|
Июнь 2004г.
«Разработка программно-аппаратного комплекса для системы дистанционного обучения ВУЗа»
Автореферат магистерской работы
 Актуальность темы
Актуальность дистанционного обучения (ДО) определяется тем, что традиционные методы и формы обучения сегодня уже не могут полностью удовлетворить потребность в услугах обучения всех категория населения. На Украине существует острая потребность в массовой подготовке и переподготовке кадров. Наблюдается недостаток квалифицированных инженеров, менеджеров, а также общая компьютерная неграмотность персонала различных сфер деятельности.
Существующая система высшего образования и имеющаяся в наличии сеть высших учебных заведений способны принять на традиционные формы обучения (дневную и заочную) меньше половины всех желающих. Таким образом, почти половина потенциальных студентов Украины остается за стенами вузов. В плане вовлечения этих молодых людей в процесс получения профессиональных знаний перед дистанционным обучением открываются широчайшие возможности.
Цель и задачи исследования
Целью исследования является создание комплекса программно-аппаратных средств позволяющих организовать дистанционное обучение в рамках ВУЗа.
Задачи исследования: раскрытие понятия ДО, анализ проблем и перспектив его развития; обзор существующих платформ ДО; анализ существующих сетевых технологий для организации сети доступа; прогнозирование трафика в сети доступа; анализ существующих программных продуктов, позволяющих организовывать ДО; разработка программно-аппаратной части системы ДО.
Научная новизна
На Украине проблемы дистанционного образования рассматриваются и решаются многими учебными заведениями. Но следует отметить, что большинство узлов дистанционного обучения направлены на изучение гуманитарных и экономических дисциплин. Подготовка квалифицированного инженера подразумевает получение им практических навыков, лабораторные практикумы. Поэтому при разработке узла дистанционного обучения в технических вузах значительное внимание уделяется созданию удаленного лабораторного практикума и системам тестирования студентов. Также необходимо учитывать личные способности каждого студента, что приводит к необходимости создания интеллектуальной системы ДО.
Научная новизна исследования заключается в следующем. Обоснован выбор технологии доступа к узлу дистанционного образования в зависимости от количества пользователей, генерируемого ими трафика и качества уже существующих каналов связи между узлом ДО и пользователями. Разработана модель процесса обучения и предложены способы интеллектуализации системы ДО с помощью разработанной модели. Разработан комплекс программных средств, позволяющий реализовать интеллектуальную систему ДО.
Исследование методов и проблем дистанционного обучения
Под дистанционным обучением (ДО) подразумевают получение образовательных услуг без посещения вуза, с помощью современных информационно-образовательных технологий и систем телекоммуникации. Более точное определение ДО следующее: ДО - это обучение, которое протекает в ситуации, когда преподаватель и студент, и студенты друг с другом разделены пространственно. Без сомнения ДО является развитием заочного обучения, но имеет ряд существенных отличий в сравнении с последним: заочное обучение предполагает получение какой-либо конкретной специальности по вполне определенному учебному плану. ДО более демократично. Учащийся может выбрать какой-либо один курс или систему курсов, не связывая это, порой, с получением конкретной специальности. При заочном обучении обычно планируются очные занятия, когда учащиеся собираются вместе для прослушивания обзорных лекций, выполнения лабораторных работ, сдачи зачетов и экзаменов. При дистанционном обучении такие сессии могут и не планироваться, однако складывающаяся практика ДО показывает, что хотя бы без одной очной встречи обучающегося и преподавателя на итоговом контроле пока, видимо, не обойтись. Заочное обучение ориентировалось на печатные материалы, пересылаемые по почте. ДО в своей основе предполагает использование компьютерных и телекоммуникационных технологий.
Плюсы ДО: ДО идеально подходит людям, живущим в местах, где отсутствует хорошее высшее образование, людям, которым по тем или иным причинам не хватает времени, людям-инвалидам или страдающим различными заболеваниями, препятствующим получению стандартного образования; студент сам может выбирать время обучения, а также интенсивность и продолжительность занятий; любые затруднения и проблемы могут быть разрешены в любой момент с помощью электронной почты, можно также связаться со своим преподавателем в режиме on-line и задать все интересующие вопросы; при системе ДО исключена опасность, что оценка будет вынесена "с пристрастием".
Минусы ДО: затруднена идентификация студента - проверить, кто сдает экзамен, пока невозможно; часто возникает проблема в организации учебных и экзаменационных телеконференций из-за недостаточной пропускной способности телефонных линий; исчезает непосредственный контакт между преподавателем и студентом; невозможно выполнение лабораторных работ непосредственно на оборудовании; некоторым специальностям никогда нельзя будет обучать при помощи ДО (например, врачи).
