений позволяет значительно лучше увидеть нечеткость, зыбкость и изменчивость географических объектов в реальной природе – границ водоемов и береговой линии, болот, лесов – всего того, что четкой либо стабильной во времени границы не имеет в принципе. Интересно, что переход к растровому представлению географической информации позволил избавиться от целого ряда препятствий, возникших в географии в эпоху карт. Смещение акцента с вектора на растровое изображение влечет за собой глубокие изменения в характере цифровых сред для работы с данными. Отходит на второй план характерное для ГИС послойное представление данных. Условно говоря, топографическая карта, схема или план – это всегда вид на местность сверху. Такое ортогональное представление позволяет обеспечить единый масштаб по всему листу карты и, соответственно, возможность производить на карте измерения – например, прикладывая линейку. В то же время, полностью геометрически корректное отображение больших территорий или Земного шара целиком на карте невозможно – ни одна так называемая картографическая проекция (и соответствующая ей картографическая система координат) не позволяет передать одновременно все метрические характеристики без искажений. Возникло четкое разделение между топографическими (т.е. высокоточными) картами и планами, с одной стороны, и географическими (т.е. всеобъемлющими) картами – с другой. Проблему представления высокоточных геоданных не просто на «вырванном» из географического контекста участке местности, но на модели всего Земного шара целиком, удалось решить с помощью методов неогеографии. Фактически решение «носилось» в воздухе. Ортогональное представление местности, характерное для карт и «по наследству» доставшееся геоинформационным системам, необходимо для осуществления измерений с помощью внешнего измерительного устройства (линейки, курвиметра, транспортира и т.д.) Но в цифровом продукте средства измерения уже интегрированы в интерфейс – программную оболочку. Теперь местность можно отображать под любым ракурсом – в том числе и перспективным – без потери метрической достоверности. В географии, в том числе медицинской, началась «эпоха трехмерности». Системы для 3D-отображения геоданных существовали и раньше, в эпоху классических ГИС. Однако лишь с появлением геопорталов класса Google Earth стало возможным на ходу изменять ракурс просмотра местности на произвольный. Внезапно оживающий рельеф любой области на планете производит на человека, впервые знакомящегося с Google Earth и аналогичными продуктами, неизгладимое впечатление. Техническая возможность трехмерной визуализа330
ции логично привела к обвальному росту потребности в трехмерных геоданных. Цифровые 3D-модели зданий и сооружений, выполненные в том числе с использованием методов фотовизуализации, и при этом географически точно локализованные уже не только в пределах листа карты, но в масштабе всей Земли, становятся новым стандартом и кардинально улучшают восприятие геоданных. Значительным удобством в сборе высокоточной информации о местах, например, инфицирования клещевым энцефалитом, является наличие в Google Earth глобального покрытия космическими снимками, информативного даже в тех случаях, когда на картах данной местности какие-либо опознаваемые ориентиры отсутствуют в принципе. Это позволяет даже в отсутствие GPS-приемника определить географические координаты с достаточной – и на порядки более высокой, чем это доступно эпидемиологам и картографам на сегодня точностью. Разработанный нами проект создания медико-экологических ГИС позволяет с помощью популяционно-аналитического метода охватить всю популяцию человека, проживающую на территории Приамурья. При этом в качестве объекта исследования рассматриваются показатели частоты заболеваемости, смертности и т.п. в административных районах (прибрежных населенных пунктах) изучаемой территории, а в качестве признаков, оказывающих влияние на объект исследования значения или степень выраженности природных, экологических и иных факторов относимых к т.н. факторам малой интенсивности.. В рамках комплексного исследования, охватывающего все население изучаемой территории, Приамурье можно условно разделить на отдельные зоны, на которые анализируемый фактор воздействует с разной степенью интенсивности. В выделенных таким образом субпопуляциях можно рассчитать значения показателя относительного риска возникновения того или иного заболевания и определить достоверность данного показателя. Такой методологический подход может быть назван методом выделения субпопуляций. В настоящем проекте будут использованы следующие преимущества сочетания ГИС-технологий и виртуальных информационных моделей (ВИМ): интеграция БД с адресной системой исследуемого географического объекта (от города, региона до всего мира); возможность создания поисковой геоинформационной системы; пространственная визуализация любых данных, их интеграция на одном носителе (бумажном, электронном); построение математических (статистических, детерминированных) сквозных моделей изменения тех или иных показателей в пространстве и во времени; анализ разнородной информации с учетом требуемых критериев (запросов), анализ информации с учетом построенной в пространстве модели, анализ пространственно 331
распределенных данных с учетом имеющихся топологических моделей территорий. В результате анализа информации на качественном или количественном уровне, обеспеченной совместным использованием средств ГИС-технологий и ВИМ-идеологии, могут выявляться неявные ситуации и их причины, анализироваться нечеткая и неопределенная информация, прогнозироваться возможные изменения показателей. Особым отличием нового проекта от существующих традиционных применений ГИС-технологий станет возможность изучения т.н. «факторов малой интенсивности» (ФМИ). Под ФМИ понимаются те или иные экзогенные воздействия, характеризующиеся рядом признаков, обязательными среди которых являются низкая вероятность индукции заболевания, например, опухоли по сравнению с факторами индивидуального риска (курение, привычки питания, перенесенный вирусный гепатит и т.п.), распространение на всей изучаемой территории, воздействие в той или иной степени на всю или большую часть популяции, проживающей на данной территории. Уникальной особенностью МЭГИС является оригинальный принцип организации информационной системы, позволяющие учитывать присутствие человека на довольно большой территории и анализировать вероятность его присутствия в разных частях этой территории. Те участки, которые с наибольшей частотой посещает тот или иной человек в течение определенного промежутка времени, определены как «зона жизнедеятельности» (ЗЖ). Существенной особенностью МЭГИС является также наличие математического аппарата, позволяющего учитывать миграцию человека на достаточно большой территории и вероятность его пребывания в разных частях этой территории. Другой существенной особенностью МЭГИС является стремление к выявлению причинно следственных связей между патологическими процессами, происходящими в исследуемой популяции, и экологическими характеристиками изучаемой территории. Любой патологический процесс следует рассматривать как результирующую многофакторного влияния, которое можно исследовать методами анализа уравнений множественной линейной регрессии. Таким образом, геоинформационные системы являются актуальным и перспективным инструментом повышения эффективности управления сферой здравоохранения, а также способствует обеспечению эффективной работы всех участников медицинской инфраструктуры городов Приамурья. Исследования выполнены при поддержке грантов РГНФ № 07-06-12126в «Геоинформационные системы в изучении эпидемиологии социально значимых заболеваний» и РФФИ № 08-07-98500 «Системный анализ гематоиммунных факторов паразитарной контаминации у коренных народов Приамурья». 332
УДК 681.3.06 А. Г. Тарасов СОВМЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КЛАСТЕРА И СИСТЕМЫ ВИРТУАЛИЗАЦИИ XEN Тарасов А. Г. – м.н.с. ВЦ ДВО РАН Мониторинг вычислительных кластеров является важной задачей, методы решения которой позволяют эффективно использовать мониторинг совместно с другими подсистемами. В частности, использование совместное системой виртуализации XEN. Результаты тестирования на кластере ВЦ ДВО РАН отражают характерные черты такого взаимодействия.
Задачей системы мониторинга является своевременное предоставление актуальной информации оператору вычислительной системы как в целом, так и по отдельным узлам контролируемого комплекса. Простой и оперативный доступ к этой информации позволяет адекватно реагировать на все негативные изменения в работе системы, находить причины неисправностей и сбоев. Система мониторинга может являться средством отладки и наблюдения за поведением выполняющихся пользовательских программ, позволяя в реальном времени наблюдать расходуемые программой ресурсы и выявлять в ней узкие места. Реализация системы мониторинга должна уведомлять об изменениях в работе контролируемой системы, особенно критически важных характеристик: общее состояние узла (работает/не работает, вычислительная нагрузка на узел), температура (процессоров, систем хранения данных). В данной статье рассматривается подход, позволяющий использовать сторонние системы в рамках трёхуровневой архитектуры системы мониторинга с возможностью внесения улучшений в развёрнутую систему мониторинга, обеспечивая взаимодействие со сторонними программными комплексами. Терминология, используемая ниже при рассмотрении архитектурных особенностей обсуждаемого подхода в некоторой степени пересекается с понятиями широко используемых систем мониторинга. В 333
то же время, ряд терминов обозначает отличные логические сущности. Трёхуровневая система мониторинга [1] строго разделяет весь программно-аппаратный комплекс - использующийся при мониторинге на три уровня, передача данных между которыми может осуществляться лишь между соседними уровнями, ослабляя тем самым зависимости между крайними уровнями и позволяя изменять, дополнять и расширять уровни не нарушая общей работоспособности. Нижний уровень ответственен за сбор и представление данных в виде метрик. Источником данных может быть какой-либо сенсор физического или логического устройства (например SNMP-статистика, данные сервиса gmond системы мониторинга Ganglia). Функциональность уровня мала, ПО на практике – машиннозависимое, в целях более эффективного использования ресурсов контролируемого узла. Промежуточный уровень отвечает за сбор данных с нескольких источников данных, преобразованию их к унифицированному формату данных, проверку простейших триггеров и выполнение соответствующих им действий. Данный уровень можно реализовать на машиннозависимых или интерпретируемых языках. Уровень приложений отвечает за более высокоуровневый анализ данных и представление их пользователю. Быстродействие на данном уровне не так важно, т. к. выполняющееся на нём программное обеспечение может выполняться за пределами вычислительного комплекса, обращаясь лишь к данным, предоставляемым промежуточным уровнем. Важными структурными элементами архитектуры являются триггер и действие. Триггер – это сущность, выполняющая проверку некоторого условия. Если условие выполнено – состояние триггера изменяется (триггер сработал), что приводит к выполнению некоторых действий. Триггеры и действия имеет смысл использовать совместно, при этом одному триггеру может быть сопоставлено несколько действий и наоборот, одному действию может быть сопоставлено несколько триггеров. Триггеры делятся на переключаемые триггеры и сбрасываемые. Первые находятся в сработавшем состоянии до тех пор пока условие выполняется и не производят запусков действий повторно. Вторые при каждой проверке и выполнении условия выполняют действие. Действие – набор инструкций, выполнение которых производится если сработал триггер. При необходимости, действия могут запускать на выполнение другие действия. Действие на практике может широко варьироваться: запись диагностического сообщения в журнал, посылка уведомления администратору кластера, запуск приложений и др.
