Исследование и разработка принципов построения систем электронного обучения в области геоинформационных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат наук Кудж, Станислав Алексеевич

• Кудж, Станислав Алексеевич
• кандидат наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат наук Кудж, Станислав Алексеевич

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Понятия и определения в области электронного дистанционного обучения геоинформационным технологиям

1.2. Программные продукты, используемые в геоинформационных системах

1.3. Существующие классификации обучающих систем по геоинформационным технологиям:

1.4. Анализ, классификация и систематизация информации в области электронного обучения геоинформационным технологиям

1.5. Технологии организации и хранения данных в системах электронного обучения геоинформационным технологиям

1.6. Способы построения электронно-обучающих систем геоинформационным технологиям

1.7. Использование возможностей презентационных приложений при проектировании систем электронного обучения геоинформационным технологиям

1.8. Анализ использования различных технологий при проектировании и администрировании систем дистанционного обучения

геоинформационным технологиям

Выводы

Постановка задачи

Глава 2. Структура информационно-программной системы электронного

обучения в области геоинформационных технологий

2.1 Принципы построения системы электронного обучения в области

геоинформационных технологий

2.2. Общая структура информационной среды, используемой в системе электронного обучения геоинформационным технологиям

2.3. Выбор технологии реализации программного ядра системы

электронного обучения ГТ

|г 2.4. Алгоритм формирования информационных объектов системы

электронного обучения геоинформационным технологиям

2.5. Алгоритм формирования информационного блока системы электронного обучения геоинформационным технологиям

2.6. Модель ввода данных в систему электронного обучения геоинформационным технологиям

2.7. Логическая структура базы данных системы электронного обучения геоинформационным технологиям

2.8. Технологическая схема информационной среды электронного обучения геоинформационным технологиям

2.9. Принцип работы «WEB- сервера, с установленной системой' электронного обучения геоинформационным технологиям

2.10. Технологии отображения информации в системе электронного обучения геоинформационным технологиям

^ (

2.11. Информационные объекты, используемые в системе электронного обучения геоинформационным технологиям

2.12. Модель взаимодействия объектов в системе электронного обучения' геоинформационным технологиям

2.13. Программные компоненты системы электронного обучения

геоинформационным технологиям

Выводы

Глава 3. Электронно-обучающая система геоинформа-ционным технологиям

3.1. Принцип построения программного обеспечения электронно-обучающей системы

3.2. Программная реализация электронно-обучающей системы

геоинформационным технологиям

Выводы

Глава 4. Экспериментальные исследования работы системы электронного обучения геоинформационным технологиям

4.1. Цели и задачи исследования

4.2. Планирование и организация эксперимента по использованию ЭОС в обучении ГТ

4.3. Методические аспекты эксперимента

4.4. Ход и анализ результатов эксперимента

Основные результаты и выводы

Список литературы:

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка принципов построения систем электронного обучения в области геоинформационных технологий»

Введение

В настоящее время все большее распространение получают географические информационные системы [далее ГИС], область применения которых чрезвычайно многообразна.

Дальнейшее развитие ГИС сдерживается рядом факторов: недостаточность необходимых знаний дляфаботы, в том числе, полученных традиционными методами обучения, у массового потребителя ГИС, дороговизна, конечного программного обеспечения [далее ПО], и т.д. Для преодоления сдерживающих факторов необходима подготовка специалистов, владеющих теоретическими знаниями и практическими навыками работы с современными* геоинформационными, продуктами. Но современная социально- экономическая ситуация в стране и в системе образования такова, что традиционные формы получения образования в области геоинформационных технологий [далее ГТ] не могут удовлетворить» потребностей в образовательных услугах в данной области. [107,108,110]

Выход заключается в поиске новых форм обучения в области? ГТ. Одной из них явились электронные обучающие системы [далее ЭОС], как следствие быстрого прогресса каналов связи; аппаратных комплексов и программного обеспечения, что позволило использовать компьютерную технику в качестве эффективного средства обучения ГТ, при этом многообразие технологических решений значительно расширилось с появлением возможности широкого доступа в глобальную сеть Интернет.

Сегодня многие специалисты, занятые в сфере обучения ГТ, считают необходимым развитие и практическое использование электронных обучающих систем для обучения геоинформационным технологиям. Между тем внедрение современных способов обучения, управления информацией и программными продуктами, использующими такие методы, является приоритетным направлением развития, что отражено в ряде законодательных

актов. (Постановление Правительства РФ №630 от 28.08.2001г. О федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы); Приказ Министра образования РФ №2040 от 31.05.2002 г. Об информации, информатизации и защите информации. Федеральный закон №24-ФЗ от 20.02.95г ; Указ Президента РФ «Вопросы деятельности Комитета при Президенте РФ по политике информатизации» №328 от 17.02.1994 г.; Указ Президента РФ «Об основах государственной политики в сфере информатизации» №170 от 20.01.1994 г.). [15].

Быстрый прогресс каналов, связи, аппаратных комплексов и программного обеспечения позволил использовать компьютерную технику в качестве эффективного средства обучения, при этом многообразие технологических решений > значительно расширилось с появлением возможности широкого доступа в глобальную сеть Интернет.

В настоящее время необходимость внедрения в учебный процесс новых телекоммуникационных электронных методов для обучения геоинформационным технологиям [далее ГТ] уже не вызывает сомнений, а электронно - обучающие комплексы становятся неотъемлемой частью-подготовки высококвалифицированных специалистов в области[97-106, 111,112].

В связи с этим, встает вопрос эффективного использования возможностей современных программных и аппаратных решений при использовании электронного обучения в области ГТ.

