Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ процесса создания и внедрения информационно-управляющей системы. постановка задачи исследования 12
1.1 Задачи создания и внедрения информационных систем : 12
1.1.1. Модели информационных систем 13
1.1.2 Определение типов пользователей информационно-управляющих систем 15
1.1.3 Постановка задачи обучения пользователей информационно-управляющих систем 18
1.2 Выбор метода обучения пользователей 20
1.2.1 Обзор видов компьютерных средств обучения 23
1.2.2 Обзор прототипов автоматизированных обучающих систем 26
1.2.2.1 Диссертационные и научные исследования 27
1.2.2.2 Коммерческие разработки 28
1.3 Методы сопровождения информационно-управляющих систем 32
Выводы по первой главе 35
ГЛАВА 2 Генерация тренажерных моделей с использованием диалоговой модели информационно-управляющей системы 36
2.1 Модель пользователя информационно-управляющей системы 37
2.2 Разработка модели информационно-управляющей системы 39
2.2.1 Модель типовых элементов управления 42
2.2.2 Модель сценарного поведения пользователя 44
2.2.3 Формирование базы знаний обучающих компонент 47
2.2.4 Формирование тренажерных аналогов элементов управления 49
2.3 Модель процесса двухмашинной генерации тренажерных обучающих компонент 50
2.3.1 Выбор аппарата моделирования процесса взаимодействия компонент двухмашинного комплекса 53
2.3.2 Модель взаимодействия параллельных процессов двухмашинного комплекса 54
2.3.3 Описание работы модели 59
2.4 Модель выделения базовых ситуаций в сценарии диалога 60
2.5 Представление сценария тренажерной обучающей компоненты 64
2.6 Методика анализа генерируемых тренажерных моделей иус 65
2.6.1 Модель GOMS. 66
2.6.2 Теория функциональных сетей 67
2.6.3 Выработка методики оценки тренажерных моделей 69
Выводы по второй главе 71
ГЛАВА 3 Методика автоматизации процесса разработки тренажерных моделей информационно-управляющих систем 72
3.1 Реализация диалоговой модели в виде тренажерных обучающих компонент 73
3.1.1 Разработка метода реализации диалоговой модели 73
3.1.2 Отображение сценария диаюговой модели на основе комбинированного метода реализации тренажерной модели 76
3.1.3 Метод двухмашинного формирования обучающих компонент 80
3.2 Экспериментальное исследование эффективности применения модели процесса двухмашинной генерации тренажерных обучающих компонент 82
3.3 Методика анализа генерируемых моделей 85
3.3.1 Эксперимент по исследованию характеристик тренажерного диалога 86
3.3.2 Методика исследования результатов эксперимента 89
3.3.3 Анализ экспериментальных данных 91
3.3.4 Общие результаты обучения с использованием треналсерных обучающих программ 95
Выводы по третьей главе 96
ГЛАВА 4 Комплекс программ создания обучающих компонентинформационно-управляющих систем 97
4.1 Модель процесса разработки обучающих компонент 98
4.2 Реализация разработанных методов инструментального создания обучающих компонент
101
4.2.1 Двухмашинный инструментапьный комплекс «Построитель тьюторов» 102
4.2.1.1 Обучающая программа 104
4.2А.2 Инструментальное средство рабочего места сценариста 107
4.2.1.3 Структура данных комплекса 110
4.2.2 Примеры реализаций обучающих компонент с использованием инструментального комплекса
4.2.2.1 Обучающая компонента ИУС «Моделирование пропуска высоких вод водохранилищ Волжско-Камского каскада» 112
4.2.2.2 Обучающая компонента системы автоматизации работы деканатов 114
Выводы по четвертой главе 116
Заключение п7
Словарь сокращений 120
Список литературы
- Определение типов пользователей информационно-управляющих систем
- Разработка модели информационно-управляющей системы
- Отображение сценария диаюговой модели на основе комбинированного метода реализации тренажерной модели
- Инструментальное средство рабочего места сценариста
Введение к работе
Стремительно развивающиеся информационные технологии занимают в социальной жизни столь значительное место, что необходимо говорить о возникновении вслед за "индустриальным" нового - "информационного общества" [43], которое характеризуется огромным объемом информации, необходимой каждому индивидууму. При этом "информационное общество" накладывает все большие требования на скорость приобретения знаний. Столь динамично изменяющиеся знания связаны не только с потребностью анализировать поступающий объем информации, но и с умением использовать широкий класс средств обработки этой информации.