334
Генератор триггеров (или метатриггер) – триггер, создающий при необходимости триггеры для подходящих под условия метрик (измеряемых величин). Необходимость существования подобной сущности продиктована динамической структурой иерархии узлов системы мониторинга, при которой часть узлов уже может быть создана и иметь активные триггеры, другая часть отсутствовать и подключаться по необходимости, метатриггеры облегчают добавление новых узлов в вычислительную систему. Введение таких логических сущностей и при программной реализации строго определённых интерфейсов взаимодействия между ними позволяет использовать на различных уровнях совместно различное программное обеспечение. Например, сенсорами (источниками данных) могут выступать файлы данных, данные мониторинга Nagios, SNMP статистика. При этом все сенсоры формируют единую структуру метрик, доступную программным средствам на промежуточном уровне и уровне приложений. Таким образом система мониторинга, построенная в соответствии с данной архитектурой может работать параллельно с уже развёрнутыми, замещая их при необходимости на некоторых уровнях, что позволяет изменять и расширять набор доступных функций при мониторинге. Использование связки триггер-действие позволяет реализовать достаточно сложные схемы обработки критических и штатных ситуаций, возникающих в процессе работы вычислительной системы (при условии возможности добавления своих действий и триггеров в систему мониторинга). В частности, третий уровень рассматриваемой архитектуры может использовать срабатывание триггеров как входные параметры для экспертной системы, принимающей решение о необходимости последующего воздействия на вычислительный процесс. На экспериментальном кластере ВЦ ДВО РАН [2] система мониторинга grate, разработанная по рассматриваемой архитектуре, использовалась для контроля негативных изменений повышения температуры вычислительных узлов (например в случае отказа активного охлаждения). Сенсорами выступали сервисы gmond, предоставляемые системой Ganglia с настроенной пользовательской метрикой температуры. При превышении заранее указанной температуры происходила запись в журнал событий, отправка уведомления администратору кластера. Уровень приложений может использоваться и для более сложных управляющих операций над контролируемой системой. В качестве примера можно привести оптимизацию производительности гетерогенной вычислительной системы с использованием систем виртуализации.
335
В ряде случаев приложения пользователей кластера занимают не все вычислительные ресурсы вычислительного узла, на котором выполняются - в то время как более ёмкие с точки зрения необходимых ресурсов памяти или процессорного времени задачи вынуждены простаивать в очередях, ожидая освобождения необходимых узлов. При использовании механизма виртуализации XEN на кластере ВЦ ДВО РАН [3] была добавлена возможность миграции (с некоторыми ограничениями) выполняющихся процессов с одного вычислительного узла на другой. Системы виртуализации позволяют запускать несколько копий операционных систем на одной машине. При этом одна из операционных систем выполняет служебные функции и называется хостовой (от англ. host), а остальные – гостевой. Миграция выполняющейся копии операционной системы доступна стандартными средствами XEN. Дополнительная возможность – создание слепка выполняющейся операционной системы (т.н. checkpoint) также может использоваться для восстановления работоспособности при восстановимом сбое. Программный комплекс анализировал эффективность использования ресурсов на вычислительном узле, используя данные предоставляемые моделируемым промежуточным уровнем (эффективная загрузка процессора, число занятой памяти). И при необходимости осуществлял миграцию с одного узла на другой. Так же система использовалась при моделировании восстановимого отказа узла (т. е. такого, при котором миграция ещё возможна – выход из строя несистемной среды распространения данных, перегрев со снижением частоты). Задачей системы было отследить отказ и инициировать миграцию, выполнив заранее подготовленный shell-скрипт. При этом не происходило значительного прерывания вычислительного процесса, и как показали тестовые замеры – для малого числа узлов, выполняющих параллельный расчёт задачи с постоянной передачей данных между узлами, потери были малы [4]. Разработанный программный комплекс grate состоит из нескольких самодостаточных модулей, написанных на языке java: grated (аналог gmond, способный замещать его на промежуточном уровне), grape (java-апплет, выполняющийся в среде web-браузера), grate (приложение для простейшей визуализации и контроля данных). Модули используют общее ядро (систему интерфейсов и классов), позволяющее им работать с метриками, триггерами и прочими объектами. Тестирование - выполненное при мониторинге 9 узлов экспериментального кластера, а затем при моделировании контроля 100 узлов по методике, использующейся разработчиками Ganglia - показало что производительность комплекса (grated) чуть выше чем у системы 336
Ganglia (модуля gmetad), уступая ей в объёмах используемой памяти на управляющем сервере [5]. При этом модуль grated проводил проверку триггеров, расширяя тем самым базовую функциональность используемых сенсоров gmond. Визуализация выполнялась grate на основе данных, поставляемых от grated. Тестирование проводилось на сервере локальной вычислительной сети кластера ВЦ ДВО РАН под управлением WhiteBox Linux 3.0 2.4.20-8. В качестве сравниваемой системы выступала Ganglia 2.4 (модуль gmetad). Результаты приведены в таблице, где показаны значения общего времени выполнения T и относительное время загрузки про0 цессора T . Использовалась Sun JRE 1.5. p Табл. 1. Результаты испытаний системы мониторинга Выполняемое приложение grated gmetad
КЛАСТЕР, 8 УЗЛОВ T (час.) 0 768 888
T % p 0.14 0.23
Эмуляция кластера, 100 узлов T (час.) T % 0 p 50.8 9.19 192 10.6
Использование языка java позволило сделать систему гибкой и легко расширяемой: для добавления нового триггера или действия достаточно реализовать интерфейс, определённый в ядре системы. Созданный таким образом модуль можно начинать использовать не останавливая работы системы благодаря механизму отражений (reflection), поддерживаемому языком java. Помимо этого стала возможной совместная работа приложений на разных платформах (в тестировании участвовали ОС MS Windows XP и различные версии дистрибутивов Linux) Разработанное по предложенной архитектуре приложение показало сравнимые результаты с уже имеющимися решениями, расширив функциональность используемой на нижнем уровне в качестве источников данных системы мониторинга. Таким образом на практике была показана работоспособность архитектуры и выгода от её применения. Использование программных комплексов, реализующих подобную архитектуру, упрощает создание высокоуровневого программного обеспечения, контролирующего вычислительные системы. В частности, позволяет использовать в ряде случаев экспертные системы и другие методы из области моделирования искусственного интеллекта для управления вычислительной системой. Дальнейшие исследования будут связаны с разработкой более «ин337
теллектуального» программного обеспечения контроля вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН на базе изложенной трёхуровневой архитектуры и применение его для объединенных в GRID кластеров. Использование в широко распространённом пакете Globus Toolkit языка java нивелирует имеющиеся недостатки системы grate, связанные с использованием значительного объёма памяти под JRE. Возможно, это позволит адаптировать часть модулей grate для работы с системой Globus. Библиографические ссылки 1. Трёхуровневая система мониторинга расширенной функциональности / А.Г. Тарасов // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2008). Санкт-Петербург. 2008. 2. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г. Вычислительный кластер бездисковых рабочих станций: препринт ВЦ ДВО РАН. Хабаровск, 2005. №83 3. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г., Шаповалов Т.С. Организация работы вычислительного кластера в режиме удалённого доступа: препринт ВЦ ДВО РАН. Хабаровск, 2007. №110 4. Применение системы виртуализации XEN на вычислительном кластере /А.Ю. Сапронов, А.Г. Тарасов // XXXII Дальневосточная математическая школа-семинар имени академика Е.В. Золотова: тезисы докладов. Хабаровск. 2007. 5. Удалённый доступ к вычислительному кластеру ВЦ ДВО РАН / В.В. Пересветов, А.Ю. Сапронов, А.Г. Тарасов, Т.С. Шаповалов // Вычислительные технологии. 2006. т. 11
338
УДК 910.1:502.31 С. Л. Турков ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТАЗНАНИЙ В ГЕОЭКОЛОГИИ (ГИС-ТЕХНОЛОГИИ И СПР) Турков С.Л. – с.н.с. лаборатории «Математического моделирования в геологии и геофизике» (ВЦ ДВО РАН), к.э.н. Рассматриваются теоретические проблемы представления метазнаний геоэкологии в геоинформационных системах и технологиях. В качестве исходных концепций геоэкологии определены: теория биосферы (ноосферы) В.И. Вернадского, биосферный и системный подходы, теория кибернетики, концепция «Устойчивого развития» (Sustainable Development), математические аппараты теории игр и распознавания образов. Практические направления использования результатов исследования - геоэкологические аспекты теории устойчивого развития регионов, геоинформационные системы и технологии принятия сложных управляющих решений.
