Технологии и методики образовательных ресурсов

Титарев Д.Л., аспирант, Начальник Департамента ТОР, декан Факультета программирования ММИЭИФП. Начальник НТЦ НИИ образовательных технологий (ОТ) МЭСИ.
Петрик Е.А., аспирант, Начальник отдела коротких образовательных программ ММИЭИФП.
Ильченко О.А., к.п.н., начальник отдела исследований ТОР Департамента ММИЭИФП. Начальник отдела сетевой дидактики НИИ ОТ МЭСИ
Феданов А.Н., аспирант, начальник отдела архитектуры образовательных систем НИИ ОТ МЭСИ. Начальник технологического отдела НИИ ОТ МЭСИ.

Введение

Прорыв в телекоммуникационных и компьютерных технологиях обработки, передачи, хранения и воспроизводства информации привел к возникновению международного сетевого информационного пространства. Современные информационные технологии обеспечивают живущим вдали от библиотек и университетов уникальные возможности по доступу к мировым хранилищам знаний. Стремительное расширение разнообразия сетевых образовательных услуг вызвало поток инноваций по реорганизации существующих образовательных систем всех уровней образования - от школы до вуза. Как следствие, меняется характер и динамика взаимодействия учащийся-преподаватель: в сетевых учебных средах учащийся работает в собственном темпе и без постоянного непосредственного контакта с преподавателем; преподаватель из основного носителя и транслятора знаний превращается в советника и консультанта учащегося. Все это существенным образом влияет на выбор методов, форм и технологий обучения.

Компьютерное обучение с использованием информационных ресурсов, хранящихся в Интернет и Интранет, является катализатором в становлении новой, прогрессивной теории преподавания и учения, ориентированной на развитие личности учащегося, способного реализовывать свои собственные, в том числе, и образовательные, проекты и стремящегося к самоусовершенствованию на протяжении всей жизни. Эта идея воплотилась в слогане Открытого образования: "Обучение через всю жизнь".

Актуальные дидактические задачи сетевого обучения

Новые механизмы передачи информации оказали существенное влияние на средства, методы и формы обучения. Как следствие, возникает острая необходимость в анализе особенностей применения закономерностей общей теории обучения, - дидактики, в условиях распределенных в пространстве и времени процессов сетевого обучения. Симбиоз концепций традиционной учебной среды, новых информационных технологий и среды Интернет привел к формированию нового понятия в дидактике - образовательная информационная среда (ОИС), - и послужил предпосылкой к формированию нового направления в Педагогике - сетевой дидактики.

Под ОИС понимается комплекс информационного, технического, учебно-методического обеспечения, обеспечивающий полноценную реализацию целенаправленного учебного процесса. Функции преподавателя и учащегося в ОИС претерпевают коренные изменения по сравнению с традиционной учебной средой. Преподаватель управляет процессом научения, имея в своем распоряжении мощный инструмент - компьютер с его возможностями доставки, хранения, обработки всех видов информации для демонстрации учебной информации, тренировки и самоконтроля. Учащийся, в свою очередь, получает мощное технологическое средство поддержки самостоятельного интеллектуального труда и доступа к информационной среде, не ограниченного пространством и способом передачи. Учащемуся становятся доступными знания о содержании и методе обучения, которые до сих пор были прерогативой преподавателя.

Интенсивная работа в условиях информационного комфорта активизирует познавательную деятельность учащихся и усиливает творческие компоненты труда преподавателя. Средства компьютерных технологий в обучении освобождают преподавателя от множества функций, ставших рутинными в его повседневной деятельности.

Однако для оптимизации использования новых широких возможностей ОИС настоятельно требуются теоретическое осмысление и технологическая поддержка решения ряда практических задач, связанных с реорганизацией учебного процесса. В связи с этим одной из актуальнейших дидактических задач становится задача эффективного использования компьютера для управления учебным процессом самим учащимся. Реализация именно такой методической идеи представляется сегодня наиболее перспективной в контексте мировой и отечественной практики обучения, так как ":учение детерминировано целью, содержанием и действиями, с помощью которых учащийся субъект приобретает определенные знания, умения и навыки; оно разворачивается в результате собственной активности субъекта, которую никто другой "за него" не проявит, носит главным образом процессуальный характер, может протекать в различных формах :, базируется на познании (прямом или косвенном) и индивидуальном опыте, вызывает перемены в поведении личности"[1].