Одной из характерных особенностей современного этапа научно-технического прогресса и становления "информационного общества" является широкое использование автоматизированных информационно-управляющих систем (АИУС). В ближайшие годы намечается ввести в действие и модернизировать большое число АИУС в самых различных отраслях народного хозяйства [51].
При этом все большую значимость приобретает проблема, связанная с дефицитом знаний и навыков применения возможностей новых и модифицируемых АИУС. Эта проблема решается путем постоянной подготовки и переподготовки кадров в течение всей их профессиональной деятельности. Здесь особую остроту приобретает эффективность методов и способов массовой подготовки кадров, включенных в обучение без вступительных экзаменов и тестов, как в системе открытого образования.
Для решения данной задачи все большую актуальность приобретает использование компьютерной техники, как наиболее экономичного средства представления и обработки информации. Являясь не только средством отображения информации, но и инструментом организации диалога "человек-
машина" и косвенно "человек-машина-человек", вычислительная техника способна к активному участию в диалоге с обучаемым.
Потребность в обеспечении большого количества пользователей информационно-управляющих систем (ИУС) необходимыми навыками работы с прикладным программным обеспечением (ППО) ставит задачу создания экономически более эффективных методов передачи знаний по сравнению с очной формой обучения. При этом применение в учебных целях реально работающего ППО ИУС во многих случаях неоправданно в связи с трудоемкостью развертывания и обеспечения требований безопасности, что делает целесообразным использование моделей ППО ИУС для обучения пользователей.
Существующая для многих областей задача разработки тренажерных моделей является новой применительно к ИУС. Основой для решения подобных задач является создание модели реального объекта, которая реализует ограниченную функциональность, достаточную для организации тренинга. Ограничения функциональности, которые не существенны для проведения обучения, вызваны необходимостью быстрого создания моделей с обеспечением низкой трудоемкости их разработки и эксплуатации.
Тем самым исследование подходов к созданию тренажерных моделей, предназначенных для получения практических навыков работы в ИУС, является актуальной задачей научного исследования, требующей как теоретических разработок, так и практической реализации в виде инструментального комплекса программ, предназначенного для автоматизации формирования тренажерных моделей и организации обучения.
Цели и задачи диссертационной работы.
Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности создания тренажерных моделей ИУС на основе разработки и исследования диалоговой модели ИУС, адаптированной к задачам деятельности массовых
профессиональных пользователей (МПП). При этом необходимо решить задачу создания моделей и методов автоматизации процесса генерации тренажерных моделей ИУС, предназначенных для использования в виде автоматизированных обучающих систем (АОС).
Для достижения поставленной цели в диссертации проводятся следующие исследования и решаются следующие задачи:
анализ типов пользователей ИУС и существующих моделей пользователей применительно к ИУС;
исследование существующих подходов к разработке ИУС и моделей, используемых для их описания;
исследование существующих решений в области создания АОС и их конкретных реализаций;
разработка модели ИУС на основе выбора модели пользователя и постановки задачи представления среза моделируемого объекта в виде тренажерных обучающих компонент (ОК) ИУС;
разработка модели автоматизации процесса генерации тренажерных ОК ИУС;
разработка инструментального двухмашинного комплекса программ, реализующего модель автоматизации процесса генерации ОК ИУС;
разработка методов использования инструментального двухмашинного комплекса программ при создании тренажерных ОК ИУС;
экспериментальное исследование эффективности применения разработанного комплекса программ и его возможностей по реализации обучающих компонент ИУС.
