Введение к работе
Актуальность исследования. Образование становится индустрией, позволяющей обеспечивать быстрый и надёжный доступ самых разных слоев населения к всесторонним и качественным образовательным услугам с использованием самых современных технологических средств. Наряду с развёртыванием компьютерно-сетевых классов и поддержкой образования тексто-графическими возможностями информационных сетей Интер-нет/Экстранет/Интранет, в последнее время ощутимо увеличивается и будет ещё более возрастать роль мультимедиа технологий в образовательном процессе. Эти технологии активно внедряются в образовательную деятельность, неся с собой всю мощь информационного и эмоционального воздействия на пользователей, создавая при этом им комфортную образовательную и культурную среду в удобном для них месте и в любое выбранное ими время. Конкретный перечень реализаций образовательных мультимедийных технологий включает в себя аудио и видео лекции и контентные хранилища, анимированные мультиза-дачники, тесты и тренажеры с поддержкой мультимедиа, электронные репетиторы, демоверсии и виртуальные экскурсии, электронные учебники, учебно-методические пособия и многое другое. В то же время на основе использования мультимедийных технологий создаются виртуальные исследовательские лаборатории, учебные кафедры и конструкторские бюро, электронные библиотеки, музеи, выставки и демонстрационные залы, домашние и учебные кинотеатры; проводятся форумы, конференции и семинары.
Появление в начале этого столетия «технологий мультимедиа» потребовало разработки новых онтологических соглашений (соглашений о связях между смыслами различных терминов) и стандартов для медиа-устройств, получивших название сетевых порталов (Web portals). В образовательной сфере создание мультимедийных образовательных порталов, иными словами, специализированных «точек входа» в глобальную информационную сеть, обеспечивает оперативную и эффективную навигацию по образовательным ресурсам сети, а также предоставление целого ряда других сервисов, востребованных образовательным сообществом, таких, например, как обеспечение совместной интерактивной работы территориально разобщенных преподавательских и научных коллективов. Большой вклад в создание и развитие системы образовательных порталов в сфере образования и науки внесли российские ученые А.Н. Тихонов, А.Д. Иванников, М.В. Булгаков, В.Н. Васильев, Е.Г. Гридина, В.П. Кулагин, Ю.Л. Ижванов, А.В. Осин, А.К. Скуратов, В.А.Мордвинов, А.В. Силаев.
В соответствии с «Концепцией создания системы Интернет-порталов сферы образования», утверждённой Коллегией Министерства Образования РФ от 04 апреля 2002 г., портал определён как сетевой узел, подключенный к Интернет-сети по высокоскоростным каналам, предоставляющий единый с концептуальной и содержательной точки зрения доступ к широкому спектру информационных ресурсов и услуг, ориентированных на определённую аудиторию. К общим свойствам и характеристикам сетевых порталов любых типов следует отнести: (1) способность интегрировать и агрегировать большие объё-
мы неоднородных данных, (2) наличие развитых механизмов поиска релевантной информации и (3) наличие средств персонализации портального контента с учетом специализации пользовательской аудитории.
Постоянный рост темпов производства мультимедийной информации подвергает информационную инфраструктуру порталов повышенной нагрузке и порождает ряд проблем, которые ждут своего решения. Среди этих проблем отметим:
несоответствие формально релевантной мультимедиа информации действительным потребностям её потребителя,
недостаточная полнота комплекса образовательных услуг на основе применения мультимедиа с учетом постоянно расширяющейся и обновляющейся дидактической тематики образовательного процесса,
непропорциональный рост информационного шума из-за недостаточной структурированности мультимедиа информации образовательного назначения.
Осложняет ситуацию и то обстоятельство, что анализ и описания методов и технологий управления всем многообразием мультимедийной информации в открытой литературе недостаточно представлены, в связи с чем затруднена возможность применить готовые технические решения в этой области. В то же время, применение методов и технологий, используемых в информационных мультимедиа системах, по мнению автора диссертации, не всегда достигает цели, поскольку при поиске медиа-контента пользователь, как правило, обращает внимание на параметры, присущие именно мультимедийным системам, в том числе на скорость прохождения информации (битрейт), наличие стереозвука, качество воспроизводства и др.
