Автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Белов, Михаил Александрович

• Белов, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белов, Михаил Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ И ОСНОВЫ ЕГО ОРГАНИЗАЦИИ.

Понятие дистанционного обучения.

Стадии дистанционного обучения.

Зарубежный опыт организации дистанционного обучения.

Обзор состояния дистанционного обучения в Российской Федерации.

Анализ функциональности авторских систем.

Анализ различных подходов и решений.

Проблемы дистанционного обучения и пути их решения.

Обобщенный перечень элементов дистанционного учебного курса.

Предлагаемая схема организации дистанционных курсов.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ, ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТАНДАРТ IMS.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ.

Разработка концепции.

Разработка предварительного плана.

Анализ осуществимости.

Технический анализ.

Организационный анализ.

Финансовый анализ.

Планирование проекта.

Формирование команды разработчиков.

Формирование требований к системе дистанционного обучения.

Аттестация и верификация. ф Система версионного и конфигурационного управления.

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Семантическое описание системы дистанционного обучения.

Информационная модель.

Событийная модель электронного обучения.

Функциональная модель системы дистанционного обучения.

Информационное обеспечение системы дистанционного обучения.

Методика адаптивного структурирования учебного материала.

Выбор шрифтов для текстовых материалов.

Подготовка тестовых заданий для контроля знания.

Требования к содержанию тестовых заданий.

Конструирование тестовых заданий.

Формирование тестов из тестовых заданий.

Проверка надежности, дискриминативности, валидностиразработанных тестов.

Контрольно-измерительная система оценки качества дистанционного обучения.

Общая архитектура системы дистанционного обучения.

Структура базы данных.

Пользовательский интерфейс системы дистанционного обучения.

Методическое и технологическое обеспечение.

Компоновка системы дистанционного обучения.

Апробация, техническая поддержка, актуализация.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения»

Развивающиеся наука, техника и технологии предъявляют новые требования к содержанию образования, а развитие рынка труда в Российской Федерации показало, что необходимы актуальные знания, умения и навыки. При этом традиционные формы получения образования и модели обучения не всегда могут удовлетворить потребности в образовательных услугах.

Анализируя специфику развития информационных технологий необходимо отметить, всё большее значение приобретает работа с данными и коммуникациями, что стало существенным катализатором развития технологий дистанционного обучения.

Сегодня существуют такие категории лиц, которые нуждаются в образовательных услугах, но не имеют возможности получить их традиционным способом.

Очевидно, никто не должен быть лишен возможности учиться по причине географической или временной изолированности, отсутствия возможности посещать образовательные учреждения в силу физических недостатков или занятости производственными и личными делами.

В этих условиях возрастает роль дистанционного обучения (ДО), которое является следствием объективного процесса информатизации, развития технологий и сотовой связи, бурным ростом глобальной компьютерной сети Интернет. Дистанционное обучение входит в XXI век как наиболее перспективная, синтетическая, гуманистическая, интегральная форма образования.

Целевой установкой развития технологий дистанционного обучения становится предоставление актуальных знаний и развитие потребности к постоянному самообучению. В этом смысле формирующееся виртуальное образовательное пространство открывает огромные просторы для освоения мира знаний и самовыражения учащихся.

В настоящее время в России и за рубежом разработано достаточно много разнообразных систем дистанционного обучения. Анализ этих систем показал их разнородность и невозможность интеграции. Исходя из этого, представляется необходимым разработать такую конфигурацию СДО, чтобы она базировалась на многофункциональном ядре, была открытой и имела бы развитый интерфейс. Она должна обеспечить быстрые и дешевые возможности развития в части новых образовательных методик, создания новых курсов, привлекательной визуализации процесса обучения и результатов.

Цель исследования заключается в создании и технологической реализаций методики автоматизированной разработки программной структуры системы дистанционного обучения, неантагонистичной сегодняшней образовательной системе в Российской Федерации и позволяющей независимо от времени и расстояния предоставлять обучающимся теоретические, практические, методические материалы в электронном виде, средства самооценки и контроля знаний.

Поставленная цель достигается в работе посредством постановки и решения следующих основных задач:

1. Определение схемы дистанционных курсов и формирование методики автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

2. Разработка системы автоматизированной поддержки проекта создания СДО. системы дистанционного обучения.