Естественно, что общая задача оптимизации процесса обучения на практике сводится к ряду частных подзадач. Среди них, прежде всего, следует назвать: уточнение тезауруса ОИС, разработку методик личностно-ориентированных технологий сетевого обучения, оценку дидактической эффективности и оптимизацию структуры и формы учебно-методических материалов, отработку методик и технологических средств управления учебным процессом, экономику учебного процесса, маркетинг учебного процесса и др.

Одним из актуальных направлений исследований в области сетевого обучения является анализ стиля обучения пользователя. В западной литературе [5] рассмотрены четыре стиля обучения: активный, рефлекторный, теоретический и прагматический. Каждый стиль обучения накладывает условия на вид, структуру, форму и методы компоновки учебного материала. Анализ проводится с помощью комплекса специально разработанных психолого-педагогических тестов, результаты которых заносятся в личный профайл учащегося, находящийся в системе управления обучением. Таким образом, достигается личностная ориентированность представляемого учебного материала, что позволяет существенно повысить мотивацию и эффективность процесса обучения в среде Интернет. Другими словами, образовательная информационная среда адаптируется к каждому пользователю, обучающемуся в ней.

Концептуальная модель учебной информации

Исследования, проведенные НИИ образовательных технологий МЭСИ в 2001 - 2002 году показали, что одной из перспективных методических новаций сетевой дидактики является концепция объектной организации информационных ресурсов учебного назначения. В общем смысле, объектная организация учебной информации является реализацией идеи модульности, которая лежит в основе модернизации современного учебного процесса. При объектном подходе учебный материал разбивается на отдельные порции - учебные объекты (УО), каждый из которых может многократно использоваться как в отдельности, так и во взаимодействии с другими объектами на платформах, поддерживающих единые международные технологические стандарты. При этом появляется возможность одинаковой интерпретации объектов, композиции (агрегирования) сложных объектов из совокупности отдельных объектов, включения объектов в логически упорядоченные последовательности элементов учебного материала.

УО является относительно независимой частью учебного материала, необходимой и достаточной порцией учебной информации, предназначенной для достижения одной, практически оправданной, учебной цели.

В виде учебных объектов, или их компонентов, представляются информационные ресурсы всех возможных форматов, таких как тексты, рисунки, анимация, аудио- и видео - фрагменты, Веб страницы, Веб-сайты, PDF документы, PowerPoint презентации, примеры: параграфы, главы, учебные курс и т.п.

Разбиение объемных учебных курсов на независимые единицы учебного материала меньшего объема позволяет конструировать разнообразные учебные курсы из множества учебных объектов, размещенных в распределенном хранилище информации - репозитарии. Репозитарий учебных объектов - это пакет программ, предназначенный для хранения УО на протяжении всего его жизненного цикла, включая первую версию, а также для отслеживания обновлений его версий и поставки УО в систему управления обучением. Репозитарий УО связывает метаданные, компоненты и УО и реализует поиск компонентов или УО, по их метаданным. Репозитарии УО могут быть распределены по нескольким серверам для уменьшения затрат на приобретение больших обслуживающих серверов и защиты данных.

Один и тот же объект может использоваться для достижения различных учебных целей учебного курса, в разных контекстах и разными пользователями: преподавателями в лекционных материалах, студентами для самостоятельного изучения, проектировщиками для конструирования интерактивных курсов или администраторами для координации учебного плана.

При увеличении размера (объема, содержания, области знаний) объекта, уменьшается возможность его многократного использования, так как возрастает внутренняя контекстная зависимость и число связей внутри объекта.

Необходимо отметить масштабность и трудоемкость задач новой структуризации знаний и объектного представления учебных материалов, переопределения отношения преподаватель-учащийся, постановки и решения задач адаптивной организации учебного процесса.

С применением объектного подхода к структурированию знаний появляется возможность оптимизации учебного процесс: построения гибких, персонифицированных технологий обучения, кардинального изменения содержания педагогической работы преподавателей и профессоров. Именно такими изменениями в образовательных технологиях возможно парирование вызовов современности - увеличение объема знаний и скорость их обновления. Одновременно появляется возможность принципиального улучшения качества образования путем органичного встраивания в образовательные процессы системы мониторинга, анализа получаемых компетенций и адаптивной коррекции учебного процесса.

Стандартизация структуры учебных объектов

Каждый Учебный объект имеет стандартную структуру и включает четыре основных типа данных: метаданные, содержимое, метод обучения и компоненты.

• Метаданные - это "данные о данных". Метаданные содержат в себе краткую техническую и справочную информацию по запрашиваемому объекту (учебная цель объекта, автор-разработчик, дата создания, уровень сложности, данные о компонентах, краткое описание содержимого (контента), комментарии разработчика, ключевые слова и т. п), что позволяет определить его дидактическую целесообразность для конкретного УМ еще перед загрузкой из репозитария или требованием доступа к объекту. Метаданные одновременно размещаются как в самом объекте, так и отдельно от него и хранятся в каталоге объектов репозитария.

