Современные информационные технологии разработки информационных образовательных ресурсов

Касторнова В. А.

ФГНУ «Институт информатизации образования» РАО

СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Последние десятилетия интенсивного развития информатики как науки и как реального инструмента социального прогресса характеризуются созданием принципиально новых средств обработки информации, инициирующих формирование перспективных педагогических технологий, ориентированных на интеллектуальное совершенствование обучаемого. Рассмотрим основные перспективные направления использования средств информационных и коммуникационных технологий для разработки информационных образовательных ресурсов, составляющих основу информационного образовательного пространства.

Экспертные обучающие системы. В настоящее время все большее значение в процессе профессиональной подготовки приобретают системы искусственного интеллекта - класс систем, использующих знания из достаточно узкой профессиональной области. Но, кроме того, они полезны и в процессе приобретения фундаментальных междисциплинарных знаний, в формировании системного мышления, но особенно при профессиональной подготовке. С их помощью можно осуществлять поиск необходимой информации, в том числе по определенному профилю, обучаться использовать уникальные профессиональные знания данной предметной области.

Особое место среди систем искусственного интеллекта занимают экспертные системы, предоставляющие возможность не только знакомиться с опытом специалиста-эксперта некоторой конкретной профессиональной области, но и перенимать его от обучающей системы. Применение ЭОС позволяет обучаемому самостоятельно извлекать интересующую его информацию из данной профессиональной области, инициируя при этом развитие процессов познавательной деятельности, повышая мотивацию обучения за счет вариативности самостоятельной деятельности, возможности самоконтроля и самокоррекции [10]

Учебные базы данных. Другим эффективным средством представления знаний из определенной профессиональной области может служить также и учебная база данных (УБД), реализующая возможности баз данных определенной предметной области. Как известно, базой данных (БД) принято называть именованную совокупность данных, которая отображает состояние объектов и их отношений в данной предметной области. БД обеспечивает использование одних и тех же данных в различных приложениях, допускает решение задач планирования, исследования, управления. Функционирование БД обеспечивается определенной совокупностью языковых и программных средств, которые называют системой управления базами данных (СУБД). Эта система играет основополагающую роль в управлении процессами в базе данных. Как система, СУБД представляет собой специальное программное обеспечение, которое позволяет пользователю работать с базой данных без знания конкретного размещения данных в памяти компьютера. Таким образом, СУБД - это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для описания баз данных, коллективного их создания, ведения и дифференцированного использования информации любыми, в том числе и неподготовленными в области программирования пользователями.

Учебные базы знаний. База знаний (БЗ)- это организованная совокупность знаний, представленная в форме, которая допускает автоматизированное использование этих знаний на основе реализации возможностей информационных технологий. Базой знаний иногда называют совокупность систематизированных основополагающих сведений, относящихся к определенной области знания, хранящихся в памяти ЭВМ, объем которых необходим и достаточен для решения заданного круга теоретических или практических задач. В системе управления БЗиспользуются методы искусственного интеллекта, специальные языки описания знаний, интеллектуальный интерфейс. База знанийсодержит не только конкретные факты, но и описание общих закономерностей некоторой предметной области. База знаний используется в приложениях искусственного интеллектадля решения задач в определенной области [2] .

Помимо учебных баз данных в процессе обучения можно использовать и так называемые учебные базы знаний как самостоятельный продукт, а не как подсистему обучающей экспертной системы. Их педагогическая направленность несколько отличается от УБД, так как ониприменяются в основном в процес-сесамостоятельногоприобретения знаний по данной профессии на основе выбора обучаемым приемлемого для него режима учебной деятельности.

Прогнозируя педагогическое воздействие экспертных обучающих систем, учебных баз данных и баз знаний, следует отметить, что их использование в сфере профессионального образования только начинается. С помощью этих программных продуктов можно формировать умения самостоятельного переноса усвоенных профессиональных знаний в измененные условия работы, осуществлять распознавание новой функции известного объекта, обучать проектированию структуры нового объекта по изученным ранее структурам.