3. Разработка описательных моделей структуры системы дистанционного обучения.

4. Разработка методов и технологий тестирования, формирования учебных материалов в системе дистанционного обучения.

5. Разработка общей архитектуры и программной структуры системы дистанционного обучения, выбор базового программного обеспечения для создания ядра системы.

6. Разработка методов и алгоритмов программной реализации функциональности системы дистанционного обучения.

Для решения основных задач в работе выполняются следующие исследования:

• Изучение и анализ российского и зарубежного опыта внедрения и использования систем дистанционного обучения.

• Изучение теоретических основ проектирования и разработки программного обеспечения класса «клиент-сервер».

• Выбор программного обеспечения (ПО), разработка основных положений построения ядра системы дистанционного обучения, с учетом специфики выбранного ПО.

• Формирование требований к системе дистанционного обучения и разработка функциональной структуры СДО.

• Определение принципов создания и структуры проектирования ядра системы дистанционного обучения.

• Исследование методов и средств для развертывания платформы системы дистанционного обучения. Изучение программных средств автоматизированного проектирования и сред разработки программного обеспечения.

• Изучение технологий информационной защиты системы дистанционного обучения.

Объектом исследования является логика и структура дистанционного обучения, повышение квалификации и переподготовка кадров.

Предмет исследования - применение современных информационных систем, телекоммуникационных и мобильных технологий, методов и алгоритмов решения задач обработки информации, средств автоматизированного проектирования и поддержки проекта создания системы дистанционного обучения.

Теоретическая и методологическая основа исследования. Методологической основой исследования является системный подход к учебному процессу, организации учебного процесса, формированию электронных учебно-методических и контрольно-измерительных материалов, оценке качества учебного процесса и актуализации С ДО. Теоретической основой исследования являются достижения в области дидактики, оценки качества приобретенных знаний, программного управления учебным процессом, моделирования и разработки информационных систем. Кроме того, работа опирается на новейшие разработки в области компьютерных информационных технологий, аппаратного обеспечения, телекоммуникаций и мобильных технологий. В целях создания формализованного представления предметной области использованы методы функционально-структурного, объектно-ориентированного и информационного моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые предложена обобщенная методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения, основанная на интегрированном применении специализированных программных средств, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

2. Определены количественные показатели оценки качества дистанционного обучения, учитывающие личностные свойства учащихся.

3. Разработано ядро системы дистанционного обучения, обеспечивающее независимость от подключаемых СУБД и HTTP серверов и сопряженный с ним пользовательский интерфейс.

Практическая ценность исследования заключается в том, что созданное ядро системы дистанционного обучения и разработанные на его основе курсы позволяют выявлять уровень базовых знаний учащихся, а также значительно упростить процесс самоподготовки.

Разработанные в диссертации положения были применены при создании единой системы дистанционного обучения в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

Определена и обоснована сфера возможных применений карманных персональных компьютеров в системе дистанционного обучения.

Апробация результатов исследования. Положения и результаты работы были доложены и одобрены на научно-практических конференциях, научных семинарах в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, на заседаниях кафедры Системного анализа и управления Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 151 страницах текста, содержит 18 рисунков, 5 таблиц. Список литературы содержит 109 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Белов, Михаил Александрович

Заключение

В итоге проведенных исследований выполнена автоматизированная разработка специализированной программной структуры системы дистанционного обучения. При этом получены следующие основные результаты.

• Определена схема дистанционных курсов, сформулированы принципы проектирования системы дистанционного обучения и сформирована методика автоматизированной разработки системы дистанционного обучения.

• Сформированы требования к системе дистанционного обучения; построены модели описания СДО, наглядно демонстрирующие состав, архитектуру, информационную, объектную, функциональную, ролевую структуру системы.

• Разработана система автоматизированной поддержки проекта создания системы дистанционного обучения, обеспечивающая открытость проектной документации и актуализацию компонент системы.

• Разработана общая архитектура и программная структура системы дистанционного обучения, осуществлен выбор базового программного обеспечения для создания системы дистанционного обучения.

• Созданы методы и алгоритмы программной реализации функциональности ядра системы дистанционного обучения.

