Онтология и таксономия метаданных электронных учебных документов

Современный уровень развития прикладных информационных технологий позволяет создавать различные формы представления информации (в том числе и мультимедийные, то есть аудиовизуальный поток) и демонстрировать такие формы для различного типа аудиторий, в том числе и для заочной аудитории. Относительно невысокие затраты на создание упомянутых форм представления (визуализации и попутного воспроизведения аудиопотока) информации, а также доступность средств для их создания (как например, PowerPoint от компании «Microsoft») делают возможным разработку, применение и распространение мультимедийных форм и сфере образовательных услуг. Однако следует заметить, что, как и художником (в профессиональном смысле), невозможно стать, ограничившись изучением информационных технологий в области обработки графической информации, так и нелепо добиваться желаемого результата при создании презентационных материалов для целей обучения, не отдавая должное правилам визуализации, а также соблюдению требований организации контента (то есть структуры и содержания представляемой информации). В настоящей статье автор ставит цели, определяет задачи и рассматривает возможное решение проблем, связанных с системати- зацией электронных учебных материалов (далее – ЭУМ) в высшем учебном учреждении. Разработка форм визуализации дидактических единиц (или их элементов) не только не составляет существенных трудовых затрат для преподавателей, но и становится стандартом «де-факто» при оценивании их компетенции. С точки зрения саентологии формирование визуальных образов является необходимым средством при обучении (так называемый эффект создания «массы»), однако в большинстве случаев, реализацией именно этого аспекта возможности электронных учебных материалов в форме презентаций и заканчиваются. Таким образом, следует констатировать факт отсутствия в простых презентационных формах (распространённый формат «ppt») возможности управления процессом обучения, контроля умений и навыков обучаемого.

Автор далёк от критики собственно презентационного формата «ppt» и средств создания и визуализации таких учебных презентаций, хотя нельзя не сказать о сложностях, связанных с объёмом ppt-файлов при их передаче посредством SMTР-протокола (то есть посредством электронной почты), а также с необходимостью иметь в своём распоряжении лицензированные программные продукты, предназначенные для просмотра таких файлов. В частности, одним из простых решений проблем связанных с объёмом данных является трансформация ppt-файла в НТМ/HTML-формат и передача по протоколу HTTP.

В настоящей статье автор предпринимает попытку определения принципиально нового подхода при создании учебных материалов (в том числе и презентационных). Необходимость декларирования таких принципов и соответственно разработки методики для создания визуальных форм обусловливается многими причинами. Во-первых, тенденцией создания действительно информационного общества, в котором возможность получения как основного, так и дополнительного образования представлена каждому желающему. Во-вторых, тенденцией высших образовательных учреждений к расширению аудитории за счёт удалённых пользователей. При этом в данной сфере деятельности имеет место факт конкурентной борьбы за пользователя и постоянно расширяющийся спектр услуг и направлений. В-третьих, имеет место тенденция к массовому внедрению корпоративных автоматизированных информационных систем (далее – АИС) в академических кампусах, и такие АИС либо содержат в своей структуре подсистемы дистанционного образования (далее – СДО), либо при построении технического задания на вне-дрение/разработку таких АИС формируется ряд обоснованных требований для возможности осуществления дистанционных форм обучения и образования. В этой связи нельзя не отметить факт обособленности корпоративных вузовских информационных систем от систем дистанционного образования. Данный факт, по мнению автора, обусловлен очень мощным функционалом и объёмом решаемых задач в рамках автоматизированной системы дистанционного образования, а также очень прибыльной рыночной нишей для разработчиков систем СДО, что делает затруднительным существование СДО в качестве подсистемы КИС кампуса. Кроме системных проблем, в данном случае имеют место проблемы авторской собственности на методики осуществления образовательной деятельности в отдельно взятом учебном учреждении. В-четвёртых, имеют место требования федеральных ор- ганов надзора в сфере образовательных услуг, которые, преследуя цель повышения качества таких услуг, декларируют необходимость наличия средств визуализации учебно-методического обеспечения и средств исполнения интерактивного контроля знаний у обучающихся.

