Сфера наукових інтересів – інформаційні технології в САПР, логічне моделювання цифрових схем і систем, логічне проектування ВІС, мультимедіа і мережні інформаційні технології та ресурси, дистанційне навчання. За роботу з інтеграції підсистем САПР нагороджений дипломом 2-го ступеня ВДНГ УРСР.
Система підтримки дистанційного навчання Neocad
На кафедрі САПР НТУУ „КПІ” створена система або віртуальний університет – навчальний WWW сервер NeoCAD, якій розташовано на кафедрі САПР. Система включає:
· програмне забезпечення для керування дистанційним навчанням, яке базується на використанні Web серверу в операційному середовищі Windows NT;
· базу навчальних курсів і базу навчально-методичної документації з дистанційного навчання, які будуються в середовищі серверу MS SQL 7.0.
У середовищі NeoCAD керування віртуальним навчальним процесом будується на основі типової учбово-методичної документації і нормативної бази, прийнятої в Україні.
В результаті, студенти зможуть одержувати навчальні матеріали з можливістю інтерактивного контакту з викладачем, відповідно до навчальних планів відповідних фахів і здавати тести в зручний для них час і з будь-якого робочого місця, обладнаного комп’ютером якій має зв’язок із корпоративною комп’ютерною мережею навчальних закладів України або з комп’ютерною мережею Інтернет.
База навчальних матеріалів створюється з використанням технології гипермедиа – з’єднання тексту, графіки, звука і анімації, що сприяє кращому запам’ятовуванню і розумінню навчального матеріалу.
Управління знаннями в віртуальному освітньому середовищі
Загальна модель навчання користувачів грід-інфраструктури у віртуальному середовищі дистанційного навчання вимагає організації управління знаннями на трьох взаємодіючих рівнях [1]:
- Синтаксичний (об’єктний) — організація зберігання різнорідних джерел знань: текстів, даних з метаописом джерел в загальному репозиторії. Для інтеграції джерел знань в загальну систему управління знаннями необхідна їх анотування в категоріях загальної наочної онтології.
- Семантичний (понятійний) — визначення рубрикації знань, загальної для всіх джерел знань, тобто побудова онтології знань, під якою розуміється таксономія основних категорій знань і правил інтерпретації їх семантики.
- Прагматичний (рівень застосувань) — визначення інформаційних потреб користувачів і профілів їх знань. Даний рівень у віртуальній освіті відноситься до інтелектуальних завдань, які вирішуються на основі знань і вбудовуються в загальний процес, що визначає контекст для обробки, аналізу і ухвалення рішень.
До основних інтелектуальних завдань, які вирішуються за допомогою системи управління знаннями у віртуальній освіті відносяться:
- Пошук навчального матеріалу у віртуальному освітньому середовищі.
- Генерація і автоматизована перевірка тестів контролю знань.
- Генерація електронних навчальних курсів.
- Проведення консультацій, колективне навчання і розробка колективних проектів.
Для управління знаннями у віртуальному освітньому середовищі має бути створена інформаційна система управління знаннями (ІСУЗ), яка засновується на web-технологіях і дозволяє подолати комунікаційні і просторово-географічні бар’єри на шляху спільного використання знань.
Як правило, в просторі знань будь-якої предметної області можна виділити декілька підобластей. Для кожної з підобластей знань може бути розроблена власна онтологія. Обмеження масштабів моделі рамками конкретної підобласті приводить до спрощення моделі, дозволяє задіяти експертів-викладачів вузької спеціалізації. Узгодження цих відносно невеликих онтологій може бути забезпечене розробкою онтології верхнього рівня і програмних засобів для її супроводу (рис. 1).
Засоби мережевого менеджменту керують процесом доступу до навчальних матеріалів, що централізовано зберігаються і оновлюються. Для цього потрібно зберігати інформацію про студентів та викладачах (час, на який студент підписаний на курс, які викладачі навчають студента, результати тестування та іспитів і т.п.), стислий опис навчальних курсів, які передбачені програмою, теми лабораторних робіт, рефератів, курсових робіт, курсових проектів, розрахунково-графічних робіт і іншу учбово-методичну документацію.
Для створення системи керування дистанційним навчанням обрана 3-х рівнева клієнт/серверна архітектура, виходячи з її наступних переваг:
· Забезпечення захисту бази даних від клієнтських програмних застосувань. І навпаки, охорона програмних застосувань клієнтів від деталей складної організації серверної частини і її можливих змін.
