Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1. Обзор автоматизированных информационных систем для хранения и предоставления информации 7
1.1.1. Автоматизированная библиотечно-информационная система «ИРБИС» 10
1.1.2. Автоматизированная библиотечно-информационная система «МАРК-SQL» 13
1.1.3. Автоматизированная библиотечно-информационная система «Руслан» 15
1.1.4. Автоматизированная библиотечно-информационная система «Библиотека» 18
1.1.5. Автоматизированная библиотечно-информационная система «Liber» 19
1.2. Базы данных н информационно-поисковые системы по химии,
химической технологии и смежным областям знаний 20
1.2.1. База данных ВИНИТИ 20
1.2.2. Базы данных Федерального института промышленной собственности 21
1.2.3. Международная система баз данных, содержащих научно-техническую информацию STNInternational 22
1.2.4. Информационные продукты издательства Эльзевир 26
1.2.5. Другие международные базы данных и поисковые системы 29
1.2.6. Электронные каталоги и библиотеки 30
1.3. Системы классификации информации образовательных и научных ресурсов 32
1.3.1. Глобальные тезаурусы в сфере образования 32
1.3.2. Системы предметной классификации 34
1.3.3. Классификация информационных ресурсов по видам и назначениям.. 38
1.3.4. Обзор систем метаданных информационных ресурсов 40
1.4. Выводы 49
1.5. Постановка задачи 53
Глава 2. Системный анализ информации предметной области. Методика создания комплексной автоматизированной информационной системы в области химии и химической технологии ..54
2.1. Основные отличия предметной области. Анализ информации в химии и химической технологии, используемой в образовательной и научной деятельности 54
2.2. Разработка функциональной структуры системы 62
2.3. Анализ существующих подходов к проблеме организации и хранения данных 65
2.4. Проектирование структуры баз данных 71
2.5. Программные методы и алгоритмы, применяемые при реализации комплексной автоматизированной информационной системы 80
Глава 3. Модель построения автоматизированной информационной системы в области химии и химической технологии 84
3.1. Модуль ввода информации в электронный каталог и базы данных 86
3.2. Модуль поиска информации по электронному каталогу и базам данных, в т.ч. полнотекстовым 88
3.2.1. Поиск по библиографическим описаниям 90
3.2.2. Полнотекстовый поиск 93
3.3. Модуль авторизации и дифференцированного доступа к системе 97
3.4. Модуль заказа документов 99
3.5. Модуль управления системой 101
3.6. Модуль для создания мультимедийных электронных учебных пособий и проверочной системы оценки знаний 104
3.7. Модуль «Электронная библиотека» 110
Глава 4. Практическая реализация комплексной автоматизированной информационной системы для создания, хранения и предоставления информации в области химии и химической технологии 114
4.1. Внедрение системы в работу Информационно-библиотечного центра РХТУ им. Д.И. Менделеева 114
4.2. Создание электронных учебников по курсам «Методы синергетики в химии и химической технологии» и «Численные методы решения уравнений математической физики и химии» 123
4.3. Оценка эффективности разработанной автоматизированной информационной системы и отзывы пользователей 135
5. Основные результаты и выводы .137
6. Список литературы 139
Приложения
- Обзор автоматизированных информационных систем для хранения и предоставления информации
- Основные отличия предметной области. Анализ информации в химии и химической технологии, используемой в образовательной и научной деятельности
- Модуль ввода информации в электронный каталог и базы данных
- Внедрение системы в работу Информационно-библиотечного центра РХТУ им. Д.И. Менделеева
Введение к работе
На современном этапе развития цивилизации, когда осуществляется переход от индустриального к обществу знаний, где доминируют продукты интеллектуального труда, одной из важнейших составляющих является процесс информатизации, в том числе и в сфере образования. Особенность этого явления состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена.
К настоящему времени в науке в ряде предметных областей, в том числе в химии - накоплено большое количество знаний и информации, требующее очень большого объема работ по ее обобщению, систематизации для создания условий широкого использования этой информации учеными и специалистами. Все большую важность и значимость приобретают вопросы информационного обеспечения использования результатов фундаментальных исследований в прикладных разработках, в создании новых материалов, продуктов и технологий.