Использование возможностей интеллектуальных обучающих систем, реализованных на базе систем искусственного интеллекта в обучении, позволяет реализовать вышеизложенное и вплотную подойти к решению проблемы моделирования процессов познавательной деятельности обучаемого при его подготовке к овладению профессиональными умениями и навыками. Как показывают отечественные и зарубежные исследования, в настоящее время разработка программных средств учебного назначения, реализующих возможности систем искусственного интеллекта, является одним из перспективных направлений использования ИКТ в образовательных целях [10].

Гипертекст и гипермедиа. В терминологии, связанной с информационными и коммуникационными технологиями, гипертекст - текст, сформированный с помощью языка разметки текста, потенциально содержащий в себе гиперссылки на другие фрагменты. Гипертекстовая система - это информационная система, способная хранить информацию в виде электронного текста, позволяющая устанавливать электронные связи между любыми «информационными единицами», хранящимися в ее памяти, и вызывать их на экран монитора «простым нажатием кнопки». Другими словами, гипертекст устроен таким образом, что он превращается в систему, иерархию текстов, одновременно составляя единство и множество текстов.

Гипертекстовые документы могут быть как статическими (остаются неизменными во время работы с ними), так и динамическими (постоянно меняются в ответ на действия пользователя). Статический гипертекст может быть использован для перекрестных ссылок на наборы данных в документах, программных приложениях и т. п. Гипертекстовые документы могут иметь сложную структуру и характеризоваться развитой динамичной системой связи и перекрестных ссылок. Самым известным примером реализации гипертекста является Всемирная паутина.

Гипермедиа представляет собой некую информационно-поисковую систему, которая позволяет пользователю получить или предоставить доступ к текстам, аудио- и видеозаписям, фотографиям, компьютерной графике и пр., связанным с некоторой конкретной предметной областью. Гипермедиа используется как логическое продолжение термина «гипертекст», в котором графика, аудио-, видео- и текстовые фрагменты переплетаются и создают нелинейную информационную среду. Таким образом, гипертекст, хотя и появился раньше, стал частным случаем гипермедиа.

Технология гипермедиа позволяет предъявлять информацию на одну и ту же тему параллельно в виде текста, графиков, рисунков, звуков, музыки, речи, видеопродукции. Информация, идущая по разным каналам, должна быть согласованной, чтобы восприятие информации по одному каналу не ослабляло, а усиливало восприятие информации по другому каналу [10].

Технология мультимедиа. Перспективным направлением использования средств информационного взаимодействия в целях обучения, которые в настоящее время реализуются на базе технологии мультимедиа и передаются по телекоммуникациям, является интеграция возможностей компьютера и различных средств передачи аудиовизуальной информации[7].

Анализ различных пакетов программных средств, реализующих возможности технологии мультимедиа, а также мультимедиа-курсов, предназначенных для образовательных целей, позволяет выделить возможности современных систем мультимедиа:функционирование базы данных аудиовизуальной информации с возможностью выбора фрагмента из библиотеки аудиовизуальных программ и «продвижения вглубь»;выбор необходимой пользователю линии развития рассматриваемого учебного сюжета;наложение, перемещение аудиовизуальной информации, представленной в различной форме как в пределах поля данного экрана, так и в пределах поля других экранов;реализация анимационных эффектов;изменение аудиовизуальной информации, представленной в различной форме, по различным параметрам (например, увеличение или уменьшение определенного линейного параметра, растягивание или сжатие изображения); дискретная подача аудиовизуальной информации с разрывами, пробелами, возможностью исключения (дополнения) части информации и представления аудиоинформации по восходящему (нисходящему) звуковому тону; фиксирование выбранной части визуальной информации для ее последующего перемещения или рассмотрения «под лупой»;многооконное представление аудиовизуальной информации на одном экране с возможностью сделать активной любую часть экрана (например, в одном «окне» - видеофильм, в другом - текст);демонстрация реально протекающих событий в реальном времени (в виде видеофильма или его фрагмента ).

Возможности систем мультимедиа позволяют интегрированно представлять на экране компьютера аудиовизуальную информацию, реализуя интерактивный диалог пользователя с системой и обеспечивая возможность выбора по результатам анализа действий пользователя нужную линию развития представляемого учебного сюжета или ситуации. Педагогические цели использования технологии мультимедиа определяются возможностью реализации интенсивных форм и методов профессионального обучения, повышения мотивации обучения за счет применения современных средств обработки аудиовизуальной информации, повышения уровня эмоционального восприятия информации, формирования умений реализовывать разнообразные формы самостоятельной деятельности по сбору и обработке аудиовизуальной информации [2], [4], [5], [10].