Объект исследования.
Объектом данного исследования является диалог пользователя с ИУС, рассматриваемый как совокупность диалоговых средств ППО ИУС и
пользователей, применяющих данные средства при выполнении своих должностных обязанностей.
Методы исследования.
В основе проводимых в диссертационной работе исследований используются методы теории множеств, теории графов, теории сетей Петри, теории конечных автоматов, а также методы синхронизации параллельных процессов, методы ситуационного обучения и методы автоматизированного компьютерного обучения, математические модели, описывающие структуру и функционирование информационно-управляющих систем, теория баз данных и методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна.
Основная научная новизна работы состоит в следующем:
разработана основанная на модели МПП диалоговая модель ИУС, которая позволяет описывать структуру организации взаимодействия пользователя в рамках исполнительных средств диалога и видимого среза данных информационного хранилища;
на базе диалоговой модели ИУС разработана модель процесса двухмашинной генерации тренажерных ОК ИУС, позволяющая сформулировать и промоделировать основные аспекты автоматизированной генерации тренажерных моделей, создаваемых методом преобразования диалоговой модели к тренажерной;
разработаны методы создания тренажерных обучающих компонент, основанные на применении модели процесса двухмашинной генерации тренажерных ОК ИУС;
разработан двухмашинный инструментальный комплекс программ, реализующий разработанные методы создания тренажерных ОК ИУС;
- экспериментально исследована и подтверждена эффективность
применения модели процесса двухмашинной генерации тренажерных
ОК МУС.
Практическая ценность.
В результате исследований, проведённых в рамках диссертационной работы:
реализован инструментальный комплекс программ, предназначенный для генерации тренажерных ОК ИУС на основе диалоговой модели ИУС;
средствами инструментального двухмашинного комплекса программ "Построитель тьюторов" создано 9 тренажерных обучающих программ, которые используются как в учебном процессе, так и процессе поддержки ряда ИУС;
экспериментально показано повышение эффективности процесса генерации тренажерных ОК ИУС относительно ручных методов создания обучающих программ. В зависимости от предметной области выбранной ИУС получены значения от 8 до 14 раз снижения времени процесса создания тренажерных ОК ИУС.
Реализация результатов работы.
К настоящему моменту результаты диссертации внедрены в "Центре регистра и кадастра" Министерства природных ресурсов РФ; в процессе поддержки системы автоматизации деканатов МИРЭА; в учебном процессе колледжа Сбербанка РФ; в учебном процессе "Национальной компьютерной корпорации".
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на научно-практических конференциях МИРЭА в 2002, 2003, 2004, 2005 гг., научно практических конференциях "Современные электронные технологии в образовании" ФГУП
НИИ "Восход" в 2002, 2003, 2004, 2005 гг. и научно практической конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании" Тверь, ТГУ в 2002 г. Данная работа демонстрировалась на выставках "Hannover-Messe 2005" Германия, Ганновер и "НТТМ-2005" Россия, Москва, ВВЦ.
Результаты разработки заняли 2-е место на конкурсе лучших научных работ аспирантов и молодых ученых МИРЭА в 2004 г. и 3-е место на конкурсе "Новые информационные технологии в образовании" в номинации преподаватели и научные работники, организованном на базе ФГУП НИИ "Восход" в 2003 г.
Публикации.
Результаты теоретических и прикладных исследований опубликованы в 11 научных статьях. По теме диссертации получены 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в "Государственном фонде алгоритмов и программ РФ".
Основные положения, выносимые на защиту.
диалоговая модель ИУС, основанная на модели МПП ИУС;
модель процесса двухмашинной генерации тренажерных ОК ИУС, описывающая процесс двухмашинного создания ОК ИУС;
метод автоматизированного создания тренажерных моделей ИУС, основанный на применении модели процесса двухмашинной генерации тренажерных ОК ИУС;
инструментальный комплекс программ, реализующий метод автоматизированного создания тренажерных ОК ИУС.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (90 наименований) и двух приложений. Объем основного текста составляет 128 страниц, 9 таблиц и 21 изображение.