В процессе подготовки специалистов по направлению географические информационные системы дистанционными методами - необходимо не только разработать систему, но и постоянно пополнять ее основу — информационную базу данных [далее БД] новыми информационными ресурсами. Разработка такого комплекса не возможна без существования

четко определенной концепции информационного пространства [6,7,93,94,97]. Понятие информационной среды трактуется исключительно как абстрактное воплощение так или иначе взаимосвязанных и структурированных информационных источников. [8,106]. Характерным примером информационной среды является сеть Интернет.

Актуальным является вопрос эффективного использования возможностей современных программных и аппаратных решений при использовании электронного обучения [далее ЭО] геоинформационным технологиям. Но не стоит забывать и о том, что в процессе подготовки специалистов по направлению «Геоинформационные системы» электронно-дистанционными методами необходимо не только разработать систему, но и постоянно пополнять ее основу — информационную базу данных [далее БД] новыми информационными ресурсами. Разработка такого комплекса требует создания определенных принципов построения и методологических основ системы ЭО в области ГТ.

С точки зрения используемых в настоящее время технологических решений, организация процесса обучения по направлению «Геоинформационные системы», имеет общие черты с процессом обучения по другим техническим специальностям, но в тоже время очень специфична ввиду использования, в ряде случаев, узкоспециализированного программного обеспечения, передачи огромных потоков информации, хранения, обработки и структурирования информации различного рода, использования информационных материалов по геоинформационным технологиям.

Основная цель диссертационной работы:

заключается в исследовании и разработке принципов построения систем электронного обучения в области геоинформационных технологий.

Исследование и разработка принципов построения систем электронного обучения в области геоинформационных технологий.

Для решения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

• анализ существующих электронно-обучающих систем в области геоинформационных технологий;

• определение основных функции систем, использующих электронное дистанционное обучение геоинформационным технологиям;

• исследование основных форм и методов организации учебного процесса при использовании электронного обучения геоинформационным технологиям;

• анализ классификации систем электронного дистанционного обучения в области геоинформационных технологий;

• определение источников данных, описании связей между ними; проектировании словарей данных; разработке структуры базы данных, связывающей информационные блоки системы электронного обучения [далее СЭО] по ГТ, используемых программными компонентами системы;

• разработка методологических аспектов построения системы электронного обучения геоинформационным технологиям;

• разработка специализированного блока, отвечающего за* хранение, передачу и представление сверхбольших объемов информации;

• разработка общей структуры системы электронного обучения геоинформационным технологиям с учетом требований, предъявляемых к хранению, передаче и представлении информационных материалов сверхбольшого объема;

• разработка принципов построения электронной обучающей системы в области геоинформационных технологий.

Вышеперечисленные задачи решались в следующем порядке.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе - проведён обзор истории развития и существующие классификации обучающих систем в области ГТ, технологии организации и хранения данных в системах электронного обучения геоинформационным технологиям. Проведен анализ СЭО в области ГТ. Рассмотрены различные способы построения ЭОС ГТ, проведен анализ различных технологий, используемых при проектировании и администрировании систем электронного обучения геоинформационным технологиям и обоснован выбор программных средств, используемых при проектировании системы электронного обучения в области ГТ.

В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи исследования и намечены этапы ее решения.

Вторая глава посвящена анализу принципов построения систем ЭО в области ГТ. Общий анализ электронных систем обучения (ЭОС) ГТ позволил сформулировать принципы, присущие большинству ЭСО в данной области Решая вопрос определения необходимых принципов построения ЭСО в области ГТ с использованием системного анализа, были сделаны следующие выводы: существующие на данный момент ПК не достаточно полно отражают все необходимые функции, которые должны присутствовать в ЭСО ГТ.

На основе полученных данных были сформулированы дополнительные принципы, которые были заложены в работу ЭСО в области ГТ

На основе сформулированных принципов была построена функциональная схема системы электронного обучения в области геоинформационных технологий.

Третья глава посвящена разработке конкретной схемной и программной реализации электронно-обучающей системы в области ГТ на основе сделанных ранее анализа и рекомендаций. Предложена ЭОС в области ГТ, принцип работы которой основывается на концепции открытых

систем с использованием web-технологий, что позволяет пользователям, подключенным к глобальной сети Интернет, использовать обучающие информационные ресурсы системы.

В третьей главе обосновывается также, что в результате использования современных технологий проектирования, описанных во 2 главе данной работы, программных продуктов и средств анализа, формализации и последующего хранения и управления данными удалось создать электронно-обучающую систему геоинформационным технологиям, создающую максимально комфортный для пользователя способ изучения теоретических и практических основ географических информационных систем посредством использования существующих электронных методов. Построение данной системы на основе модульного принципа и применение технологий программирования с открытым исходным кодом позволило создать легко развиваемое решение с точки зрения написания дополнительных программных модулей.

Так же данный подход практически решает задачу адаптации программного продукта требованиям пользователей за счет использования типичного для операционной системы Windows интерфейса и как следствие решается задача более быстрого «вхождения» в учебный процесс геоинформационным технологиям. А использование технологии web при проектировании системы позволило существенно удешевить программный продукт, в связи с тем что конечному пользователю не нужно докупать какое-либо ПО, а все задачи полностью ложатся на «плечи» сервера. Все вышеперечисленное и позволило создать гибкое решение, построенное на базе трехзвенной архитектуры. Как было отмечено ранее, набор функциональных характеристик программного ядра разработанной среды полностью отвечает сформулированным ранее требованиям, что позволяет говорить о достижении поставленных в данной работе целей.

и

В четвертой главе приведены методики и результаты опытно-экспериментальных исследований, подтверждающие полученные в диссертации теоретические положения и выводы.

Эксперимент проводился на кафедре Информационно-измерительных систем со студентами 3 курса специальности «Информационные системы в технике и технологии» на учебной практике «Информационные системы в геодезии и картографии» и со студентами 4 курса специальности «Организация и технология защиты информации» на занятиях по курсу «Проектирование информационных систем». В эксперименте участвовали 32 студента. Результаты обработки экспериментальных исследований позволили составить таблицу соответствий зависимости мощности гео и текстовых серверов от количества работающих в данный момент слушателей, а также определить максимальную нагрузку на сервер, находящийся на кафедре ИС.

