Задачи системы дифференцированного обучения

В соответствии с общей методологией решения больших задач следует на основе анализа основной задачи выделить составляющие ее подзадачи. Для решения основной задачи - обеспечить качественное дифференцированное (индивидуальное) обучение - такими подзадачами будут:

• Управление работой системы.

Руководство системы разрабатывает политику образовательной деятельности: открывает специальности и специализации, готовит для них учебные программы, определяет перечень учебных требований к курсам обучения, строит учебные планы для каждой программы, ведет работу с разработчиками курсов, организует процесс обучения в соответствии с учебными планами.

• Формирование учебного курса.

Преподаватель - разработчик курса закладывает свои знания в курс. При этом следует выделить собственно знания - фактический учебный материал - и его авторскую методику преподавания, педагогические навыки и приемы.

• Обучение в системе.

Студент изучает курс в индивидуальном режиме, выбирая для себя оптимальные пути изучения, степень детализации, следуя собственному темпу работы.

• Контроль за обучением на курсе.

Преподаватель, сопровождающий курс (тьютор), причем неважно, будет ли это реальный преподаватель или виртуальный преподаватель, должен иметь возможность контролировать процесс изучения курса для каждого студента и при необходимости оказывать помощь или давать совет. Тьютор также может проводить общий анализ состояния дел в изучении конкретного курса.

• Мониторинг и анализ учебного процесса в целом, и отслеживание ситуации с каждым студентом.

Для преподавателя-разработчика курса и руководства важно проанализировать процесс обучения в целом по курсу, по циклу курсов, программе, оценить его динамику, выявить возможные проблемы.

Система дифференцированного обучения обеспечивает работу и поддерживает авторизованный доступ к своим ресурсам в соответствии с полномочиями следующих групп пользователей:

• Преподаватели - разработчики дистанционных курсов.
• Студенты, обучающиеся на конкретных курсах.
• Преподаватели, сопровождающие курс.
• Руководство дистанционного обучения.
• Системный администратор.

Проектирование системы дифференцированного обучения

Проведем анализ системы дифференцированного обучения, придерживаясь принципов объектно-ориентированного подхода. Для этого выделим основные классы объектов, события, которые могут произойти в системе, и методы обработки событий для классов. Выделим в модели два вида классов объектов: обеспечивающие процесс обучения и действующие в процессе обучения и представляющие пользователей системы.

В соответствие с KFS-моделью учебного курса основным объектом в системе будет учебный элемент (блок).

Для учебного элемента определены следующие атрибуты:

• базовый набор свойств:

• название;
• выходное (целевое) знание;
• ссылка на элемент-родитель из вышестоящего слоя;
• учебный материал;
• входной контроль;
• выходной контроль;
• рекомендованная длительность изучения;
• дата создания,
• дата последней корректировки;
• комментарий;

• базовый набор обрабатываемых событий:

• создание учебного блока;
• удаление учебного блока;
• подключение учебного материала;
• проверка входных знаний (вызывается процедура входного контроля для этого блока);
• проверка выходных знаний (вызывается процедура выходного контроля для этого блока);
• детализация, по умолчанию проверяется наличие следующего слоя у курса, если его нет, происходит событие "порождение нового слоя", иначе происходит переход на новый слой и событие "создание нового учебного элемента".

Учебные элементы входят в состав объекта - контейнера - слой учебного курса, который имеет следующие свойства:

• номер слоя;
• карту информационных связей между составляющими слой учебными элементами;
• пути изучения в этом слое (варианты рабочих планов);
• комментарий;

• базовый набор обрабатываемых событий:

• порождение нового слоя;
• установление информационных связей между составляющими слой элементами;
• удаление информационных связей;
• анализ графа, отображающего структуру слоя ;
• построение путей изучения в слое (вариантов учебных планов);
• анализ учебных планов.

Слои учебного курса составляют объект-контейнер учебный курс, который имеет следующие атрибуты:

• название;
• автор;
• рекомендованная длительность изучения;
• дата создания;
• дата последней корректировки;
• комментарий.

• базовый набор обрабатываемых событий:

• создание учебного курса, который приводит к событию "создание нулевого слоя" с единственным учебным элементом, содержащим в качестве учебного материала описание курса и его программу;
• удаление учебного курса;
• аттестация учебного курса.

