Сегодня любое современное образовательное учреждение активно и в обязательном порядке использует новые информационные технологии в своем учебном процессе. Использование компьютера, компактных информационных носителей, сети Интернет помогают расширить сферу образовательных услуг и радиус их действий, активизировать воздействие на обучаемого, разнообразить подачу учебного материала, систематизировать методическое обеспечение учебного процесса, оперативно актуализировать учебные курсы. Учебный процесс благодаря поддержке его современными информационными технологиями, системе автоматизации закономерно становится технологическим процессом по воспроизводству знаний и их организации.
Процесс компьютеризации подразумевает обычно две линии. С одной стороны происходит накопление информационно-методической базы учебного заведения, с другой – оформление ее в виде целостной работающей системы, подразумевающей поддержание ее содержания в актуальном и упорядоченном состоянии, осуществляющей непрерывной мониторингу учебного процесса, обеспечивающей оперативный доступ к ресурсам учебного заведения.
От единичных экспериментов учебные заведения перешли к повседневному использованию, а некоторые к построению целостных систем дистанционного образования (СДО) на своей базе, помогающей централизовать, ревизовать и заново упорядочить собственные образовательные ресурсы.
В настоящее время существует достаточно большое количество попыток построения таких систем. Но следует признать, что подавляющее их число воспроизводит учебный процесс в худшем (пассивном) варианте, примитивно используя современные технологии, представляя учебный материал в виде текстов, плоских иллюстраций к ним и линейных тестов с выбором ответа из 3-5 правильных. Подобное представление материалов, конечно, недостаточно и уж совсем не соответствует целям повышения качества образования, которого следовало бы ожидать при вложении немалых средств на автоматизацию учебного учреждения, оплату его каналов.
Не требует доказательства, что учащийся в процессе обучения должен на своем опыте оценить свойства объектов учебной дисциплины, почувствовать их свойства, взаимосвязи, получить навыки работы с ними. Таким образом, процесс обучения в новых обстоятельствах удаленного образования требует нахождения адекватных инструментов его поддержки. А именно, формы взаимодействия учащегося с преподавателем, с учебным предметом должны быть не хуже тех, которые предоставляются традиционной технологией обучения, а система образования в целом должна стать прогрессивнее, логичнее, понятнее. СДО, используя новые информационные технологии обязана в чем-то быть лучше, чтобы компенсировать недостаток непосредственного личного контакта “преподаватель – учащийся”, а также высокие затраты на свое существование.
Обобщающим фактором виртуальной школы является совокупность используемых педагогических методов и приемов. Дистанционное образование предполагает фиксацию этих методов и приемов. В традиционной технологии они чаще выступают в виде неформального опыта преподавателя (хороший, плохой преподаватель) или неудобоваримом для ученика виде. Далее, даже задавшись целью создать методические материалы или электронный курс, преподаватель затрудняется определить - где, в какой форме, на каком носителе разместить их? Поэтому без технологии создания электронных учебных пособий дистанционному образованию не обойтись.
То есть СДО должна быть инструментальным комплексом с точки зрения технологии и непрерывно воспроизводимой и актуализируемой базой с точки зрения методики и содержания преподавания.
Исходя из всего выше сказанного, можно определить необходимый комплекс технологий, который мог бы в полной мере обеспечить весь процесс дистанционного обучения.
- Материал для обучения (виртуальные учебники; конспекты лекций; видео, аудио материалы).
- Самостоятельная работа студентов (лабораторные, демонстрации, опыты в виртуальной лаборатории, практические занятия).
- Получение знаний через общение (видео, аудио, текстовые конференции, графическая доска, чат-комнаты).
- Проверка знаний (тестовые опросы, мультимедиа конференции, чат дискуссии, практические задания).
- Контроль успеваемости (журнал успеваемости группы).
- Управление процессом обучения (администрирование системой виртуальной школы).
В СДО ПГТУ основой такого инструментального комплекса является среда моделирования предметной области дисциплины. Среда позволяет непосредственно силами преподавателя строить модели различных элементов в любой предметной области, которые затем в зависимости от режима могут играть роль конструкторов для сборки систем из них, задач, тестов, сценариев обучения, демонстрационных и лабораторных стендов и так далее. Среда позволяет создать виртуальный мир учебной дисциплины.