В заключении приведены основные выводы и рекомендации, основанные на результатах диссертационной работы.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Понятия и определения в области электронного дистанционного обучения геоинформационным технологиям

Все доступные источники оперируют рядом понятий в предметной области (электронно - обучающие системы в области ГИС), которые привязаны друг к другу и базируются на общем терминологическом аппарате [28]. Анализ определений дидактической категории обучение, разработанной авторами В.И.Вдовюком [12], Н.А.Давыдовым [13], П.Г.Городовым [14], B.C. Максимовым [15], В.П. Беспалько [16], В.В.Трифоновым [17], Н.Ф.Талызиной [18], С.И.Архангельским [19], Ю.К.Бабанским[20], С.П.Барановым [21], Ф.Г.Фокиным [22],

А.А.Золотаревым [23] и др. а также толкование понятия, приведенного в Законе РФ «Об образовании», Педагогической энциклопедии и словаре, позволили выделить ключевые слова и провести обобщения, позволившие сформулировать видение проблемы.

Чтобы проследить за ходом рассуждений, которые привели к формулировке электронно-обучающих систем геоинформационным технологиям, процитирую наиболее типичные и правильные, с моей точки зрения, определения традиционного обучения, дистанционного и определения географических информационных систем.

1. Обучение - целенаправленный процесс управления активной учебно-познавательной деятельностью студентов по овладению профессиональными знаниями, навыками, развитию творческих способностей, формированию мировоззрения и личностных качеств, необходимых студентам для самостоятельного овладения профессией [13];

2. Обучение - процесс взаимосвязанной деятельности преподавателя и обучающихся, протекающий в рамках педагогической системы [23];

3. Обучение - двухсторонний процесс, в котором взаимодействуют обучаемый и обучающийся и в ходе которого планомерно и целенаправленно осуществляется образование, воспитание и развитие человека [22];

До сих пор не существует четких определений дистанционного и электронного обучений, как и нет общепринятого названия для электронных обучающих систем. В литературе встречаются самые разнообразные варианты названия и соответствующие им определения.

Прежде, чем сформулировать свое видение данных определений, приведу известные трактовки этого понятия:

Дистанционное обучение - новая организация образовательного процесса, базирующаяся на принципе самостоятельного обучения студента. Среда обучения характеризуется тем, что учащиеся в основном, а часто и совсем, отдалены от преподавателя в пространстве и (или) во времени, в то же время они имеют возможность в любой момент поддерживать диалог с помощью средств телекоммуникации [24,61,89].

Дистанционное обучение - это новая ступень заочного обучения, на которой обеспечивается применение информационных технологий, основанных на использовании персональных компьютеров, видео аудиотехники, космической и оптоволоконной техники [25].

Представляет интерес определение, данное сотрудниками Ассоциации ДО США (USDLA), которое дословно переводится как приобретение знаний и умений посредством получения информации, включающее в себя все известные технологии и формы обучения на расстоянии.

Дистанционное обучение - это организованный по определенным темам, учебным дисциплинам учебный процесс, предусматривающий активный обмен информацией между учащимися и преподавателем, а также между самими учащимися, и использующий в максимальной степени современные

средства новых информационных технологий (аудиовизуальные средства, персональные компьютеры, средства телекоммуникаций) [26].

Приведенные выше и другие известные формулировки носят описательный характер, отражая какую-то одну или несколько сторон этого многогранного явления и из этого может сложиться впечатление, что в ДО вообще не используются традиционные информационные технологии, (такие как печатные издания в твердых копиях). Кроме того, к процессу ДО вполне можно > отнести и ситуацию, когда участники образовательного процесса территориально не разделены значительными расстояниями (проживают в одном городе, районе), но не могут иметь возможность,взаимодействовать при обучении из-за асинхронности (несовпадения во времени) графиков работы и жизнедеятельности.

Все выше перечисленные определения дают необходимый материал для формулирования общего понятия определения «дистанционное обучение».

Дистанционное обучение - это целенаправленный процесс интерактивного взаимодействия преподавателя с обучающимися и обучающимися между собой инвариантный (индифферентный) к их расположению в^ пространстве и времени, который реализуется в специфической дидактической системе.

Термин' электронное обучение [далее ЭО] сегодня употребляется наряду с термином «дистанционное обучение», но ЭО — более широкое понятие, означающее различные формы и способы обучения на основе информационных и коммуникационных технологий [далее ИКТ].

И. А. Калинин [30] определяет электронную систему обучения [далее ЭСО], как программное средство, содержащее некоторый материал по учебной теме или курсу и средства для проверки его усвоения. При этом изначально предполагается, что средство будет использоваться либо как

дополнение к существующему учебнику (и проводимому обучению), либо выполняет задачи «репетитора».

Таким образом, ЭСО - это обучающая программная система комплексного назначения, которая обеспечивает непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения, предоставляет теоретический материал, обеспечивает тренировочную учебную деятельность, осуществляет контроль уровня знаний, а также обеспечивает информационно-поисковую деятельность, математическое и ситуационное моделирование с компьютерной визуализацией, сервисные услуги при условии интерактивной обратной связи [31].

•

После всех вышеперечисленных определений систем электронного обучения, перейду к терминологии географических информационных систем.

Геоинформационная система - автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которой служит географическая информация. [58, 65, 68, 77]

Соответственно термин электронное дистанционное обучение геоинформационным системам можно охарактеризовать, как процесс дистанционного интерактивного взаимодействия обучающих и обучающихся между собой и различными средствами обучения геоинформационным системам, являющийся инвариантный (индифферентный) к их расположению в пространстве и времени, реализуемый в специфической дидактической системе.