Так как необходимость разработки электронных учебных материалов сомнению не подлежит и, более того, переходит в разряд обязательных требований к осуществлению образовательных услуг, то весьма разумным представляется устранить имеющую место стихийность процесса создания ЭУМ посредством разработки и внедрения соответствующей технологии. Целью данной технологии будет являться унификация как собственно ЭУМ, так и аннотаций к ЭУМ, которая позволит применять такие материалы во всех формах обучения: очной лекционной и интерактивной; заочной сессионной и дистанционной формах. Проблема существующего подхода к разработке ЭУМ заключается в узкой направленности применения ЭУМ (только в качестве иллюстративного пособия к очному лекционному курсу); отсутствии возможности использования ЭУМ в качестве средств контроля знаний; отсутствии возможности встраивания в подсистемы автоматизированного обучения на принципе унифицированности и модульности; отсутствии возможности контроля качества ЭУМ; отсутствии возможности применения ЭУМ в асинхронном режиме (то есть без участия автора). Ожидание результатов от применения электронных учебных материалов (далее – ЭУМ) не должно отличаться от использования прочих форм учебнометодического комплекса. Качество навыков и умений у обучаемого должно отвечать одним и тем же требованиям вне зависимости от того, какое значение обучающий придаёт роли электронных средств обучения в учебном процессе.

Следовательно, требования к разработке ЭУМ должны быть определены не менее тщательно, чем требования к разработке обычных УМК (рабочих программ, методических указаний и т.д.). Соблюдение требований к разработке приобретает особую важность в случае неадекватного примене- ния ЭУМ при попытках использования ЭУМ, разработанного в качестве иллюстративного материала к очному лекционному курсу, в иных формах обучения (заочной и дистанционной). Упомянутые требования отнюдь не относятся к перечню правил составления текста как такового, но являются гораздо более объёмной категорией, относящейся к содержательной (семантической) части ЭУМ. Не следует понимать сказанное как призыв к разработке дублирующих форм учебно-методического комплекса в виде ЭУМ, так как автор предлагает рассмотреть подход к созданию ЭУМ с информационной точки зрения. Иными словами, структура и содержательная часть ЭУМ должна отвечать ряду дополнительных (кроме оформления собственно текста) требований, которые следуют из современных тенденций развития электронных средств обучения и дистанционных форм образования (далее – ДФО). В частности, на текущий момент ДФО имеют не только весьма широкое распространение в мире, но и приобрели отражение своей популярности в виде методологических разработок, принятых в качестве международных стандартов. Приведём примеры наиболее популярных международных стандартов (с точки зрения применения в программных средствах, предназначенных для реализации задач дистанционного образования):

• 1)    ADL SCORM (Sharable Content Object Reference Model, организация разработчик – «Advanced Distributed Learning») – стандарт модели контента объекта для совместного использования. Область применения – построение модели, определяющей содержание информации при обучении с использованием распределённых технологий WEB и открытых систем на базе сети Интернет;

• 2)    IEEE LOM (Learning Object Metadata, организация разработчик «IEEE Learning Technology Standards Committee») – стандарт модели метаданных учебного объекта. Область применения – описание учебных ресурсов. Назначение – облегчить поиск, рассмотрение и использование учебных объектов учителями, инструкторами или автоматически процессами в ходе выполнения программ, а также облегчить совмест-

• ное использование таких объектов путём создания каталогов и хранилищ;

• 3)    IMS CP (Content Packaging, организация разработчик «IMS Global Learning Consortium, Inc» ) – один из стандартов группы IMS, описывающий информационную модель «упаковки» электронных учебных материалов для целей интероперабельности за счёт блочной унификации состава, типа контента, структуры и расположения учебных материалов на ресурсах сети Интернет. Назначение – стандарт предназначен в числе прочих и для разработчиков ЭУМ. Обучающие материалы описываются и упаковываются с использованием XML-формата, что, собственно, и позволяет добиться интероперабельности с любыми приложениями и инструментами, поддерживающими XML-спецификацию.

