Под автоматизированной обучающей системой понимается согласованная совокупность учебных материалов, средств их разработки, хранения, передачи и доступа к ним, предназначенная для целей обучения и основанная на использовании современных информационных технологий.
По своему масштабу АОС в сфере высшего образования могут быть образовательными системами кафедры, университета, направления подготовки (специальности), консорциума вузов. В промышленности АОС могут создаваться компаниями, проводящими регулярные мероприятия по повышению квалификации своих сотрудников.
Основные подсистемы АОС:
- подсистема связи с пользователями;
- подсистема управления обучением;
- тестирующая подсистема;
- поисковая подсистема;
- инструментальная среда (компилятор учебных пособий, совокупность внешних или встроенных редакторов текста, графики, мультимедиа);
- база ЭОР;
- электронный деканат.
Основные функции АОС:
- доступ к электронным образовательным ресурсам, включая средства виртуальных и удаленных учебно-исследовательских лабораторий;
- управление учебным процессом;
- самотестирование и контроль знаний обучаемых;
- поиск информации;
- создание ЭОР;
- конференцсвязь (чаты, потоковое видео).
Доступ к ЭОР в системах открытого образования происходит с помощью подсистемы связи с пользователями, реализуемой в виде сайтов и порталов.
Портал есть ориентированная на пользователя информационная Web-система с единой для каждого конкретного пользователя точкой доступа к разнообразной информации, относящейся к определенному приложению. Если Web-сайты в большинстве случаев представляют собой наборы статических Web-страниц, то порталы являются совокупностями программных средств и заранее неструктурированной информации, которую эти средства превращают в структурированные данные по запросу конкретных пользователей. Обращение пользователей к порталу происходит с помощью браузеров, размещенных на клиентских узлах.
В зависимости от масштабов охвата пользователей различают межрегиональные, региональные, корпоративные порталы.
В зависимости от назначения и основной группы пользователей порталы, ориентированные на образовательное сообщество, подразделяются на образовательные, университетские, административные и др.
Образовательные порталы непосредственно служат целям предоставления образовательных услуг. Они содержат электронные учебные материалы, методические указания, расписания занятий и консультаций и другие данные, относящиеся непосредственно к учебному процессу, и имеют средства доступа к ним. Образовательные порталы подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Если горизонтальный портал охватывает материалы по большому числу предметных областей, то вертикальные порталы относятся к определенному направлению подготовки обучаемых или даже к конкретным дисциплинам.
Университетские порталы относятся к корпоративным порталам, они содержат наиболее общую информацию о вузе, обеспечивают доступ к информации о кафедрах, специальностях, учебных планах, условиях приема абитуриентов и т.п. В состав университетских порталов могут входить также образовательные сайты и порталы.
Другие типы порталов образовательных учреждений более специализированы и могут быть посвящены таким вопросам, как работа студенческих научных обществ, электронные публикации результатов научных исследований, научные семинары и конференции, спортивная жизнь университета и т.п. Чаще системы подобного типа являются сайтами.
Информационные ресурсы портала могут накапливаться и быть сосредоточенными на одном сервере вычислительной сети. Однако поскольку портал является входом в Web-сеть, т.е. в распределенную сеть, то портал должен обеспечивать доступ к информационным ресурсам многих серверов. Поэтому важной чертой АОС является связь с различными источниками информации, имеющимися в Internet, и прежде всего с компьютерными системами поддержки научно-исследовательских работ, имеющимися как в университетах, так и в академических институтах. Наличие такой связи необходимо не только для приобщения студентов к научным исследованиям, но и для повышения квалификации преподавателей и тем самым для совершенствования содержимого баз учебных материалов (БУМ).
При этом информационные ресурсы принято подразделять на первичные, т.е. физически размещенные на сервере данного портала, и вторичные, находящиеся на других серверах сети. На сервере портала при этом хранятся лишь некоторые необходимые сведения (метаданные) о ресурсах других серверов. Метаданные помогают выделить нужную информацию в информационном пространстве Internet и получить к ней доступ. Конечно, формирование множества рекомендуемых вторичных учебных материалов по-прежнему управляется компетентным органом портала (редакцией или экспертной группой, включающей высококвалифицированных специалистов).
Атрибутами образовательных ресурсов (образовательных материалов) являются такие параметры, как предметная область, тип образовательного ресурса, ориентация на определенный уровень образования пользователя и/или характер аудитории.
Значениями атрибута "Предметная область" могут быть рубрики из ГРНТИ, названия направлений подготовки специалистов, названия предметов.