Совершенствование мультимедийных сетевых порталов в настоящее время идёт в основном по пути создания более эффективных алгоритмов и программ для их поисковых сервисов в условиях существенно интенсифицированных потоков данных. Вместе с тем на рынке современных информационных технологий наблюдаются серьёзные достижения по применению в образовательной сфере современных недорогих компактных мининоутбуков нового поколения - нетбуков, являющихся по своей сути мобильными сетевыми порталами, обеспечивающими пользователю связь с поисковыми системами в Ин-тернет/Интранет сетях. Свойственные этим сетевым устройствам неизбежные из-за малых габаритов и умеренной цены технические ограничения вызвали потребность в анализе и в совершенствовании с целью применения этих устройств для работы с мультимедийной информацией в образовании, науке и культуре. В представленной диссертации рассматриваются актуальные вопросы, связанные с определением количественных оценок достаточности технологического уровня информационного обеспечения учебного процесса вычислительными средствами мультимедиа нового поколения - нетбуками.
В диссертации сделана попытка рассмотреть мультимедийные сетевые порталы, в том числе нетбуки, с системных позиций. Исследование и определение методов, влияющих на качество и точность поиска мультимедийной информации, привлечение семантических признаков для идентификации и управления файлами, может привести к улучшению всей совокупности функцио-
нальных показателей работы портального устройства, т.е., в конечном счете, к улучшению его функционала.
Объект исследования. Объектом исследования настоящей диссертации являются мультимедийные Интернет-порталы, выполняющие функции мобильных образовательных сетевых порталов, а также входящие в состав этих порталов сервисы, рассматриваемые автором с привлечением методов системного анализа и семантических представлений в оценке качества управления мультимедиа файлами. При этом анализируются возможности повышения эффективности применения сетевых порталов в образовательном процессе на основе рационального выбора критериев оценки базовых характеристик поиска мультимедийной информации, расширения поисковой зоны портала, нормирования и гармонизации информационного медиа контента, регулирования его полноты и точности в условиях существенно интенсифицированных потоков данных.
Цель и постановка задачи исследования. Целью диссертационной работы является восполнение, существующего в настоящее время, пробела в области разработки и исследования методов улучшения функционала мультимедийных сетевых порталов в сфере управления образовательными процессами на основе применения математического моделирования поисковых сервисов портала, рационального выбора критериев оценки качества поиска мультимедийной информации, расширения поисковой области портала и упрощения доступа к релевантной информации, нормирования и гармонизации информационного контента при управлении его полнотой и точностью в условиях существенно интенсифицированных потоков данных.
Для достижения этой цели и внедрения в практику отечественной образовательной индустрии перспективных методов работы с мультимедийной информацией в представленной диссертации ставятся следующие основные задачи:
Разработать математическую модель функционирования поисковых сервисов сетевых мультимедийных порталов в условиях существенно интенсифицированных потоков данных.
Определить зависимость полноты и точности отображения мультимедиа порталами запрашиваемого контента от нагрузочных характеристик каналов передачи данных.
Разработать архитектуру и алгоритмы для поисковых сетевых сервисов мультимедийных образовательных порталов.
Провести анализ количественных оценок достаточности технологического уровня информационного обеспечения учебного процесса средствами мультимедиа.
Выполнить исследования, необходимые для выявления достижимых показателей полноты и точности отображения мультимедийного контента при его нормировании и гармонизации.
Внедрить результаты исследования в используемые на практике методики и алгоритмы создания сетевых мультимедийных порталов. Внедрить научные положения диссертации в учебную практику МИРЭА и других образовательных учреждений.
Методы исследования. Научные положения диссертации получены с использованием теории систем, системного анализа, теории множеств, метода экспертных оценок и методических основ построения порталов.