В настоящее время в процессе решения комплекса задач управления региональным природопользованием наиболее сложной является проблема повышения интеллектуального уровня разработки и практического использования в образовании и научной деятельности современных геоинформационных (ГИС) систем и технологий, экспертных систем (ЭС), оболочек (Shell) и систем планирования (поддержки) принятия управляющих решений (СПР). В основу архитектуры таких информационных и вычислительных систем должны быть положены «метазнания» (или ratio – разумное начало, принцип, смысл) каждой отдельно взятой науки или области знаний, которые далее – в аналитических и вычислительных процедурах – конкретизируются через посредство принятых в ней объекта, предмета и методов исследования. Данное положение имеет особое значение для геоэкологии, объект и предмет исследования которой до сих пор точно не определены (см. материалы научных дискуссий на стр. журнала «Геоэкология»). Это существенно ограничивает ее использование при решении проблем концепции устойчивого развития регионов (Sustainable Development, комиссия Г.Х. Брундтланд, 1967; КУР в аббревиатуре Международной комиссии ООН, 1993). В результате сегодня в природопользовании в принципе невозможно обеспечить адекватность реально изучаемым 339
объектам общепринятого в экологической аксиоматике понятия «система» и реализовать известное «Правило «мягкого» управления природой» (учет процессов самоорганизации и воспроизводства, которое экологически и экономически предпочтительнее широко используемого «жесткого» (техногенного) способа управления) [5. С. 389, 475]. Организацию метазнаний в СПР (сфера геоэкологии) рассмотрим на примере рис. 1. В данной архитектуре можно выделить два блока: резидентные (они выделены пунктирными линиями) и основная часть системы. Первые представляют собой набор отдельных блоков, которые являются внешними по отношению к системе в целом и предназначены для выполнения специальных (обеспечивающих и поддерживающих) функций. К ним, например, должны относиться ГИСЫ, ЭС и оболочки независимо от уровня представления в них данных и знаний по территориям и природным объектам. Вторая – это совокупность некоторых основных частей (модулей) СПР, которые, собственно, и определяют ее как систему искусственного интеллекта высшего уровня организации. Таким образом, СПР в целом можно охарактеризовать как высоко интеллектуальную и относительно независимую надстройку над территориальными и отраслевыми ГИСами, ЭС и оболочками любого (глобальный, региональный, локальный) уровня управления. Комплекс модулей МЗ является центральным блоком подсистемы логического вывода, который обеспечивает и организует всю работу СПР. Технологически все модули МЗ можно разделить на две группы: 1) обеспечивающие знакомство и обучение пользованию системой; 2) обеспечивающие выполнение основных функций системы. Первая группа модулей позволяет пользователю получить все необходимые сведения: о назначении системы и ее структуре с подробным описанием каждого блока системы; об объектной (ОПО), предметной (ППО) и задачной (ЗПО) подобластях системы; о своей работе, схеме и логике рассуждения и принятия решений; о структуре построения БЗ, способах их приобретения и представления; о библиотеке прикладных программ и оценочных функций (БППиОФ) и др. Вторая группа модулей предназначена для реализации основных функций СПР: формирование оперативной базы данных (ОБД), или такой области памяти и данных, преобразование которой в соответствии с БЗ и выбранной стратегией решения и будет выражать непосредственный результат работы системы. Назначение метазнаний заключается в том, что должна быть сформирована логическая структура ОБД; т.е. должна быть построена такая БД, все элементы которой тем или иным образом могут участвовать в решении задачи независимо от выбранной стратегии.
340
ВБД
Геоинформационная система БД по элементам
Территория
Планировщик данных (ПД) Библиотека объектов
БД по состоянию СФВ
БД по состоянию ОП
Блок вывода и объяснения результатов решения
ОБД
НБД
Пользователь Õ
Библиотека ситуаций
Планировщик решений (ПР)
Метазнания (МЗ)
Библиотека стратегий
Библиотека структур
Процедурные знания (ПЗ) Библиотека процедур
База знаний (БЗ)
Модуль приобретения знаний (МПЗ)
Блок обучения пользованию системой (БОПС)
Библиотека прикладных программ и оценочных функций системы (БППиОФ)
× Эксперт Рис. 1. Архитектура системы планирования принятия решений в сфере управления региональным природопользованием (ВБД, НБД, ОБД – внешний, нормативный и оперативный банки данных; СФВ – система физических взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, ядерные (слабые и сильные) взаимодействия; ОП - обеспечивающая подсистема: внешние силы и ресурсы природы – атмосфера, вода, солнечная радиация)
Основные функции СПР реализуются группой модулей МЗ через подключение библиотеки структур. Она представляет собой программный комплекс высшего уровня, в котором все структурные представления системы о объектной, предметной и задачной подобластях, БЗ и выполняемых процедурах изложены и объяснены в виде логически связанных языковых элементов, а также информационных (организационных) – с целью обучения пользователя, в т.ч. и студентов 341
структур. Наилучшая форма представления знаний в библиотеке структур – фреймы, поскольку именно степень их соответствия данной ППО и знаниям, а также их организации будет в дальнейшем существенно влиять на эффективность (скорость) работы всей системы. Отметим, что в настоящем докладе нас интересует не СПР в целом, а только ее центральная часть, или блок (комплекс модулей) метазнаний (МЗ) и методы организации библиотеки структур применительно к геоэкологическим знаниям (подробнее о технологии работы СПР и представления знаний в таких системах, см. работы: [3, 7, 8]). При решении любой поставленной проблемы, для лица, принимающего решение (ЛПР), изначально важно определить, к какой области знаний относятся исходные понятия и определения, объект и предмет исследования, или ОПО, ППО и ЗПО управления. Несмотря на крайне широкий междисциплинарный и межотраслевой характер своего проявления, сегодня проблемы КУР и управления природопользованием наиболее целесообразно изучать в рамках геоэкологии, как нового междисциплинарного научного направления (см. паспорт специальности 25.00.36 ВАК РФ). Теоретически это положение может быть подтверждено тем, что сегодня в естествознании только геоэкология на глобальном уровне вместе рассматривает в качестве своего объекта исследования все известные нам гео- и биосферные оболочки: лито-, педо-, гидро-, атмо-, био- и антропо- сферы. В работах автора доклада (см. [3, 7, 8] и др.) на основе использования системного подхода и фундаментальных положений теорий общих систем, синергетики, кибернетики, энтропии и др. исследований [1, 2, 4, 6, 9-12], разработаны и подробно рассматриваются проблемы теории управления региональным природопользованием (они и должны быть – структурно и алгоритмически - реализованы в метазнаниях СПР). В качестве примера приведем две схемы, отражающие информационные области и логику связи объекта, предмета и методов исследования геоэкологии (рис. 2 и 3). Необходимо специально отметить, что в первой схеме (рис. 2) – в противовес ее определению, предложенному Э. Геккелем («наука об отношениях организмов к окружающей среде», 1866) – экология нами рассматривается как наука о физических, химических и биологических формах существования живой и неживой материи (включая космос; Ю. Одум, Н.Ф. Реймерс, В.И. Булатов и др. называют ее «большой экологией» или «мегаэкологией»; у нее нет сегодня фундаментальных теоретических основ), а геоэкология – как область знаний о формах существования и пределах взаимодействия геосфер (лито-, педо-, гидро-, атмо-, био- и антропо- сферы) планеты.
342
5
1
4
3
2
Рис. 2. Системное представление фазового (информационного) пространства экологии, геоэкологии и сферы природопользования 1 – фазовое пространство природных процессов; область знаний географии; 2 – фазовое пространство общественных (социально-экономических) процессов; область знаний экономики; 3 – природопользование, как взаимосвязанные и пересекающиеся процессы взаимодействия природы и общества; область знаний экономической географии и региональной экономики; 4 – биосферные (ноосферные) процессы взаимодействия и развития геосфер планеты; область знаний геоэкологии; 5 – физические, химические и биологические процессы взаимодействия природы и общества; область знаний экологии («мегаэкологии»).
Исходя из синтеза рис. 2, 3 и перечисленных выше теорий может быть предложена следующая формула геоэкологии. ГП, ПР (объект – геосферы планеты, предмет – природопользование (в части жизнеобеспечивающих ресурсов)) ⇒ БС, НС (исходная теория – теория биосферы и ноосферы) → РВ, УР (цель – равновесие, устойчивое развитие); ГЛ, РН, ЛК (уровни – глобальный, региональный, локальный); КН (основное свойство – конфликт (в условиях неопределенности)). При этом нужно одновременно использовать известные из геграфии и экологии эко- и антропо- центрические подходы (нами он в целом определен как новый – геосистемный – подход [3]). В текущей практике принятия управляющих решений часто приходится выполнять вычислительные операции и процедуры с данными и знаниями одновременно по нескольким областям деятельности общества. При этом подобные информационные потоки обычно привяза343
ны к конкретным территориальным единицам – страна, федеральный округ, регион, город, район и т.п. В этом случае они принимают форму территориально закрепленных банков данных (статистическая и научная информация) и знаний, которые организуются в виде отраслевых и территориальных ГИСов. Подобную ситуацию рассмотрим на примере разработки «смешанной» ГИС-технологии (рис. 4). Объект исследования
Предмет исследования
ГЕОЭКОЛОГИЯ
Геосферы планеты
Процессы их взаимодействия
Консервативные (инвариантные) и диссипативные (неинвариантные) системы. (Теория синергетики. Теория энтропии А.Н. Панченкова).
Процессы, происходящие в активных сложных системах класса «природа-общество». (Принцип «дополнительности» Н. Бора).
Активные сложные системы класса «природа-общество». (Теория информации. Теория кибернетики. Теория управления региональным природопользованием).
Неравновесные (флуктуационные (случайные) и бифуркационные (неслучайные) процессы)). (Теория синергетики. Равновесие, неустойчивое, устойчивое развитие, гибель системы).
Среда обитания природных, биологических и социальных систем. (Теория ноосферы).
Функциональное (биологическое) пространство. (Теория синергетики).
Регионы, как универсальные территориальные единицы окружающего мира. (Общая теория систем).
Конфликт (в условиях неопределенности) в системах класса «природа-общество». (Принципы «неопределенности» и «зависимости» Н. Бора и В. Гейзенберга. Теория игр и распознавание образов).