Проблемы создания интеллектуальных систем ДО
Большая популярность ДО привела к значительной нагрузке на уже существующие системы ДО. Оптимальное использование ресурсов систем, а также оптимизация самого процесса обучения для каждого отдельного ученика, становится все более важными задачами. Таким образом, возникает задача построения интеллектуальной системы дистанционного обучения, которая могла б адоптироваться к особенностям конкретного ученика с целью оптимизации процесса обучения.
Самой важной частью любой интеллектуальной системы дистанционного обучения является модель ученика, которая, по сути, представляет образ пользователя в системе. Данные с этой модели используются для построения стратегии оптимального по одному из параметров обучения. Обычная схема функционирования системы ДО включает последовательность этапов, каждый из которых направлено на усвоение учеником определенной порции учебного материала. Типовой этап состоит из трех главных функциональных компонентов: выдача порции теоретичной информации, которую необходимо усвоить; выполнение упражнений для закрепления теории; оказание помощи ученику при выполнении упражнений.
Интеллектуальность системы ДО заключается в адаптации процесса обучения к индивидуальным особенностям конкретного ученика. Оптимизация параметров учебного материала осуществляется для минимизации время обучения при фиксированном уровне обученности или для максимизации уровня обученности при фиксированном времени обучения. Интеллектуализация систем ДО опирается на модели предметной области, ученика и процесса обучения. [1] На основе модели процесса обучения строятся зависимости параметров обучения. Ниже представлен пример зависимости уровня обучения от объема материала, его сложности и уровня способностей ученика.
Пример зависимости уровня обучения от объема материала, его сложности и уровня способностей ученика.
Анализ существующих технологий доступа к узлу ДО
Технология ISDN (Integrated Services Digital Network) реализует возможность передачи по аналоговым телефонным сетям общего пользования данные в цифровой форме. Принципиальная разница ISDN от существующей аналоговой сети заключается в том, что ISDN позволяет организовывать цифровые коммутируемые каналы непосредственно от пользователя к пользователю. Кроме телефонной сети общего пользования та возможности передачи компьютерной информации, ISDN поддерживает такие прикладные услуги, как факсимильная связь, телексная связь и др. Одним из основных принципов ISDN является предоставление пользователю стандартного интерфейса. Технология предоставляет два типа интерфейса - начальный (BRI) и основной (PRI). BRI состоит из двух каналов по 64 Кбит/с и одного канала служебной информации c пропускной способностью 16 Кбит/с. Таким образом, в каждом направлении суммарная скорость передачи данных составляет 144 Кбит/с. Основной интерфейс рассчитано на пользователей с повышенными требованиями к пропускной способности сети. Такой интерфейс поддерживает скорость передачи 2048 Кбит/с для Европы или 1544 Кбит/с для Северной Америки и Японии [2].
К недостаткам технологии ISDN можно отнести незавершенную стандартизацию и, как следствие, проблемы совместимости ISDN-оборудования разных производителей, сложность модернизации центральных коммутаторов, необходимость построения новой цифровой инфраструктуры и большие финансовые вложения на реорганизацию телефонной сети общего пользования, а также сравнительную сложность заказа сервиса.
Рассмотренные особенности технологий ISDN позволяют сделать вывод, что если такая сеть уже существует в рамках телефонной сети общего пользования, то ее использование для доступа к узлу ДО достаточно рационально. Скорость передачи данных, обеспечиваемая технологией, позволяет передавать большинство видов трафика, необходимого при ДО, и подходит для обучения отдельно взятых удаленных студентов. Но, ISDN имеет ограничения на передачу качественного видео реального времени, что необходимо при доступе к узлу ДО крупных корпораций. Построение сети доступа к узлу ДО на основе ISDN "с нуля" не является финансово выгодным (процедура установки и настройки оборудования достаточно сложная и дорогая).
Технологии xDSL (Digital Subscriber Line) позволяют вести передачу со скоростью, на порядок превышающей скорость в технологии ISDN. При этом передача данных не мешает ведению обычного телефонного разговора, что, безусловно, является одним из преимуществ данных технологий. Но, реализация таких соединений требует наличия специальных xDSL модемов.
HDSL (High-data-rate DSL) представляет собою два модема, которые соединены одной или несколькими кабельными парами. При этом обеспечивается симметричная дуплексная передача цифровых потоков Е1. Технология позволяет существенно увеличить длину регенерационного участка и предъявляет менее жесткие требования к переходному затуханию в кабелях. Для передачи сигнала используется одна, две или три пари телефонного кабеля. Сегодня технология HDSL наиболее распространена. [3]
Технология SDSL (Single Line DSL) обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями Е1, но имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара, а во-вторых, максимальное расстояние передачи не превышает 3 км. В рамках такого расстояния технология SDSL обеспечивает работу системы организации видеоконференции, когда необходимо поддерживать одинаковые потоки передачи данных в обоих направлениях.
Другая популярная технология ADSL (Asymmetrical DSL) обеспечиват асимметричную передачу данных. Такая технология наиболее эффективна, когда пользователь посылает в сеть значительно меньше информации, чем получает. ADSL обеспечивает скорость передачи от пользователя в сеть не больше 1,5 Мбит/с, а в обратном направлении от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с. Максимальная длинна линии связи составляет приблизительно 5,5 км.
