Использование сетевых автоматизированных интеллектуальных систем обучения в учебном процессе

д.т.н., проф. И.В. Голубятников,
МГАПИ.

Информатизация образования является одним из важнейших направлений информатизации России. Знания и навыки, приобретаемые при обучении будущими специалистами, в дальнейшем, во многом определяют пути развития общества.

Современные технологии обучения характеризуются все более интенсивным использованием компьютерной техники. Экспертные оценки показывают высокую зависимость эффективности усвоения учебной информации от формы ее представления и способа подачи. Многочисленные исследования подтверждают успех систем обучения с применением средств мультимедийного общения: внимание во время работы с обучающей интерактивной программой на базе мультимедиа, как правило, удваивается, а приобретенные знания сохраняются в памяти значительно дольше.

Одним из ярких примеров использования средств мультимедийного общения являются системы компьютерной видеоконференцсвязи (КВКС).

Системы КВКС являются одним из самых мощных средств повышения эффективности деловых контактов партнеров, находящихся на значительном удалении друг от друга. Возможность естественного общения, включая не только способность видеть и слышать друг друга, но также и осуществлять совместный просмотр и взаимный комментарий графических материалов, различных предметов, относящихся к теме беседы, видеовставок, репортажей (в том числе, передаваемых непосредственно во время телеконференций) - все это определяет существенные преимущества КВКС по сравнению с другими видами дистанционных взаимодействий.

Необходимо отметить существенный экономический эффект, который может дать сокращение количества командировок для крупных компаний, реализующих долгосрочные проекты, предусматривающие включение большого количества людей в процесс принятия решений, а также возможность оперативного принятия решений в чрезвычайных ситуациях. Последнее оказывается очень важным также при необходимости проведения срочных медицинских консилиумов с участием специалистов, находящихся на значительном удалении как от больного, так и друг от друга.

Преимущества КВКС могут проявиться также при выполнении научных проектов, в которых участвуют распределенные группы пользователей, когда осуществляется совместное использование общих баз данных и вычислительных ресурсов. При этом системы КВКС оказываются эффективным средством информационной поддержки проектов, относящихся к так называемым средствам "groupware".

Возможности эффективного проведения в режиме реального времени лекций, практических занятий, семинаров, консультаций, а также возможности реализации различных форм контроля знаний на расстоянии привели к тому, что системы КВКС уже сейчас превратились в таких странах, как США, Финляндия, Германия в одно из основных (наряду с WWW серверами и электронной почтой) средств поддержки учебного процесса в системах дистанционного образования.

Существующие обучающие системы различаются по степени универсальности и по числу предлагаемых функций. Основная их часть, в целом, решая поставленные перед ними задачи, не лишена недостатков. Среди недостатков современных обучающих систем можно выделить следующие:

• трудность подготовки учебных материалов из-за недостаточной функциональности встроенных редакторов;
• замкнутость систем вследствие использования специфичных форматов хранения учебных материалов;
• отсутствие наглядности при представлении учебных материалов;
• отсутствие квалифицированных консультативных услуг.

Устранение отмеченных недостатков возможно при использовании средств мультимедийного общения в автоматизированных обучающих системах. Таким образом, создаются мультимедийные автоматизированные интеллектуальные обучающие системы (МАИОС), принципиально отличающиеся от традиционных текстово-графических автоматизированных обучающих систем, что позволяет выделить МАИОС в отдельный класс автоматизированных систем.

МАИОС - это класс интегрированных систем, которые посредством мультимедийного общения предоставляют возможность не только проводить обучение и тестирование, но и консультировать, контролировать каждый шаг решения задачи, адаптировать действия системы к знаниям и умениям конкретного пользователя.

Использование технологии мультимедиа и применение обучающих мультимедиа-систем, по результатам исследования группы Media Labs Массачусетского технологического института, увеличивает "обучаемость" в 3-4 раза, а способность к запоминанию со средних 30-35% до 75-85%. Это достигается за счет комбинированного воздействия разнообразной аудио- и видеоинформации, а также, за счет использования интерактивных приложений, позволяющих вовлечь учащегося в активные действия в процессе изучения.