• Развернута система информационной защиты системы дистанционного обучения, предотвращающая несанкционированный доступ и атаки «отказ в обслуживании».

• Разработанная система дистанционного обучения внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию в Международном университете природы, общества и человека «Дубна».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белов, Михаил Александрович, 2004 год

1. Holtbeng В. Status and trends of distance education. — L.: Kogan Page, 1981.

2. Давыдова Л.П. Организация самостоятельной работы студентов заочников.— М., 1985.

3. Тихомиров В.П. Технологии ДО в России II ДО, №1, 1996.

4. Агаев В.Т. Методические рекомендации по подготовке материалов для учебных аудио-видеосредств. — М.:МИЭП, 1996.

5. Зайцев А.Н., Мызгин Е.А. Радиолюбительская пакетная связь в сб. Глобальные телекоммуникации в образовании. — М.: ИНТ., 1996.

6. Тихомиров Ю.В. Microsoft SQL Server 7.0. — СПб.: БХВ, 1999.

7. Маклаков С.В. BPwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000.

8. Дарнел P. HTML 4. Энциклопедия пользователя. — К.: ДиаСофт, 1998.

9. Ратшиллер Т., Геркен Т. РНР4. Разработка Web-приложений. — СПб.: Питер, 2001.

10. Холден Г., Уэлс Н., Келлер М. Apache Server в комментариях. — К.: ДиаСофт, 2000.

11. Дюбуа П. MySQL. — М.: Вильяме, 2001.

12. Microsoft Internet Information Server 4.0 и Microsoft Proxy Server 2.0. Учебный курс: Официальное учебное пособие Microsoft для самостоятельной подготовки. — М.: Русская редакция, 1999.

13. Найк Д. Стандарты и протоколы Интернета. — М.: Channel Trading Ltd., 1999.

14. Кокшаров В.П. Компьютерные инструментальные обучающие системы: основные принципы построения. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть П. — М.: МИФИ, 1999. С. 372-373.

15. Андреев JI.A. Солдаткин В. И. Дистанционное обучение: сущность, технология, организация. — М.: МЭСИ, 1999.

16. Дистанционное образование: открытые и виртуальные среды. Материалы Седьмой международной конференции по дистанционному образованию (Россия, Москва, 17—18 июня 1999 г.) / Под ред. В.П. Тихомирова, В.И. Солдаткина, Д.Э. Колосова. — М.: МЭСИ, 1999.

17. Тихомиров В.П., Солдаткин В.И., Лобачев C.JI. Виртуальная образовательная среда: предпосылки, принципы, организация. Международная Академия Открытого Образования. — М.: МЭСИ, 1999.

18. Тихонов A.M., Иванников А.Д. и др. Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты. — М.: Вита-Пресс, 1998.

19. Романов А.Н., Торопцов B.C., Григорович Д.Б. Технология дистанционного обучения. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

20. Учебно-практические пособие для системы дистанционного обучения «Социальная психология и этика делового общения» /Под ред. B.C. Торопцова, В.Ю. Дорошенко. ВЗФЭИ. — М.: Экономическое образование, 1998.

21. Развитие дистанционного образования в мире // Дистанционное образование. 1997, № 2.

22. Полат Е.С. и др. Дистанционное обучение. — М.: ВЛАДОС, 1998.

23. Агапонов С.В., Джалиашвили 3.0. и др. Средства дистанционного обучения. Методика, технология, инструментарий. — СПб.: БХВ-Петербург, 2003.

24. Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России //Дистанционное образование. — 1997. -№ 2.

25. Бутырин Г. Н., Ефимов Н. Н., Нечаев В. Я. Дистанционное образование по оценкам экспертов //Дистанционное образование. — 1997. № 4.

26. СТАКСИС. Бюллетень «Новости». Том 1, № 2, Декабрь 1996 — Июль 1997.

27. Пушков А. И. Как создать мультимедийное приложение // Мир ПК. — 1997. -№ 12.

28. Кортер Д., Марквис A. Microsoft ® Project 2000. — М.: Лори, 2002.

29. Шафер Д., Фатрелл Р., Шафер Л. Управление программными проектами: достижение оптимального качества при минимуме затрат. — М.: Вильяме, 2003.

30. Новичков А. Обзорная статья по Rational ClearCase // Interface Ltd. www.interface.ru, 2000.

