Электронное учебное пособие "Воздушная навигация и элементы самолетовождения"

Принципы построения систем дистанционного обучения

Основные принципы дистанционного обучения

•    Понятие "дистанционное обучение" является достаточно емким понятием. Прежде всего, это происходит потому, что в эту категорию попадает слишком много видов и программ обучения. Дистанционное обучение подразделяется на две основные категории: синхронное и асинхронное. При синхронной модели студенты и преподаватели общаются в реальном времени через виртуальные аудитории, используя сочетание различных методов передачи информации. При асинхронном подходе студент сам определяет темп обучения. В частности, он имеет выбор между различными носителями информации, может выполнять задания в соответствии с аудиторной программой или планом, а затем передавать готовую работу преподавателю для оценки. В настоящее время за рубежом крупные компании предпочитают интерактивные варианты обучения традиционным методам, но не потому, что они лучше, а потому, что они дешевле и в большей степени поддается оценке.

•    Дистанционное обучение может быть реализовано для различных образовательных программ. Это и программы по специальностям высшего образования, как очных, вечерних так  и заочных форм обучения; это и  различного рода обучающие курсы и курсы повышения квалификации, а также подготовительные курсы. Посредством дистанционного обучения возможно не только непосредственное обучение, но и проверка знаний, посредством программ. Следует отметить, что в этом заключается одно из основных преимуществ дистанционного обучения - его многогранность. Многогранность как видов обучения и программ, так и предметных областей.

•    Использование информационных технологий для образования позволяет расширить методологическую базу, увеличить объем преподаваемой информации, дает возможность нескольким образовательным центрам объединить свои усилия в разработке программ обучения. В этой связи можно отметить интересную и перспективную область дистанционного обучения, называемое "терминальным управлением знаниями".  Здесь понимается процесс сбора, упорядочивания и представления информации в какой-либо области, накопленной за определенный период, а также последующего накопления и обновления информации, с целью обучения и решения возникающих задач. В такой системе могут принимать участие несколько образовательных центров, что позволит собрать и обработать большие объемы информации.

•    Дистанционное обучение предоставляет возможность каждому изучать курс в своем темпе, что должно по­служить стимулом не только для более качественного за­крепления материала, но и для возможного опережаю­щего характера обучения. Нет также ограничения на пол, возраст, профессиональные навыки. Нет временных рамок - это небольшой аспект, но очень важный для систем асинхронного обучения. Это позволяет обучаемому свободно планировать свое время, позволяет эффективно совмещать и работу и учебу. Еще одним преимуществом, которое следует отметить, это объективность системы дистанционного обучения. При использовании данной системы обучения контроль знаний в основном ведется посредством программ, которые абстрагированы от личности обучаемого. Использование дистанционного обучения позволит привлечь огромное число желающих обучаться. При этом перестает играть решающую роль местоположение учащегося - это может быть и другой город, регион и даже страна. Следует отметить и чисто экономический аспект  - уменьшение очной доли процесса обучения позволит сократить накладные рас­ходы при обучении, снизить себестоимость обучения и стоимость предоставляемых услуг.

•    При проектировании систем дистанционного обучения, а также программ для него нет ограничений на рассмотрение какой-либо предметной области. В качестве же ограничений следует отметить только выбранную систему оценки знаний, а также аппаратные и программные возможности двух сторон - обучающей и обучаемой.

•    Дистанционное образование коренным образом отличается от традиционных форм учебного процесса. Одним из основных отличий является программа обучения.  Поэтому использование дистанционного обучения по тому или иному курсу требует четкой переработки программы обучения. Большая часть всей учебно-методической лите­ратуры должна быть представлена в форме мультимедийных прило­жений и презентаций, оформлена на емких носителях информации и доступна на www, ftp-серверах вуза или кафедры. Таким образом, для создания такой формы обучения даже одного из предметов специальности требует огромных трудозатрат. Следовательно, создание дистанционной формы обучения по целой специальности требует тщательной подготовки. Здесь необходимо учитывать, что огромный поток информации может перегрузить программу, приведет к большим трудозатратам, а следовательно и к удорожанию всей системы в целом. Но в то же время программа обучения должна отвечать всем требованиям обучения по данной специальности. Курс лекций должен представлять собой интегрированный материал в электронной форме, в котором присутствуют, текстовая часть; иллюстративные материалы (схемы, рисунки и т. п.); демонстра­ционные примеры в виде программ или презентаций; практические задания.