1.2. Программные продукты, используемые в геоинформационных системах

С помощью ГИС можно достичь гораздо большего, чем просто создание карт. ГИС - это уникальный инструмент, который повышает на аналитическом уровне наше понимание "реального мира" с его различными уровнями информации и помогает реализовать комплексные количественные запросы по выбранным шаблонам, на основе которых, в свою очередь, можно принимать здравые решения' по управлению природными охраняемыми территориями. Среди других полезных аспектов применения ГИС можно перечислить - более эффективное поддержание инфраструктуры, более оперативное реагирование на возникновение проблем и более рентабельное-управление природными ресурсами: В связи с этим в сегодняшнее время довольно сложно найти область, в которой не используются ГИС приложения, поэтому существует огромное количество различных геоинформационных пакетов, решающие различные задачи. Специализированными ГИС программными продуктами для разработки систем в области наук о Земле можно считать:

MGE - модульная среда, насчитывает более 60-ти программных продуктов, предоставляющих средства создания и сопровождения ГИС проектов, анализа пространственной информации, вывода и отображения электронного картографического материала. Модули интегрированной среды MGE поставляются независимо друг от друга и их можно выбрать в зависимости от задач, которые требуется решать.

SICAD/open - комплексная система интеграции взаимозависимых описателей информации и графических объектов в банке географических данных. Преимуществом этой системы является то, что изменения в одной области автоматически отображаются в другой, а, следовательно, система имеет коллективный доступ и возможность сетевой распределенной обработки.

MicroStation GeoGraphics - ориентирован на работу с большими объемами информации и не выдвигает высоких требований к оборудованию. Достоинство GeoGraphics заключается в том, что это интеграционная ГИС-платформа высокого уровня. То есть все многообразие инструментов MicroStation-95 остается доступным пользователю GeoGraphics, как разработчику, и, кроме этого, предоставляется возможность создания собственных специализированных приложений на базе GeoGraphics.

AutoCADMap - полнофункциональный геоинформационный пакет в среде AutoCAD. Добавляет к функциональной мощи AutoCAD новые возможности управления данными, продвинутый картографический инструментарий и развитые функции ГИС-анализа. Поддерживает топологию. Включает широкий набор средств чистки картографических данных. Связь объектов с внешними документами различных типов. Интеграция с линией ГИС-продуктов Autodesk

GeoMedia - единый механизм ввода запросов, анализа, отображения данных из разнородных источников и распространения пространственной информации. С помощью GeoMedia можно осуществлять ввод данных, делать запросы, создавать тематические карты и легенды, проделывать сложные аналитические процедуры. Средства анализа в GeoMedia позволяют превращать геометрические объекты в тематические, отбирать те или иные тематические объекты, а также интегрировать в ГИС растровые изображения и объекты мультимедиа. С помощью средств определения классов и объектов, ввода, редактирования и размещения можно пополнеть и развивать данные, поддерживая их в актуальном состоянии.

Maplnfo - это обработка и анализ информации, имеющей адресную или пространственную привязку. Встроенный мощный язык запросов SQL ММ, благодаря географическому расширению, позволяет организовать выборки с учетом пространственных отношений объектов, таких как удаленность, вложенность, перекрытия, пересечения, площади и т.п. Также Maplnfo — это

открытая система. Язык программирования MapBasic позволяет создавать на базе Maplnfo собственные ГИС.

ArcView - продукт, предоставляющий конечному пользователю средства выбора и просмотра наборов разнообразных геоданных, их редактирования, создания макетов карт с легендами, графиками и диаграммами, связывания объектов карты с атрибутивной информацией, адресного геокодирования, использования растровых изображений, распечатки картографических материалов. Напрямую работает с базами данных ARC/INFO, ArcCAD, PC ARC/INFO, SDE, базами dBASE III и dBASE IV, имеет доступ к SQL DBMS (Oracle, Ingres, Sybase, Informix), читает файлы форматов DXF, DWG, IMG, DGN.

AtlasGis - простая в эксплуатации программа. Использование принципа what you see is what you шар (аналог WYSIWYG).

CADdy — программный продукт с возможностью выборки из баз данных, реализованных на основе dBASE формата и вывод в файлы- отчеты. Содержит функции поиска, редактирования, модификации элементов базы данных, а также редактор экранных форм и генератор отчетов. Прямая связь между чертежами CADdy и базой данных в обоих направлениях, например, для управления и ведения земельного и городского кадастра. Имеется возможность ввода фотографических данных в формате PCX и GIF. Модуль может использоваться со всеми прикладными модулями системы CADdy.

WinCAT - каждый слой в проекте может нести тематическую нагрузку Тематика может быть, создана для любых типов графических объектов: площадных, линейных, точечных и т.д. Информация в тематическом слое может отображаться как стиль графического объекта - цвет, заливка, стиль и толщина линии, размер символа и т.д., так и с применением элементов деловой графики, в виде диаграмм, гистограмм и т.д.[35,70.72,73,81,90]

1.3. Существующие классификации обучающих систем по геоинформационным технологиям:

На сегодняшний момент существует 3 классификации обучающих систем в области геоинформационных технологий. Рассмотрим подробнее каждую из них.

Кейс — системы по ГТ: учебно-методические материалы по геоинформационным системам четко структурируются и соответствующим образом комплектуются в специальный набор ("кейс") и (каждый учебный курс обеспечивается специальным учебным пособием по направлению ГТ, программой и методическими указаниями, помогающими осваивать учебный материал, демонстрационными версиями ГИС программных продуктов. Модульный принцип формирования учебных планов позволяет успешно сочетать потребности обучаемых с требованиями образовательных стандартов в области ГИС. Данный набор пересылается обучаемому для самостоятельного изучения с периодическими консультациями у специальных преподавателей - консультантов или инструкторов в созданных для этих целей удаленных (региональных) учебных центрах [далее РЦ] или пунктах. Также обучаемому присылаются все необходимые для выполнения задания, после выполнения которых ему необходимо также выслать свои результаты обратно в ВУЗ.