Содержание работы.
Первая глава посвящена анализу задачи математического моделирования информационных систем. Описываются виды моделей информационно управляющих систем и описываются их основные компоненты. Выделяются типы информационных систем и категории их пользователей. На основании выделенных типов пользователей ставится задача обучения для наиболее массовой категории ИУС, которыми являются массовые профессиональные пользователи. Для выбора необходимой методики обучения выполнен обзор видов компьютерных средств обучения и на основе выделенных типов систем получено, что для обучения массовых профессиональных пользователей ИУС наиболее актуально создание тренажерных средств обучения. На основе обзора диссертационных исследований и рынка программного обеспечения получено, что решение задачи создание тренажерных обучающих компонент программного обеспечения является актуальной задачей, при этом проблема создания инструментальных средств для создания тренажеров ИУС является актуальной задачей.
Во второй главе произведено описание модели информационно-управляющей системы, ориентированной на массового профессионального пользователя и на ее основе сформирована модель генерации тренажерных обучающих компонент. Для описания модели ИУС произведен анализ уровней данных моделей, на основе которого получено, что для создания тренажерной модели ИУС наилучшим образом подходят диалоговые модели, представляющие собой видимый срез пользовательского взаимодействия с системой. На основе созданной модели массового профессионального пользователя выполнена адаптация диалоговой модели ИУС и на ее базе разработана модель тренажерной обучающей системы. Для автоматизации процесса генерации тренажерных моделей разработана модель инструментального двухмашинного формирования обучающих компонент.
Далее проведен обзор существующих методов анализа и оптимизации
характеристик диалоговых моделей, на основе которого сделан вывод, что для
анализа среза диалоговой модели в виде тренажерной модели требуется
разработка экспериментальных методов оценки моделей.
В третьей главе рассмотрена методика реализации тренажерных моделей,
проверена возможность и способы их создания и исследованы методы анализа
данных моделей. Экспериментальным способом получено, что наиболее
приемлемым способом представления модели ИУС является комбинированный
способ, основанный на представлении образов интерфейса системы с
внедренными прототипами интерфейсных элементов управления. При этом
интерфейсные элементы управления могут заменяться их упрощенными
моделями, а их работа контролироваться механизмами сценария тренажера. На
основе данных принципов и модели двухмашинной генерации обучающих
компонент ИУС сформулирована методика взаимодействия субъектов при
двухмашинной генерации тренажерных моделей. С целью анализа
эффективности применения методики двухмашинного создания тренажерных
ОК ИУС и модели процесса двухмашинной генерации ОК ИУС, было
проведено экспериментальное исследование, состоявшее из двух этапов. В ходе
данного экспериментального исследования было получено повышение
эффективности процесса генерации тренажерных моделей ИУС при
использовании двухмашинных средств автоматизации. Для исследования
генерируемых средствами автоматизации моделей были разработаны
программные средства, позволяющие производить сбор и анализ
статистических данных обучения с использованием тренажерных ОК ИУС. На
основе данных инструментов проведен эксперимент, подтверждающий, что
использование данных средств и методик позволяет улучшить характеристики
сценарных моделей. Также в ходе эксперимента подтверждена эффективность
используемых принципов обучения.
В четвертой главе приведено описание практической стороны реализации обучающих программ. Разработана и описана модель разработки тренажерных обучающих компонент в совокупности общей разработки ИУС. Приведено описание программной реализации модели двухмашинного инструментального комплекса, основанного на использовании разработанных моделей и позволяющего генерировать обучающие программы. В данном описании рассмотрена реализация как инструментальных средств комплекса, так и исполнительного механизма конечных ОК ИУС. Проведено исследование работоспособности и целесообразности применения данного комплекса и моделей путем разработки ряда обучающих программ. В частности были рассмотрены два конкретных примера реализации, показывающие актуальность применения используемых методик в процессе разработки и сопровождения ИУС. Созданные обучающие программы были внедрены как в учебном процессе, так и в процессе поддержки ряда ИУС.