•    Не менее важным являются программы контроля знаний, которые должны использоваться для тестирования обучаемых. На сегодняшний день широко применяются три основных технологии создания интерактивного взаимодействия с пользователем в Web:

        -          с использованием интерфейса общего шлюза -  CGI;

        -          с включением JavaScript-сценариев в тело Web-страниц;

        -          применение технологии Java (использование Java-апплетов).

•    В данном перечне Java-технология считается наиболее мощным средством, предоставляющим практически неограниченные возможности.

Характеристика используемой системы контроля знаний

•    В предыдущем разделе было отмечено, что использование дистанционного обучения требует существенной переработки уже устоявшихся традиционных методов обучения. В рассматриваемой системе дистанционного обучения предполагается следующая схема. Весь методический материал, курсы лекций, дополнительный материал по курсу представлен в виде HTML-файлов. Вопросы для самоконтроля и самопроверки будут встраиваться в эти HTML-файлы. Тесты для самоконтроля, встроенные в HTML-файл, представляют собой процедуры JavaScript. Задачи для контроля знаний обучаемых выполнены в виде Java-апплетов. Наглядно это представлено на рис.1.

Рис.1 Сравнение традиционного подхода к обучению и системы дистанционного обучения

•    Основу системы контроля знаний составляют две постоянно функционирующие программы - сервер Apache и Java-сервер. Java-сервер предназначен для взаимодействия Java-апплета с базой данных Access. В узком смысле слова Java — это объектно-ориентированный язык, напоминающий C++, но более простой для освоения и использования. В более широком смыс­ле Java - это целая технология программирования, изначально рассчитанная на интеграцию с Web-сервисом, т. е. на использо­вание в сетевой среде. Поскольку Web-броузеры существуют практически для всех аппаратно-программных платформ, Java-среда должна быть как можно более мобильной, в идеале полностью независимой от платформы. Java-апплет представляет собой программу, выполняющуюся не самостоятельно, а под управлением броузера. Процедуры же JavaScript представляют собой программы, в некоторой степени напоминающие язык Java, текст которых включается непосредственно в текст самого HTML-файла.

•    Программа Java-сервер выбирает из базы данных определенные параметры и передает их апплету для формирования вопросов контроля. Один параметр используется для запуска датчика случайных чисел с определенного значения. Java-сервер обеспечивает прием результатов выполнения задания и записывает их в базу данных. Второй параметр определяет время, выделенное на выполнение заданий коллоквиума.

•    Для работы обучаемого с программой автоматизированного контроля знаний необходимы следующие составляющие:

        -  доступ в Интернет;

        - Java-совместимый броузер.

•    Взаимодействие с сервером дистанционного обучения производится следующим образом. Обучаемый регистрируется обучающим центром в базе данных Access, для получения разрешения на доступ к решению контрольных задач. После этого он имеет возможность приступать к проверке знаний. Для этого обучаемый устанавливает сеанс связи с Internet и обращается к серверу дистанционного обучения по определенному адресу посредством броузера. Он загружает HTML-файл с сервера дистанционного обучения. Броузер, обнаруживая в HTML-файле тег <APPLET>, загружает с сервера файл класса, указанного в теле тега <APPLET>. Далее распознаются и загружаются на локальную машину классы,  на которые ссылается класс APPLET. После этого APPLET вызывает методы init() и start(). В окончание всего апплет отображается в окне броузера. Этот процесс представлен на рис.2