Среда Stratum-2000 позволяет исследовать и управлять уже готовыми моделями объектов, передаваемыми преподавателем на удаленный компьютер и интерпретируемыми на нем, а также создавать собственные модели и системы из них в рамках виртуальной лаборатории, решать на них учебные задачи. В проекте Stratum ведется разработка лаборатории удаленного доступа, которая позволяет удаленному пользователю наблюдать и управлять ходом реальных физических (химических, биологических и т.д.) процессов, проводимых в специализированных местах. Это позволит учебным учреждениям, не имеющим собственной лабораторной базы, воспользовавшись данной технологией, провести такие занятия дистанционно.
Интернет технологии позволяют организовать доставку учебных материалов и обеспечить требуемую в обучении коммуникацию.
Основными принципами СДО ПГТУ являются следующие.
- В системе существует три уровня доступа: уровень администратора, уровень преподавателя и уровень учащегося.
- Администратор может быть только один. Он занимается тем, что добавляет (удаляет) учетные записи преподавателей и учащихся, назначает каждому учащемуся изучаемые предметы и преподавателя, следит за работоспособностью, целостностью системы.
- Каждый преподаватель может отвечать только за один предмет (преподавателей, отвечающих за один и тот же предмет, может быть несколько).
- Учащийся может одновременно обучаться по нескольким дисциплинам.
В любом образовательном процессе роль преподавателя – ключевая. В СДО эта роль состоит:
- в проведении конференций для закрепления материала, установочных лекций и выявления “белых пятен” в знаниях обучаемых,
- в выдаче и проверке практических заданий учащимся,
- в участии в оперативных дискуссиях с обучаемыми по темам и разделам курса средствами форумов и чатов,
- в производстве и организации учебных материалов курса.
Рассмотрим подробнее реализации каждой из подсистем СДО.
Виртуальная библиотека содержит литературу, способную помочь в образовательном процессе. Библиотека позволяет осуществить поиск нужной литературы в базе электронных изданий при помощи запросов, составляющихся по тем же правилам, что и запросы большинства поисковых систем в Internet. Содержит книги, периодику и справочные издания, обширные ссылки на другие библиотеки в сети, сетевые книжные магазины, а также программы, способные решить возможные проблемы с чтением переписанной литературы. Загрузка литературы осуществляется по желанию пользователя по электронной почте или HTTP, FTP протоколам. Библиотека имеет два режима доступа: режим администратора и режим пользователя. Преподаватель в библиотеке является простым пользователем. Администратор отличается от пользователя тем, что может вносить изменения в базу изданий библиотеки.
Система виртуальных учебников. Материал размещается на сервере виртуальной школы в соответствующих разделах (рис.3). В него входят лекции в гипертекстовом формате (HTML), видео ролики. К лекциям присоединены соответствующие им тесты, лабораторные работы и практические задания, реализуемые средой моделирования. Материал поддерживается в виде иерархической структуры. Ряд лекций выполнен в моделирующей среде и может распространяться по каналам связи или компакт-дисках самостоятельно. Обычно в моделирующей среде выполняется материал, использующий активные формы работы, требующие вмешательство обучаемого, например, при взаимодействии его с экспертной системой, управляемой трехмерной графикой.
Сервер виртуальной школы служит для объединения и структуризации всего материала, построен на базе mySQL и HTTP серверов с использованием PHP технологии. База данных сервера виртуальной школы является ядром всей системы. В ней хранятся все данные о пользователях, об успеваемости студентов, древовидная структура разделов и тем по учебным дисциплинам, а так же форумы и личные записки. Древовидная структура по дисциплинам позволяет легко добавлять новые предметы, разделы, размещать ссылки на материалы и тесты.