В высшем учебном заведении важнейшим звеном по переработке и предоставлению информации являются информационно-библиотечные, научные интеллект центры. Они берут на себя функции по структуризации и упорядочиванию накопленной в университете информации для наиболее быстрого предоставления ее по запросу пользователей. Активно участвуя в построении единого информационно-образовательного пространства Университета, информационный центр связывает приоритеты своей деятельности с созданием условий полного и оперативного обеспечения информацией студентов, аспирантов, профессорско-преподавательского состава, научных работников на основе прогрессивных информационно-
5 коммуникационных технологий. Таким образом, автоматизация информационно-библиотечного центра, а значит и ускорение процессов переработки и предоставления информации позволяет существенно увеличить эффективность образовательной и научной деятельности университета.
Создание комплексных автоматизированных систем для обеспечения доступа пользователей к различным научным и образовательным ресурсам в информационных центрах - одна из важнейших задач развития вузовских библиотек. Разработки и исследования в области автоматизированных информационно-библиотечных систем и электронных библиотек стали одним из актуальных и весьма привлекательных направлений развития информационных систем в последние годы. Многочисленными исследовательскими проектами и реализацией конкретных электронных библиотек занимаются специалисты различного профиля.
Комплексная автоматизированная информационно-библиотечная система открывает новые возможности для студентов, преподавателей и сотрудников высших учебных заведений, представляя возможности доступа к разнообразным цифровым информационным ресурсам, быстрого нахождения необходимой информации.
Разрабатываемые в настоящее время комплексные системы для предоставления информации большому числу пользователей базируются на передовых достижениях:
веб-технологии (Apache, PHP, MySQL);
системы управления базами данных (СУБД) и базы данных (БД);
языки программирования последнего поколения;
поиск информации (полнотекстовый поиск, модели семантического поиска, текстовый поиск в интернете);
создание и поддержка электронных мультимедиа средств.
Поскольку интернет стал основой для создания электронных библиотек,
на развитие информационных систем этого класса значительное влияние
оказывают те радикальные технологические сдвиги, которые происходят в этой среде. Важную роль играет не только техника представления информационных ресурсов, но и интеграционный потенциал этой платформы, поддержка навигационного доступа, а теперь уже и технологий баз данных с использованием специально созданных языков запросов.
В диссертации разрабатываются модели и алгоритмы для реализации комплексной автоматизированной информационной системы для предоставления доступа к различным информационным ресурсам в области химии и химической технологии на основе традиционной библиотечной системы. В данном случае в качестве платформы для разработки выбрана автоматизированная информационно-библиотечная система «ИРБИС», разработанная в Государственной научно-технической библиотеке России. Принципиальная особенность разрабатываемой системы, реализованной в рамках диссертационного исследования - предоставление абсолютно всех сервисов для всех категорий пользователей удаленно через веб-браузер, используя принцип «одного окна» - единый интерфейс, единую точку доступа ко всем информационным ресурсам. Для этого реализованы модули поиска по электронным каталогам и базам данных, предоставление доступа к различным информационным ресурсам электронной библиотеки, удаленный ввод информации в базы данных, а также дифференцированный доступ к различным модулям системы. При разработке программных модулей были созданы специальные программные средства обмена, записи и извлечения информации между различными типами баз данных (CDS ISIS и MySQL). Разработана специальная структура реляционной базы данных, позволяющая уйти от табличности и использовать базу данных для хранения неструктурированной информации.
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям работы профессору Кольцовой Э.М. и доценту Павличевой Е.Н, а также коллективу Информационно-библиотечного центра РХТУ им. Д.И. Менделеева и всем оказавшим помощь в подготовке диссертации.
