Содержание к диссертации
СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ 5
актуальность проблемы 5
Цель работы 6
Задачи исследования 6
Научная новизна 7
Практическая ценность результатов 7
Положения, выносимые на защиту S
апробация работы 9
Публикации 10
Структура и объем диссертации 10
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ ЭСО НА ОСНОВЕ БАЗ ДАННЫХ 10
1.1. Электронные средства обучения і и
1.2. Задача построения систем для создания и поддержки ЭСО с расширяемой схемой данных . [4
1.3. Обзор существующих систем для создания и поддержки ЭСО 30
IBM Lotus Learning Management System (версия 1.0.5) HI
Moodle (версия 1.5.3+) 31
[LIAS (верст 3.5.5) '. 32
HyperMethod (версия 3.5) 33
Blackboard Academic Suite (версия 7; 34
Macromedia Authorware (версия 7.0.2) 34
Выводы У)
ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ И ПОДДЕРЖКИ
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ... 39
2.1. Исследование построения концептуальных схем данных ЭСО 29
2.2. Содержание предлагаемой инФОРМАпиі пюй модели 45
2.2. [. Понятия Класс, Элемент, Атрибут. Элементы объектного подходи в информационной мооели 45
2.2.2. Взаимосвязи между Элементами. Понятия Отношение, Связь, Ассоциация. Гиперсвязь 4Я
Возможность обработки Связей по общем} обрашу 4V
Атрибуты Связей 50
Порядковый атрибут Связей 5 I
Возможность обработки Гиперемий но общему обращ\ 51
Атрибуты Гиперсвязей 52
Гиперсвязь внутрь ХМЕМОАтрибуїа 53
2.2.3. Построение интерфейсов ЭСО а информационной модели ЛЕММА. Понятия Интерфейс и
Шаблон 55
Медиатипы 57
Авторизация 58
Поддержка Unicode, ресурсные строки 54
2.3. соответствие информационной модели лемма предъявляемым требованиям 61
2.4. Отображение информационной модели лемма на реляционную осі юпу 64
Построение E/R-диагралшы 65
Переход от EJR-диаграммы к реляционной схеме 69
Нормальная форма Бойса-Кодда 73
Искусственные ключи п4
2.5. Перспективы предлагаемого подхода 77
Схема данных виртуального музея "X
Схема данных системы тестирования "У
Выводы 8fs
ГЛАВА 3. АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНОГО ЯДРА И СЛОЙ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ
СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ И ПОДДЕРЖКИ ЭСО 80
3.1. Технология построения системы для создания и поддержки ЭСО 80
3.1.1. Выявление требований и постановка задачи построения системы для создания и поддержки
ЭСО 83
Предлагаемый подход к построению системы оля сочдаиия и подоерлски ЭСО л'-/
Выбор технологии построения архитектуры системы для сознания и поддержки 'ЭСО Л'~
3 2. ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ЯЗЫКА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМЬ! ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ПОДДЕРЖКИ
ЭСО 89
Требования к языку представлення данных
Реализация языка представления данных 92
3.3. построение нескольких интерфейсов одних и тих же данных ЭСО для различных категорий
ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ И РАЗЛИЧНЫХ НОСИТЕЛЕЙ 98
3.4. СИСТЕМА ЛЕММА для построения ЭСО 103
Архитектура системы ЛЕМА-ІА 104
Язык представления данных в системе ЛЕММА ЮН
Переменные языка представления 10У
Вставка данных ЭСО к ноток иьшода 1 і I
XML-элементы для получения списков .-данных 1 13
XlvlL-элементы для создания, модификации и удалений данных I 17
XML-элементы для работы с cookies 11'J
Разметка ХМЕМО-Атрибутов І Зі/
Типы пользователей системы /3/
Установка системы ЛЕММА 122
Расширяемость системы ЛЕММА 123
ВЫВОДЫ 124
ГЛАВА 4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ПОРТАЛ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ПОДДЕРЖКИ ЭСО 126
4.1. Концепция Инструментального портала 126
4.2, Доступ кИі-ісїрументальному порталу 129
4.3. Настраиваемая схема данных на основе готовых модулей в составе Инструмент алы юго
ПОРТАЛА 131
4.4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ И ТРАНСЛЯЦИИ МУЛЬТИМЕДИА ЛЕКЦИЙ В СОСТАВЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО
ПОРТАЛА 133
Требования к системе подготовки и трансляции мультимедиа лекций 133
Состояние реализации поддержкхt подготовки и трансляциимультимедиа лещий в существующих программных продуктах і34
Предлагаемый подход реалтации системы подготовки и трансляции.\л:іьти.аебналекций 134
Жизненный цикл мультимедиа лекции 135
4.4.5. Реализация интегрированной системы GWOTS+ЛЕММА 136
4.5. Апробация Инструментального портала 140
Учебный курс «Физика атомов и молекул» 141
Учебный курс «Книжное искусство Древней Руси» 143
Поддержка разл ичных т жов тестой н системе ЛЕММА 144
ВЫВОДЫ 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 147
БИБЛИОГРАФИЯ
...150
Сокращения