  Метаданные каждого созданного учебного объекта являются уникальной величиной. При разработке нескольких версий объекта, каждая редакция имеет свои собственные уникальные метаданные. Это достигается привязыванием к объекту глобально-уникальных идентификаторов, которые система автоматического проектирования УО автоматически присваивает каждой версии УО.

• Содержание - логически самостоятельная порция учебного материала (контента) в любой форме (текст, мультимедиа-представление, презентация, тест и т.д.). Состоит из одного или нескольких компонентов. Учебный контент может представлять собой логически неделимую учебную информацию (например, текст, связанный с описанием цели объекта) или быть агрегацией связанных по смыслу и логике компонентов, также связанных с целью УО.

  Как правило, в содержание учебного объекта включаются:

  • Введение (краткая характеристика объекта);
  • Вопросы для пре теста;
  • Теоретический материал в любой форме (текст, аудио, видео), согласно предпочтениям и компетенциям учащегося, который может содержать также вопросы для самопроверки и проблемные вопросы для индивидуальной и групповой работы (на форумах);
  • Ссылки на справочные материалы по предметной области курса (глоссарий).
  • Тренинги (практические и лабораторные работы, творческие задания, направленные на самостоятельное применение знаний, умений, и навыков, выполнение проектов индивидуально и в группах сотрудничества);
  • Средства обратной связи учащегося с преподавателем и другими пользователями (форумы, чаты).

  Кроме учебного материала УО должен содержать тесты (так называемые пре тесты и пост тесты) или контрольные вопросы. Банк Тестов также хранится в репозитарии. Каждый тест состоит из компонентов - Тестовых Заданий (рекомендуется не более 7), и может быть оформлен как отдельный независимый УО.

  Функция пре теста - допустить/не допустить студента к изучению данного УО, то есть определить обладает ли он знаниями, умениями и навыками, необходимыми для усвоения нового материала. Функция пост теста - проверить качество усвоения нового материала.

  • Компоненты объекта - это разнообразные информационные материалы, представленные в электронном виде: текст, рисунки, звуковые объекты, Web-страницы, тестовые задания (ТЗ) и другие данные. Компоненты могут являться элементами учебного объекта. Компоненты, как и учебные объекты, обладают свойством многократного использования; описываются с помощью метаданных. Репозитарий компонентов формирует базу для создания учебных объектов.

  • Метод обучения описывает способ организации учебно-познавательной деятельности студента по решению дидактической задачи, направленной на овладение изучаемым материалом и достижение поставленной цели УО. Метод обучения описывает способ, которым элементарные деятельности студента организуются в последовательности.

  В процессе обучения для каждого студента формируется индивидуальная последовательность УО. Набор УО зависит от психолого-педагогических характеристик учащегося, от уровня его начальных знаний и личных предпочтений. Предусматривается возможность возврата к не усвоенному (-ым) УО для его повторного изучения или пропуска тех УО, по которым у студента уже сформированы знания и умения. Условие возврата и (или) пропуска определяется результатами пре теста учащегося.

  При объектно-ориентированном подходе учебный курс, в традиционном понимании, представляется в виде учебного модуля. Учебный модуль включает множество семантически упорядоченных учебных объектов, объединенных общими целями учебной программы. Каждый элемент учебного материала: учебный модуль, блок, курс является учебным объектом сложной структуры и наследует все свойства и признаки учебного объекта. В общем случае каждый элемент учебного материала имеет вложенную структуру. Сущность, тип и количество вложений каждого элемента данной иерархии определяется учебными целями. Учебный объект может состоять из любого количества компонентов (рекомендуется не более 7); УМ, блок, курс - из любого количества УО. Учебная последовательность и ее вид (линейный, циклический) определяются согласно входным начальным условиям (характеристиками учащегося).

  При таком подходе появляется возможность автоматизации целенаправленного конструирования личностно-ориентированных последовательностей учебного материала. Что приводит, в конечном итоге, к существенному повышению эффективности процесса обучения за счет адаптации содержания учебных последовательностей к личностным характеристикам учащихся.

Семантические технологии обучения

Для практического решения актуальных задач по доставке, сортировке, хранению и поиску учебной информации целесообразно использовать семантические технологии. Семантические технологии - это новый, эффективный способ навигации в глобальных информационных ресурсах и является передовой технологией в области Управления знаниями.