Рис. 3. Основные (базовые) понятия геоэкологии и обеспечивающие их теории
По условиям постановки научных проблем и возникающих при этом в практике принятия управляющих решений задач, подобные информационные потоки обычно пересекаются и дополняют друг друга; т.е. каждое конкретное управляющее решение должно носить комплексный и системный характер. При этом возникает достаточно сложная теоретическая проблема, когда исследователь, будучи специа344
листом в некоторой ограниченной области знаний или сферы деятельности, должен выполнить следующие процедуры. Во-первых, привлечь для решения поставленной задачи других специалистов (экспертов), данными и знаниями которых он не обладает. Во-вторых, разработать – в научном плане строго аргументированный и оптимальный – алгоритм принятия управляющих решений, которым синтезируется вся доступная ему информация. Лицо, принимающее решение, - ЛПР Принципы «неопределенности» и «зависимости» (Н. Бор, В. Гейзенберг, 1927)
Методология
Принципы «дополнительности» и «соответствия» (Н. Бор, 1913)
D'
«Медицина + экология + экономика»
Теория D
Области знаний
Медицина
Банки знаний
A'
Экология
Экономика
B'
C'
B
C
Банки данных A
Вывод: D+D' ≠ {(A+B+C)+(A'+B'+C')} Рис. 4. Фрагмент общей схемы разработки информационной части «смешанной» ГИС-технологии
Логику действий ЛПР в данной ситуации можно описать следующим образом. В качестве исходных информационных потоков он имеет три территориально привязанных, но независимых банка данных (A, B, C) и аналогичных банков знаний (A', B', C'). Таким образом, для принятия решений ЛПР должен выполнить процедуру логического синтеза трех независимых банков данных и знаний или, другими сло345
вами, стать «экспертом» над группой экспертов, являющихся специалистами в других областях знаний. Отсюда ЛПР должен выполнить следующие аналитические процедуры. 1). Переопределить свои собственные координаты (или перестроить свои знания и опыт), поскольку, исходя из принципа «неопределенности» В. Гейзенберга (1927), изменение импульса системы (появление новых данных) ведет к изменению координат, т.е. к получению новых знаний ЛПР по отношению к изучаемой им объектной, предметной и задачной подобластям управления. 2). Провести процедуру информационного «сжатия» вновь получаемых им банков данных и знаний – D и D' (или «выйти» на расчет геосистемного каркаса территории (по В.Б. Сочаве, 1978 - «инварианта» системы, по Е.Н. Князевой и С.П. Курдюмову, 1992 - «пятна» процесса, в нашем определении - «ядра» структуры-аттрактора), что и отмечено в виде общего вывода на рис. 4). Подробнее об этом см. также [3, 8] и др. работы автора. С целью алгоритмического решения подобных проблем необходимо использовать математические аппараты теории игр, распознавания образов и топологических множеств (фрактальная геометрия). Библиографические ссылки 1. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т.1-2. 2. Панченков А.Н. Энтропия. Нижний Новгород: Изд-во о-ва «Интелсервис», 1999. 3. Полумиенко С.К., Савин С.З. Турков С.Л. Информационные модели и методы принятия решений в региональных эколого-экономических системах. Владивосток: Дальнаука, 2007. 4. Региональное природопользование: методы изучения, оценки, управления / П.Я. Бакланов, П.Ф. Бровко, Т.Ф. Воробьева и др.: Под ред. П.Я. Бакланова, В.П. Каракина: Учеб. пособие. М.: Логос, 2002. 5. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 6. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978. 7. Турков С.Л. Принятие решений в системах управления природными ресурсами (вопросы методологии и теории) // ВЦ ДВО РАН. Владивосток: Дальнаука, 1994. 8. Турков С.Л. Основы теории управления региональным природопользованием. Владивосток: Дальнаука, 2003. 9. Философский словарь / Под ред. И.Т. Фролова. 5-е изд. М.: Политиздат, 1987. 10. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. 11. Tansley A.G. The use and abuse of vegetational concepts and terms // Journ. ecolog. 1935. Vol. 16, №3. 12. Troll C. Landschatsцkologie (Geoecology) und Biogeocoenologie // Rev. Poum. Gйol. Gйophys., Gйogr. Sйr. Gйogr. 1970. T. 14, № 1. 346
УДК [551.242.1+551.4.02](571.61/64) В. И. Усиков О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРНЕТ-СЕРВИСА GOOGLE EARTH В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Усиков В. И. – старший научный сотрудник ИКАРП ДВО РАН, к.э.н. Рельеф земной поверхности несет в себе информацию о строении земной коры. Этот факт стал основанием для разработки широко применяющихся в настоящее время геоморфологических методов исследований в геологии. Внедрение в повседневную практику персональных компьютеров и информационных технологий позволило дополнить традиционные геоморфологические методы созданием и анализом объемных моделей рельефа и получить за счет этого новые данные. Одним из эффективных средств такого моделирования является интернет-сервис Google Earth. Он позволяет сочетать объемные модели с космическими снимками.
Как известно, основным рельефоообразующим фактором является тектоника, поэтому исследование современного рельефа позволяет получить сведения о строении территории, сложившемся в результате последних стадий тектоногенеза. Для этого привлекаются достаточно детально разработанные геоморфологические исследования [1]. При этом полевые наблюдения предваряются значительными объемами работ по интерпретации дистанционных методов. К их числу принадлежат аэрофотосъемка, спутниковая космическая съемка, радарная съемка. При интерпретации результатов фотосъемки (аро- и космической) используются стереопары, чтобы изображение было максимально приближенным к объемному. Космическая съемка, кроме того, ведется в разных диапазонах спектра. В последние десятилетия, в связи с распространением персональных компьютеров, получили бурное развитие информационные, в частности, ГИС-технологии. На базе космических исследований NASA и обработки полученных данных на большую часть поверхности планеты составлены матрицы абсолютных высот местности в различных стандартах. Наиболее употребительны: GTOPO30 и SRTM-30 (30-секудные матрицы, имеющие шаг около 1 км), USGS Seamless с шагом примерно 100 м. Более ограничено 347
обращение с матрицами NLCD (30 м), NED, SDTS и SRTM-1, SRTM-2, SRTM-3 DEM (от 10 до 30 м). Существуют и сети, построенные по другим стандартам, но с ними работают реже. К первым двум имеется свободный доступ в Интернете, и ими покрыта вся поверхность планеты. Можно упомянуть, также систему ETOPO5 (5-минутную, с шагом 20 км), но для практических целей она вряд ли может понадобиться. 30-метровая сеть разбита примерно на 80 % территории суши. Доступ к ней осуществляется, главным образом, на коммерческой основе. Матрицы с более мелким шагом имеют локальное хождение, в основном на территории США. Для обращения с данными об абсолютных высотах разработано множество компьютерных приложений [2], часть из которых распространяются на коммерческой основе, часть же — свободно. Эти приложения позволяют строить компьютерные 3D-модели рельефа. При этом используются два основных способа их визуализации: объемные оттененные карты рельефа и объемные каркасные модели рельефа. Последние могут представляться тоже в двух вариантах: каркасные оттененные модели и модели типа «рыболовная сеть». Некоторые из приложений позволяют «облекать» каркасные модели космическими снимками, геологическими картами, и другими растровыми изображениями. Методы работы с упомянутыми моделями способны в значительной степени дополнить и расширить возможности обработки результатов дистанционных методов, традиционно применяемых в геоморфологии. Основными их достоинствами являются возможность динамичного изменения ракурса наблюдения и положения источника света. При стереоскопии фотоматериалов точка обзора имеет фиксированное положение. Кроме того, нет возможности наблюдать рельеф «в чистом виде», без других объектов. Еще до массового внедрения персональных компьютеров Б.Г. Саксиным было замечено, что рельеф часто несет информацию, которая маскируется подробностями. Поэтому он предложил методику работы с топокартами, с которых удалено все, кроме горизонталей рельефа и получил весьма обнадеживающие результаты [3]. Компьютерные 3D-модели позволяют развить эту методику и перевести исследования на новый уровень. В других же случаях, наоборот, подробности: космические снимки, совмещенные с 3D-изображением помогают выявить некоторые детали геологического строения рассматриваемой площади и геологические объекты. В целом основные достоинства компьютерных методов по сравнению с традиционными заключаются в высокой наглядности и 348
гибкости представления результатов. Развитие методов, позволяющих осуществлять крупномасштабное изучение тектонического строения территорий, в современных условиях может иметь и большое практическое значение. До сих пор тектонические методы использовались, главным образом при металлогеническом районировании, в сравнительно мелком масштабе. В системе поисков месторождений полезных ископаемых они практически не применялись, т.к. не было в этом особой потребности. В настоящее время, когда фонд легкооткрываемых месторождений исчерпан, и требуются более тонкие подходы к проблеме, тектонические и неотектонические методы могут находить и уже находят свое место в технологиях геологоразведочных работ [4, 5]. Для автора данной статьи побуждающим мотивом использования 3D-моделей рельефа было участие в программе изучения техногенных россыпей на территории Еврейской автономной области (ЕАО), которую ИКАРП ДВО РАН выполнял в течении нескольких лет. При исследованиях строились модели на основании матриц GTOPO30, оцифрованных топографических карт масштаба 1:100000, данных, полученных с помощью сервиса Google Earth [6]. В настоящей работе освещаются некоторые результаты использования последнего, как наиболее доступного для применения. Для этих целей с еще большим успехом можно применять другие, специализированные ГИСприложения, которые позволяют совмещать 3D-модели с растровыми изображениями. В наиболее простых ситуациях обычное визуальное изучение местности при помощи Google Earth позволяет получить представление о строении площади. На рис. 1 показана симметричная, концентрически зональная морфоструктура, расположенная на северовостоке от п. Мухен. Дан вид в двух ракурсах. По внешнему облику это остатки вулканической постройки. Сохранились фрагменты лавовых потоков. На рис. 2 можно наблюдать общий вид Фестивального оловорудного месторождения. Наиболее четко прослеживается субмеридиональная зона рудоносных метасоматитов. Вероятно ее положение подчеркивается благодаря просадке грунта, возникшей вследствие подземной отработки месторождения. К востоку от этой зоны наблюдается еще ряд зон меньшего размера. При внимательном изучении изображения на всей территории рудного узла можно обнаружить и более мелкие проявления по характерным сиреневатым выцветам. Восточнее месторождения, на склоне горного хребта прослеживается крутопадающий разлом, простирающийся 349
практически параллельно рудным зонам. Однако не всегда картина представляется такой четкой. Лавовые потоки обычно лучше изучать по объемной карте и модели рельефа, лишенной подробностей. Дизъюнктивные тектонические нарушения, наоборот, часто легче зафиксировать по объемной модели, совмещенной со спутниковым изображением. При этом обычно требуется просмотр в различных ракурсах, под разными углами зрения. Лучше, если эти параметры, можно изменять динамически, как это позволяет делать Google Earth.