Научная новизна результатов исследования заключается в том, что впервые на основе концепции информационного морфизма, как фундаментального теоретического представления системности информационных средств, разработаны и реализованы комплексные подходы к оценке и регулированию определяющих качественных и количественных характеристик сетевых мультимедийных порталов, используемых в образовании и науке. В их числе:
Разработана математическая модель функционирования поисковых сервисов сетевых мультимедийных порталов в условиях существенно интенсифицированных потоков данных. Даны расширенные толкования фундаментальных понятий релевантности и пертиентности.
Впервые определены и рассмотрены механизмы нормирования и гармонизации интенсифицированного мультимедийного контента с целью достижения наилучших показателей релевантности для типичных значений скоростных режимов сетевой откачки, причем показано, что применительно к интенсифицированным мультимедиа системам гармонизация является более эффективным средством повышения их качества, чем нормирование, характерное как основное средство улучшения контента для семантических систем.
Оценены последствия компрессии мультимедийного контента на показатель релевантности и качество медиа обслуживания для различных режимов сжатия информации и сделаны практические рекомендации для выбора рациональной зоны сжатия как изначального, так и гармонизированного контента мультимедиа систем.
Практическая ценность работы состоит в том, что научные положения диссертации в части полноты и точности отображения мультимедийной информации, методов упорядочения мультимедийного контента в условиях существенно интенсифицированных потоков данных, полученных в работе количественных оценок достаточности технологического уровня информационного обеспечения учебного процесса средствами мультимедиа, вошли в разделы ряда нормативных документов отраслевого значения, регулирующих внедрение новых технических средств в образовательную индустрию, таких как нетбуки - портативных устройств, предназначенных для доступа к Интернету и работы с приложениями Microsoft Office. Нетбуки становятся массовыми носимыми устройствами сетевой навигации и мультимедиа обеспечения для многих тысяч школьников, студентов, преподавателей.
Обоснованность и достоверность теоретических выводов и практических рекомендаций определяется объективностью физических основ и теоретических предпосылок, корректностью математических выкладок, использованием апробированных методов компьютерного моделирования, положительным опытом применения и улучшением известных критериев и оценок при проведении экспериментов по эффективности восприятия сетевой мультимедийной информации учебного назначения учащимися МИРЭА и его партнеров по образовательной деятельности.
Апробация и практическое внедрение результатов исследования.
Результаты исследования докладывались на 10-й Международной выставке и конференции CSTB-08, на III Международной научно-практической конференции «Единое образовательное пространство славянских государств в XXI веке: проблемы и перспективы, на Практико-ориентированной конференции МИРЭА-2008, на 57 и 58 Научно-технических конференциях МИРЭА.
На основе выводов и рекомендаций представленной к защите работы при участии диссертанта разработаны, одобрены и внедрены в практику Руководящие технические материалы (РТМ-1): «Информационное обеспечение образовательных технологий мобильными средствами аудио-видео поддержки и виртуализации» и (РТМ-2): «Информационное обеспечение образовательных технологий мобильными средствами аудио-видео поддержки и виртуализации на основе массового применения в образовательных технологиях нетбуков».
При непосредственном участии автора по отраслевым программам разработан и сопровождается мультимедийный Интернет-портал «Дети. Музыка. Кино. Интернет» (), представленный на 10-й специализированной выставке «Современная образовательная среда, 2008». В другой кафедральной разработке - сетевом мультимедийном портале «Виртуальная культурно-гуманитарная макромедиа среда учащейся молодёжи» с открытой архитектурой впервые использован выход на глобальные поисковые системы «Yandex» и «Google» с целью расширения области информационного поиска по учебной тематике.
Результаты диссертационной работы используются аспирантами и магистрантами кафедры ТИССУ МИРЭА в учебно-исследовательской работе и студентами этой кафедры в курсовом и дипломном проектировании и НИРС.
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня изданий ВАК и 3 учебных и методических пособия. Полный перечень авторских публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, составляющих ядро диссертации, заключения, библиографии и трёх приложений. Диссертация содержит 160 страниц текста (без учета Приложений), 41 рисунок, 9 таблиц и библиографический список из 69 наименований. Изложению работы предшествует развитый Глоссарий, отражающий обновленную терминологию в исследуемой области.