БД - база данных
ИП - Инструментальный Портал
ПО - программное обеспечение
СУБД - система управления базами данных
ЭСО - электронное средство обучения
CMS -Content Management System
LCMS - Learning Content Management System
LMS - Learning Management System
Введение к работе
Использование современных информационных технологий в учебном процессе существенно расширяет возможности традиционных средств обучения: ускоряет подготовку учебных материалов, добавляет интерактивность, мультимедиа возможности, расширяет аудиторию, в том числе позволяет территориальное и временное разделение как авторов, іак и обучающихся и т.п. С каждым годом появляется все больше программных средств, позволяющих разрабатывать электронные средства обучения (ЭСО). Эти программные средства унифицируют создание ЭСО таким образом, чтобы автору учебных материалов и обучающимся не требовались бы глубокие навыки в области информационных технологий. Как правило, такая унификация достигается путем выбора жесткой схемы данных ЭСО.
Из-за этого большинство современных сред для создания ЭСО не являются настолько гибкими, чтобы автор ЭСО смог разработать собственную индивидуальную схему данных, удовлетворяющую именно той предметной области, для которой разрабатывается ЭСО (например, схемы данных для учебников по археологии и атомной физике могут существенно отличаїься). То есть авторам, как правило, приходится довольствоваться только некоторой ограниченной схемой данных ЭСО, которая не позволяет использовать типы сущностей, специфические для данной предметной области.
Другой проблемой существующих сред создания ЭСО является недостаточная поддержка гипертекстового пространства ЭСО: не каждая среда создания ЭСО позволяет определять гиперсвязи между произвольными типами сущностей и определять представление этой гиперсвязи в зависимости от контекста.
Еще одной необходимой функциональностью сред создания ЭСО является возможность реализовать несколько интерфейсов для существующих
в ЭСО данных. Такая функциональность либо отсутствует в существующих средах создания ЭСО, либо является довольно ограниченной, в то время как она позволяет достичь максимального охвата аудитории и предоставить каждому пользователю наиболее предпочтительный вариант использования ЭСО.
Итак, существующие среды создания ЭСО в полной мере не позволяют расширение схемы данных, поддержку работы с гипертекстовым пространством и возможность реализации нескольких интерфейсов, а для реализации ЭСО по узкоспециализированным дисциплинам такие возможности являются необходимыми. Таким образом, актуальной является задача построения специализированных информационных моделей для создания оригинальных ЭСО с расширяемой схемой данных, развитым гипертекстовым пространством и поддержкой множественных интерфейсов.
Цель работы
Разработать информационную модель создания и поддержки электронных средств обучения с расширяемой схемой данных, развитым гипертекстовым пространством и поддержкой множественных интерфейсов.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Составить перечень типовых информационных объектов и связей между ними в системах для создания и поддержки электронных средств обучения и проанализировать их на предмет расширяемости схемы данных и возможности поддержки развитого гипертекстового пространства и множественных интерфейсов.
По результатам анализа информационных объектов и связей между ними построить информационную модель системы создания и поддержки электронных средств обучения.
7 3. На основании информационной модели с учетом анализа существующих
средств разработки ЭСО реализовать программную систему для создания и
поддержки электронных средств обучения и провести апробацию в
учебном процессе вуза.
Методы исследования основаны на использовании положений теории
множеств и дискретной математики. В разработке программного обеспечения
использовались современные информационные технологии.
Научная новизна
Научная новизна работы заключается в следующем.
Предложена оригинальная информационная модель, позволяющая проектировать системы для создания и поддержки электронных средств обучения с расширяемой схемой данных, развитым гипертекстовым пространством и множественными интерфейсами.
Предложен новый подход, который позволяет строить заранее непредусмотренные интерфейсы учебных материалов для различных категорий пользователей и различных носителей, учитывая различные представления гиперсвязей для каждого из интерфейсов.
Реализована система управления специальными базами данных, позволяющая программно управлять схемой данных электронного средства обучения и проводить модификацию данных ЭСО.
