Проектирование сервисов портала вуза для интеграции информационных ресурсов образовательных программ

Электронный образовательный портал является неотъемлемым информационным элементом современного высшего учебного заведения [1]. В настоящее время почти каждый университет Республики Казахстан имеет собственный образовательный портал, оперирую-ший учебными планами и программами, электронными образовательными ресурсами и т. д. Такие данные имеют сложную структуру, вследствие чего интеграция не может быть выполнена с помощью методов, широко применяемых в корпоративном секторе. Для выполнения интеграции образовательных порталов необходимо ввести ряд характеристик их ресурсов, которые могут быть выражены метаданными. Такой подход позволяет при выполнении перекрестных запросов оперировать данными меньшего объема и, кроме того, выполнять запросы к неструктурированным ресурсам образовательного портала. Ресурсы для обмена знаний с другими вузами целесообразно определить на основе возможных сценариев взаимодействия с учетом концепций “открытой науки” и “открытого образования”. К числу наиболее широко распространенных сценариев взаимодействия образовательных порталов вузов можно отнести следующие:

• —    поиск по научной библиотеке университета;

• —    академическая мобильность;

Работа рекомендована к публикации Программным комитетом VIII Международной азиатской школы-семинара “Проблемы оптимизации сложных систем”.

• —    “открытое образование” (доступ к учебным материалам);

• —    “открытая наука” (доступ к научно-исследовательским разработкам).

• —    физические (представленные объектами файловой системы);

• —    информационные (не имеющие физической интерпретации).

К числу физических объектов можно отнести электронные варианты статей и учебных пособий, описание специальностей, курсов, проектов, работ. Проблема формирования метаданных учебных материалов широко изучается на протяжении последних 10–15 лет. Наиболее широкое применение получили стандарт LOM и его расширение SCORM [2], принятое в 2009 г. в качестве стандарта ISO/IEC TR 29163-2. Согласно SCORM выделяются пять уровней группировки метаданных объекта [2]:

• —    уровень манифеста;

• —    уровень организации;

• —    уровень раздела;

• —    уровень учебного ресурса;

• —    уровень файла.

Метаданные учебных ресурсов представлены в виде XML, структурные элементы которого определены стандартами ISO/IEC TR 29163-2 [3]. С точки зрения академической мобильности наиболее востребованными метаданными об учебных курсах являются пререквизиты (курсы, которые необходимо освоить студенту до изучения предлагаемого курса) и постреквизиты (приобретенные компетенции) [4]. Образовательный портал может использоваться для интеграции информационной и семантической информационной сред вуза. Информационная среда представлена преимущественно числовыми данными и общей информацией. Семантическая среда представлена знаниями об электронных ресурсах университета. Для реализации интеграции широко применяется сервис-ориентированная архитектура.

Для описания семантики и обработки метаданных используется программное обеспечение Protege, предоставляющее развитые инструменты для редактирования метаданных, и открытое API для осуществления взаимодействия с другими программами. Стандарты SCORM предусматривают наличие специализированной среды исполнения [2, 3]. Существующие реализации среды исполнения SCORM и программы Protege реализованы на языке java. Программы на этом языке исполняются на виртуальной машине и не зависят от платформы. В то же время концепция сервис-ориентированной архитектуры позволяет интегри-

Электронный образовательный портал

Структура электронного образовательного портала

ровать гетерогенные приложения. Таким образом, взаимодействие с семантической средой портала целесообразно реализовать через веб-сервисы, выполняемые на виртуальной машине java и взаимодействующие со средой исполнения SCORM и Protege API. Структура электронного образовательного портала представлена на рисунке.