31. Kummerow Jean, Nancy Barger, Linda Kirby Worktypes. — NY: Warner Books, 1997.

32. Kroeger Otto, Janet Theusen Talk Type at Work. — NY: Delacorte Press, 1992.

33. Tieger Paul, Barbara Barron-Tieger. Do What You Are: Discover the Perfect Career for You Through the Secrets of Personality Type, 2-е издание. — Boston, MA: Little, Brown, 1995.

34. Bowditch James, Anthony Buono Primer of Organizational Behavior, 5-е издание. — NY: John Wiley & Sons, 2001.

35. Hergenhahn B.R. An Introduction to Theories of Personality. — Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990.

36. Rothwell J.D. In Mixed Company: Small Group Communication, 4-е издание. — TX: Harcourt College Publishers, 2001.

37. Hersey Paul, Kenneth Blanchard, Dewey Johnson Management of Organizational Behavior: Utilizing Human Resources, 7-е издание. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1996.

38. Gerald M. Weinberg, Gause Donald Exploring Requirements: Quality Before Design. — Dorset House, 1989.

39. Pressman Roger Software Engineering: A Practioner's Approach, 5-е издание. — Boston, MA: McGraw-Hill, 2001.

40. Boehm Barry и др. Developing Multimedia Applications with the Win Win Spiral Model. Proceedings, ESEC/FSE 97 and ACM Software Engineering Notes, November. — New York, NY: Association for Computing Machinery, 1997.

41. National Aeronautics and Space Administration. Software Formal Inspections Guidebook. — NASA-GB-A-302, Office of Safety and Mission Assurance, National Aeronautics and Space Administration, 1993.

42. Freeman Daniel, Gerald Weinberg. Handbook of Walkthroughs, Inspections and Technical Reviews, 3-е издание. — NY: Dorset House, 1990.

43. Спицнадель B.H. Основы системного анализа. — СПб, Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000.

44. Брунер Дж. Психология познания. — М.: Прогресс, 1977.

45. Узнадзе Д.Н. Теория установки /Психологи отечества. Избранные психологические труды. Под ред. Надирашвили Ш.А., Цаава В.К. — Воронеж: Институт практической психологии, НПО «МОДЭК», 1997.

46. Хрестоматия по общей психологии. Психология памяти. /Под ред. Гиппенрейтера Ю. Б. — М.: МГУ, 1979.

47. Бельчиков Я.М., Бирштейн М. М. Деловые игры. — Рига: Авотс, 1989.

48. Сапунцов В.Д. Компьютер в экономическом образовании. — М.: Изд. дом «НОВЫЙ ВЕК», 1999.

49. Порховник Ю. М. Активные методы в дистанционном обучении // Дистанционное образование. — 1997. № 1.

50. Козленке Н.Н. Деловые игры в принятии управленческих решений. — М.: ВЗПИ, 1992.

51. Глухов В.В., Кобышев А.Н., Козлов А.В. Ситуационный анализ: Учебное пособие. — СПб.: СПбГУ, 1994.

52. Методические указания по работе с компьютерным учебником. — М.: Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова, кафедра информационных технологий, 1996.

53. СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. — Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

54. Клайн П. Справочное руководство по конструированию тестов. — Киев: ПАН-ЛТД, 1994.

55. Аванесов B.C. Форма тестовых заданий. — М.: МИСиС, 1991.

56. Васильев В.И., Малышев Н.Г., Тягунова Т.Н. Программно-педагогические тесты. — М: МГУ ГА, 1999.

57. Балыкина Е.Н. Слагаемые эффективности педагогических программных средств учебного назначения по историческим дисциплинам //Компьютерные учебные программы 2000,№ 1.

58. Семенов В.В. и др. Развитие компьютерных технологий в дистанционном обучении (в обзоре «Новые информационные технологии в образовании»), — М.: НИИВО, 1999, в. 3.

59. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высшая школа, 1977.

60. Бурлачук Л.Ф. Компьютерная психодиагностика: проблемы и исследования // Ваша тестотека. Прикладной психологический журнал. 1992, № 1. С. 4-13.

61. Болч Б., Хуань К. Многомерные статистические методы для экономики. — М.: Статистика, 1979.