В заключении приведено краткое резюме диссертационной работы и перечислены основные задачи, решенные ходе исследования.
Определение типов пользователей информационно-управляющих систем
Двойственность подхода к рассмотрению ИУС как модели обслуживания информационного хранилища и модели диалогового взаимодействия порождает двойственность рассмотрения модели пользователя ИУС. Пользователь находится на границе двух семантических систем - предметной области и информационно-управляющей системы. Причем в подавляющем большинстве случаев внутренние ситуации и задачи системы не совпадают с ситуациями и задачами предметной области [75]. При этом решение задач предметной области является целью взаимодействия пары пользователь -автоматизированное рабочее место (АРМ) ИУС.
Помимо этого пользователь ИУС выступает в третьей роли, а именно роли обучаемого, что должно учитываться при описании его модели. Можно выделить ряд диссертационных работ, посвященных разработке моделей обучаемого [19, 28], в которых при описании предметной области исследования используются следующие виды моделей: - модели представления знаний обучаемого; - модели приобретения знаний; - модели предметной области знаний.
Современная тенденция популяризации такого нового метода обучения, как дистанционное приводит большинство исследований в области автоматизированного обучения к развитию концепций гипермедийных сред и анализу методики обучения в них. В частности множество современных моделей представления процесса обучения и знаний обучаемого развивают концепции адаптивных обучающих систем и обучающих систем с элементами искусственного интеллекта [17, 59].
Рассмотренные в таблицах 1.1 и 1.2 категории пользователей ИУС и выполняемые ими должностные обязанности определяют требуемый для их обучения срез знаний. В частности для руководителей наиболее актуальными обобщенные знания о предметной области ИУС, а для специалистов структура системы, особенности ее функционирования и реализации.
При этом наиболее массовым является технический персонал ИУС, который из-за своей многочисленности (по отношению к 2-м другим категориям) и ориентированности на использования ИУС в качестве инструмента выполнения своих должностных обязанностей можно назвать массовым профессиональным пользователем (МПП) ИУС. Рассматривая основной класс задач, выполняемых данной категорией пользователей, можно сказать, что основной составляющей их знаний должны являться практические навыки работы с системой.
На основании данного фактора при определении методов обучения МПП ИУС необходимо переносить акцент в большей степени на получение практических навыков выполнения задач ИУС, нежели на получение структурных знаний предметной области. Опыт создания и использования механизмов закрепления практических навыков известен в ряде других компьютеризированных систем, нежели ИУС, такие как обучение операторов АСУ ТП, что позволяет говорить о целесообразности исследования подобных методов обучения для МПП ИУС [75].
При этом в силу того обстоятельства, что компьютерное обучение стало массово развиваться только в последнее десятилетие, проблема получения практических навыков пользователями ИУС практически не рассматривалась. При анализе данной проблемы прежде всего следует выделить важные признаки, отличающие МПП ИУС от пользователей компьютерного программного обеспечения общего назначения (такого как оболочки ОС, текстовые процессоры, графические редакторы, электронные таблицы и др.):
- МПП ИУС применяют данный инструмент исключительно для выполнения своих профессиональных (регламентируемых служебной инструкцией) обязанностей и тем самым пользуются ограниченным набором функций ПО ИУС;
- выполнение ряда функций может быть критичным с точки зрения допущения ошибки неправильного использования системы, так как ее совершение может вызвать определенное управляющее воздействие;
- данный класс пользователей не отвечает за настройку и устранение неисправностей программного и аппаратного обеспечения;
- данный класс пользователей является наиболее массовым и подвержен более частой смене кадров, нежели остальные категории пользователей.