Практическая ценность результатов
На основе диссертации разработана система для создания и поддержки ЭСО ЛЕММА 3, использование которой показало эффективность предлагаемого подхода для создания ЭСО, удовлетворяющих выявленным требованиям по расширяемости схемы данных, поддержке гиперсвязей и множественных интерфейсов.
На основе системы ЛЕММА 3 реализован "Инструментальный портал для создания и поддержки типовых электронных средств обучения, содержащих
8 сложные структуры данных, например, математические формулы, тесты,
библиографические ссылки и т.д. (). В составе
Инструментального портала было разработано 1 і ЭСО, как гуманитарного, так
и естественнонаучного характера.
Данные работы выполнялись в рамках следующих проектов:
Министерство образования и пауки РФ. Межвузовская научно-техническая программа «Создание системы открытого образования». Проект 1.2.2.1.(139).143. Руководитель: к.ф.-м.н. В.Г. Казаков. (2000-2002 г.)
Российский фонд фундаментальных исследований. Грант №02-07-90301-в. Руководитель: д.т.н. ЯМ. Фет. (2001-2004 г.)
Российский фонд фундаментальных исследований. Грант №03-07-06067-мас. Руководитель: З.В. Баяндина. (2003 г.)
Программа TACIS-Tempus ЕС. Проект JointLab JEP-24025-2003 «Joint Europe-Siberia Distributed Lab of Scientific Multimedia Resources». Координатор проекта от МГУ: проф., д.ф.-м.н. А.В. Аржанников. (2004-2007 г.)
Положения, выносимые на защиту
Основными положениями, выносимыми на защиту, являются следующие.
Определен перечень типовых информационных объектов и процессов, а также связей между ними в системах для создания и поддержки электронных средств обучения.
Предложена информационная модель системы создания и поддержки электронных средств обучения, поддерживающая расширяемость схемы данных и множественные интерфейсы и содержащая компоненты для обозначения взаимосвязей между элементами, в том числе гиперсвязей.
Выполнена практическая реализация предложенной информационной модели, позволившая разрабатывать электронные средства обучения.
9 удовлетворяющие требованиям по расширяемости схемы данных, работе с
гипертекстовым пространством и множественными интерфейсами.
Апробация работы
Основные результаты работы и положения диссертации представлялись
на следующих конференциях: Международных научно-методических
конференциях «Новые информационные технологии в университетском
образовании» (Новосибирск, 2000, 2001, 2003; Кемерово, 2002, 2006),
Международных студенческих школ ах-семинарах «Новые информационные
технологии» (Украина, Крым, Судак, 2000, 2003), Всероссийских научно-
методических конференциях «Телематика» (Санкт-Петербург, 2002, 2003),
Всероссийской конференции «Современная образовательная среда» (Москва,
2002), Международных конференциях по электронным публикациям «EL-Pub»
(Новосибирск, 2002, 2003), Рабочем совещании с участием иностранных
ученвіх по электронным публикациям «EL-Pub» (Новосибирск, 2004),
конференции "Leipziger Informal! k-Tage" (Германия. Лейпциг, 2004),
Российской конференции с участием иностранных ученых «Распределенные
информационно-вычислительные ресурсы» (Новосибирск, 2005).
Конференции-конкурсе «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Новосибирск, 2006), на семинарах Центра Новых Информационных Технологий и кафедры общей физики Новосибирского госуниверситета. Работа отмечена грамотами и дипломами: грамотой Благотворительного фонда поддержки науки и образования «Фонда Армейского», дипломом за лучшую научную работу, представленную на XI Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии», дипломом I степени конференции-конкурса «Технологии Microsoft в теории и практике программирования». Система ЛЕММА 3 экспонировалась на выставке-ярмарке «Современная образовательная среда» (Москва, 2002).
Публикации
Основные научные результаты диссертации с необходимой полнотой изложены в 19 печатных работах [1-19], куда входят две статьи в журналах. рекомендуемых ВАК для представления основных результатов диссертаций па соискание ученой степени доктора или кандидата наук.
Личный вклад автора
Основные научные и практические результаты диссертации получены автором диссертации лично. В.Г. Казакову принадлежит приоритет в постановке задачи построения информационной модели для проектирования схемы данных систем предназначенных для создания и поддержки электронных средств обучения. Из печатных работ, опубликованных диссертантом в соавторстве, в диссертацию вошли только те результаты, в получении которых ей было принято непосредственное творческое участие на всех этапах: от постановки задач и проектирования до разработки программного обеспечения.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 159 страниц машинописного текста, включая 19 иллюстраций, 2 таблицы и библиографический список из 82 литературных источников.