Помимо сервисов, предоставляющих доступ к знаниям, электронный образовательный портал предлагает различные утилитарные сервисы, которые отражают основные бизнес-процессы университета (регистрация на курс, подача заявки на участие в конференции и т. д.). С точки зрения заключенной в данных сервисах семантики их можно рассматривать как знания о структуре бизнес-процессов университета, а также как внешние интерфейсы метаданных информационных объектов. Задача проектирования таких сервисов может быть решена с помощью знаний о структуре образовательного портала. Если использовать модель знаний специалиста-проектировщика [5], то знания, выделенные в семантическую среду образовательного портала, можно представить как знания о задаче. Для полноценного отражения концепции знаний проектировщика необходимо также выделить знания об архитектуре электронного портала. Для отражения знаний об архитектуре удобно использовать онтологический подход, так как семантика отношений и классов онтологии близка к семантике элементов, создаваемых на этапах анализа и проектирования программного обеспечения. Онтологическое описание архитектуры можно представить в виде следующих классов: EP = {F, E} — образовательный портал; F = {Process 1 , Process 2 ,..., Processn} — бизнес-процессы; E = {Entity 1 , Entity 2 ,..., Entity m } — сущности предметной области; U — множество бизнес-функций; Function Е U ; i = 1; m ; Process j C U ; j = 1 , n .

Класс EP декомпозируется на два класса F и E , т. е. образовательный портал представляется совокупностью сущностей предметной области и бизнес-процессов. Бизнес-процессы определяются на множестве класса U , элементами которого являются функции системы. Для отображения структуры и динамики системы на указанных классах необходимо определить отношения

rfi(Functioni, Processl), l = 1; n, rei(Functioni, Entityj), j = 1; m, rf,re E R, где n — количество бизнес-процессов; k — количество сущностей; R — множество всех отношений. Так как архитектурное представление системы оперирует конкретными функциями, необходимо задать множество конкретизированных отношений для бизнес-функций:

RINST(Functioni) = rfi E R\ri(Functioni, Processl) U rej E R\ri(Functioni, Entityj-), l = 1; n, j = 1; k.

Тогда для определения силы семантической связи двух функций x , y можно использовать отношение кардинального числа множества общих бизнес-процессов и сущностей функций x , y к кардинальному числу множества всех отношений данных функций:

SI ( Function x , Function y ) =

\REQU(Functionx, Functiony) |\RINST(Functionx) U RINST(Functiony) |’

REQU(Functionx, Functiony) = {r E R\(rxj(Functionx, Entityj-) Л ryj(Functiony, Entityj-)) VV(rxl(Functionx, Processl) Л ryl(Functiony, Processl))}.

На основе полученных значений силы семантических связей можно провести кластеризацию, получив таким образом множества, предоставляющие функциональность различных сервисов. Таким образом, этапы проектирования сервисов образовательного портала можно определить следующим образом:

• —    анализ предметной области и выделение семантических элементов;

• —    построение онтологии знаний портала и онтологии архитектуры портала;

• —    формирование сервисов портала на основе кластерного анализа и семантических связей бизнес-функций;

• —    реализация сервисов взаимодействия с API семантических систем и утилитарных сервисов.

Рассмотренная в настоящей работе концепция электронного образовательного портала выделяет формирование семантического содержания данного портала в независимую задачу. Использование веб-сервисов гарантирует независимость от платформы и доступность сервисов извне образовательного портала, что наряду с применением общих стандартов представления метаданных упрощает задачу интеграции образовательных порталов. Метаданные учебных ресурсов унифицированы в рамках международных стандартов, тогда как унификация метаданных для информационных объектов образовательного процесса представляет собой открытую задачу. Предложенный метод проектирования веб-сервисов портала на основе семантических связей бизнес-функций, с одной стороны, требует увеличения накладных расходов, обусловленных работой по извлечению и построению онтологии электронного образовательного портала, а с другой — обеспечивает прозрачность бизнес-процессов для сопровождения системы. Таким образом, семантическое наполнение образовательных порталов казахстанских вузов является одной из главных задач на пути к интегрированному образовательному пространству. Для решения данной задачи необходима унификация методов представления и обмена знаниями как об учебных материалах, так и о курсах, научно-исследовательских проектах и других информационных элементах образовательного и научного процессов.