Рис.2 Загрузка Java-апплета

•    В описываемой системе в окне броузера первоначально отображается окно регистрации. В нем обучаемый должен ввести свой идентификатор, под которым он зарегистрирован в базе данных Access. В случае введения неверного идентификатора обучаемому будет отказано в осуществлении контроля знаний. В случае ввода верного идентификатора в базе данных будет определено значение, запускающее датчик случайных чисел, а также время на выполнение всего задания. Далее обучаемый начинает решение предложенных ему задач. На время выполнения задания обучаемый может отключиться от Интернета. После выполнения задания обучаемый должен восстановить соединение с Интернетом и отправить результат выполнения задания на сервер. В базе данных системы дистанционного обучения выполняется учет результатов тестирования обучаемых по шкале сдано - не сдано. Коллоквиум считается сданным, если верно решены все предложенные в нем задания  в установленное для решения время. Следует отметить, что существует несколько вариантов проверки ответов:

  -  проверка ответов на стороне клиента;

  -   проверка на стороне сервера

•    В рассматриваемой системе проверка ответов осуществляется на стороне клиента. В апплете находятся алгоритмы, позволяющие проверить верность ответа обучаемого после выполнения задач. На сервер отправляется лишь сообщение о том, прошел ли обучаемый контроль знаний или нет.

  Преимущества использования языка Java для контроля знаний

•    В качестве языка, реализующего программы контроля знаний был выбран язык Java. До недавнего времени возможности контроля и оценки знаний при дистанционных методах обучения были весьма ограничены, однако с развитием Java-технологий и их возможностей работы с базами данных практически сняты все технологические ограничения на реализацию как обычных, так и активных on-line контрольно-обучающих систем, функционирующих в среде Интернет/Интранет. Поистине неограниченные возможности для реализации данных технологий открывает перед учебными заведениями и потенциальными пользователями сеть Интернет. Уже созданы первые учебные Web-серверы, на которых не только представлена общая информация по ряду изучаемых предметов, электронные версии методических пособий и учебников (реализованные с использованием мультимедийных и гипертекстовых технологий), но и реализованы средства активного обучения и контроля на базе Java-технологий. Это позволяет предоставлять пользователю не только информационные ресурсы, но и проводить активное обучение (лабораторные работы, контроль знаний, телеконференции, семинары, диспуты и т. п.). Использование Java-технологий позволяет реализовать все компоненты процесса обучения и обеспечить информационными ресурсами как студентов, аспирантов и преподавателей, так и научных работников. Используя данный подход, возможно реализовать не только отдельные информационно-поисковые обучающие системы, но и единую интегрированную автоматизированную образовательную среду.

•    Комплекс программ тестирования знаний реализуется на основе активных Java-апплетов. Данный вариант реализации считается наиболее мощным, предоставляющим неограниченные возможности.

•    Преимущества использования Java-апплетов для реализации активных программ контроля знаний заключаются в следующем. Использование Java-апплетов позволяет не изменять уже написанную программу для каждой новой платформы. Это осуществляется путем использования специфицированной виртуальной Java-машины (JVM), на которой выполняются Java-программы. Исходные Java-тексты транслируются в коды той машины, на которой имеется JVM. Тем самым, при появлении новой аппаратно-программной платформы в импортировании будет нуждаться только Java-машина. А далее, при наличии JVM все программы, написанные на Java, пойдут без изменений.

•    Язык Java изначально предназначался для написания различного рода Web-приложений. Он эффективно интегрируется в HTML-файлы. Следовательно, отсутствует необходимость иметь каждую обучающую программу на локальной машине обучаемого. Особенности языка Java позволяют прозрачным для пользователя образом осуществ­лять поиск необходимых объек­тов не только на локальной машине, но и на других компьютерах, доступных по сети (в частности, на WWW-сервере). Найденные объекты загружаются, а их методы выполняются затем на машине пользователя. Это позволяет значительно сэкономить дисковое пространство на компьютере обучаемого, а также позволяет ему пользоваться наиболее новыми версиями программ, размещающихся на сервере центра обучения (ВУЗа и т. п.). Ведь достаточно обновить версию на сервере, и обучаемый будет пользоваться именное ею. Прозрачность загрузки клиентских компонентов означает нулевую стоимость администрирования их на клиентской машине. Обновление же используемых программ осуществляется наиболее быстро чем, если бы все программы распространялись для каждого обучаемого.