Рис. 1. Остатки вулканической постройки, вид с противоположных сторон
Рис. 2. Фестивальное оловорудное месторождение и прилегающие к нему площади
В этом случае можно избежать ошибок двух родов: пропуска разлома, который может быть не виден при одном направлении взгляда и заметен при другом, а также ложного выделения структуры по случайно сложившимся признакам. Рис. 3 наглядно иллюстрирует возможности варьирования 350
положением точки наблюдения при изучении строения территории. На нем можно видеть изображение фрагмента Буреинского хребта в окрестностях г. Быдыр, на севере ЕАО в разных ракурсах. Современный разлом, который отчетливо виден на изображениях б) и в), и это подтверждено прослеживанием линии разлома по простиранию, на кадре а) совершенно не просматривается.
Рис. 3. Современный разлом, рассекающий хребет в районе г. Быдыр. В ракурсе а) линия разлома не видна; ракурсы б) и в) позволяют определить ее положение. На кадре г) представлено положение плоскости сместителя разлома
В ряде случаев положение разломов удается определить по положению плоской поверхности части склона горы или хребта. В этом случае тоже приходится прибегать к смещению точки зрения и / или прослеживанию ее по простиранию для того, чтобы убедиться в достоверности интерпретации наблюдаемой формы рельефа. На рис. 4 представлен вид интрузивного массива, обнажающегося в районе г. Сиур, на левобережье р. Амур, напротив п. Шелехово. Благодаря изменению ракурса наблюдения удалось уверенно установить, что часть юго-западного склона горы имеет ступенчатую форму. Крутые поверхности ступеней представляют собой плоскости. По всей видимости это сместители системы сбросов. 351
На правом нижнем кадре рисунка вынесены изображения плоскостей сбросов и линии рассекающих их трансферных разломов. Рис. 5 иллюстрирует пример уточнения строения единичного геологического объекта. На нем изображено поле пегматитов в районе г Дубовой, расположенной в 5 км к северу от п. Лондоко (ЕАО). Жилы имеют крутое падение и рассекают гору в направлении, близком к широтному. На снимке поле выражается серией субпараллельных полос.
Рис. 4. Серия разломов, рассекающих г. Сиур. На последнем кадре вынесены изображения плоскостей сбросов (полупрозрачные объекты), штрих-пунктирные линии трансферных разломов. Светлой штриховой линией нарисован контур эродированной части интрузивного массива
Несмотря на то, что изображение в Google Earth довольно мелкомасштабное (по детальности примерно соответствует топокарте масштаба между 1:100000 и 1:200000), при тщательном изучении удалось выявить некоторые детали, не замеченные при проведении геологосъемочных и поисковых работ. Наиболее существенная особенность строения — наличие на западном склоне горы двух пологих разломов. Судя по положению перегибов рельефа и форме седловины, восточный представляет собой сброс, западный — взброс. Поскольку падение сместителей разломов и 352
направление смещения по ним практически совпадают с простиранием жил пегматитов, изменение положения поля в плане до и после разлома незначительно. При работе с 3D-моделями может сложиться и обратная ситуация: наличие морфоструктуры, выделенной традиционными методами не подтверждается при более тщательном исследовании. Пример такой ситуации приведен на рис. 6. На кадре а) показан фрагмент карты масштаба 1:500000, на котором довольно четко проявляется кольцевая морфоструктура в районе хребта Белые горы. На кадре б) участок этой же площади с контуром кольца.
Рис. 5. Уточнение структурно-тектонической позиции полей пегматитов горы Дубовой по результатам анализа объемной модели рельефа, совмещенной со спутниковым снимком. 1 - пологий взброс; 2 — сбросы; 3 - поля пегматитов
На 3D-модели видно, что рельеф этой местности формируется 353
линеаментами, простирающимися в направлении СВ, а иллюзия кольцеобразной формы возникает при генерализации карты после трансформации ее к мелкому масштабу. В приведенном примере южная половина кольца на карте проявилась наглядно, а северная дорисовывается, в основном в воображении исследователя по совершенно инородным деталям рельефа, т.е. при интерпретации карты дополнительно срабатывает психологический эффект.
Рис. 6. Пример выделения несуществующей кольцевой морфоструктуры по мелкомасштабной карте. На кадре а) — фрагмент карты; б) — участок этой же местности с вынесенным контуром морфоструктуры; в) и г) — этот же участок в разных ракурсах
Основные выводы. Применение 3D-моделей рельефа не может заменить традиционно применяемые в геологии геоморфологические методы, но способно значительно уточнить их результаты и расширить сферу их применения.
354
Библиографические ссылки 1. Башенина Н.В. и др. Геоморфологическое картирование. М: Высшая школа, 1977. 375 с. 2. Федорчук А.В. Геологическая картография и Интернет [http://members.nbci.com/_XMCM/fedorchuk/virtugeo/articles/my_articles/geol_ map.htm] 3. Саксин Б.Г., Долгопят Л.Г. Опыт структурных построений в районах Дальнего Востока с мезозойско-кайнозойской эндогенной минерализацией. // Тихоокеанская геология, 1988. № 1. С. 78-81. 4. Корчуганова Н.И., Межеловский И.Н., Загубный Д.Г. Использование методов новейшей тектоники при поисках полезных ископаемых. // Разведка и охрана недр , 2007. № 2-3 С. 79-84. 5. Лямина В.А., Зольников И.Д. ГИС моделирование геологических и гидрогеохимических характеристик на примере Уронайского рудного узла. // Геоинформатика, 2007. № 2 . С. 11-18. 6. Усиков В.И. Изучение тектонической расслоенности верхней части земной коры на основе анализа 3D-моделей рельефа. Препринт. Хабаровск – Биробиджан, 2008. 48 с.
355
УДК 681.3.06+519.68 Т. С. Шаповалов О ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ ЗАДАНИЙ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ Шаповалов Т. С. – аспирант Вычислительного Центра Дальневосточного Отделения Российской Академии Наук, м.н.с. В статье дается обзор существующих методов диспетчеризации и составления расписаний в GRID. Предлагается алгоритм диспетчеризации с применением генетических алгоритмов. Описывается программная реализация алгоритма.
В последние годы наблюдается значительный рост производительности вычислительных систем различной архитектуры, от сильно связанных суперкомпьютерных установок до распределенных слабосвязанных систем, создаваемых по технологии GRID. Несмотря на значительный рост производительности вычислительных систем различной архитектуры, остаются задачи во многих областях человеческой деятельности, для которых имеющейся производительности не достаточно. GRID - технология, позволяющая динамически образовывать среду коллективных вычислений и расширяющая, таким образом, возможности по использованию простаивающих ресурсов. Эффективность использования ресурсов такой сети напрямую зависит от методов планирования заданий. Под планированием будем понимать процесс распределения вычислительной работы между узлами с целью уменьшения времени исполнения программы. В статье дается краткий обзор различных методов планирования относительно вычислительной GRID. Необходимо различать составление статического расписания выполнения задач в распределенной вычислительной сети и динамическое планирование заданий. Статическое планирование осуществляется до начала вычислений и результатом его является составление статического (априорного) расписания. Такого рода планирование предполагает некоторые принципиальные допущения, основанные на том, что информация о задачах заранее известна. Общая постановка задачи составления статического расписания состоит в том, чтобы с помощью некоторого множества процессоров и дополнительных ресурсов вы356
полнить фиксированную систему задач. В результате такого планирования строится оптимальное расписание при заданной мере эффективности. При динамическом планировании ресурсы могут перераспределяться во время выполнения задач для оптимизации использования этих ресурсов. Как правило, для эффективного планирования используют комбинации статических и динамических алгоритмов. В результате, приходится рассматривать множество сценариев развития вычислений, что приводит к понятию стратегии планирования процессов и распределения ресурсов [1]. В качестве основных типов стратегий планирования можно выделить следующие: распределение вычислений и данных, прогнозирование времени выполнения программ, резервирование ресурсов. В стратегии распределения вычислений и данных система диспетчеризации отслеживает текущие значения параметров вычислительной сети (таких, как загрузка процессоров, сети и т.п.) и перераспределяет задачи в случае необходимости. Важным в данной стратегии является оптимизация, помимо вычислительных нагрузок, загрузки сети передачи данных. В стратегии прогнозирования времени выполнения программ используется либо статическое прогнозирование [6] методом прямого стохастического моделирования для динамического управления выполнением взаимосвязанных работ, либо предсказание динамики приложений с использованием предыдущего опыта выполнения подобных программ. Основной задачей прогноза является оценка времени выполнения и времени ожидания задач, на основе чего происходит динамическое перепланирование задач во время выполнения. При стратегии резервирования ресурсов происходит предварительный запрос ресурсов за некоторое (вычисляемое) время перед запуском задач. Работы по системам диспетчеризации заданий в GRID были начаты в смежных с GRID областях задолго до появления последних. В частности, архитектура GRID близка (но не повторяет) архитектуру вычислительных кластеров - относительно недорогих вычислительных систем, состоящих из множества отдельных компьютеров (узлов), связанных между собой единой коммуникационной средой. Из пришедших из этой области алгоритмов можно выделить алгоритм экономического планирования [2], опережающего планирования [3], алгоритм равномерного планирования Round-Robin, алгоритм обратного заполнения Backfill [4], алгоритм "справедливого" планирования Fair Share и алгоритм имитации отжига [5]. Как правило, в программных реализациях эффективность и гибкость планирования обеспечивается сочетанием различных алгоритмов и учетом наблюдаемых и контролируемых параметров. Общая классификация задач планирования представлена на рисунке 1. 357