Технология «Активное видео». Технология «Активное видео» как элемент технологии мультимедиа предоставляет возможность создавать и демонстрировать видеофильмы на экране монитора или любого другого средства визуализации (проекционного экрана, интерактивной доски и пр.). При этом на кадрах демонстрируемого видеофильма при помощи манипулятора (например, мыши) можно выбрать любой отображаемый объект и получить любую дополнительную информацию о выбранном объекте: вызвать для просмотра новый видеоролик, получить текстовую, звуковую информацию, изменить параметры просматриваемого видеофильма и т.д. Фактически эта технология позволяет делать из любого видеофильма гипервидео-документ по аналогии с гипертекстовыми документами, в котором ссылки привязываются не к текстовым строкам, а к объектам, отображаемым на экране. Технология позволяет учитывать всю предысторию выбора и просмотра для каждого пользователя, что может быть с успехом использовано в технологии обучения [9] .

Одним из ключевых понятий технологии активного видео являются активные объекты, т.е. объекты, наделенные возможностями вызова дополнительной информации. Они выделяются на экране с помощью подсветки, изменения формы курсора мыши, появления всплывающего окна с подсказкой. Могут сопровождаться маркерами, акцентирующими внимание пользователя на активном объекте при просмотре видеоматериала. Выбор активного объекта на экране с помощью мыши приводит к открытию нового окна с видеороликом, появлению окна с текстовым сообщением, появлению звуковой информации, переходу к другому объекту, открытию страницы в Интернете, открытию почтовой программы и т. п. (к запуску любых приложений, установленных на компьютере пользователя).

Объекты бывают статическими и динамическими и обладают рядом общих свойств: уникальность каждого объекта, появление объекта на заданном интервале медиафайла, наличие у объекта активной области, при взаимодействии с которой происходит вывод дополнительной информации, наличие списка сценариев. Статический объект характеризуются тем, что он привязан к последовательности кадров фильма, к нему можно привязать несколько последовательностей его экранных образов, в качестве активной области объекта выступает контур изображения объекта на экране. Динамический же объект не привязан к последовательности кадров фильма. Он создается специальным сценарием, в результате выполнения которого объект появляется на экране. При этомв качестве активной области объекта может выступать как контур изображения объекта, так и произвольный контур, однако следует заметить, что к объекту может быть привязан только один контур.

Интерактивность при проигрывании видеоматериала в формате активного видео достигается за счет прокручивания в проигрывающем устройстве двух видеопотоков: основного потока видеофильма и созданного потока активных объектов, что создает эффект интерактивности объектов. В результате пользователь взаимодействует с активными объектами и получает дополнительную информацию.

Видеоматериалы в формате активного видео могут использоваться при создании лекций, энциклопедической информации, обучающих систем, тренажеров, наглядных советчиков, инструкций по применению чего-либо. Кроме того, рассматриваемая технология, объединяя в единую систему учебники, практические занятия, семинары, реализует такое электронное средство учебного назначения, как интерактивный электронный учебник. Во время просмотра такого учебника учащийся не просто видит обучающий фильм, но и имеет возможность тут же, непосредственно во время просмотра получить информацию о любом видимом на экране предмете, посмотреть фрагмент с объяснением того или иного термина; если надо - вернуться к нему еще раз, а по окончании просмотра пройти тест на проверку знаний. Таким образом, получается система, которую каждый ученик может адаптировать под себя, под свою скорость восприятия информации. Она является гармоничным дополнением к традиционным методам обучения [10].

Технология «Виртуальная реальность». Виртуальная реальность - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедийных операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире» [3].

Кроме того, при определении виртуальной реальности можно выделить и другие подходы. Согласно первому подходу, виртуальная реальность - это генерируемая на компьютере иллюзия трехмерного пространства; согласно второму - совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию, что

он находится в искусственном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительности информацией, генерируемой компьютерной системой.