TV - системы по обучению ГТ: базируются на использовании телевизионных лекций в области геоинформационных технологий с консультациями у преподавателей - методистов. Использование данного метода уже давно нашло отражение в различных телевизионных курсах не только в обучении ГИС, но и по различным другим дисциплинам и научным направлениям. Однако, в условиях экономической нестабильности и скудности финансирования системы образования России, серьезных работ в этом направлении в последние годы практически не предпринимается.

Сетевые системы в обучении ГТ: базируются на использовании сети ИНТЕРНЕТ/ИНТРАНЕТ для обеспечения обучаемых учебно-методическим материалом, в том числе цифровыми картами, электронными моделями местности, интерактивного взаимодействия между преподавателем и обучаемыми с целью объяснения возникающих вопросов, получения дополнительных материалов в области ГТ. Посредством использования Интернета/Интранета слушателям ЭСО представляется возможность работать с современными ГИС программными продуктами (ArcView, Maplnfo и т.д.).

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Кудж, Станислав Алексеевич

Основные результаты и выводы

Созданы модели представления данных в системе электронного обучения геоинформационным технологиям, позволяющие эффективно организовывать информационные блоки и успешно решать задачи получения пользователями теоретических знаний и практических навыков работы в геоинформационных программных продуктах. Заложенная в созданных моделях направленность на легкое масштабирование и конверсию данных позволяет применять созданные на их основе информационные блоки в области обучения геоинформационным технологиям.

Разработан набор программных инструментов, помогающих пользователю эффективно работать с информацией в области ГИС. Модульная структура разработанной системы и использование современных средств проектирования позволили существенно снизить суммарную стоимость проекта и уменьшить время, затраченное на разработку самого программного обеспечения.

На основе электронно-обучающей системы был разработан механизм для объединения накопленных данных по геоинформационным системам в одном программном продукте (разделы «Библиотека», «Дополнительные материалы», «Ссылки», «Словарь терминов» и т.д.).

В процессе работы над диссертацией были достигнуты следующие цели: обобщен накопленный опыт и разработаны принципы построения систем электронного обучения в области геоинформационных технологий, ориентированной на обучение пользователей специальности ГИС и решение задач эффективного и максимально полного информационного обеспечения специалиста, занятого в данной области.

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

• Проанализированы существующие системы электронного обучения геоинформационным технологиям, что позволило определить основные функции СЭО, использующих электронное дистанционное обучение в области ГТ, составить необходимые критерии и показать, что существующие программные комплексы не в полной мере удовлетворяют необходимым требованиям.

• Исследованы основные формы и методы организации учебного процесса при использовании нестандартного обучения геоинформационным технологиям, которые позволили спроектировать функциональную схему информационной среды, включающую в себя ряд взаимосвязанных информационных компонентов, совместное функционирование которых позволяет решать поставленные перед системой .

• Определены объекты, и связи между ними, по геоинформационным технологиям, которые должны быть представлены в системе в виде отдельных информационных единиц.

• Разработаны методологические аспекты построения системы электронного обучения геоинформационным технологиям.

• Спроектированы словари данных СЭО ГТ, с описанием всех таблиц БД и разработаны структуры базы геоданных СЭО ГТ, связывающие информационные блоки, используемые программными компонентами системы.

• Разработана общая структура системы электронного обучения геоинформационным технологиям с учетом требований, предъявляемых к хранению информационных материалов при построении такого рода систем.

• Разработана методика работы пользователей ЭОС с современными геоинформационными пакетами программных средств.

• Проведены экспериментальные исследования работы ЭОС в области геоинформационных технологий, которые показали, что эффективность обучения современным ГИС программным продуктам посредством использования ЭОС в области ГТ в 1.27 раза более эффективно, чем очное обучение, что подтверждает теоретические положения, изложенные в диссертационной работе.

Научная новизна работы:

Разработана классификация, основанная на результатах системного анализа существующих СЭО ГТ.

Разработана структура информационно-программной среды, позволяющая пользователям или экспертам проводить исследовательские и проектные работы с использованием современных геоинформационных программных продуктов.

Разработаны схемы взаимодействия информационных потоков в системе электронного обучения в области ГТ.

Разработаны алгоритмы управления программным комплексом СЭО в области ГТ, позволяющие пользователям или экспертам минимизировать затраты времени и ресурсов на поиск и анализ информации, а также организовывать обмен информационными блоками.

Сформулированы принципы построения СЭО в области ГТ.

Обоснован выбор программных средств, необходимых для проектирования СЭО в области ГТ с учетом работы со сверхбольшими информационными потоками.

Разработан способ представления информационных материалов в системе электронного обучения геоинформационным технологиям, основанный на использовании Web-технологий и заключаются в минимизации количества запросов к БД, за счет использования функции кэширования запросов пользователей и требований, предъявляемых при работе со сверхбольшими объемами информации.

Разработаны программные блоки, необходимые для функционирования СЭО в области ГТ при работе со сверхбольшими объемами информации, модуль обработки запросов пользователя, модуль передачи информационных потоков, модуль хранения разнородных данных, модуль удаленной работы пользователей системы с III1 в области геоинформационных технологий и т.д.