С применением объектного подхода к структурированию знаний появляется возможность оптимизации учебного процесса: построения гибких, персонифицированных технологий обучения, кардинального изменения содержания педагогической работы преподавателей и профессоров. Именно такими изменениями в образовательных технологиях возможно парирование вызовов современности - увеличение объема знаний и скорость их обновления. Одновременно появляется возможность принципиального улучшения качества образования путем органичного встраивания в образовательные процессы системы мониторинга, анализа получаемых компетенций и адаптивной коррекции учебного процесса.

В формировании системы знаний, умений и навыков по дисциплине, студенту существенную помощь может оказать семантическая схема учебного объекта. Семантическая схема задается графом, определенным на множестве понятий и связей - бинарных отношений между понятиями. В основе такого подхода лежит представление смысла текста в форме ассоциативной семантической сети. Семантическая сеть строится на множестве информационных ресурсов и используется как модель предметной области для формирования учебной последовательности объектов. Другими словами, построенная таким образом схема инвариантна к предметной области, что позволяет, с помощью применения атрибутов Фильтра связей объекта и Области, удалять из схемы все связи выбранного объекта, не удовлетворяющие настройке текущего фильтра. (Фильтр связей - это некое правило, в котором явно указано, какие из возможных бинарных связей должны быть видны пользователю, а какие нет). Переменными Фильтра связей и Области являются параметры учащегося - компетенции и предпочтения, которые и определяют формирование индивидуальной последовательности учебных объектов. Таким образом, появляется возможность адаптивного отбора учебных объектов, предоставляемых учащемуся в процессе обучения.

Унификация технологий представления и обработки учебной информации

В качестве методической основы технологии объектного представления учебных материалов целесообразно использовать систему соглашений об информационно-коммуникационных форматах представления, хранения и передачи знаний в технологическом пространстве современного информационного сообщества. Примером конкретной реализации этого подхода является группа спецификаций глобального консорциума IMS, апробированная при создании корпоративных и университетских обучающих сред (SAP, ADL, CISCO и многих других), и становящаяся системой стандартов для образовательных технологических сред. Так, первой реализацией комплекса международных стандартов IMS в России является система управления обучением (LMS) ТОР (Технология Образовательных Ресурсов), разработанная в консорциуме "Открытое Образование" (консорциум МЭСИ).

Другая перспективная концепция, связанная с последними достижениями в области семантических технологий, положена в основу стандарта Международной организации по стандартизации ISO "Тематические схемы".

Стандарт ISO 13250 Topic maps - Тематические схемы - содержит в себе правила составления Тематических Схем (ТС) и правила присвоения Имен понятиям ТС. ТС включает такие понятия, как - Тема, Взаимосвязи (отношения между понятиями: родился в, относится как, часть-целое, род-вид и т.д.), тип Роли, которую Тема играет во Взаимосвязи (историческая, функциональная, описательная и т.д.). На экране перед студентом при вызове Тематической схемы УО предстает Схема ключевых понятий материала, их взаимосвязей, позволяющая увидеть не только логику построения материала, но также и попасть к связанным информационным ресурсам - Аспектам, содержащим указанные понятия и взаимосвязи. Причем, ресурсы могут быть как внутренними (учебные объекты), так и внешними (новостные ленты, публикации в научных изданиях). К тому же схема является не просто статическим срезом материала: через одно и то же понятие можно выйти к различным Аспектам, его содержащим - в соответствие с заданной предметной областью[2].

Реализация международных образовательных стандартов в России

Анализ деятельности международных организаций по стандартизации, таких как AICC, ARIADNE, IEEE, IMS, ISO, LTSC и других, позволил выделить три основных направления исследований в области сетевого обучения: разработка УМ, хранение УМ и учебный процесс. В настоящий момент в России три данные группы стандартов реализованы исключительно в рамках системы ТОР [3], включающей в себя следующие подсистемы:

1. Разработка Учебных Материалов (УМ) - ТОР Система Автоматизированного проектирования УМ (САПРУМ);
2. Хранение УМ - ТОР Репозитарий;
3. Учебный процесс - ТОР Основной Сервер (ТОРОС).

ТОР САПРУМ реализована в виде надстройки над популярным текстовым процессором Microsoft Word. Компоненты системы расширяет его функциональность, что позволяет производить разметку текстового материала в требуемом для объектной концепции виде.