Программное обеспечение мультимедийных комплексов предъявляет повышенные требования к техническим характеристикам, как самого компьютера, так и его периферийных устройств. Это связано с необходимостью обработки больших объемов информации в режиме реального времени и обеспечению интерактивности программной системы.

Существенно расширяет возможности МАИОС использование КВКС.

К системам КВКС принято относить системы, в которых обработку информации осуществляют персональные компьютеры. В набор оборудования входят также портативная видеокамера, микрофон, одна-две дополнительные платы, позволяющие осуществить ввод изображения от видеокамеры и звука от микрофона, их оцифровку и компрессию.

Одной из серьезнейших проблем, возникающих при использовании систем КВКС, является необходимость обеспечения требуемой пропускной способности канала связи. Качество КВКС, основанных на использовании сетей с пакетной коммутацией как в локальных сетях, так и в Интернет (системы CU-SeeMe, Microsoft Nemeeting и т.п.) существенно зависит от скорости обмена данными между пользователями, определяемой как пропускной способностью канала, так и общим числом пользователей в данном канале.

К сожалению, если в пределах локальной сети еще удается обеспечить приемлемое качество (при пропускной способности сети 10 Мбит/с и выше), то во многих случаях качество видеоконференцсвязи (прежде всего, разборчивость речи) в Интернет оказывается неудовлетворительным для профессионального применения КВКС.

Именно поэтому особенностью современных комплексов высококачественной видеоконференцсвязи является интерфейс, требующий применения цифровых каналов сетей интегрального обслуживания ISDN (Integrated Services Digital Network).

Для повышения качества обучения и сокращения времени адаптации обучаемых к системе необходимо применение интеллектуального интерфейса в МАИОС. При этом обучение в МАИОС будет проводиться в форме диалога на ограниченном естественном языке, в процессе которого обучаемый и система будут поочередно становиться инициаторами обмена сообщениями.

Существенное влияние на функционирование рассматриваемого класса систем оказывают операции передачи данных. Репликация данных СУБД - это обновление базы данных приемника на основе данных базы данных источника, и приведение базы данных приемника в актуальное состояние.

Репликация играет ведущую роль при создании хранилища данных, корпоративной интрасети, системы автоматизации службы продаж или любого другого распределенного приложения, обеспечивая быструю и надежную передачу данных в рамках компании. Репликация обеспечивает быстрый и надежный способ распространения корпоративной информации по нескольким пунктам назначения в условиях распределенной компании, что позволяет организациям приблизить данные к нуждающимся в них работникам в штаб-квартирах, филиалах и мобильных офисах. Для изменения информации в базах данных используются различные методы репликации:

• Репликация программным методом;
• Промышленные методы и механизмы тиражирования данных;

Репликация программным методом - это класс программ, специально написанных для существующей структуры БД СУБД, и требующих доработки при ее изменении.

Промышленные методы и механизмы тиражирования данных, базируются на средствах репликации данных самих СУБД. Это мощные механизмы, позволяющие строить распределенные системы, использующие однотипные платформы СУБД. Но построение распределенных систем, на различных платформах СУБД, невозможно, в результате политики компаний разрабатывающих эти сервера. Это связано из-за отсутствия стандарта средств репликации и экономически не выгодным шагом в пути создания механизмов репликации позволяющих синхронизировать данные хранящиеся на различных платформах СУБД. В результате, страдают пользователи СУБД. Размещение дорогостоящих СУБД в узлах, где скорость обработки данных не играет решающей роли в успешной работе предприятия, является экономически не оправданным.

Для передачи реплицируемой информации между удаленными узлами используются различные методы, такие как, например, передача пакетов данных с помощью электронной почты, ftp серверов и прямого соединения в режиме реального времени. Рассмотрены достоинства и недостатки каждого из методов, на основе чего, был выбран метод прямого соединения узлов, для передачи пакетов транзакций.