Обзор автоматизированных информационных систем для хранения и предоставления информации
Автоматизированная информационная система (АИС) (automated information (data) system) - комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и персонала, предназначенный для сбора, (первичной) обработки, хранения, поиска, (вторичной) обработки и выдачи данных в заданной форме или виде для решения разнородных профессиональных задач пользователей системы [11]
АИС представляют собой последующую ступень в развитии информационно-поисковых систем, которые обеспечивают только одну функцию - поиск информации. От последних АИС отличаются: многофункциональностью (т.е. способностью решать разнообразные задачи); независимостью процессов сбора обработки, ввода данных и их обновления (актуализации) от процессов их использования прикладными программами; независимостью прикладных программ от физической организации баз данных; развитыми средствами лингвистического, организационно-технологического обеспечения и др.[11]
В зависимости от характера поддерживаемых баз данных АИС (в прямом или узком значении термина) могут подразделяться на документографические, фактографические, полнотекстовые и т.п. [11]
В зависимости от характера решаемых задач АИС (в широком значении термина) могут подразделяться на банковские, управленческие, правовые, образовательные, бухгалтерские, научные, обучающие, библиотечные (АБС), библиотечно-информационные (АБИС) или информационно-библиотечные (АИБС), справочные и информационно-справочные, научно-технической информации (АСНТИ) и многие другие. Следует отметить, что широкий класс различных автоматизированных систем (в том числе - управленческих, обучающих и др.) в сущности, является разновидностью автоматизированных информационных систем, адаптированных для решения соответствующих функциональных задач и дополненных необходимыми программными и техническими средствами [12].
Автоматизированная библиотечно-информационная система (АБИС) -это «автоматизированная информационная система, предназначенная для автоматизации традиционных библиотечных процессов: каталогизации, систематизации, книговыдачи, движения фонда и др. Внедрение АБИС позволяет автоматизировать традиционные библиотечные процессы, что влечет за собой повышение качества обслуживания пользователей библиотеки». [13]
В АБИС обычно выделяются следующие группы функций: [11] комплектование фондов и книгообмен; библиографическая и аналитическая обработка литературы, ведение электронного каталога; хранение фондов литературы (электронная библиотека); обслуживание читателей (регистрация заказов, обеспечение выдачи и контроля возврата литературы и т.д.); справочно-библиографическое обслуживание на основе собственного электронного каталога; библиографическое и информационное обслуживание на основе использования баз данных (БД) и чужих электронных каталогов (ЭК) в теледоступе или на магнитных и оптических дисках; задачи, связанные с электронной доставкой документов; автоматизированная подготовка библиографических изданий, а на первых этапах автоматизации — распечатка и тиражирование каталожных карточек; функции управления (учет, контроль, статистика, кадры, бухгалтерия и т.д.).
АБИС могут быть реализованы в локальном и сетевом вариантах (т.е. на отдельных персональных компьютерах и персональных компьютерах, объединенных в сеть - см. «Локальная вычислительная сеть»). Конфигурация сети выбирается и проектируется в соответствии с особенностью каждой библиотеки, включая количество ее подразделений, рабочих мест, характер занимаемых помещений, их удаления друг от друга и др. [11]
Основа АБИС - электронный каталог (ЭК), сокращающий время поиска литературы в фондах библиотеки, улучшающий релевантность поискового запроса, а также позволяющий организовать удаленный поиск. Необходимые функции АБИС - редактирование и поиск в ЭК, поддержка библиотечных форматов и стандартов, лингвистических средств ЭК.
При этом, внедрение АБИС не приводит к отказу от существующих фондов, лишь автоматизируя традиционные библиотечные процессы. Несмотря на появление новых типов источников на электронных носителях, подходы к их каталогизации и предоставлению пользователям принципиально не отличаются от сложившихся. Современные версии АБИС позволяют найти необходимую литературу через глобальную или корпоративную сеть, сделать заказ литературы, но, в любом случае, для получения литературы пользователь вынужден приходить в библиотеку [45].