Таким образом, технологии xDSL наиболее подходят для организации транспортной сети. Эта технология может использоваться в качестве линий связи уже существующие телефонные каналы и их оборудование значительно дешевле оборудования какой-либо другой транспортной технологии.
Технология Ethernet - наиболее распространенная на сегодня технология сетей доступа. Под Ethernet понимают одну из ее модификаций, но все модификации используют один и тот же метод доступу к среде передачи - метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection). Использование технологий Ethernet для организации сети доступа к узлу ДО во многих случаях целесообразно, благодаря широкому распространению технологии, простоте установки, разнообразию физических каналов передачи данных, относительной дешевизны.
Для лабораторий, которые находятся вблизи от сервера ДО возможна организация сети доступа на 10-мегабитном Ethernet. Организация, которая расположена в границах одного здания, может использовать в качестве сети доступа технологию Fast Ethernet, пропускная способность котрой дает возможность организовывать видеоконференции для достаточно большого количества пользователей. Организация передачи с помощью технологии Ethernet высококачественного видео невозможна поскольку отсутствует гарантия качества обслуживания. Другие, необходимые для ДО виды трафика, технология Ethernet позволяет использовать.
Технологии ATM. Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) была разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг. Универсальность состоит в возможности передачи в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного трафика, который чувствителен к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям; технология обеспечивает иерархию скоростей передачи данных, од десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений; поддерживаются общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей.
Технология объединяет в себе два подхода - коммутацию пакетов и коммутацию каналов. В АТМ используется 20-байтная адресация узлов и идентификация каждого виртуального канала (идентификатор канала используется только на время соединения). Заказ качества обслуживания реализуется с помощью классов обслуживания, которые качественно характеризуют необходимые услуги по передаче данных через сети АТМ.
З точки зрения ДО технология АТМ будет наиболее целесообразна при организации сети доступа к узлу ДО большой территориально разнесенной корпорации, которая использует весь спектр методов ДО. Это связано с тем, что АТМ наиболее приспособлена к передачи разнородного трафика, который генерируется при ДО. Но высокие требования к каналам связи и высокая стоимость технологии создают сложные преграды для реорганизации в АТМ существующих корпоративных сетей.
Тестирование знаний студентов
Процесс контроля знаний лучше организовывать в онлайновых режимах в форме тестов. Перед получением задания на выполнение лабораторной работы студент должен ответить на ряд вопросов, в зависимости от результатов которых, он может приступить к выполнению работы или получить дополнительные вопросы, или вернуться к изучению теоретического материала. В рамках исследовательской работы по теме разработана система тестирования для off-line и on-line режимов. Данная система представляет собой практическую ценность и может быть отдельно использована в процессе обучения различным дисциплинам. В первом варианте это программное обеспечение, разработанное в среде Delphi и использующее СУБД Paradox. Студент получает исполняемый файл, с помощью которого он может проходить тестирование. Каждый курс представляет собой несколько файлов, которые студенту присылает преподаватель. Студент переписывает их в папку с программой, и курс автоматически появляется в его системе. Студент может проходить тестирование в тренировочном и контрольном режимах. В контрольном режиме размышления над ответом ограничены временем и также формируется квитанция с результатами тестирования и высылается преподавателю. Преподавательская часть системы также представляет собой исполняемый файл, с помощью которого можно создавать вопросы с вариантами ответов. Для каждого вопроса и варианта ответа предусмотрена возможность загружать изображение. При использовании on-line режима система тестирования организована средствами языков HTML и PHP и использует СУБД PostgreSQL.
Заключение и перспективы исследования
В проведенном исследовании раскрыто понятие ДО и проблемы его организации, сделан обзор проблем создания интеллектуальных систем ДО, проанализированы технологии доступа к узлу ДО. Особое внимание уделено выбору технологий доступа и интеллектуализации систем ДО. Результаты исследования могут быть использованы в процессе создания узла дистанционного обучения в технических вузах. Проведенный в работе анализ можно применять как при построении новой сети доступа, так и при организации доступа на уже существующей сети.
Список литературы
1. Человеческий фактор. В 6 т. Т. 3. Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов: Пер. с англ./ Холдинг Д., Голдстейн Н., Эбертс Р. и др. (Часть 2. Профессиональное обучение и отбор операторов). - М.: Мир, 1991. - 302 с.
2. Brusilovsky, P., Eklund, J., Schwarz, E., Web-based education for all: A tool for developing adaptive courseware. Computer Networkds and ISDN Systems (Proceedings of the Seventh International World Wide Web Conference), 30 (1-7), pp. 291-300, 1998.
3. Евдокименко Е. Оборудование DSL - журнал "Сети" 4. 2002.
|