Разработка модели информационно-управляющей системы
Информационно-управляющие системы, как совокупность большого количества информационных процессов, поддерживаемых различными видами технических и человеческих ресурсов, могут рассматриваться в разных проекциях данного информационного взаимодействия. Существует несколько видов представления моделей ИУС, связанных с необходимостью рассмотрения различных семантических уровней процессов в ИУС. Данные уровни являются срезами модели ИУС, которые необходимы с точки зрения анализа различных аспектов взаимодействия компонент ИУС. Остановимся на трехуровневой классификации подобных моделей [68, 41]: - физический уровень, на котором система рассматривается как физическая среда передачи данных и представляющий собой совокупность технических и материальных средств и связей между ними; - информационный уровень, на котором система представляется как совокупность групп данных и регламентирующих связей между ними, составляющих предметную область ИУС; - пользовательский уровень, на котором система представляется как совокупность элементов управления в рамках реально существующих административных отношений.
Среди указанных уровней моделей ИУС информационная составляющая описания предметной области присутствует на информационном и пользовательском уровнях. При этом для описания взаимодействия на информационном уровне применяется преимущественно реляционные модели и объектные модели, которые связанны с необходимостью описания структуры и функционирования информационного хранилища. Описание ИУС с точки зрения пользовательского взаимодействия осуществляется преимущественно диалоговыми моделями, описывающими процесс диалога пользователя с ИУС.
Выбор типа модели описания ИУС коррелированно с типом пользователей, для которых создается данная модель. Это обусловлено тем, что каждая категория пользователей ИУС имеет дело с определенным набором уровней представления, хотя потенциально может обладать знаниями о нескольких уровнях ИУС. Наиболее важным для МПП является приобретение знаний на пользовательском уровне ИУС, что обусловлено типом выполняемых ими функций. Для описания данной модели ИУС воспользуемся пятеркой вида: S = {K,C,D,Ip,r) (2.3) ж = \тгп1 = \,Lj - множество пользователей ИУС (формула 2.1), где L количество пользователей; С - граф сценария диалога ИУС (формула 2.7); D - база данных ИУС, определяющая совокупность видимого среза данных, необходимых для решения задач ИУС; 1Р - множество компонентов интерфейса пользователя прикладного программного обеспечения (ППО) ИУС; Ґ - множество пользовательских интерфейсов технических средств (ТС) ИУС.
В рамках введенной модели ИУС определяется как процесс взаимодействия множества пользователей к посредством выполнения функций из множества F в соответствии со сценарием диалога С для решения задач множества Ф. Данное взаимодействие осуществляется посредством взаимодействия пользователя с интерфейсами программного обеспечения 1р и интерфейсами технических средств Iw на основании данных информационного хранилища D.
В данном контексте под сценарием С понимается множество возможных последовательностей шагов диалога, приводящих к выполнению задачи ИУС. При этом функционирование недоступных с точки зрения МПП внутренних процессов ИУС заменяется внешним сценарным описанием их выполнения и видимым срезом интерфейса пользователя, отображающим данные информационного хранилища.
В соответствии с моделью ИУС (2.3) объектом взаимодействия пользователя п с информационным хранилищем D является программное обеспечение Р и технические средства ИУС W. Взаимодействие программных компонент с пользователем осуществляется посредством стандартных устройств ввода и интерфейса НПО.
С точки зрения функционирования пользовательского диалога интерфейс пользователя ППО представляет собой совокупность атомарных (не требующих декомпозиции) интерфейсных элементов и технических средств ИУС, выполнение действий над которыми осуществляется в соответствии с выполняемой пользователем функцией F и структурой сценария диалога С.
Отображение сценария диаюговой модели на основе комбинированного метода реализации тренажерной модели
Решение задачи выбора оптимального способа реализации диалоговой модели ИУС основано на определении приемлемой границы между скоростью реализации, требуемыми программными и аппаратными ограничениями, квалификацией сотрудников и заданной функциональности создаваемой модели. Необходимость обеспечения ИУС тренажерными ОК уже к началу этапа ее внедрения и нецелесообразность привлечения разработчиков ИУС при программировании обучающих систем [9] диктует необходимость создания комплекса программ генерации тренажерных обучающих компонент, обеспечивающего быстрое формирование тренажеров и основанное преимущественно на диалоговом срезе модели ИУС.