Основные отличия предметной области. Анализ информации в химии и химической технологии, используемой в образовательной и научной деятельности
Информация, используемая в процессе обучения и научной деятельности в вузах химико-технологического профиля, крайне разнородна. Эта информация включает в себя следующее основные данные: книги, лекции, семинарские занятия, методические пособия, результаты лабораторных исследований, статьи в журналах, библиографические базы данных, сборники трудов научных конференций, патенты и многое другое. Такая информация сложно поддается классификации и типизации. Очевидно, что хранение накопленных данных и знаний в данной области и наличие инструментов их обработки является насущной необходимостью. Однако, задача создания таких инструментов чрезвычайно сложна именно из-за крайней неопределенности, нетипизированности накопленной информации и отсутствии общепринятых подходов к решению подобных проблем.
Важным фактором является обеспечение студентов, аспирантов, преподавателей и сотрудников университета в процессе обучения и научной деятельности постоянно обновляемыми электронными информационными ресурсами в области химии и химической технологии по таким разделам как: книги и учебные пособия; методические пособия; диссертации и авторефераты; курсы лекций; российские и зарубежные патенты; рефераты и статьи из российских и зарубежных журналов; материалы конференций; труды сотрудников университета.
Очевидно, что различные БД, относящиеся к одной и той же предметной области, содержат более или менее детализированную информацию о ней. Степень детализации определяется рядом факторов, прежде всего целью использования информации из базы данных и сложностью производственных процессов, существующих в пределах предметной области в конкретных условиях. Проанализируем свойства информации. Рассмотрим различные типы баз данных и хранения информации, относящиеся к химии и химической технологии, как возможные источники информации.
Базы данных научной информации такой, как статьи и публикации в различных журналах, имеющих отношение к химии и химической технологии, содержат информацию другого типа, структурированную иным образом, нежели информация патентных баз данных. Более того, можно с достаточной долей достоверности утверждать, что информация о состоявшихся и/или готовящихся публикациях различными издателями подается по-разному, то есть имеет различную структуру и содержание. Однако необходимость в получении такой информации и ее доступность для конечного пользователя совершенно очевидна и не подлежит сомнению. Также очевиден огромный объем такой информации ввиду значительного количества специализированных изданий в отрасли химии и химической технологии. Для реализации сбора, обработки и, в конечном итоге, обеспечения доступа конечного пользователя к такой информации созданы и поддерживаются специализированные базы данных, хранящие необходимую информацию. Примером таких баз данных служат база данных рефератов статей по российским источникам (БД ВИНИТИ, порядка 1300000 документов), а также рефератов статей по зарубежным источникам (например, БД Current Contents, порядка 1900000 документов). Также к таким базам данных относятся «электронные подшивки» различных журналов, содержащие, соответственно, материалы, когда-либо публиковавшиеся в данном издании. Следует отметить, что «электронные подшивки» в данный момент не являются в России широко распространенной практикой, однако, крупнейшие издательства уже провели работы по переводу всех или части архивных материалов в электронную форму.
На примере рассмотренных источников информации, актуальных для специалистов химической отрасли, можно сделать вывод: информация, потребляемая и производимая специалистами химической отрасли, крайне разнообразна по форме представления, по структуре, не всегда может быть формализована и, зачастую, имеет внутренние перекрестные связи. Также очевидно, что конечный пользователь, то есть, специалист химического предприятия, научно-исследовательской,организации, в ходе своей работы нуждается в данных как относящихся непосредственно к химии и химической технологии, так и в информации, относящейся к смежным областям.
Соответственно, ставится задача создания программно-информационного решения, реализующего функции накопления информации, интеграции существующих баз данных в единой системе, обеспечивающего быстрый и бесконфликтный ввод новой информации произвольной структуры.
Безусловно, одной из основных задач, решаемых при проектировании и создании такой системы, является создание соответствующих поисковых механизмов и подсистем, обеспечивающих конечного пользователя данными, группированными и отобранными в соответствии с запросом пользователя.
Модуль ввода информации в электронный каталог и базы данных
Учитывая современные тенденции предоставления удаленных информационных сервисов пользователям и все вышесказанное в главах 1 и 2, реализация предоставления информации конечному пользователю в системе выбрана на основе интернет-технологий.