С одной стороны, стремление к неким, весьма далёким от повседневной жизни рядового учебного учреждения международным стандартам может показаться избыточным. С другой стороны, с точки зрения систематизации всех видов электронных учебных материалов (в том числе и презентаций), этот вопрос требует тем большего к себе внимания, чем шире становится распространение опыта создания электронных учебных документов (презентаций) и нарастает само их количество вместе с проблемами, связанными с учётом материалов и их хранением. В качестве одного из решений поставленных в преамбуле задач автор предлагает рассматривать процесс создания ЭУМ в виде следующих этапов:

• 1)    авторская разработка фрагмен-тов/объектов ЭУМ;

• 2)    компоновка (методом внедрения) составного документа (ppt, doc, xls и т.д.) в соответствующем авторском приложении;

• 3)    отладка работы составного документа посредством авторского приложения;

• 4)    преобразование (посредством MS Office) составного документа в формат HTML (имя_файла.html);

• 5)    отладка работы и тестирование полученного в п. 4 HTML-документа посредством Internet Browser (не менее чем в 3 наиболее популярных, например: MS Internet Explorer, Mozilla FireFox и т.д.);

• 6)    разработка аннотации;

• 7)    передача комплекта (аннотации и самого материала) в репозиторий (для целей хранения и управления ЭУМ).

Необходимо заметить следующее:

• –    оформление всех ЭУМ должно выполняться с соблюдением требований корпоративного стиля (на основании передачи авторского права к учебному учреждению по договору);

  – при оформлении ЭУМ (цвет фона и текста, размер шрифтов, расположение информации и т.д.) следует соблюдать требования эргономики и требования к организации интерактивного человекомашинного взаимодействия.

Так как для целей систематизации контента (то есть содержания ЭУМ) наиболее важным является создание аннотации, то предметом онтологии и таксономии будет являться информация об электронных учебных материалах . Процесс исследования и систематизации информации в данном случае имеет следующие явные ограничения:

• 1.    Структура аннотации должна быть иерархической и соответствовать спецификации XML (Extensible Markup Language).

• 2.    Семантика информации должна соответствовать требованиям организации образовательного процесса.

• 3.    Семантика информации должна соответствовать требованиям к реализации распределённых систем обработки данных.

• 4.    Семантика информации должна отражать специфику информации с точки зрения хранения и способов представления.

Необходимость первого и третьего из ограничений обусловлена требованиями информатизации. Следует констатировать факт наложения зависимости содержательной части ЭУМ от возможностей и развития информационных технологий, так как именно средство ввода, обработки, передачи, хранения и представления информации определяют необходимость соблюдения дополнительных правил организации ЭУМ. С другой стороны, именно правильное соблюдение таких требований и точное определение критериев в процессе создания ЭУМ даст возможность следующего:

• а)    применять современные средства телекоммуникаций;

• б)    осуществлять формирование репозиториев ЭУМ;

• в)    реализовать принципы межплатфор-менности и интероперабельности при использовании ЭУМ (то есть независимости от средств воспроизведения и транспортировки данных);

• г)    использовать ЭУМ в современных автоматизированных средствах дистанционного образования;

• д)    в полной мере использовать доступ к электронной библиотеке посредством указания электронных ресурсов каталога и самих изданий.

С точки зрения соблюдения указанных ограничений наиболее передовым средством систематизации информации для целей обработки и передачи данных является стандарт XML иерархического описания структур данных. Способ организации и передачи данных посредством текстовых XML-структур наиболее приемлем также и по причине ограничений транспортировки нетекстовых форматов данных по общепринятым сетям передачи данных (то есть сетям, не требующим дополнительного аппаратного и программного обеспечения, каковыми и являются сети рядовых пользователей – потенциальных клиентов СДО).

Необходимость второго и четвёртого из ограничений обусловлена требованиями организации учебного процесса на основании государственных стандартов образовательных программ и учебных планов учебного учреждения. Аннотация должна отражать структуру и описание компетенций, базовых уровней дисциплин, собственно дисциплин и объёмов затрат на их изучение, перечень знаний, умений и навыков по каждой из дисциплин, а также метрик для оценивания качества знаний. Реализация указанных ограничений должна позволить:

• 1)    использовать интеллектуальный анализ и объективную оценку знаний в процессе интерактивного обучения с возможностью автоматического выбора сценария взаимодействия с обученным;

• 2)    выполнять оценивание уровня сформированных умений;

• 3)    выполнять оценивание уровня сформированных навыков;

• 4)    осуществлять совместное использование объектов ЭУМ;

• 5)    применять современные технологии программированного обучения (в том числе итерационный подход с выявлением «пробелов» в знаниях и формированием ссылок на требуемый материал для повторного изучения);

• 6)    разделять функции собственно авторской разработки ЭУМ и их информационной обработки для возможности применения в режиме отчуждения от автора;

• 7)    контролировать соблюдение авторских прав в отношении ЭУМ.