62. Костюк Г.С. О зависимости результатов тестирования от формы тестов. — М.: Московское технологическое объединение, 1928.

63. Радионов Б.У., Татур А.О. Стандарты и тесты в образовании. — М.: МИФИ, 1995.

64. Челышкова М.Б. Разработка педагогических тестов на основе современных математических моделей. — М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1995.

65. Аванесов B.C. Научные проблемы тестового контроля знаний. — М.: Учебный центр при исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов, 1994.

66. Вострокнутов И.Е. Методология оценки качества программных средств учебного назначения. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. М.: МИФИ, 1999. С. 398-399.

67. Крюков B.C., Татур А.О. Проблема аддитивности тестовых характеристик. IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. — М.: МИФИ, 1999. С. 402-404.

68. Шмелев А.Г. Адаптивное тестирование знаний в системе «Телетестинг». IX международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании». Сборник трудов участников конференции. Часть II. — М.: МИФИ, 1999. С. 405-407.

69. Словарь психолога-практика / Сост. С. Ю. Головин. 2-е изд. — Мн: Харвест, М.: ACT, 2001.

70. Андреев А.А. Введение в дистанционное обучение. Учебно-методическое пособие. — М.: ВУ, 1997.

71. Шеер А.В. Бизнес процессы. Основные понятия. Теория. Методы. 2-е изд. — М.: Весть-МетаТехнология, 1999.

72. Moore М., Kearsley G. Distance education: a system view. Edited by Terry Evans and Daryl Nation. — L.-NY.: Routledge, 1996.

73. Porter L. Creating the virtual classroom: distance learning with the Internet. — NY, Wiley&Sons, 1997.

74. Snyder C. Role of libraries in distance education. — Washington: Association of Research Libraries, Office of Management Services, 1996.

75. Синепол B.C., Цикин И.А. Системы компьютерной видеоконференцсвязи. — М.: Мобильные коммуникации, 1999.

76. Скуратов А.К. Технология, алгоритмы, методы и средства проведения видеоконференций //Информационные технологии. — 1995. № 10.

77. Домарев В. Защита информации и безопасность компьютерных систем.— СПб.: Диасофт, 1999.

78. Белов В.В., Виталиев Г.В., Денисов Г.М. Интеллектуальная собственность. Законодательство и практика его применения. — М.: Юристъ, 1999.

79. Грибов Д.Е. Интерактивная веб-анимация. — М.: ДМК, 2000.

80. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2000.

81. Кристиансен Т., Торкингтон Н. Perl: библиотека программиста. — СПб.: Питер, 2000.

82. Эбен М., Таймэн Б. FreeBSD. Энциклопедия пользователя. — К.: ООО «Тид ДС», 2002.

83. Бююль А., Цёфель П. SPSS: искусство обработки информации. Анализ статистических данных и восстановление скрытых закономерностей. — СПб.: ДиасофтЮП, 2002

84. Холл М. Сервлеты и JavaServer Pages. — СПб.: Питер, 2001.

85. ЮГБоггс У., Боггс М. UML и Rational Rose. — М.: Лори, 2000.

86. Белов М.А. Проект системы дистанционного обучения по курсу «Теория систем» //Сборник трудов пятой научной конференции молодых ученых и специалистов ОИЯИ. — Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2001.

87. Белов М.А. Контрольно-измерительная система оценки качества дистанционного обучения. Сборник научных трудов кафедры системного анализа и управления. Вып. 1. — Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 2002.

88. Белов М.А. Аттестация и верификация программного обеспечения на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Естественные и технические науки».— 2004. №3.

89. Белов М.А. Семантическая модель системы дистанционного обучения. //«Актуальные проблемы современной науки». — 2004. №4.

90. Белов М.А. Технология формирования требований к программному обеспечению на примере ядра системы дистанционного обучения. //«Техника и технология». — 2004. №4.

91. Белов М.А. Информационное обеспечение ядра системы дистанционного обучения. //«Аспирант и соискатель». — 2004. №4.

92. Черемисина Е.Н., Добрынин В.Н. Метазнаниевые технологии основа системы дистанционного обучения в университете «Дубна». //Сборник научных трудов конгресса конференций «ИТО-2003». — Москва, 2003.