В ходе диссертационной работы были разработаны модули, из которых состоит комплексная автоматизированная информационная система: 1. Модуль ввода информации в электронный каталог и базы данных Включает в себя автоматизированной рабочее место (АРМ) «Каталогизатор» АБИС «ИРБИС», а также возможность удаленного ввода записей в каталоги и базы данных с помощью разработанного модуля через веб-интерфейс; 2. Модуль поиска информации по базам данных, в т.ч. полнотекстовым и электронному каталогу; 3. Модуль заказа документов; 4. Модуль «Электронная библиотека»; 5. Модуль электронной доставки документов; 6. Модуль дифференцированного доступа к системе и персонификации доступа; 7. Модуль управления системой; 8. Модуль «Интернет-портал»; 9. Модуль для создания мультимедийных электронных учебных пособий и проверочной системы оценки знаний. 10.Модуль сбора и учета статистики.
Разработанная нами уникальная модульная структура комплексной автоматизированной информационной системы допускает подключение внешних программных продуктов в качестве дополнительных компонентов.
Структурная схема системы приведена на схеме. 3.1. Программная реализация всех модулей выполнена на языке программирования РНР. Также на РНР разработан ряд уникальных функций для чтения, добавления и изменения записей в CDS/ISIS используя библиотеку isis32.dll.
Модуль ввода информации в электронный каталог и базы данных включает в себя автоматизированной рабочее место (АРМ) «Каталогизатор» АИБС «ИРБИС» (рис. 3.1), а также возможность удаленного ввода записей в каталоги и базы данных с помощью разработанного нами модуля через веб-интерфейс (рис. 3.2).
Рассмотрим более подробно организацию разработанного в ходе диссертационной работы модуля удаленного ввода в БД и электронные каталоги. Непосредственно сами записи БД хранятся в CDS/ISIS. Структура БД задается администратором и хранится в БД isisdb СУБД MySQL. При доступе пользователя к вводу информации, список полей для заполнения формируется из isisdb. Структура полей БД isisdb приведена в таблице 3.1\
После заполнения полей и нажатие кнопки «Сохранить изменения» формируется запрос к соответствующей БД ISIS и записи сохраняются. Затем пользователь может перейти на ввод новой записи или выбрать любую запись для редактирования, введя ее номер. Навигационное меню выполнено в классическом стиле, возможен переход к предыдущей, следующей, первой или последней записям, переключение на ввод новой записи.
Такая система организации и хранения данных представляется довольно удобной, т.к. за несколько минут можно создать полноценную БД для удаленного заполнения, с необходимым набором полей. Для каждого пользователя можно создать свой перечень полей. Пополнять БД пользователь может с любого компьютера, подключенного к Интернету или из локальной сети университета, причем на компьютере пользователя не нужно иметь никаких специальных программных средств.
Исходя из описанных информационных потребностей, рассмотрим виды поиска, которые могут быть реализованы информационной системе: поиск по библиографическим описаниям (БО) в электронном каталоге. Наиболее часто читатель пользуется библиотечными каталогами, поэтому и КАИС должна предоставлять уже знакомые средства в виде электронного каталога (ЭК). Причем ЭК объединяет возможности поиска в систематическом и алфавитном каталоге. Пользователю необходима возможность задания условий различного типа, например: в сведениях об ответственности должен быть «Иванов» или все издания после 2005 года. Для этого может использоваться определённый язык запросов; поиск с использованием классификатора и алфавитно-предметного указателя (АПУ). Этот механизм представляет собой перемещение по иерархической структуре УДК и ББК как в вертикальном направлении, так и по горизонтальным ссылкам. При этом, данные классификаторы, как правило, избыточны для библиотек вузов, поэтому используются не все уровни иерархии; полнотекстовый поиск по материалам библиотеки и кафедр. Электронный вид документа сегодня достаточно распространенная и прогрессирующая форма представления информации. Отсюда возникает необходимость полнотекстового поиска с использованием лингвистических средств; поиск в электронных каталогах других библиотек; поиск информации по дисциплинам вуза нацелен на поиск методических указаний по определенным предметам, темам, дисциплинам, специальностям; поиск по справочникам нацелен на получение какой-либо фактографической справки и должен предоставлять способ описания схем поисковых атрибутов и представления необходимых данных. Этот вид поиска должен проводиться с учетом вариаций словоформ.