Обычно используется иерархическая рубрикация. Так, в одном из порталов на верхнем уровне иерархии типов ресурсов предлагаются следующие значения типа: учебный материал, учебно-методический материал, дополнительный материал, информационный ресурс.
На втором уровне для рубрики "Учебный материал" вводятся значения: учебник, учебное пособие, текст лекций, лабораторный практикум, задачник, тесты и контрольные вопросы.
Для рубрики "Учебно-методический материал" используются значения: методические указания, план занятий, учебный план, учебная программа.
К дополнительным материалам на втором уровне иерархии отнесены: статья, монография, хрестоматия, наглядное пособие, атлас, словарь, справочник, энциклопедия, БД, автореферат диссертации, диссертация.
К информационным ресурсам отнесены: образовательный сайт, электронная библиотека, электронное периодическое издание.
Значениями атрибута "Уровень образования" являются образование дошкольное, общее (с подуровнями начальное, основное, среднее), профессиональное (с подуровнями начальное, среднее, высшее), послевузовское, а также дополнительное образование детей и переподготовка и повышение квалификации.
В рубрике "Характер аудитории" имеются значения: учащийся, преподаватель, абитуриент, менеджер, исследователь.
Пользовательский портал должен предоставлять средства коммуникации такие, как электронная почта, файловый обмен, различные виды конференц-связи, участие в телеконференциях и т.п. Эти средства успешно используются при реализации связей "студент-преподаватель", "студент-деканат", "студент-студент". Особенно они необходимы при ДО.
В порталах должны быть средства индикации изменений, происходящих в источнике используемой информации. В частности, необходимы программы контроля доступности ресурсов, расположенных на разных серверах в распределенной информационно-образовательной среде.
Программное обеспечение порталов состоит из ряда слоев. Это, во-первых, ядро портала — базовые службы, отвечающие за такие сервисы, как управление порталом, обеспечение целостности и защиты информации, управление правами доступа к информационным ресурсам портала, администрирование и мониторинг системы и т.п. Ядро включает сервер приложений, сервер БД и Web-сервер. Во-вторых, средства интеграции приложений, отвечающие за взаимодействие портала с внешними приложениями. К программному обеспечению этого слоя можно отнести средства коммуникации узлов сети и интеграции баз учебных материалов из разных узлов. В-третьих, это портлеты (называемые также адаптерами или агентами), выполняющие прикладные функции в распределенной среде, обеспечивающие интерфейс пользователя с системой и поддержку коллективной работы. службы навигации, поиска данных по запросам пользователей, справочная, новостей и т.п. В-четвертых, в составе портала целесообразно иметь средства для развития портала, разработки как новых учебных материалов, так и новых служб и их включения в соответствующие базы. Основные компоненты ПО вместе с инструментальными средствами разработки порталов образуют систему создания и поддержки порталов или, другими словами, программно-технологическую платформу разработки порталов.
Порталы могут создаваться на базе отдельных существующих программных комплексов и компонентов с разработкой оригинальных компонентов, реализующих специфические портальные функции.
Подсистемы управления в АОС в настоящее время создаются на основе технологий порталов и мультиагентных систем. Подсистема управления регулирует права доступа пользователей; осуществляет поиск требуемых материалов, извлекает их из БУМ и предоставляет пользователю; обеспечивает доступ к индивидуальной рабочей тетради, содержащей график учебных занятий, результаты выполнения учебных заданий и другие заметки пользователя, связанные с изучением курса; реализует телекоммуникационные связи "преподаватель-обучаемый", "студент-лаборатория" и "обучаемый-обучаемый" и связи пользователей с Internet для поиска информации, организации конференций и совместной работы над проектами; помогает администратору поддерживать систему в актуальном состоянии, вести учет пользователей и др.
Тестирующие системы предназначены для контроля степени усвоения обучаемыми учебного материала и могут быть самостоятельными или входить в виде подсистемы в АОС.
Идеальная тестирующая система должна быть в высокой степени интеллектуальной, чтобы в режиме диалога распознавать ответы студента и в зависимости от содержания ответа определять степень их правильности, выбирать дальнейшие задаваемые вопросы, касающиеся любых аспектов изучаемого курса, формулировать рекомендации по исправлению выявленных пробелов в знаниях тестируемого. Построение таких интеллектуальных систем в настоящее время не представляется возможным, так как для этого нужно, чтобы система обладала возможностями обработки информации и объемом памяти, по крайней мере, соизмеримыми с характеристиками человеческого мозга. Поэтому находят применение тестирующие системы с формальными способами общения с тестируемым.
Существует ряд способов общения, при которых система формулирует такие вопросы, на которые могут быть получены ответы в одной из следующих форм.