Практическая значимость: разработанная система электронного обучения в области геоинформационных технологий, в отличие от существующих на сегодняшний момент аналогов, позволяет наиболее эффективно использовать современные информационно-методические материалы и 1111 в процессе обучения слушателей ГТ, за счет использования новых функциональных блоков, предлагаемой методики хранения, передачи и представления сверхбольших объемов информации, проверки знаний в модуле «Консультации» и т.д. Разработанный ПП позволяет значительно сократить затраты при обучении слушателей современным ГТ. В рамках данной системы спроектирован удобный и не требующий специальных навыков интерфейс. Предлагаемый принцип представления знаний в области геоинформационных технологий может быть использован в других областях, в результате чего система в целом приобретает дополнительную привлекательность в условиях рынка научных исследований. Программный комплекс по обучению ГТ внедрен в учебный процесс на кафедре Информационно-измерительных систем Московского государственного университета геодезии и картографии в обучении студентов факультета прикладной космонавтики специальностей «Информационные системы», «Организация и технология защиты информации».

Апробация работы; основные положения и результаты исследований докладывались как очно, так и в виде тезисов на 56, 57-й и 58-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных МИИГАиК, а также на международных конференциях: на 59-й юбилейной конференции студентов и аспирантов «225 лет МИИГАиК», на 4-ом международном конгрессе «Геоматика2004» (Гавана, Куба), на 35-ой международной конференции научных достижений (Париж, Франция). На научных семинарах кафедры информационно-измерительных систем Московского государственного университета геодезии и картографии. На конференциях «Современная образовательная среда» в г.Нижний Новгород, «Современные информационные технологии», Институт информационных технологий г. Москва.

Работа демонстрировалась на выставках: «Современная учебная техника» во Всероссийском Выставочном Центре в 2002г. и 2003г.), «Современные образовательные технологии» г.Орел (2001 г.).

Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ за № 2001611294 (Электронно-обучающая система для локальной и глобальной сети «Интернет» (ЭОС)).

Публикации: по теме диссертации опубликованы 12 статей.

Автор выражает глубочайшую признательность руководителю работы профессору Майорову А.А. и консультанту работы доценту Кононову А.В. за неоценимую помощь и поддержку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кудж, Станислав Алексеевич, 2004 год

Список литературы:

1. Постановление Правительства РФ №630 от 28.08.2001г.. О федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы) // http ://www.ed.gov .ru/ntp/ fp/pfzp/progr.txt

2. Приказ Министра образования РФ №2040 от 31.05.2002 г. // http://www.ed.gov.ru/ntp/fp/pfzp/2040.doc

3. Об информации, информатизации и защите информации. Федеральный закон №24-ФЗ от 20.02.95г.

4. Указ Президента РФ «Вопросы деятельности Комитета при Президенте РФ по политике информатизации» №328 от 17.02.1994 г.

5. Указ Президента РФ «Об основах государственной политике в сфере информатизации» №170 от 20.01.1994 г.

6. Шапиро Э.Л. Знания о мире и их информационные модели // НТИ Серия 2. 1982 г. №9

7. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: ВШ, 1995 г.

8. Соколинский Л., Сбитнев К., Интернет версия электронного толкового словаря по программированию и базам данных // Научный сервис в сети Интернет : Тез. Докл. Всероссийской научной конференции (20-25 сентября 1999 г. Новороссийск). Изд. - МГУ, 1999 г., С-234-239.

9. Уэно X., Исидзука М. Представление и использование знаний. М., 1989 г.

lO.Shneiderman В., Kearsley G., Hypertext hands - ON!: An Introduction to a New Way of Organizing and Accessing Information. Addison-Wesley Publishing Company. 1989 r.

И. Плеухова Л.Ф., Ситников Ю.К., Учебные базы данных, как элемент компьютерного информационного обеспечения учебного процесса. // Тез. Докл. конференции ЭНИТ (17-19 мая 2000 г.)

12. Вдовюк В.И., Шабанов Г.А. Педагогика высшей школы: современные проблемы. -М: ВУ, 1996, -68с.

13. Давыдов Н.А. Педагогика -М: ИЭП, 1997, -134с

14. Сборник категорий, понятий и терминов по военной педагогике ВВШ./ Под ред. П.Н. Городова. -М:1990, -63с.

15. Основы военно-педагогических знаний. -М.: ВПА, 1989, -243с

16. Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М., Педагогика, 1989г.

17. Трифонов В.В. Учебный процесс и его методическое обеспечение. -М.: 1993, В А им. Ф.Э. Дзержинского, -262с.

18. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний-М.: МГУ, 1984.

19. Архангельский С.И. Лекции по теории обучения в высшей школе. -М.: ВШ,-1974. -384с.

20. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе. -М.: Просвещение, 1985.

21. Педагогика. Под ред. С.П. Баранова, В.А Сластенина -М.: 1986.

22. Гарунов М.Г., Семушина Л.Г., Фокин Ю.Г., Чернышев А.П. Этюды дидактики высшей школы. -М.: НИИ ВО, 1994, -135с.

23. Золотарев А.А. и др. Теория и методика систем интенсивного обучения. Т. 1-4.-М.: МГТУ ГА, 1994.

24. Дистанционное образование // Проблемы информатизации высшей школы. Бюллетень, 1995 г., № 3.

25. Домрачев В.Г. Дистанционное обучение: возможности и перспективы // Высш. образ, в России, № 3, 1994 г.

26. Полат Е.С., М.В Моисеева, А.Е. Петров, М.Ю. Бухаркина, Ю.В. Аксенов, Т.Ф. Горбунькова Дистанционное обучение М.: ВЛАДОС, 1998, 192с

27. ТихоновА.Н., Абрамешин А.Е., Воронина Т.П., Иванников А.Д., Молчанова О.П._Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты -М.: Вита-пресс, 1998,256с.

28. Педагогический словарь. -М.: Педагогика, 1960.

29. Буторина Т. С. Дидактические основы использования информационно-педагогических технологий в подготовке электронного учебника // Электронные учебники и учебно-методические разработки в открытом образовании: Тезисы докладов семинара. М.: Издательство МЭСИ, 2000. С. 48-50.