Учитывая требования к составу и содержанию аннотационной документации, наиболее приемлемым стандартом для целей спецификации ЭУМ является стандарт IMS CP, так как описание структуры метаданных в этом стандарте построено на технологии XML. Однако выполнять аннотацию ЭУМ в полном соответствии с требованиями упомянутого стандарта весьма затруднительно по причине самого его назначения: стандарт предназначен для разработки метаданных, то есть собственно XML-документа в виде, пригодном для решения телекоммуникационных задач, в то время как для решения задач структурирования аннотационного документа требуется лишь соблюдение соответствия иерархической упорядоченности информации об ЭУМ требованиям стандарта IMS OK. Именно этот принцип был использован при разработке структуры аннотации к ЭУМ (см. таблицу). С другой стороны, вопрос преобразования полученной аннотации в собственно структуру XML-документа, соответствующего стандарту IMS OK, остаётся открытым и выходит за рамки настоящей статьи. В качестве рекомендаций по поводу упрощения работы, связанной с формированием достаточно большого объёма информации в виде аннотации, которую следует выполнять именно автору ЭУМ и более никому другому (по причине возможного искажения смысла и самого назначения аннотации как формы знаний), следует упомянуть возможности языка HTML для создания форм ввода. Применение HTML-форм не только позволит сократить работу за счёт автоматизации процесса формирования аннотационной информации, но и позволит организовать контроль за правильностью заполнения полей форм для ввода данных, а также обеспечить возможность создания хранилищ аннотаций и ЭУМ в виде репозиториев. Кроме упомянутых требований, не следует оставлять без внимания тенденцию развития собственно информационных технологий, в частности АИС, предназначенных для автоматизации процессов обучения, к которым относятся следующие средства:

• а)    автоматизированные учебники;

• б)    автоматизированные средства тестирования;

• в)    автоматизированные средства программируемого обучения;

• г)    автоматизированные средства дистанционного обучения.

Приведённая классификация не претендует на полноту, тем не менее даёт основание полагать о наличии различных подходов в организации процессов взаимодействия обучаемый – обучающий, реализованных на концептуальном уровне в современных автоматизированных информационных системах. Наибольший интерес предоставляют тенденции развития таких систем с точки зрения простейших форм представления дидактических единиц. К упомянутым простейшим формам следует отнести:

• 1)    текстовые документы (форматы rtf, doc, pdf и т.д.);

• 2)    презентации;

• 3)    текст, структурированный посредством HTML (то есть гипертекст с наличием перекрестных ссылок);

• 3)    HTML-сценарии.

3.1.3.1.1.1.2

Терминологическая группа

Аббревиатура/код

-*-

Ранг оценивания освоения

30

3.1.3.1.1.1.2.1

Наименование группы

Время освоения (объём, в час)

Уровень сложности

1

Ранг оценивания освоения

10

Ссылка на источник (лекционный материал)

(Наименование файла)

3.1.3.1.1.1.3

Умения

Аббревиатура/код

-*-

Ранг оценивания освоения

30

3.1.3.1.1.1.3.1

Наименование умения

Методы полемики

Наименование решаемой задачи

-*-

Время решения

Вариант ответа (А)

Ранг оценивания освоения

1

10

-*-

Ссылка на источник

(Наименование файла)

Вариант ответа (В)

Ранг оценивания освоения

1

20

-*-

Ссылка на источник

(Наименование файла)

Уровень сложности

3.1.3.1.1.1.4

Навыки

-*-

Ранг оценивания освоения

40

3.1.3.1.1.1.4.1

Наименование навыка

Ведение дискуссии

3.1.3.1.1.1.4.1 .1

Наименование упражнения

№ 1

-*-

Время решения

Вариант ответа (А)

Ранг оценивания

1

10

-*-

Ссылка на источник

(Наименование файла)

Вариант ответа (В)

Ранг оценивания

1

30

-*-

Ссылка на источник

(Наименование файла)

Уровень сложности

1

3^….1.3.2

Наименование части цикла

Вариативная

3.1.3.1.1

Дисциплина

Аббревиатура/код

-*-

Объём

5

Знание

Умение

Навык

Итого:

100

100

Простейшие формы представления дидактических единиц являются основанием для разработки средств программируемого обучения, при этом следует заметить, что если исходные формы разрабатываются с учётом требований унификации и правильно аннотированы, то разработка средств программируемого обучения возможна без участия автора исходных материалов (например, специалиста-куратора дистанционного образования). Аннотационный документ может являться источником знаний о простейших формах исходных документов, вместилищем описания семантического содержимого исходного документа и позволить использовать эти знания для управления всей массой таких документов, накопленных в репозиториях.