Рис. 1. Классификация задач планирования
При рассмотрении процесса диспетчеризации в GRID необходимо учитывать географическую удаленность мест запуска приложения, хранения программы, данных и самих ресурсов. Так же необходимо учитывать наличие на самих сайтах GRID менеджеров ресурсов со своими локальными политиками диспетчеризации. Таким образом, при интеграции системы планирования в GRID следует различать вид ресурсов, к которым относится тот или иной компонент: система (вычислительный кластер) с локальной системой распределения ресурсов или вычислительная система без нее. В первом случае необходим интерфейс между службами GRID и локальными планировщиками, например, система метапланирования GridWay (http://gridway.org). Другой подход основан на использовании брокеров - агентов уровня приложений, занимающихся поиском свободных ресурсов. К этому направлению можно отнести ряд таких проектов, как Condor-G, Nimrod-G, AppLes, DRM. Одним из направлений исследований в теории расписаний являются стохастические алгоритмы [8] (на рис. 1 они представлены переборными методами). Основная посылка к их применению заключается в том, что во многих задачах число перестановок некоторого процесса по времени и число возможных его назначений на процессоры столь велики, что аналитическое решение невозможно получить за приемлемое время. Применение одного из таких алгоритмов порождает некоторое множество достаточно оптимальных расписаний. Затем, из них по заданному критерию определяется лучшее. 358
Генетические алгоритмы (ГА) - один из видов стохастических алгоритмов. Они широко применяются для решения широкого спектра NP-полных задач, то есть задач, для которых пока не найдено быстрых алгоритмов решения, но проверка того, является ли данное решение правильным, проходит быстро. Задача составления расписания является NP-полной. Далее рассматривается применение ГА для решения данной задачи планирования в контексте вычислительной GRID. В ГА особи-преемники формируются путем изменения или комбинирования двух и более родительских особей. Под особью в данном случае подразумевается расписание заданий в GRID. Работа алгоритма начинается с генерирования множества сформированных случайным образом особей, называемых популяцией. Каждая особь кодируется строкой символов и классифицируется с помощью функции пригодности. Она должна возвращать более высокое значение для лучших расписаний. В условиях вычислительной GRID необходимо составлять расписание на величину времени, соответствующую времени окончания расчета всех заданий. В реальных условиях такого события может не произойти никогда, так как к окончанию расчета начального множества задач очередь имеет возможность заполниться другими задачами. ГА позволяет ускорить перепланирование за счет использования последних полученных оптимальных расписаний. Для ГА, как было сказано выше, необходимо, чтобы расписание было представлено в закодированном виде (в терминах ГА - в виде хромосом). Для «длинных» расписаний важно минимизировать длину кодирующей расписание строки. При планировании в GRID предполагается оперирование большими объемами задач и вычислительных ресурсов. Ввиду вышесказанного, длины кодирующих строк, а следовательно и размеры популяций могут быть чрезвычайно большими. Для работы с подобными популяциями, расходующими много оперативной памяти необходимо задействовать такие механизмы, как параллельное применение генетических операторов для одновременного выполнения на различных процессорах многопроцессорных машин, а так же применение параллельных вариантов самого генетического алгоритма с одновременной эволюцией нескольких популяций на различных вычислительных машинах. Указанные методики позволяют увеличить скорость сходимости ГА за счет возможности использования популяции большего размера, что дает возможность исследования пространства поиска большего размера в единицу времени. Составим обобщенную символьную модель ГА. Пусть G={P, M, S, H} - географически распределенная вычислительная GRID, представленная множеством программно и аппаратно разнородных процессор359
ных узлов P= { P 1, P 2, ... , P n } с доступной на них оперативной памятью M (Pi ) , постоянной памятью H (Pi ) и характеристиками программной
среды S (Pi ) = {S n , S v , R,Q}. Здесь S n - имя операционной системы, S v версия операционной системы, R - тип локальной системы управления ресурсами, Q= {Q1, Q 2, ... , Q n } - множество локальных очередей с такими характеристиками, как количество доступных очереди узлов, количество свободных узлов, максимальное время расчета задачи, максимальное процессорное время расчета, максимальное количество находящихся в очереди и запущенных задач, приоритет очереди. Через F обозначим значение целевой функции. Рассмотрим задачу отыскания глобального минимума функции F, определенной на множестве Ω и представленной следующим уравнением. F = ∑ T (Pi ),
(1)
где N - общее количество всех процессоров в GRID, T (Pi ) - время, в течение которого процессор загружен. Через X * ⊂ Ψ обозначим множество решений этой задачи, принадлежащих множеству всевозможных расписаний Ψ. Через F * обозначим минимальное значение целевой функции F(x). min F ( X ). F * = x⊂ Ψ
(2)
Необходимо с заданной точностью ε определить величину глобального минимума функции F и найти хотя бы одну точку, где это приближенное значение достигается. Введем множество εоптимальных решений задачи, представленной уравнением 2. X * = {x ⊂ Ψ : F ( x ) ≤ F + ε; F ≠ 0}, *
(3)
где F - значение пороговой (фильтрующей) функции, принимающей ненулевой значение в том случае, если запрошенные задачей ресурсы удовлетворяют имеющимся. Предложенный алгоритм был реализован на языке C++ и представляет собой исполняемую программу с CUI интерфейсом. На стандартном входе исполняемый файл получает (помимо численных параметров алгоритма) путь к файлу параметров и директории, в которой располагаются файлы описания задач. Каждый файл описывает одну 360
задачу пользователя. Так же, входными данными алгоритма является множество описаний заданий с параметрами, описывающими требуемые параметры процессора, операционной системы, оперативную и постоянную память, и т.п. Базовая часть алгоритма не представляла бы большого практического значения без ее интеграции с инструментарием GRID. Для этих целей был написан веб-сервис WS-Geneur, работающий в окружении контейнера Globus Toolkit 4.x (http://www.globus.org/toolkit) и являющийся, своего рода, интерфейсом к базовому модулю алгоритма. На рисунке 2 представлена общая схема взаимодействия алгоритма с GRID через Globus Toolkit. Необходимая информация о состоянии и параметрах ресурсов GRID веб-сервис WS-Geneur получает от стандартного веб-сервиса Globus Toolkit WS-MDS (Monitoring and Discovery System). Последний в свою очередь может черпать информацию из таких систем мониторинга ресурсов, как Ganglia (http://ganglia.info) или Nagios (http://www.nagios.org).
Рис. 2. Схема взаимодействия алгоритма с GRID
Подводя итог, напомним, что в работе был дан обзор существующих методов диспетчеризации заданий и составления статических расписаний в GRID. Предложен алгоритм стохастического поиска оптимального расписания заданий в GRID на основе генетических алгоритмов. Описана программная реализация алгоритма. Использование подобных алгоритмов сокращает время простаивания вычислительных ресурсов в GRID с большим количеством ресурсов и задач. При этом 361
остается возможность уменьшения времени перепланирования за счет использования последних полученных оптимальных расписаний. Библиографические ссылки 1. Топорков В.В. Модели распределенных вычислений // М. ФИЗМАТЛИТ, 2004. 320с. 2. Ernemann C. Economic scheduling in Grid computing; C. Ernemann, V. Hamscher, R.Yahyapour. In D. Feitelson and L. Rudolph, editors, Job Scheduling Strategies for Parallel Processing (Proceedings of the Eighth International JSSPP Workshop; LNCS 2537) // Springer-Verlag, 2002. p. 129<96>152. 3. Коваленко В.Н., Коваленко Е.И., Корягин Д.А., Любимский Э.З. Метод опережающего планирования для GRID. Препринт ИМП 112 // М. 2005. 33с. 4. Коваленко В.Н., Семячкин Д.А. Использование алгоритма Backfill в ГРИД. Труды международной конференции "Распределенные вычисления и Грид-технологии в науке и образовании" // Дубна: 2004, сс. 139-144. 5. Kirkpatrick S.,Gelatt C. D., Vecchi M. P. Optimization by Simulated Annealing // Science, Vol 220, Number 4598, 1983. 671-680 pp. 6. Weissman J.B. Gallop: The Benefits of Wide-Area Computing for Parallel Processing // Journal of Parallel and Distributed Computing. V. 54(2), November, 1998. 7. Бочаров Н.В. Параллельные процессы в вычислительных системах. Планирование и организация // М. Радио и связь, 1990. 256 с. 8. Конвей Р.В., Максвелл В.Л., Миллер Л.В. Теория расписаний // М. Наука, 1975. 360 с.
362
УДК 681.3.06+519.68 С. И. Щерба, В. В. Пересветов СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КЛАСТЕРОВ Щерба С. И. – ст. лаборант-исследователь (ВЦ ДВО РАН); Пересветов В. В. – с.н.с. ВЦ ДВО РАН, к.ф.-м.н. Представлен сравнительный анализ результатов эффективности компиляторов для научных и инженерных расчетов на вычислительных кластерах с использованием параллельных технологий MPI и OpenMP. Проведены расчеты с применением стандартных пакетов оценки производительности параллельных вычислений IMB и NPB.