30.Калинин И.А. Принципы разработки электронных средств обучения Internet: Hiperlink http://real-estate.ru/estate-center

31.3айнутдинова JT. X. Создание и применение электронных учебников. Астрахань: изд. "ЦНТЭП", 1999. 364 с.

32.В. JI. Усков, М. Ускова. Информационные технологии в образовании. -Информационные технологии, 1999, сс. 31-37.

33.Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты / Под редакцией А. Н. Тихонова. - Москва, 1998, с. 256.

34.Отчет Комитета аккредитации высшего образования США в 1998 году - http://chea.org/Perspective/assuring.html.

35. Michael N. DeMers. Географические Информационные Системы. Основы. - М.: Издательство ДАТА+, с. 264-274

36.Соколинский JL. Web - репозиторий как средство организации научной информации в сети Интернет // Интернет и современное общество: Тез. 2-й Всероссийской научно-методической конференции (29 ноября - 3 декабря 1999 г. - Санкт -Петерб.) Изд. С.-П. ун. - 1999 С.52-54

37.Стив Шайник. Управление сетями и системами с помощью XML. -Ьап/Журнал сетевых решений. #11/99

38.П1ураков В.В. Автоматизированное рабочее место для статической обработки данных. - М., 1990

39.Геннадий Верников. Технологическая эволюций корпоративных информационных систем, http://www.cfin.ru/vernikov/

40.Веселов В., Долженков A. XML и технологии баз данных. - Открытые системы №05-06/1999

41.Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М., 1987

42. Александр Печерский. Язык XML -практическое введение. Часть 1 и 2

43.Вейнеров О.М., Самохвалов Е.Н. Проектирование баз данных САПР. М., 1990

44. Гудков П.Г. Рынок компьютерных программ в 2001 году: тендеры и тенденции // Сборник трудов XI конференции «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2001») Часть 3 - М., МИФИ, 2001, 103 стр.

45.Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон A. UML - Руководство пользователя

46. Кузнецов С., Объектно-ориентированные базы данных - основные концепции, организация и управление: краткий обзор, www.citforum.ru

47.Постановление Правительства РФ №630 от 28.08.2001. О федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)»

48. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М.,1985

49.Гудков П.Г., Сергеевский С.С., Урнов В.А. Анализ возможных требований к образовательным мультимедиа - продуктам с позиций семиотики // Материалы XIII Международной конференции «Применение новых технологий в образовании». Часть 2. — Троицк: Байтик, 2001, 5 стр.

50.Пекелис В. Кибернетика от А до Я. М., 1990

51. Дмитриев В. Прикладная теория информации. М., 1989

52,Орлов С. Программные продукты поддержки презентаций. Computer World, № 39, 1995 г., 28-31 стр.

53. Афанасьев К.Е. Создание единого информационного пространства и проблемы содержательного наполнения. // Регион: управление и информатизация. Кемерово: Кузбассвузиздат. 1995. - с.83-88.

54.Усков В.Л. Дистанционное инженерное образование на базе Internet/Библиотека журнала "Информационные технологии", 2000, №3

55.Проект Learning content management system, http://wmv.e-connect-ed.com

56.Сайт комитета стандартов обучающих технологий IEEE (Learnng Technology Standars Commettee, institute of electrical and electronics Engineers) http://ltsc.ieee.org

57.Российский портал открытого образования, http://www.openet.ru

58. Берлянт A.M., Жалковский Е.А. К концепции развития ГИС в России. // ГИС - обозрение. - лето, 1996. - С. 7 -11.

59. Бугаевский JL, М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы. - М.: Златоуст, 2000. 224 с.

60. Бугаевский JI.M. Математическая картография. - М.: Златоуст, 1988. -480 с.

61. Бугаевский JI.M, Цветков В.Я., Флейс М.Э Терминологическая основа и вопросы обучения ГИС // Информационные технологии,2000,№11,с.11-16

62. Жалковский Е.А., Халугин Е.И., Комаров А.И., Серпуховитин Б.И. Цифровая картография и геоинформатика. - М.: "Картоцентр-Геодезиздат", 1999

63. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. - М.: МаксПресс, 2001. - 347 с.

64. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Информационная безопасность в геоинформатике. - М.: МаксПресс, 2004. - 334 с.

65. Киенко Ю.П. Основы космического природоведения. - М.: Картоцентр-Геодезиздат, 1999 - 285 с.

66. Кондратьев К.Я., Крапивин Б.Ф., Савиных В.П. Перспективы развития цивилизации: Многомерный анализ. — М.: Логос 2003. — 576 с.

67.Кулагин Ю.В. П., Цветков В. Я. Геоинформатика как метанаука// XXVIII международная конференция и дискуссионный научный клуб Информационные технологии в науке, образовании и бизнесе.- Гурзуф, 2000, с 91-92.

68. Майкл Де Мере Географические информационные системы. Основы. -М.: Дата+, 1999

69. Максудова Л.Г., Савиных В.П., Цветков В.Я Интеграция наук об окружающем мире в геоинформатике // Исследование Земли из космоса.-№1.-2000. с.46-50.

70. Максудова Л.Г., Цветков В.Я. От информации к информационным ресурсам // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №1. с.93-98.

71. Максудова Л.Г. Цветков В.Я. Классификация информационных ресурсов //Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №4. с. 140-149

72. Максудова Л.Г., Цветков В.Я. Информационное моделирование как фундаментальный метод познания.// Геодезия и аэрофотосъемка, 2001, № 1. с. 102-106

73. Матвеев СИ., Коугия В.А., Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте. - М.: УМП МПС России, 2002 - 288 с.

74. Месарович М., Мако Д., Такахара Н. Теория иерархических многоуровневых систем. - М.: Мир, 1973.