1) Ответы "да" или "нет".
2) Выбор варианта из списка (меню) ответов, при котором к каждому вопросу прилагается список возможных ответов, среди которых имеются как правильные, так и неправильные. Тестируемый должен указать один или несколько правильных вариантов ответа. В этом способе возможно по характеру ошибок студента определить непонятые или неизученные им разделы курса и предусмотреть в качестве реакции системы выдачу определенных разъяснений и рекомендаций. Система также выставляет оценку обучаемому, в данном случае она может быть подсчитана по формуле
y = 5r/(N+f),
где r — число выбранных тестируемым правильных ответов, N — число правильных ответов в списке, f — число выбранных тестируемым неправильных элементов из списка ответов.
3) Числовое значение, при этом в случае приближенного решения задачи правильным ответом будет значение Х, удовлетворяющее условию
А-d X А+d
где А и d — номинальное значение и предельно допустимая погрешность результата решения тестовой задачи соответственно.
4) Ответ в виде формулы (математической или химической). Трудности связаны с отсутствием в стандартной клавиатуре персонального компьютера части знаков общепринятой математической нотации, а также с неоднозначностью записи формул в большинстве случаев. Иногда в качестве эталона используют список всех возможных вариантов записи формулы.
5) Ответ в виде соответствия aRb двух заданных множеств А и В, a€A, b€B, например А — множество названий государств, В — множество названий столиц.
6) Ответ в виде упорядоченного списка элементов заданного множества.
7) Ответ на ограниченном проблемно-ориентированном подмножестве естественного языка. Очевидные трудности использования этого варианта связаны с разработкой подобного подмножества. Кроме того, либо вопросы должны быть такими, чтобы правильные ответы были однозначными, либо система должна правильно интерпретировать любые грамматически правильные в этом подмножестве фразы.
8) Ответ в виде текста, но критерием правильности является наличие в ответе определенных ключевых слов, указываемых в эталоне ответа (возможно, что в дополнительном списке указываются слова, которых в ответе не должно быть). Для большей надежности автоматически выставляемой оценки можно тестируемому представить список всех слов, которые допускается использовать в ответах на группу тестов. Этот способ значительно проще реализуется, чем предыдущий.
9) Графическое изображение, которым может быть рисунок, состоящий из заданного набора графических примитивов, или график функции. Тестирующая система должна определить правильность ответа по определенным признакам изображения, например, по наличию одного или нескольких экстремумов на графике функции или по взаимному расположению примитивов на рисунке.
Существуют два основных направления применения тестирующих систем: а) самотестирование, используемое самим студентом в процессе освоения учебного материала; б) контрольные мероприятия, организуемые администрацией учебного заведения и проводимые с целью аттестации знаний студентов. Первое направление подразумевает не столько выставление оценки студенту, сколько определение имеющихся в его знаниях пробелов и выдачу соответствующих рекомендаций по их ликвидации. Во втором направлении главная функция тестирующей системы — оценка знаний, а дополнительными функциями являются ограничение длительности контрольных мероприятий и надежная on-line идентификация студентов перед началом контрольного мероприятия. В обоих направлениях полезно используется база контрольных вопросов и заданий, содержание которой должно периодически изменяться.
В ряде АОС на подсистему управления обучением возлагается также выполнение функций электронного деканата таких, как учет обучаемых и их успеваемости, формирование расписаний конференций, консультаций и т.п. Но чаще подсистема "Электронный деканат" входит в систему управления вузом. примером которой может служить система "Электронный университет" МГТУ им. Н.Э. Баумана [].
В автоматизированной системе управления вузом имеются также следующие подсистемы:
- подсистема диспетчерского управления учебным процессом, включая функции разработки расписаний учебных занятий;
- подсистема управления методическим обеспечением и базой учебных материалов (репозиторием), предназначенная для сопровождения учебно-методической документации и электронных учебных материалов учебного заведения;
- подсистема управления научно-исследовательским сектором (отделом или вузовским НИИ);
- подсистема делопроизводства, поддерживающая работу канцелярии, архива, экспедиции и т.п.;
- подсистема "Кадры";
- бухгалтерская и планово-экономическая подсистемы;
- библиотечная информационная система, служащая для учета библиотечных фондов, поиска пользователями литературных источников, оформления и удовлетворения запросов;
- подсистема управления дистанционным обучением;
- подсистема поддержки инженерных служб вуза;
- ряд других подсистем, наличие которых определяется спецификой вуза.
В большинстве случаев интеграция подсистем в единую систему "Электронный университет" выполняется на основе использования языка XML и технологий типа SOA, ESB, BPEL.