Для достижения максимального уровня эффективности применения вычислительного кластера необходимо правильно выбирать тип параллельной технологии, компиляторы и другое программное обеспечение. Этот выбор связан с особенностями используемого вычислительного кластера. Всестороннее тестирование его производительности позволяет изучить возможности вычислительного оборудования в необходимом для практических нужд объеме. В докладе приведены результаты оценки производительности вычислительного кластера с помощью программных средств IMB и NPB. Пакет IMB включает основные двухточечные и коллективные операции передачи сообщений в стандарте MPI. Задачи, входящие в NPB, являются задачами численного моделирования или их важными частями и могут использоваться для применения в параллельных технологиях MPI и OpenMP. Представлены также результаты численных экспериментов оценки производительности для модельной краевой задачи Пуассона. В работе [1] описана архитектура, программное обеспечение и результаты экспериментального исследования производительности вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН пиковой производительности 54 Gflops, введенного в эксплуатацию в 2004г., в составе: управляющий узел с RAID-массивом, 8 бездисковых узлов, процессоры Pentium-4 3 ГГц, коммуникационная сеть Gigabit Ethernet. 363
В настоящем докладе приведены результаты для вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН с пиковой производительностью 204 Gflops, состоящего из 8-узлов HP ProLiant DL360 G5 (всего 16 двухядерных процессоров Xeon 5060 3.20GHz) с объемом общей памяти 32 GB. Архитектура нового кластера позволяет использовать не только технологию MPI, но и OpenMP в пределах одного узла. Представленные ниже результаты показывают обоснованность выбора в пользу OpenMP. Тесты IMB. Данные тесты [2] содержат элементарные операции передачи сообщений в стандарте MPI-1. В табл. 1 приведены некоторые результаты выполнения тестов IMB для n = 4 процессов (запущенных на 4 ядрах одного узла) и n = 16 процессов (запущенных на 16 ядрах, 4 узла). В случае использования одного узла все коммуникационные операции выполняются в оперативной памяти, во втором случае для этой цели в большей степени используется коммуникационная среда Gigabit Ethernet. Компилятор: Intel C/C++. Полученные экспериментальные значения в относительных единицах времени позволяют оценить производительность для различных типов передачи сообщений. Эти данные помогут выбрать нужные способы передачи сообщений при создании параллельных программ. Табл. 1. Результаты теста IMB (t_avg) команда передачи сообщений PingPong Sendrecv Exchange Allreduce Reduce Allgather Alltoall Bcast
8 Байт n=4 1.19 1.60 3.03 3.75 2.76 3.65 5.67 2.11
1 KБайт
n = 16 49 63 78 145 107 147 220 149
n=4 2.0 3.2 6.1 7.4 5.4 8.6 10.3 3.8
n = 16 70 96 125 227 135 275 501 103
1 MБайт n=4
n = 16 3
1.4Ч10 3.0Ч103 6.3Ч103 6.5Ч103 3.9Ч103 11.7Ч103 12.0Ч103 2.6Ч103
9 Ч103 39Ч103 123Ч103 179Ч103 37Ч103 594Ч103 856Ч103 86Ч103
При стандартных установках параметров данного теста длина сообщений меняется от 0, 1, 2, 4, 8, 16 … до 4194304 Байт, однако в табл. 1 представлены только три значения: 8, 1024 (1 Кбайт), 1048576 (1 Мбайт). 364
В тесте PingPong активны только два процесса, которые выполняют операции MPI_Send, MPI_Recv, остальные ждут в операции MPI_Barrier. В тесте Sendrecv выполняются операции MPI_Sendrecv в периодических коммуникационных цепочках. В тесте Exchange выполняются операции MPI_Isend/MPI_Waitall, MPI_Recv, которые часто используются в сеточных алгоритмах для осуществления обменов на границах. В остальных тестах используются коллективные операции: MPI_Allreduce и MPI_Reduce (с выполнением операции MPI_SUM), MPI_Allgather, MPI_Alltoall, MPI_Bcast. Из табл. 1 можно видеть, что скорость передачи сообщений в случае использования только одного узла n = 4, как правило, в десятки раз выше, чем для n = 16. Тест NPB. Тест NAS Parallel Benchmark [3] создан для оценки производительности параллельных вычислений. В данной работе использовалась версия NPB 3.3. Тест состоит из ряда простых задач: ядер и приложений. На вычислительных ядрах оценивается эффективность основных фрагментов реальных программ. Приложения являются упрощенными вариантами реальных приложений. Ядра и приложения могут производить вычисления в определенных классах сложности: S, W, A, B, C. С увеличением класса сложности возрастает размерность основных массивов данных и количество итераций в основных циклах программы. Тест LU. Размерность задачи для классов W, A, B, C: 333, 643, 1023, 3 162 соответственно. Применяются синхронные передачи сообщений MPI_Send небольшой длины. В табл. 2 представлены результаты расчетов для данного ядра. В табл. 2 приведены показатели производительности, полученные в результате 20 испытаний: Rn = R / n – среднее значение производительности, нормированное на число процессов, n – количество процессов. В табл. 2 также представлены значения стандартного отклонения (в %) для выборки m = 20: σn = 100σ /Rn, m
σ=
∑ (R i =1
i n
− Rn ) 2
m −1 365
.
Табл. 2. Результаты для теста LU
n
Тип
Компилятор
1
MPI
2 4
Class W
Class A
Class B
Class C
σn
R/n
σn
R/n
σn
R/n
σn
ifort -O3 1039
0.3
919
0.2
889
0.04
877
0.1
MPI
ifort -O3 964
0.2
798
7.2
661
2.2
605
0.1
MPI
ifort -O3 967
0.2
803
2.3
631
6.4
480
0.6
OpenMP ifort -O3 996
0.2
900
0.8
611
4.9
488
0.7
R/n
MPI
ifort -O2 940
0.5
801
0.4
634
2.4
MPI
ifort -O0 215
0.1
228
0.09
225
0.04
MPI
g77 -O2
663
0.3
587
0.5
505
2.2
MPI
g77 -O0
255
0.1
272
0.1
271
0.08
8
MPI
ifort -O3 585
0.6
683
0.5
713
1.0
523
1.6
16
MPI
ifort -O3 454
0.3
571
6.3
562
2.2
697
2.2
MPI
ifort -O2 444
0.7
555
6.2
544
1.9
674
3.3
MPI
ifort -O0 155
0.04
157
0.4
167
0.7
MPI
g77 -O3
363
0.7
510
5.6
493
1.6
MPI
g77 -O2
312
2.3
446
9.3
470
2.9
MPI
g77 -O0
174
0.2
222
1.4
242
0.4
Тест MG (MultiGrid). В данном тесте находится приближенное решение трехмерного уравнения Пуассона с периодическими граничными условиями [3]. Размерность сетки для классов W, A, B, C: 1283, 2563, 2563 (но с другими параметрами, чем у класса А), 5123 соответственно. Используется многосеточный алгоритм. В табл. 3 показаны результаты выполнения данного теста. Тест EP. Ядро EP (несущественно параллельное ядро) служит для оценки верхнего предела производительности в расчетах с плавающей точкой при отсутствии заметных межпроцессорных взаимодействий. Тест включает генерацию псевдослучайных нормально распределенных чисел [3]. Размерность задачи для классов A, B, C, D: 228, 230, 232, 236 соответственно. В табл. 4 представлены результаты выполнения этого и других, входящих в группу тестов NPB. Показаны данные только для 4 процессов, использовались компиляторы с ключами: ifort -O3, iсс -O3. 366
Табл. 3. Результаты для теста MG Class W
Class A
Class B
N
Тип
Компилятор
R/n
σn
R/n
σn
R/n
σn
1
MPI
ifort -O3 765
0.1
731
0.08
773
0.07
2
MPI
ifort -O3 676
0.2
516
0.1
553
4
MPI
ifort -O3 498
0.1
390
0.09
MPI
g77 –O3 441
0.9
377
OpenMP ifort -O3 599
0.1
8 16
Class C R/n
σn
0.6
574
0.03
421
0.4
377
0.2
2.0
410
1.6
463
0.4
497
0.2
408
0.5
MPI
ifort -O2 490
0.7
392
1.2
429
0.9
MPI
ifort -O0 155
0.04
157
0.4
167
0.7
MPI
g77 -O2
394
0.8
328
2.4
356
1.7
MPI
g77 -O0
190
0.5
194
0.5
207
0.08
MPI
ifort -O3 381
0.8
442
6.0
459
3.0
MPI
g77 –O3 357
0.8
420
2.8
448
1.6
MPI
ifort -O3 288
2.4
169
18
231
8.1
344
4.0
MPI
ifort -O2 282
1.4
189
2.9
229
1.2
331
3.3
MPI
g77 –O3 265
1.2
354
14
359
8.8
MPI
g77 -O2
21
288
15
307
10
213
Тест IS. Это ядро осуществляет параллельную сортировку большого массива целых чисел [3]. Размерность сортируемого массива данных для классов S, W, A, B, C: 216, 220, 223, 225, 227 соответственно. Ядро тестирует как скорость целочисленных операций, так и пропускную способность сети при передаче больших сообщений, которые выполняются с помощью коллективных операций обмена (MPI_Alltoall, MPI_Allreduce). Тест CG. Тест включает решение СЛАУ с разряженной произвольной матрицей методом сопряженных градиентов. Коммуникации между процессами реализованы неблокирующими двухточечными взаимодействиями. Тесты SP и BT. Алгоритмы SP и BT подобны: решение трех несвязанных систем уравнений неявным методом попеременных направлений. Взаимодействие параллельных процессов в этих приложениях опирается на асинхронные передачи сообщений (MPI_Isend). 367
Тест FT. Решается 3-D задача с использованием дискретного преобразования Фурье [3]. Размерность сетки для классов S, W, A, B, C: 643, 1282Ч32, 2562Ч128, 512Ч2562, 5123 соответственно. Применяются следующие коллективные операции: MPI_REDUCE, MPI_BARRIER, MPI_BCAST, MPI_ALLTOALL. Табл. 4. Результаты для тестов CG, SP, BT, FT, IS, EP
Класс S W A B C
Тип
CG
SP
BT
FT
IS
EP
MPI
517
168
306
415
33.0
13.48
OpenMP
71
609
907
613
17.7
13.18
MPI
405
459
1075
344
29.1
13.49
OpenMP
507
771
1041
551
40.9
13.18
MPI
214
305
787
371
26.5
13.49
OpenMP
231
536
970
603
37.0
13.19
MPI
210
277
780
382
25.7
13.52
OpenMP
153
462
949
606
31.8
13.20
MPI
210
276
770
23.7
13.52
OpenMP
57
310
921
31.3
13.21
Численное решение задачи Пуассона. Кроме стандартных тестов проведены численные эксперименты оценки производительности вычислительного кластера для модельной задачи Пуассона ∇2u=v с граничными условиями Дирихле. Алгоритм основан на разбиении всей области моделирования на подобласти с обменом данных для задания граничных точек в подобластях при выполнения каждого шага итерационного процесса [4]. Для численного решения была создана программа на языке программирования С++ с использованием MPI библиотеки LAM. Компилятор: GNU C++. Исследовались процедуры приема-передачи сообщений с блокировкой (MPI_Send, MPI_Ssend, MPI_Rsend, MPI_Recv). Программа выполнялась с различными параметрами (размер сетки, метод приема-передачи сообщения), относительная точность 10-6. Здесь приведены результаты следующих экспериментов: − на одном ядре (последовательная программа); − на четырех ядрах одного узла; − на четырех узлах по одному ядру; − на двух узлах по четыре ядра. 368
Результаты расчетов представлены в табл. 5, которые показывают, что на сетке большого размера нужно использовать параллельный алгоритм. Из табл. 5 видно, что коммуникационная среда является узким местом, поэтому использовать несколько ядер на одном узле эффективнее, чем по одному ядру на нескольких узлах. Табл.5. Время решения задачи Пуассона для Send-Recv Узлы-ядра 1(последов.) 1-4 4-1 2-4
11×21 0.003 0.08 0.19 0.27
21×41 0.04 0.32 0.72 -
41×81 0.56 1.23 2.84 3.19
101×201 24.1 10.7 20.6 21.9
201×401 388 103 149 -
Проведены также численные эксперименты оценки времени решения поставленной задачи для различных типов двухточечных сообщений с блокировкой. Результаты эксперимента представлены в табл. 6. Для этого эксперимента была выбран вариант одного узла (4 ядра). Табл. 6. Влияние типа двухточечных сообщений на время расчетов Метод передачи Send-Recv Ssend-Recv Rsend-Recv
11×21
21×41
41×81
101×201
0.08 0.10 0.09
0.32 0.39 0.32
1.23 1.47 1.25
10.7 13.0 11.0
Полученные результаты показывают, что метод обмена сообщениями MPI_Send дает лучшие результаты, а реализация MPI_Rsend не эффективна. Библиографические ссылки 1. Пересветов В.В., Сапронов А.Ю., Тарасов А.Г. Вычислительный кластер бездисковых рабочих станций: Препринт Вычислительный центр ДВО РАН. Хабаровск:, 2005. № 83 2. Intel MPI Benchmarks 3.1. Users Guide and Methodology Description. 3. D. Bailey., E. Barszcz., J. Barton. and other. The NAS Parallel Benchmarks. RNR Technical Report RNR 94-007, March, 1994. 4. Корнеев В. Д. Параллельное программирование в MPI. Новосибирск, 2002.