· Розміщення бізнес-правил на комп’ютері, відмінному від комп’ютера, на якому зберігається база даних, щоб уникнути зниження продуктивності роботи серверу бази даних.
· Розміщення деяких бізнес-правил на стороні клієнта для зменшення мережного навантаження.
Система дистанційного навчання орієнтована на її використання великою кількістю користувачів. Тому треба забезпечити високу швидкість одночасної роботи багатьох користувачів і надійність цієї роботи. Для побудови такої системи впроваджені засоби і технології Microsoft Windows NT® Server 4.0 Enterprise Edition:
·Internet Information Server 4.0 і Active Server Pages;
·Microsoft Transaction Server;
·Microsoft SQL Server™ 7.0 Standard Edition.
База даних системи керування дистанційним навчанням у середовищі Інтернет є багаторівневим Web застосуванням, побудованим за технологією Windows Distributed interNet Architecture (DNA). Для забезпечення одночасного доступу великої кількості користувачів до бази даних на MS SQL Server 7.0 використані Active Server Pages (ASP), розміщені на Web сервері Internet Information Server. ASP сценарії викликають компоненти середнього рівня, що використовують Active Data Objects (ADO), і працюють під керуванням Microsoft Transaction Server. Ці компоненти виконують доступ до даних.
Система використовує стандартний протокол TCP/IP мережі Інтернет/Інтранет і містить у собі наступні модулі:
· мережне операційне середовище, що забезпечує погоджену роботу всіх систем ДН як у локальній, так і в розподіленій (глобальної) комп’ютерних мережах;
· підсистему керування навчальним процесом, тобто планування і контроль навчання;
· комплекс автоматизованих навчальних курсів, що мають охопити всі необхідні теми навчання;
· підсистему учня (студента);
· систему викладача-тьютора;
· підсистему автора навчальних курсів;
· мережну базу даних.
Система супроводжує роботу користувачів чотирьох рівнів: адміністратора системи ДН, викладача-тьютора, викладача-автора навчальних курсів, студента.
Інформаційне наповнення системи NeoCAD створюється з використанням WWW технології та складається з:
- Дистанційних навчальних курсів, що надають необхідні знання шляхом поєднання графічної, текстової, відео та аудіо інформації та анімації,
- системи контролю за процесом засвоєння знань,
- засобів відпрацьовування навичок використання придбаних знань за допомогою вбудованих програм моделювання.
Процес навчання, як правило, асинхронний, він не потребує одночасної присутності біля комп’ютерів викладача і учнів. Навчальні матеріали передаються по мережі та являють собою комплект спеціально розроблених лекцій для самостійного навчання. Навчальні матеріали чергуються з питаннями, відповідаючи на які, студент контролює ступінь засвоєння матеріалу, а також аналізує конкретну робочу ситуацію і шукає шляхи її поліпшення.
У світі відомо більше десятка різних середовищ дистанційного навчання: WebCT, e-Teaching Solution, e-Education, Course Info, Lotus Learning Spice, TELD. Найбільш відомі це Lotus Learning Spase та WebCT. Система Lotus Learning Spice є розробкою компанії Lotus і базується на її програмній платформі. WebCT є розробкою Ванкуверського університету (Канада) і базується на платформах Unix та Win32. Всі ці системи комерційні. При існуючий структурі програмного забезпечення Вузів України, впровадження системи NeoCAD, в який для автоматизації створення навчальних курсів застосовується WebCT, має вагомі економічні переваги.
Керування мережними ресурсами віртуального університету здійснюється поетапно.
Перший етап. Реєстрація користувачів, що зацікавлені в здійсненні дистанційного навчання в рамках запропонованих курсів підготовки за різними напрямками. Формування навчальних груп. Прикріплення до кожної з груп тьюторів-консультантів. Складання навчального плану, робочого навчального плану, робочої навчальної програми, навчальної програми. Підготовка контенту навчальних курсів, тестів та інших навчальних матеріалів в рамках навчальних дисциплін.
Другий етап. За часом співпадає з семестром і повторюється залежно від кількості семестрів в програмі навчання. Протягом другого етапу здійснюється безпосереднє адміністрування процесу навчання, яке полягає в наступному:
- збір інформації про виконання учбового плану кожним студентом;
- координація роботи викладачів і тьюторів;
- своєчасне інформування всіх користувачів СПДН (студентів, тьюторів, викладачів);
- забезпечення стабільної роботи СПДН.
За наслідками кожного семестру вносяться відповідні зміни в базу.