Внедрение системы в работу Информационно-библиотечного центра РХТУ им. Д.И. Менделеева
При заочных и дистанционных формах обучения значение лекционной составляющей незначительно т.к. доля самостоятельной работы вне контакта с преподавателем играет основную роль. Использование новых информационных технологий для создания учебно-методических комплексов и электронных учебников позволяет повысить эффективность самостоятельной работы.
Принципы создания электронных учебных пособий [28]
1. Принцип квантования: разбиение материала на разделы, состоящие из модулей, минимальных по объему, но замкнутых по содержанию.
2. Принцип полноты: каждый модуль должен иметь следующие компоненты: теоретическое ядро, контрольные вопросы по теории, примеры, проверочные задачи и упражнения для самостоятельного решения, контрольные вопросы по всему модулю с ответами,
3. Принцип наглядности: каждый модуль должен состоять из коллекции страниц с текстом и визуализацией, облегчающей понимание и запоминание новых понятий, утверждений и методов. 4. Принцип ветвления: каждый модуль должен быть связан гипертекстными ссылками с другими модулями так, чтобы у пользователя был выбор перехода в любой другой модуль. 5. Принцип регулирования: учащийся самостоятельно управляет сменой страниц. 6. Принцип адаптивности: электронный учебник должен допускать адаптацию к нуждам конкретного пользователя в процессе учебы.
7. Принцип компьютерной поддержки: в любой момент работы учащийся может получить компьютерную поддержку, освобождающую его от рутинной работы и позволяющую сосредоточиться на сути изучаемого в данный момент материала, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач.
8. Принцип собираемости: электронный учебник (и другие учебные пакеты) должны быть выполнены в форматах, позволяющих компоновать их в единые электронные комплексы, расширять и дополнять их новыми разделами и темами, а также формировать электронные библиотеки по отдельным дисциплинам.
Процесс создания каждого учебника по отдельности представляется довольно неудобным как с точки зрения разработки (каждый раз приходиться заново проделывать совершенно одинаковые операции), так и с точки зрения конечного пользователя (большинство учебников находится в разных местах, по-разному оформлено, каждый раз приходится приспосабливаться к конкретному учебнику, нет общего поиска по учебникам). Поэтому нами был разработан модуль для создания электронных учебных пособий.
В системе используются следующие технические установки и характеристики: кодировка Windows-1251. Выбор обусловлен тем, что данная кодировка наиболее часто применяется серверами и является стандартной для HTML 4.0; таблица стилей - для корректного отображения одной и той же информации на экранах различных пользователей с различными версиями ОС и браузеров. Таблица стилей позволит использовать единый стиль для отображения всех документов, расположенных на сервере; текст выровнен по ширине; основная цветовая гамма блекло-синяя, т.к. синий цвет является успокаивающим, не раздражает, не отвлекает, приятен для глаз; в качестве форматов хранения графической информации используются форматы GIF и JPG; отсутствует горизонтальная прокрутка.
Разрабатываемый модуль создания электронных учебников состоит из двух подмодулей - модуля управления содержимым и модуля вывода электронных учебных пособий.
В модуле управления содержимым выполняются все операции, связанные с созданием новых учебников и добавлением в них разделов навигационного меню, содержимого учебника и проверочных заданий. Вход в данный подмодуль осуществляется с помощью авторизации. На главной странице модуля управления можно выбрать необходимый для редактирования и добавления информации учебник, а также создать новый. При выборе учебника, в меню слева появляются необходимые для работы инструменты создания, такие как: добавление или изменение лекции, изменение содержания учебника, создание тестовых проверочных заданий, загрузка и изменение информационного содержимого учебника. Структура модуля приведена на схеме. 3.4.