Модель Т (формула 2.10) сценария тренажерной системы описывает вырожденные по критерию эталонного пути последовательности шагов в графе сценария диалоговой модели ИУС. Это позволяет исключить множественные альтернативные пути решения конкретной задачи, что при применении фреймового подхода реализации модели ИУС дает возможность хранить соответствующий числу шагов эталонного выполнения тренажерных задач объем информации.
Фреймы знаний сценарного поведения пользователя ИУС могут быть представлены снимками диалогового взаимодействия. Тем самым обеспечивается простота переноса, реализуемая прямым копированием экранных образов данного взаимодействия в базу данных. В случае объектных реализаций модели интерфейса ИУС это является трудоемкой задачей, т.к. требует воссоздания объектной интерпретации интерфейса ИУС.
Согласно модели S (формула 2.3) переход к следующему фрейму диалога осуществляется при потере активности текущего ЭУ ИУС, что описывается сменой текущей вершины графа диалога. Тем самым при программной реализации важным моментом является граница выделения ЭУ в виде самостоятельного интерфейсного элемента. Как было сказано ранее сложные ЭУ обладают внутренней памятью, формируемой в ходе пользовательского взаимодействия и являются комбинацией более простых ЭУ. Это в некоторых случаях позволяет заменить сложные ЭУ последовательной комбинацией фреймов диалога, что выражается в замене сложных ЭУ последовательной комбинацией нескольких простых ЭУ.
Экспериментальное исследование программных реализации тренажерных моделей ИУС [4] в виде обучающих компонент позволяет описать следующую классификацию стандартных ЭУ используемых в большинстве ИУС. Для данных стандартных ЭУ может быть представлен ограниченный набор вариантов взаимодействия с пользователем, что дает возможность формализации процесса создания инструментальных средств ОК ИУС, использующих в сценарном диалоге данные компоненты.
В рамках тренажерной модели ИУС в виде обучающих компонент различается четыре вида действия по продвижению сценарного диалога. Первое связано с корректным выполнением согласно эталонной последовательности операции с ЭУ ИУС, ведущее к продвижению сценарного диалога. Возможность некорректного выполнения операции требует наличия второго типа действия, связанного с необходимостью возврата ЭУ в состояние предшествующее данному шагу сценария. Третье и четвертое действие связано с возможность обеспечения пропуска и возврата состояний системы в рамках сценарной последовательности. Наложение подобных ограничений требует замены некоторых системных прототипов ЭУ на аналоги, эмитирующие работу данных ЭУ ИУС. Это обстоятельство является узким местом подходов использующих встраивание обучающих компонент в программные модули самой ИУС и в тренажерных обучающих программах, использующих перенос объектной модели реальной ИУС в состав обучающих компонент.
Схема классификации ЭУ ИУС с точки зрения задачи обучения представлена на рисунке 3.2. На ней выделены два больших типа объектов, используемых для управления ИУС, которые различаются по типу отклика на действия пользователя на простые и сложные. Особенностью реализации простых ЭУ является возможность замены любого подобного объекта на снимок состояния интерфейса во взаимосвязи со стандартным типом действия.
Необходимость замены некоторых объектов их аналогами обусловлена трудоемкостью реализации полнофункционального объекта с точки зрения задач обучения или невозможностью реализации объекта в силу отсутствия информационного и технического окружения реальной ИУС.
В современных графических интерфейсах выделяют 6 основных типов выполняемых действий пользователя [58]. В таблице 3.2. приведено взаимоотношение данных типов с наиболее часто применяемыми в тренажерных моделях ЭУ ИУС.