Третій етап. Якщо студент або слухач закінчив навчання:
- учбовий план програми навчання виконаний повністю і успішно пройдена підсумкова атестація – видається диплом про вищу освіту (або диплом про професійну перепідготовку);
- отримані позитивні результати по окремих курсах – видається сертифікат (академічна довідка).
Управління знаннями в віртуальному освітньому середовищі
Загальна модель навчання користувачів грід-інфраструктури у віртуальному середовищі дистанційного навчання вимагає організації управління знаннями на трьох взаємодіючих рівнях [1]:
- Синтаксичний (об’єктний) — організація зберігання різнорідних джерел знань: текстів, даних з метаописом джерел в загальному репозиторії. Для інтеграції джерел знань в загальну систему управління знаннями необхідна їх анотування в категоріях загальної наочної онтології.
- Семантичний (понятійний) — визначення рубрикації знань, загальної для всіх джерел знань, тобто побудова онтології знань, під якою розуміється таксономія основних категорій знань і правил інтерпретації їх семантики.
- Прагматичний (рівень застосувань) — визначення інформаційних потреб користувачів і профілів їх знань. Даний рівень у віртуальній освіті відноситься до інтелектуальних завдань, які вирішуються на основі знань і вбудовуються в загальний процес, що визначає контекст для обробки, аналізу і ухвалення рішень.
До основних інтелектуальних завдань, які вирішуються за допомогою системи управління знаннями у віртуальній освіті відносяться:
- Пошук навчального матеріалу у віртуальному освітньому середовищі.
- Генерація і автоматизована перевірка тестів контролю знань.
- Генерація електронних навчальних курсів.
- Проведення консультацій, колективне навчання і розробка колективних проектів.
Для управління знаннями у віртуальному освітньому середовищі має бути створена інформаційна система управління знаннями (ІСУЗ), яка засновується на web-технологіях і дозволяє подолати комунікаційні і просторово-географічні бар’єри на шляху спільного використання знань.
Як правило, в просторі знань будь-якої предметної області можна виділити декілька підобластей. Для кожної з підобластей знань може бути розроблена власна онтологія. Обмеження масштабів моделі рамками конкретної підобласті приводить до спрощення моделі, дозволяє задіяти експертів-викладачів вузької спеціалізації. Узгодження цих відносно невеликих онтологій може бути забезпечене розробкою онтології верхнього рівня і програмних засобів для її супроводу.
Визначення міри подібності між документами навчальних курсів зводиться до пошуку подібності між наборами зважених термінів онтологій. Методи розрахунку оцінки подібності/відстані між семантичними метаданими викладені в [2]. Використання понять онтологій і оцінок семантичної близькості дозволяє створити єдиний інтелектуальний простір, в якому розміщені всі об’єкти предметної області, що містять знання.
На даний момент консорціумом World Wide Web Consortium розроблені дві базові моделі для представлення знань в Semantic Web — Resource Description Framework (RDF) [3] і Ontology Web Language (OWL) [4].
Процес розробки ІСУЗ включає наступні етапи:
1. Розробка онтології предметної області: створення ієрархії класів, властивостей, відносин між класами, їх характеристик. Для необхідно використовувати так звані редактори онтологій (наприклад, розробку Стенфордського університету «Protege» [5]).
2. Наповнення онтології даними, або, іншими словами, створення бази знань. Багато редакторів онтологій дозволяють створювати також і бази знань.
3. Розробка структури веб-серверу навчального ресурсу у вигляді онтології і відповідної бази знань.
4. Реалізація шаблонів для візуалізації бази знань.
Для управління змістом вже готового веб-серверу навчального ресурсу передбачається використання тих же засобів, які застосовувалися для створень онтологій і баз знань [1].
Онтологічна модель предметної області, яку будує викладач, дозволяє забезпечити об’єктивний автоматизований контроль знань користувачів, отриманих ними у процесі навчання на семантичному рівні.
Перелік посилань:
- Рогушина Ю.В. Використання онтологічного аналізу предметних областей в системах дистанційної освіти. – К: Інститут програмних систем НАНУ. – 2006
- Гаврилова В.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. — СПб: Питер, 2001.
- «RDF/XML Syntax Specification (Revised)».-режим доступу: http://www.w3.org/TR/rdf-syntax-grammar.
- Web Ontology Language.- Режим доступу: http://www. w3.org/TR/owl-features. – Дата доступу: 26.05.2010.
- Protege is an ontology editor and a knowledge-base editor. – Режим доступу: http://protege.stanford.edu .
Напишіть відгук