•    В компилируемой среде трудно абстрагироваться от аппаратных особенностей компьютера, как трудно реализо­вать прозрачную динамическую загрузку по сети. Вместе с тем, прием объектов извне требует повышенной осторожности при работе с ними, а значит, и со все­ми Java-программами. Принимать необходимые меры безопасности проще всего в интерпретируемой, а не компилируемой среде.

•    Таким образом, эти особенности делают Java-среду идеальным средством разработки интерактивных клиентских компонентов (апплетов) Web-систем.

•    Все лаборатор­ные и контрольные работы в обучающей подсистеме реализу­ются введением Java-апплетов в тело Web-страниц. Сами апплеты представляют собой полноценные прило­жения, написанные на Java, но исполняемые в среде Java-совместимого броузера на клиентском рабочем месте. Между броузером, отображающим апплет, и системой, которая этот апплет представляет, существу­ют отношения "клиент - сервер".

•    Java-апплеты являются одним (пока единственным) безопас­ным способом распространения программ через Интернет. Это объясняется тем, что интерпре­татор Java не запустит апплет до тех пор, пока не убедится в том, что байт-коды апплетов не повреждены или не модифицированы. Более того, интерпретатор определяет, отвечает ли байт кодовое представление апплета всем правилам языка Java. Например, Java-апплет никогда не может использовать указатель для доступа к закрытой для него компьютерной памяти. Таким образом, апплеты не только защищены, они практически не в со­стоянии повредить систему. Возможности апплета обращаться к локальным файлам контролируется с помощью переменных среды, которые пользователь устанавливает в своем Web-броузере. Апплет не может обращаться ко всем тем файлам или каталогам, к которым у него нет доступа. Поэтому большинство апплетов вообще не работают с файлами, поскольку нельзя точно знать, какой режим доступа к диску установлен.

•    До появления Java большинство программ были вынуждены выпол­няться на Web-сервере. Выполнение апплета на компьютере-клиенте одно из самых значи­тельных достоинств использования Java-технологий.

•    В соответствии с концепцией объектно-ориентированного проектирования системы представляется как совокупность объектов, а не только как соответствующие структуры данных. Объекты - это не только значения, например целые числа или строки; в них также имеются методы, связывающие данные и манипулирующие ими. При таком подходе данные передаются в системе не в явном виде, а как сообщения от объектов к ним. Вместо того, чтобы передавать данные в функцию, объекту посылается некоторое сообщение, информирующее его о той операции, которую необходимо выполнить.

•    Объекты представляют собой надежные структуры данных и методов, которые нужно дублировать и модифицировать без риска повредить существующий код. Функциональное назначение методов, а также и его данных легко описывается, методы не перегружаются множеством дополнительных возможных применений. Объекты можно расширять; при этом, поскольку новые объекты можно порождать от уже существующих, время разработки значительно уменьшается. Не менее важно то, что заметно сокращается время отладки из-за четкой локализации ошибок.

•    Проектирование на Java имеет еще преимущества в том, что в распоряжении программиста имеется достаточно полный набор стандартных классов и интерфейсов, объединенных в Java API (интерфейс прикладного программирования). Это дает возможность программисту сосредоточиться на логике программы, а не заниматься обеспечением низкоуровневых операций.

•    Стандартный реляционный доступ к данным очень важен для программ на Java, потому что Java-апплеты по природе своей не являются монолитными, самодос­таточными программами. Будучи модульными, апплеты должны получать информацию из хранилищ данных, обрабатывать ее и записывать обратно для по­следующей обработки другими апплетами. Монолитные программы могут себе позволить иметь собственные схемы обработки данных, но Java-апплеты, пересекающие границы опера­ционных систем и компьютерных сетей, нуждаются в опубликовании открытых схем доступа к данным.

•    Чтобы перейти в начало страницы, нажмите СЮДА!