75. Основы геоинформатики. В 2-х кн. / под ред. B.C. Тикунова. М.: "Академия", 2004, Кн.1- 359 с, Кн.2 - 480 с.

76. Поляков А.А., Цветков В.Я. Прикладная информатика.- М.: "Янус-К", 2002. -392 с.

77. Савиных В.П., Кучко А.П., Стеценко А.Ф. Аэрокосмическая фотосъемка. -М.: Картоцентр-Геодезиздат, 1997 - 378 с.

78. Савиных В.П., Малинников В.А., Сладкопевцев С.А., Цыпина Э.М. География из космоса. - М.Из-во МИИГАиК, 2000. -234 с.

79. Савиных В.П., Цветков В Л. Геоинформационные анализ данных дистанционного зондирования. М.: Картоцентр - Геодезиздат, 2001. -224с.

80. Савиных В.П., Цветков В.Я. Интеграция технологий ГИС и систем дистанционного зондирования Земли // Исследование Земли из космоса. — 2000. — №2.—С.83—86.

81. Скопин А.Ю. Введение в экономическую географию. - М.: ВЛАДОС, ИМ-ПЭ, 2001 -272 с

82. Тихонов А.Н.. Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений. - М.: МаксПресс 2001 -312 с.

83. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. - Издательство Оксфордского университета, 1991 г.

84. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии - М.: Финансы и статистика, 1998. -278 с

85. Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование // Информационные технологии, 1999, №3. с. 23- 27.

86. Цветков В.Я. Стандартизация информационных программных средств и программных продуктов. - М.: МГУГиК, 2000 - 116 с.

87. Цветков ВЛ. Цифровые карты и цифровые модели // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №2. с. 147-155.

88. Цветков В Л. Создание интегрированной информационной основы ГИС // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №4. с. 150-154.

89. Цветков В Л. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №5, с. 142-145.

90. Цветков В Л. Геомаркетинг - М.: Финансы и статистика 2002 -224 с.

91. Путилов Г.П. Концепция построения информационно-образовательной среды технического вуза/ М.: МГИЭМ, 1999.

92. Малыгин Е.Н. и др. Автоматизированная лаборатория удаленного доступа "Проектирование и эксплуатация технологических систем". — Информационные технологии, 1999, № 11

93. Загидуллин P.P., Зориктуев В.Ц. Концептуальные вопросы дистанционного образования. - Информационные технологии, 1999, № 5.

94,Открытое образование: предпосылки, проблемы, тенденции развития/Под ред. В.П.Тихомирова//Изд-во МЭСИ, М.: 2000.

95.Усков В.JI. Дистанционное инженерное образование на базе Internet / Библиотечка журнала "Информационные технологии", 2000, № 3.

96. Норенков И.П. По WWW-страницам учебных серверов. -Информационные технологии, 1997, № 3.

97. Аршинов В.И. Новое качество современной науки. //Природа. 1991. № 2.-С. 13-17.

98. Байн А.Б. Адаптация студентов к вузовскому учебному процессу как фактор успешности обучения. //Социально-экономические и психолого-педагогические проблемы непрерывного образования. -Кемерово, 1995. - С. 80-82.

99. Батура М.П., Ломако А.В., Шилин Л.Ю. Рейтинговая система обучения на базе современных компьютерных технологий. Ч. 1. -Минск, 1993. -55 с.

100. Белов В.П., Ткачев В.М. Формы применения информационных средств в учебных процессах. //Опыт информатизации образования в высшей школе: состояние и перспективы. Сб. ст. к конф. /Иван. гос. арх.-строит. акад. - Иваново, 1996. - С. 24-27.

101. Белова Т.В. Гуманитаризация и компьютеризация как способы обновления в развитых странах. //Наука - производство - образование. -М., 1991.-С. 124-131.

102. Беляева В. А. К вопросу о философии педагогического образования. //Общепедагогические проблемы образовательного процесса в высшей школе. - Рязань, 1996. - С. 3-5.

103. Бобырева А.П., Калинин С.А. Современные тенденции развития высшего образования в мире. //Оптимизация содержания, форм и условий подготовки специалистов без отрыва от производства: Тез. докл. П Респ. конф. - М., 1996. - С. 18-20.

104. Богатырь Б.Н. и др. Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе. //Рос. НИИ систем, интеграций. - М., 1993. - 71 с.

105. Васютин Ю.С., Горелов И.Е. Основы методики учебных занятий. Самостоятельная работа - основа учебы слушателей заочного отделения. - Курск, 1996. - 43 с.

. 106. Внедрение эффективных форм и методов обучения при подготовке конкурентоспособных специалистов: Тез. докл. науч.-метод. конф. - Волгоград, 1995. - 112 с.

107. Вовненко Г.И. Проблемы формирования информационного общества в России. //Актуальные проблемы естественных и гуманитарных наук. - Ярославль, 1995. - С. 120-124.

108. Воронина Т.П. Философские проблемы образования в информационном обществе: Автореф. дис. ... д-ра филос. наук. /МГУ им. М.И. Ломоносова. - М., 1995. - 41 с.

109. Воронова Г.В. Особенности целеполагания в учебном процессе заочного технического вуза. //Оптимизация содержания, форм и условий подготовки специалистов без отрыва от производства: Тез. докл. П Респ. конф. - М., 1996. - С. 39-40.

110. Высшее образование за рубежом. Информационно-аналитический справочник. - Тверь, 1996. - 168 с.

111. Высшее образование в России: история, проблемы, перспективы: Междунар. науч. конф. Тез. докл. Вып. 2. - Ярославль, 1994. - 144 с.

112. Высшее образование в современных условиях: Всерос. науч.-метод. конф. Тез. докл. /ИПЦ СПГУВК. Гос. ком. РФ по высшему образованию. Ч. 2. - СПб., 1996. - 246 с.