НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

В настоящее время Российское образование переживает очередные изменения. Происходящая смена парадигмы обучения требует пересмотра ряда структур образовательного процесса. Только в этом случае нововведения, диктуемые научно-техническим прогрессом, дадут прирост эффективности обучения и повысят качество образования.

Построение систем открытого образования не может рассматриваться в отрыве от существующих вычислительных средств и средств телекоммуникаций. Соответственно, процесс обучения в таких системах должен быть оптимизирован под существующие средства. Речь идет об организации информационной образовательной среды (ИОС). Активные работы в этом направлении ведутся по федеральной программе развития образования на 2000 - 2005 годы.

Так какой же должна быть ИОС? Как представить предметную область и обеспечить полный спектр образовательных действий в виртуальной среде? Одним из перспективных решений задачи построения ИОС можно считать применение модульности в построении учебников и формировании курсов. В данной статье дается краткий обзор существующих и постулируются основы мелкомодульного подхода к построению ИОС.

Идея модульности достаточно стара, но в последнее время она приобрела свежее наполнение. Первое представление о модульности можно найти в ключевой работе Я.А. Коменского [1]. Автор говорит о том, что учебный курс должен состоять из раздельных частей – уроков, и их содержание не должно быть спутанным, относясь только к изучаемому предмету.

Модульное обучение как факт появилось в Открытом Университете Великобритании [2]. Оно подразумевало наличие нескольких полностью независимых микрокурсов (модулей), которые студент мог изучать в произвольном порядке в рамках семестра. Решение об успешном изучении модуля принималось по результатам тестирования по пройденной части материала. Соответственно, каждый модуль имел свой отдельный учебник.

Очередное развитие идеи произошло при появлении систем дистанционного образования. Возникла потребность представлять предлагаемый студентам набор дисциплин в виде последовательного набора блоков. В большинстве систем [3], [4] разработчики пытались добавить средства, ограничивающие произвольный доступ к модулям. Для того, чтобы очередной модуль стал доступен, студенту необходимо изучить и сдать предыдущие. Кроме того, в этих системах в зачаточной форме реализовывалась задача дать слушателям альтернативные пути прохождения учебного курса.

В таких системах модули еще не были самостоятельными учебными объектами, связь между ними задавалась жестко, практически не было возможности многоразового использования и портирования модулей между системами обучения.

В данный момент ведущими специалистами МГТУ им. Н.Э. Баумана ведутся активные работы над концепцией модульных учебников [5]. В их основе лежит модель SCORM (Shareable Content Object Reference Model). Она является промышленным стандартом для обмена учебными материалами и базируется на таких известных стандартах и спецификациях, как IEEE, ADL, Dublin Core, IMS. Модель SCORM обеспечивает многократное использование образовательных модулей, портируемость учебных курсов между различными системами управления учебным процессом (СУУП), сборку отдельных модулей в учебные пособия в соответствии с индивидуальными запросами пользователей. Данная модель является основой активно ведущихся разработок в области образовательных систем [6],[7]. Но прогресс не стоит на месте, и возникают новые идеи, например, дополнение SCORM онтологией предметной области и поддержка соответствующего тезауруса. Ведь в результате появляется возможность автоматической или интерактивной компиляции разных версий электронного учебника.

Одна из прорабатываемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана идей – трехуровневое представление мелкомодульных учебных ресурсов.

Образовательная среда базируется на двух полярных тенденциях: с одной стороны – сохранить структуру знаний, соответствовать стандартам образования, с другой – динамически меняться, адаптируясь под запросы пользователей и новые веяния. Исходя из этого, в МГТУ разработана трехуровневая модель построения образовательных ресурсов.

Верхний уровень – макроуровень – представляет собой готовые программы обучения, состоящие из совокупности курсов (учебных материалов) по разным специальностям. Программы создаются преподавателями в автоматизированном режиме на основе заданных стандартов образования. Каждый курс состоит из модулей.

Средний уровень – микроуровень – представляет собой взвешенную сеть модулей. Каждый модуль - это небольшой объем знаний, выделенный автором как независимый и самодостаточный. Для него определены термины, которые необходимо знать для изучения модуля (входные) и термины, которые будут усвоены студентом в результате изучения (выходные). Количество входных и выходных терминов не ограничено, но идеальным является модуль с одним-двумя входными и одним выходным термином.

Каждый модуль имеет метаописание, включающее такие характеристики, как необходимый уровень образования для изучения, сложность и подробность изложения, плюс некоторые базовые атрибуты из описанных в стандарте IMS [8].

Некоторые модули связаны друг с другом. Первоначально связи устанавливаются на основе соответствия входных и выходных терминов, и им задается исходный вес. В дальнейшем вес связей может меняться на основе информации, получаемой при работе преподавателей и студентов. Это задает необходимую изменчивость создаваемой ИОС и позволяет формировать заказы на новые модули.

Нижний уровень – наноуровень – представляет собой поле терминов, построенное по фиксированным правилам. Поле задается направленным И-графом и отражает структуру предметной области. Оно является статическим и должно создаваться специалистами в данной предметной области.