Одним из преимуществ объектного подхода является естественная возможность распределённой разработки учебного обеспечения. При этом выделяются следующие роли разработчиков УМ - автор учебного материала, автор практических и тестовых заданий, технолог мультимедиа материалов, технолог УО. Функции автора учебного материала и практических и тестовых заданий могут выполняться как одним человеком, так и группой авторов. Возможна раздельная разработка отдельных учебных единиц - простых объектов, с последующим их объединением в агрегированный технологом УО. Роль технолога мультимедиа материалов заключается в разработке по заданию авторов анимации, видео и аудио фрагментов. Функции технолога УО состоят в снабжении разработанных элементов УМ подробной метаинформацией.

Размеченный учебный материал организуется в так называемый пакет и публикуется на центральном сервере системы ТОР. Для этого заархивированный пакет пересылается на сервер при помощи почтового клиента или web интерфейса. При получении архива на сервере происходит декомпозиция исходного документа, размещение и регистрация объектов обучения в репозитарии. В результате, новые объекты становятся доступными для повторного использования.

Центральным звеном в системе ТОР является "ТОР Репозитарий". Внешний интерфейс XML репозитария системы реализован на основании открытого протокола простого доступа к объектам (Simple Object Access Protocol - SOAP). SOAP предоставляет простой механизм для обмена структурированной и типизированной информацией между системами в децентрализованной и распределённой среде на базе XML. Использование открытого протокола позволяет осуществлять поиск объектов на основе метаданных в цифровых репозитариях учебных заведений и библиотек.

Объекты репозитария доступны к использованию в процессе обучения студентов, осуществляемом на основном сервере системы "ТОРОС". Учебный курс, построенный на базе повторно используемых объектов обучения и проигрываемый в системе управления обучением (Learning Management System - LMS) ТОР, содержит следующие элементы:

• Содержание курса - материалы курса, глоссарий, графические и мультимедиа объекты, ссылки, календарь, метаданные, инструменты поиска
• Контроль знаний - тесты, задания, самопроверка, инструменты просмотра результатов
• Коммуникации - чат, форум, электронная почта, доска для рисования
• Сервисы - домашние страницы, групповые проекты, статистика, инструменты администрирования.

В результате апробации и внедрения системы в консорциуме МЭСИ (www.mesi.ru), ОИСТР (www.edulab.ru), ММИЭИФП (www.mifp.ru) и других образовательных учреждений подтвердились на практике основные преимущества объектных принципов построения и использования учебного материала [4].

Заключение

Применение семантических технологий формирования личностно-ориентированных последовательностей учебных объектов позволяет добиться существенного повышения эффективности работы, как студентов, так и преподавателей по сравнению с жесткой структурой традиционных сетевых курсов. Этому способствует:

• улучшение восприятия учебного материала (за счет адаптации к психофизиологическому уровню учащегося);
• глубина усвоения учебного материала (благодаря созданию условий для пооперационного контроля уровня усвоения);
• своевременность обновления учебного материала;мониторинг состояния учебного процесса (отслеживается состояние комплекса параметров системы обучения);персональная доставка информации по обучающимся профилям интересов - дополнительные источники для обучения и повышения квалификации;
• ассоциативный поиск информации и диалоговые поисковые системы - расширение информационного пространства предметной области;
• автоматизация труда преподавателя - освобождение преподавателя от рутинной работы в учебном процессе.

Внедрение системы объектной организации учебного материала в совокупности с семантическими технологиями управления знаниями в образовательных учреждениях России позволит реализовывать гибкие адаптивные образовательные программы. А унификация используемых семантических технологий сближает нас с международным образовательным сообществом. Внедрение унифицированных технологических систем в образовании упрощает организацию взаимодействия в едином образовательном информационном пространстве России и создает условия для интеграции в международное образовательное пространство.

Список литературы

[1] Куписевич Ч. Основы общей дидактики / Пер. с польск. О. В. Долженко. - М.: Высш. шк., 1986. - 368 с.

[2] Титарев Л.Г., Титарев Д.Л., Ильченко О.А., Феданов А.Н. Стандарт ISO "Тематические схемы": применение к сетевому обучению// Материалы Всероссийск. Конф "Технологическме стандарты в образовании" Москва 23-24 апреля 2003/ М.: Изд-во МЭСИ, 2003.-с.329-392

[3] Феданов А.Н., Титарев Д.Л. Открытые Образовательные Информационные Системы. // Открытое Образование, 2003, № 1. c. 9-17

[4] Титарев Д.Л. Феданов А.Н. // Материалы Всероссийск. Конф "Технологическме стандарты в образовании" Москва 23-24 апреля 2003/ М.: Изд-во МЭСИ, 2003.-с.269-279

[5] Design, Development, and Delivery Electronic Environment for Educational MultiMedia // http://www.3deproject.com