Инструментальное средство рабочего места сценариста
На основе проведенного ряда экспериментов по реализации тренажерных ОК ИУС [5, 6] экспериментально получено, что модель сценария С (формула 2.10) в составе тренажерной модели ИУС Т может агрегировать часть функций программной реализации модели Р . При этом процесс формального заполнения становится самым узким местом в создании программной части обучающих компонент ИУС. Однако данный процесс поддается автоматизации и автоматизация наилучшим образом реализуема при комбинированных способах представления модели ИУС. Наибольшую сложность для оператора, составляющего алгоритм обучения на языке сценария, представляют следующие аспекты его формирования: - представление картины имитируемого объекта - составляя имитационную модель реального объекта (ИУС), алгоритм функционирования которой задается программой сценария, оператор должен представлять функционирование реального объекта; - нахождение в контексте задачи - составляя конкретный шаг сценария оператор должен находится в контексте текущей проблемы и не переключаться на решение другой задачи, что потенциально опасно с точки зрения возможности совершения ошибки. Инструментальные средства АРМ сценариста предназначены для автоматизации разработки ОК ИУС. Основываясь на опыте экспериментальных разработок обучающих систем и инструментальных средств поддержки разработки обучающих систем [5] основными аспектами автоматизации, реализованными в инструментальном комплексе программ генерации тренажерных ОК ИУС являлись: - формирование тренажерной модели ИУС осуществляется визуально в единой среде разработки; - АРМ сценариста способно функционировать как обособленно, так и в составе двухмашинного комплекса, при этом реализуя двухмашинную технологию формирования сценария; - с целью оптимизации однопроходного заполнения сценария при двухмашинном формировании ОК основные вводимые поля сценария могут заполняться из словарей, реализованных с использованием механизмов быстрого поиска и автоподстановки; - в редакторе предусмотрен импорт/экспорт сценарной информации из документов Microsoft Word и в формат XML.
Визуально структура интерфейса АРМ сценариста выполнена подобно формируемой обучающей программе, при этом процесс формирования тренажерной модели выполняется последовательно, повторяя шаги диалога обучения. Каждый шаг сценарного диалога характеризуется основным набором представляемых на экране параметров в которые входят: текст задания, текст помощи и тип действия с текущим ЭУ ИУС. Помимо этого в основном окне могут также задаваться действия с дополнительными ТС ИУС, модели которых подгружаются в случае необходимости их использования в контексте задачи конкретной ИУС.
Структура интерфейса АРМ сценариста Для описания пользовательского взаимодействия в области модели ИУС активные участки действий оператора ИУС, которые соответствуют различным типам ЭУ ИУС, описанным в третьей главе. Для конкретных типов ЭУ ИУС задаются как их информационное состояние, так и тип выполняемого с ним действия. В случае выполнения действий в основном окне ИУС данное действие задается в области 5 рис. 4.6, а в случае выполнения действий с дополнительными ТС ИУС описание сценарного действия производится в области 4, в которой для данной ситуации предусмотрена закладка.
Дополнительные ТС ИУС могут быть описаны как внутренними механизмами, так и внешними программными модулями, обеспечивающими поддержку тренажерного диалога на тех шагах сценария, для которых задано использование данных ТС. Фактически подключаемый модуль должен отвечать спецификации управления сценарным диалогом, а именно должны обеспечиваться базовые компоненты сценарного поведения, такие как: инициализация по текстовой строке входных параметров, возможность прерывания действия данного ЭУ, передача сообщения о корректности выполнения действия и об ошибке основной программный модуль КОП. В случае анимационных ЭУ требуется поддержка процедур запуска и остановки, что соответствует процедурам инициализации и прерывания действия. В качестве механизмов поддержки операций с дополнительными ТС ИУС в программе предусмотрены как встроенные средства (такие как картинка и видеоролик с заданием типа действия), так и внешние. Внешние ТС могут быть реализованы как в виде Flash программ [35], выполняемых в виде компонент ActiveX [69], так динамических библиотек соответствующей структуры.