Рис. 3. Фрагмент организации учебных материалов на сервере СДО МГТУ
Система поддержки мультимедийных конференций ориентируется на использование у клиента продуктов, подобных Microsoft NetMeeting. Подобные программы, как и броузеры, имеются практически у всех широко распространенных платформ и являются бесплатными. СДО ПГТУ использует такие Интернет технологии как: chat в группах и приватные разговоры, работа на общей доске для рисования, обмен файлами, аудио и видео конференции в вариантах 1:N, N:1 и N:N. Для участия в конференции требуется знание пароля, установленного преподавателем. Информация о проведении конференций может распространяться преподавателем через систему электронных досок объявлений.
Система контроля знаний. Является частью сервера виртуальной школы и предназначена для проведения тестирующих мероприятий по пройденному материалу. Тест может содержать любое количество вопросов, подкрепленных графическими материалами. Для выбора правильного варианта могут использоваться такие формы как “один из многих”, “многие из многих”, “ввести правильный ответ словом (буквой, фразой)” и “указать правильный вариант на картинке”. Для того, чтобы ученик мог оценить успешность своего ответа после прохождения каждого опроса ему демонстрируется его собственный и максимально возможный бал. Тесты разрабатываются специальными экспертами.
Система самоконтроля. Средствами моделирующей среды Stratum спроектировано множество различных видов манипуляционных тестов, которые позволяют проводить контроль знаний, логики, последовательности действий учащегося. Под действиями здесь подразумеваются производимые обучаемым манипуляции на экране элементами задачи или объекта, в том числе проводимые в двухмерном и трехмерном графических пространствах. Такие системы выполнены на базе моделей и могут использоваться как тренажеры или репетиторы.
Для проведение лабораторных работ используется моделирующая оболочка Stratum-2000. Идея заключается в том, что на сервере “Виртуальной школы” хранится модель некоторой установки или схемы, а обучаемый, обращаясь к ней по сети Internet при помощи бесплатной RunTime версии Stratum 2000, может менять различные параметры и тем самым проводить некоторый эксперимент без риска что-то сломать или пораниться. На сегодняшний день в ПГТУ разработано около 400 лабораторных работ по различным дисциплинам, например по физике, технологиям, информатике (смотри соответствующие статьи). Всего кафедрами ПГТУ в настоящий момент разрабатываются учебные пособия по 20 дисциплинам.
Система электронных форумов, личных записок и чат-комнат должна помочь обучаемым и преподавателю установить личный контакт, регулярно получать свежие новости друг от друга, обсудить появившиеся вопросы. Преподаватель в этой системе является администратором и должен следить за порядком, удаляя старые и ненужные сообщения с форумов и нарушителей из чат дискуссий. Система электронных форумов, личных записок является в некотором смысле аналогом доски объявлений на кафедре с той особенностью, что кроме общей доски еще имеются доски по каждой изучаемой дисциплине (или глобальной теме) и личный ящичек для писем, в который, например, можно забросить записку о намечающихся мероприятиях или их расписании. Как форумы, так и чат-комнаты разграничиваются по правам доступа: для пользователей изучаемой дисциплины, для любых пользователей центра, для всех желающих.
Система идентификации служит для определения прав пользователя по имени и паролю, вводимыми им при входе в систему, и автоматической отправки пользователя на его рабочую страницу. Система позволяет средствами администратора добавлять и удалять пользователей. Информация о пользователях хранится в базе данных виртуальной школы. Для работы системы требуется любой mySql и Internet сервер, поддерживающий PHP. К системе идентификации также относятся ответственные контрольные мероприятия, проводимые под визуальным контролем преподавателя, например, через систему видео телеконференций.
Защита информации осуществляется системой в несколько ступеней. Первой ступенью защиты является введение паролей на вход в систему. Вторая ступень защиты - ограничение доступа к базе данных, осуществляемая mySql сервером.
Как видно, СДО состоит из набора компонент, которые внедрены в общую систему. Так как все инструментальные элементы системы завязаны только через базу данных виртуальной школы, то система в целом может быть легко дополнена другими компонентами или модернизирована с учетом индивидуальных требований заказчика средствами базового инструментария, инструментария администратора, преподавателя, учащегося. Поскольку большинство компонент могут работать по нескольким протоколам, в том числе и по TCP/IP, то система может использоваться не только в локальных, но и глобальных сетях. Опыт показал, что для нормальной работы вполне достаточно модемного соединения на 33.6 килобит/сек.