369
СОДЕРЖАНИЕ Секция 1. Проблемы создания и развития информационной инфраструктуры учреждений образования и науки Н. Н. Борцова, Л. В. Федореева Электронная библиотека вуза – часть регионального информационного пространства
3
С. М. Бурков, А. И. Мазур, Н. Н. Мазаник, А. В. Мендель, В. Д. Терещенко Региональная образовательная информационная сеть: проблемы управления и развития
7
Ю. С. Жулина Организационно – финансовые механизмы федерального проекта «Информатизация системы образования»
19
О. Ю. Журавлева Проблемы управления фондом электронных документов библиотек
27
А. А. Здоровцева Организационно-правовые проблемы тестирования в высших учебных заведениях
32
Ю. Г. Иванищев, С. В. Шалобанов Информационное обеспечение мониторинга основных процессов системы менеджмента качества с использованием баз данных автоматизированной системы управления вузом
37
В. В. Крюков, К. И. Шахгельдян Концепция развития информационной среды вуза
42
В. П. Кузьмин Юридическая сущность информации и её значение для формирования гражданского общества в России
49
А. Е. Поличка Организация многоуровневой подготовки кадров информатизации региональной системы образования
57
А. А. Сорокин Создание единой информационной научно-образовательной среды Амурской области
66
Т. С. Шаповалов, В.В. Пересветов, А.Ю. Сапронов, С.И. Смагин, А.Г. Тарасов WEB и GRID технологии обеспечения доступа к ресурсам вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН
69
Секция 2. Информационные технологии в общем и профессиональном образовании Г. В. Баленко, В. В. Кащей Портальные технологии как инструмент обеспечения интеграции информационных ресурсов
77
Н. В. Бекмухаметова Малые средства информатизации. Учиться и учить.
80
370
Е. М. Вологжина, С. В. Ясько Использование современных информационных технологий в образовательном процессе педагогического колледжа
88
Н. В. Воробьёва, А. Д. Елхимова Интеграция внеурочной и учебной деятельности школьников в области применения малых средств информатизации при изучении предметов естественно – математического цикла
95
И. Е. Вострокнутов Малые средства информатизации в Хабаровском крае. Опыт, развитие, перспективы. 101 М. А. Вышиванов, Д. В. Гмарь, В. А. Князев, К. И. Шахгельдян Внедрение информационных систем в корпоративную информационную среду вуза 110 Т. А. Голубева Применение малых средств информатизации на уроках естественно-математического цикла
117
О. В. Гурова Дидактические функции дистанционного обучения при повышении квалификации педагога
122
Л. М. Житникова, Т. В. Кожевникова, Н. Э. Посвалюк Методологические аспекты обучения медицинских работников информационным технологиям
125
Е. Б. И Использование информационно – коммуникационных технологий в преподавании модуля «Электротехника» в курсе «Технология»
130
В. А. Казинец Влияние проекта ИСО на информатизацию университета
134
А. Ф. Карплюк Информационная автоматизированная система управления вузом – итоги и перпективы развития, интеграция в единое информационное пространство
139
Т. В. Кожевникова, Е. Г. Милочкин, В. В. Тетеренок Перспективность подготовки специалистов– программистов для разработки и сопровождения высокотехнологичных информационных систем на базе «1С: предприятие»
146
Э. Н. Константинова Эффективное использование современных образовательных технологий в образовательном процессе
151
А. В. Коровко Результаты и эффекты реализации проекта «Информатизация системы образования» в Хабаровском крае
158
А. М. Король, Н. Г. Флейдер О состоянии и перспективах развития информатизации системы общего образования Хабаровского края в 2009 – 2011 годах
164
371
Л. В. Кочегарова Научно-методическое сопровождение как условие развития ИКТ компетентности педагогов школ
170
И. А. Кочубей Направления организации ДОТ в муниципальном образовательном учреждении
178
А. П. Крутикова Структура ИКТ – компетентности выпускника по специальности 050709 «Преподавание в начальных классах» для среднего профессионального образования
181
И. А. Ледовских Изменение организационных форм учебного процесса вуза с внедрением ИКТ
186
Г. Г. Малёва Электронные образовательные ресурсы нового поколения в условиях дистанционного обучения: ориентация на новые образовательные результаты
191
А. В. Мендель, С. М. Бурков, С. С. Добровольский, А. И. Мазур Средства организации лекций и публичных мероприятий в региональной образовательной информационной сети
199
А. В. Пинчук Школьные сайты: проблемы и перспективы
206
М. С. Помелова Потенциал малых средств информационных технологий в школьном обучении
209
О. В. Салиш Проблема поиска оптимальных путей формирования информационной культуры учителя в процессе повышения квалификации в информационном пространстве
214
Н. П. Табачук Развитие информационной компетенции студентов гуманитарного вуза в рамках реализации проекта ИСО
218
В. Д. Терещенко, С. М. Бурков, Н. Н. Мазаник, А. В., Мендель, А. Н. Туев О школьных узлах региональной информационной образовательной сети
223
А. Ю. Шориков Современные решения создания ИТ-среды обучения
228
Секция 3. Информационные технологии в фундаментальных и прикладных исследованиях О. С. Амосов, Д. С. Магола Применение нечеткого логического вывода при вейвлет-анализе сигналов
238
Ф. В. Безручко, В. В. Березин Моделирование процессов архивирования видеоинформации на базе NAND FLASH памяти
247
372
В. В. Березин, А. В. Зинкевич Исследование характеристик мультимедийного интерфейса высокой четкости
256
В. В. Березин, И. В. Марков Сравнительный анализ видеосистем на кристалле для применения в системах телевидения высокой четкости
264
В. В. Бычков, А. С. Пережогин, Б. М. Шевцов, А. В. Шумейко Программный комплекс автоматизации лидарных измерений
272
М. Е. Елисеев Использование модели Шортлифа и Бьюкенена в системе прогнозирования поведения бизнес-процессов организации
277
М. З. Ермолицкая Информационные технологии в прикладных исследованиях А. С. Зинкевич Опыт создания корпоративных геоинформационных систем с использованием технологий ESRI
280 283
В. Е. Казеннов, С. З. Савин, Н. Э. Косых, Н. Э. Посвалюк Региональные проблемы телемедицины и дистанционного медико-экологического образования
291
А. И. Кондратьев, А. А. Король Программное обеспечение установки для комплексного измерения акустических величин
298
Ю. И. Мулин, В. Д. Власенко Расчёт технологических параметров процесса ЭИЛ для образования функциональной толщины покрытия с использованием ПЭВМ
304
Р. И. Паровик, П. П. Фирстов Оценка плотности потока и скорости переноса радона (222RN) в рыхлых отложениях на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне
312
А. В. Писарев, В. В. Пересветов Нейросетевые компоненты мониторинга вычислительного кластера
319
С. З. Савин, Н. Э. Косых, С. К. Пинаев, В. В. Шамов Геоинформационные модели в комплексном исследовании Амура
324
А. Г. Тарасов Совместное применение системы мониторинга вычислительного кластера и системы виртуализации XEN
333
С. Л. Турков Организация метазнаний в геоэкологии (ГИС-технологии и СПР)
339
В. И. Усиков О возможности использования интернет-сервиса GOOGLE EARTH в геологических исследованиях
347
Т. С. Шаповалов О диспетчеризации заданий в распределенных вычислительных средах
356
С. И. Щерба, В. В. Пересветов Сравнительный анализ эффективности программного обеспечения для вычислительных кластеров
363
373
374