Таблица – Структура и содержание аннотационного документа

№ уровня вложенности Наименование раздела Атрибут Значение (пример) Ранг эле-ментов груп пы (в %) Ранг груп пы (в %) 1 2 3 4 5 6 1. Организация Аббревиатура/код ХГАЭП 1.1 Подразделение Аббревиатура/код Менеджер Наименование подразделения - Факультет «Менеджер» 1.1. Подразделение подразделения Аббревиатура/код ИСЭ Наименование подразделения Кафедра информационных систем в экономике 1.1. Специальность Аббревиатура/код 230700 Наименование Прикладная информатика в экономике 1.1. Учебный материал Аббревиатура/код 001 Наименование Электронный учебник 1.1. Автор Аббревиатура/код Иванов Петр Сидорович Должность, звание канд. м. н., доцент 2. Ресурсы 2.1 Ресурс Аббревиатура/код -*- Тип ресурса WEB 2.1.1 Наименование файла(ов) - 3. Образовательный стандарт Аббревиатура/код № приказа Мин. обр. 3.1. Область применения Наименование 3.1.1 Характеристика проф. деятельности Наименование Область деятельности Наименование Объект деятельности Наименование Вид деятельности Наименование 3.1.2 Требования к результатам освоения Аббревиатура/код ОК-1 Наименование компетенции Общекультурная Характер компетенции Постановка цели 3.1.3 Цикл обр. программы Аббревиатура/код Б.1 3.1.3.1 Наименование части цикла Базовая 3.1.3.1.1 Дисциплина Аббревиатура/код Философия -»- объём 10 3.1.3.1.1.1 Знания Аббревиатура/код -»- Число уровней сложности 5 3.1.3.1.1.1.1 Понятия Аббревиатура/код -*- Ранг оценивания освоения 20 3.1.3.1.1.1.1.1 Наименование понятия Место и роль философии Время освоения (объём, в час) 2 Уровень сложности 1 Ранг оценивания освоения Ссылка на источник (лекционный материал) (Наименование файла)

Продолжение таблицы

Примечание. Табличная форма носит справочный (то есть необязательный) характер и применена в данном документе для целей пояснения структурных иерархических уровней информационных сущностей и их атрибутов, а также для пояснения примеров значений рангов освоения дидактических единиц (либо их элементов). Выделение серым фоном строк таблицы означает повторяемость выделенных элементов на соответствующем уровне иерархии (например, дисциплин может быть несколько в случае аннотации междисциплинарного ЭУМ);ранг элементов группы указан в процентах от ранга группы; ранг группы указан в процентах от уровня знаний для дидактической единицы.

Для целей формирования содержания аннотационных документов автором были использованы основные принципы саентологии: формирование у обучаемого необходимой «массы»; формирование навыков посредством выполнения обучаемым гра-диентно-усложняющихся упражнений; формирование умений посредством изучения градиентно-усложняющихся элементарных терминов и понятий, а также понятийных групп. На основании применения вышеупомянутых принципов, а также на основании структуры государственного образовательного стандарта автором были разработаны требования к структуре аннотации простейших форм документов. Таким образом, при разработке простейших форм структура аннотация должна позволять:

• 1)    указывать уровни сложности материала;

• 2)    указывать оценку (рейтинг) каждого элемента (дидактической единицы) в отдельности и для совокупности (например, тем в разделе дисциплин, разделов в разделе тем);

• 3)    указывать время на выполнение задания;

• 4)    указывать результат ранжирования уровней сложности по градиенту (например, относительно оценки успеваемости);

• 5)    указывать рейтинговую оценку упражнений;

• 6)    указывать уровни сложности для терминологических единиц (понятия, определения, аббревиатуры и т.д.);

• 7)    указывать оценку навыков (рейтинг) уровней сложности для каждой из решаемых задач в группе задач.

Исследовав и совместив требования к структуре аннотационного документа, требования стандарта IMS OK, а также требования к содержанию аннотационного документа, автор обоснованно подошёл к фор- мированию структуры аннотационной информации об электронных учебных материалах. Результаты исследовательской работы приведены в таблице.