Важные свойства такого графа – ацикличность и выводимость. Вершинами графа являются сами термины, ребрами – связи между знаниями, характеризующие выводимость знаний и структуру предметной среды.

Получившаяся трехуровневая структура позволяет значительно повысить качество образовательного процесса.

Во-первых, убыстряется и упрощается процесс создания электронных учебников (курсов). Исключается многократное дублирование материала за счет использования уже готовых модулей в новых учебниках (курсах).

Во-вторых, обучающиеся могут получить курсы, адаптированные в соответствии с их знаниями и личностными особенностями.

В третьих, появляется новый класс сервисов, позволяющих значительно улучшить процесс самообучения, определить степень своей некомпетентности.

Используя принципы мелкомодульности, можно создать общий репозитарий модулей, базирующийся на фиксированном поле терминов. Очевидно, что большая часть модулей будет частично или полностью перекрываться по совокупности входных и выходных терминов, предоставлять альтернативные описания одних и тех же терминов. В результате появляются несколько проблем, связанных с представленной моделью.

1. Неоднородность модулей.

Модули пишутся разными авторами с помощью разных технических средств и имеют разную степень насыщенности содержания мультимедийными материалами. При объединении модулей в курс необходимо обеспечить единство представления материалов, в частности, параметров шрифта, оформления страницы, ссылок, а также единство стиля изложения.

Наиболее сложной является проблема единого обозначения терминов. Вполне вероятна ситуация, когда автор одного модуля обозначит, например, напряжение через V, а автор другого – через U. При сборке курса разные обозначения одного и того же термина недопустимы. Одним из радикальных решений является применение универсального редактора для создания модулей, преобразующего входной текст в размеченную структуру с заданными стилями (например, <заголовок>, <текст примера>, <входной термин> и т.п.). Размер, цвет и тип шрифта задаются системой вывода модулей.

Для решения проблены единого обозначения терминов необходимо в метаданные каждого термина добавить поле “обозначение термина” и “синонимы”. В то же время при разметке текста модуля необходимо все вхождения терминов и символьные представления обозначать отдельным стилем, чтобы в дальнейшем система вывода смогла автоматически произвести подмену обозначений в случае необходимости. Очевидно, что подмена обозначений невозможна в графических файлах, так что одним из требований при создании учебника является вынесение обозначений за рамки рисунков.

2. Ацикличность поля терминов.

В данной модели постулируется ацикличность предметной области, представленной полем терминов. Легко заметить, что достаточно часто встречаются случаи, когда в модулях термины определяются друг через друга, и необходимо принудительно разорвать связь для избавления от цикла.

Это возможно при добавлении в метаописание модулей поля “ключевые слова”, куда попадают размыкаемые термины. Рассмотрим пример. В модуле Mi, где дается определение языка разметки, вскользь упоминается язык XML. В результате у модуля должен появиться Tвх=«XML» и Tвых=«Язык разметки». В другом модуле Mj начинается подробное изучение XML, дается подробное определение языка, базирующеесяна понятии «языки разметки». В результате у модуля должен появиться Tвх=«Язык разметки» и Tвых=«XML». В итоге породился цикл, так как TвхMi=TвыхMj и TвхMj=TвыхMi. Избавление от цикла – убрать в модуле Mi из множества [Tвх] Tвх=«XML». Решение о точке разрыва в каждом случае должен принимать ответственный за формирование поля терминов специалист.

Количество и сложность подобных ситуаций выбора места разрыва зависит от проработанности онтологии поля терминов. При четко заданном поле терминов разрыв циклов в модулях происходит в автоматическом режиме при внесении модуля в репозитарий.

Построение СУУП, работающей с мелкомодульными учебными материалами, включает в себя создание полноценной системы дистанционного обучения, предоставляющей преподавателям возможность создавать новые учебные материалы, а ученикам - получать доступ к ресурсам и новым сервисам, что в общем значительно повысит качество образования.

Практическая реализация подобной СУУП и комплекс исследований работы системы ведутся в МГТУ им. Н.Э. Баумана. В дальнейшем они позволят определить эффективность примененной модели и возможность ее внедрения на федеральном уровне.

1. Коменский Я.А. Великая дидактика// Избранные педагогические сочинения.- М.:Учпедгиз, 1955.
2. The Open University, UK, http://www.open.ac.uk
3. “Гекадем”, http://students.bsu.ru/
4. “ТОР”, http://www.webuniversity.ru/tor/
5. Норенков И.П. Концепция модульного учебника // Информационные технологии, 1996, № 2.
6. Титарев Л.Г., Титарев Д.Л., Ильченко О.А., Феданов А.Н. Стандарт ISO «Тематические схемы»: применение к сетевому обучению // Материалы Всероссийской конф. «Технологические стандарты в образовании», Москва 23-24 апреля 2003. М.: Из-во МЭСИ, 2003. 329-392.
7. Норенков И.П. Технологии разделяемых единиц контента для создания и сопровождения информационно-образовательных сред // Информационные технологии, 2003, №8.
8. IMS, http://www.imsproject.org/