Концептуально-логическая модель учебного курса представлена на рис.1.

Фрактальный характер KFS-модели представления знаний наглядно демонстрируется при переходе с уровня учебного курса на следующий уровень - в данном случае всей системы дифференцированного обучения.

Для организации работы и управления системой дифференцированного обучения используется та же KFS-модель, а разработчиками такой модели в данном случае является руководство системы обучения. Роль учебных элементов выполняют либо циклы предметов на верхних слоях детализации системы, либо отдельные курсы, дальнейшая детализация нецелесообразна, но возможен переход в систему высшего уровня.

Рис. 1. Концептуально-логическая модель учебного курса.

Информационные связи между элементами указывают порядок изучения курсов. Входной контроль определяется руководством системы и носит обычно организационный характер, и выходной контроль является аттестацией курса, процедуру которой определяет руководство. Полученные пути изучения представляют собой конкретные учебные программы.

Очевидно, что граф для этой модели не будет особенно сложным, и руководство вправе рассматривать отдельные курсы и формировать из них программы, но подобная организация существенно систематизирует работу всей системы дифференцированного обучения.

Архитектура "клиент -сервер"

Архитектура системы дифференцированного обучения, основанная на описанной концептуально-логической модели должна определять основные компоненты программно-инструментальной системы дифференцированного обучения, ориентированные на разные категории пользователей: разработчиков курсов, студентов, преподавателей, сопровождающих курс, администрацию. При этом должно формироваться единое информационное пространство деятельности учебного заведения, в котором будут проходить все этапы учебного процесса. Очевидно, что работа носит распределенный характер и, следовательно, основой работы является распределенная обработка данных.

Распределенная обработка данных реализуется в компьютерных сетях и требует определенной дисциплины взаимодействия. В настоящее время общепринятым стандартом такого взаимодействия стала технология клиент-сервер. Для системы дифференцированного обучения через Интернет обосновывана трехзвенная аорхитектура "клиент-сервер приложений - сервер баз данных".

Общая схема работы всех групп пользователей системы дифференцированного обучения с трехзвенной архитектурой "клиент - сервер" представлена на рис. 2.

Технология Интернет-обучения должна обеспечивать возможность работать с любого рабочего места, подключенного к Интернет. Программа - клиент должна предъявлять минимальные требования к оборудованию и оснащению рабочего места пользователя системы. Поэтому в качестве программы-клиента в системе работает стандартный Интернет -браузер, сервер приложений обеспечивает формирование запросов к серверу баз данных и обработку результатов, а сервер баз данных обеспечивает надежное хранение разнородной информации, поддерживая целостность данных. Основой для реализации системы служит именно сервер базы данных.

Сервер баыз данных

Рассмотрим программные средства реализации концептуально-логической модели системы дифференцированного обучения.

Для реализации концептуально-логической модели системы дифференцированного обучения через Интернет-сервер баз данных должен выполнять следующие функции: работать с языком запросов SQL; поддерживать хранение сложных объектов, а не только атомарные значения; обеспечивать надежность хранения и целостность данных в соответствии с заложенными в саму базу данных правилами; обеспечивать доступ к информации об объекте за весь период его существования. Кроме того, немаловажным качеством для технологии обучения является открытость и доступность для потенциальных пользователей системы.

Таким требованиям отвечает реляционная или постреляционная система управления базами данных.

Для реализации сервера базы данных системы дифференцированного Интернет - обучения была выбрана постреляционная система управления базами данных Postgres. Она позволяет эффективно реализовать концептуально-логическую модель данных системы.

Сервер приложений системы дифференцированного обучения

Сервер приложений должен обеспечить эффективную реализацию методов концептуально-логической модели системы дифференцированного обучения через Интернет. Эти операции можно свести к формированию соответствующих запросов к базе данных и обработки их результатов. В работе приводится краткий анализ имеющихся средств, обеспечивающих такое взаимодействие и обосновывается выбор в качестве средства разработки сервера приложений скрипт-языка PHP.

Рис. 2. Архитектура системы дифференцированного обучения.