Есть и другие определения термина «виртуальная реальность».Это понятие связывают и с технологиями мультимедиа, трехмерной графики и анимации, позволяющими объединить в едином информационном носителе всевозможные формы кодирования информации (вербальную, иконографическую, идеографическую, фонографическую и т.п.), что, в свою очередь, позволяет моделировать на компьютере процессы и объекты реальной жизни, создавать объемное компьютерное познавательное пространство с ощущением и восприятием его реальности за счет активного участия пользователя компьютера в «событиях», генерируемых информационной системой.

Главным отличием виртуальной реальности от подлинной считают возможность управления событиями. Следовательно, главное свойство системы виртуальной реальности - это возможность изменять информационные потоки, комбинировать, а также генерировать новые. Вместе с тем все, что происходит в системе виртуальной реальности, является в некоторой степени запрограммированным, поскольку виртуальная реальность неразрывно связана с компьютерной информационной средой.

Технология виртуальной реальности открывает широкие возможности совершенствования профессиональной подготовки специалистов любого профиля, например: осуществить тренировку для формирования определенных профессиональных навыков и умений пользования определенным оборудованием; осуществить информационное взаимодействие с объектами или процессами, реализация которого в реальности невозможна или из-за вредных последствий или непреодолимых расстояний [10].

Геоинформационные технологии. Геоинформационные технологии - это совокупность методов и приемов манипулирования пространственно-временными данными, их сбора, представления и обработки, в том числе и их анализа. Эти технологии возникли на стыке географии, информатики, теории информационных систем и картографии с привлечением общенаучных методов познания (в частности, системного анализа) в условиях реализации возможностей ИКТ. Геоинформационная система (географическая информационная система - ГИС) - это инструменты для обработки пространственно-временной информации, обычно привязанной к некоторой части земной поверхности, и используемые для управления ею.

ГИС включают в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики, аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.Таким образом, геоинформационные технологии предназначены для широкого внедрения в практику методов и средств работы с пространственно-временными данными, представляемыми в виде системы электронных карт, и предметно-ориентированных сред обработки разнородной информации для различных категорий пользователей.

Большинство современных ГИС осуществляют комплексную обработку информации: сбор первичных данных, накопление и хранение информации, различные виды моделирования (семантическое, имитационное, геометрическое, эвристическое), автоматизированное проектирование, документационное обеспече-ние.ГИС позволяютопределить место объекта или явления, осуществить пространственный анализ, определить временные/пространственные изменения какой-либо области или структуры, моделировать последствия при добавлении новых или удалении существующих элементов пространственных структур и т. п.

Основные области использования ГИС: электронные карты, городское хозяйство, государственный земельный кадастр, экология, дистанционное зондирование, экономика, специальные системы военного назначения и пр. [10].

Телекоммуникации. Реализация возможностей информационного взаимодействия на базе вышеописанных технологий в обучении неразрывно связана с использованием средств телекоммуникаций на уровне синтеза компьютерных сетей и средств телефонной, телевизионной, спутниковой связи. Сам термин «телекоммуникации» образован от греческого слова tele - далеко, вдаль и латинского слова communication - общение. В настоящее время значение термина «телекоммуникации» подразумевает такие средства дистанционной передачи информации, информационного ресурса, как радиосвязь, телевизионная, телефонная, телеграфная, телетайпная, спутниковая связь, основанные на применении современной компьютерной техники, информационных технологий с привлечением оптоволоконных технологий. При этом возможно использование современных средств связи, обеспечивающих информационное взаимодействие пользователей как на локальном уровне (например, в рамках одной организации или нескольких организаций), так и на глобальном (в рамках всемирной информационной сети) [5].

Комплексы, использующие вышеназванные средства, могут объединяться в системы передачи-приема для информационного обеспечения целых регионов страны. При этом общение через компьютерные сети (локальные или глобальные) позволяет производить обмен текстовой, графической информацией в виде запросов пользователя и получения им ответов из центрального информационного банка данных. Телекоммуникации могут осуществляться в реальном времени. Это так называемая синхронная телекоммуникация. С ее помощью можно организовывать одновременное обучение (при необходимости и одним преподавателем) нескольких групп обучаемых в нескольких школах региона или района. Телекоммуника-ции могут осуществляться и с задержкой по времени (электронная почта). Это так называемая асинхронная телекоммуникация. Электронная почта может использовать локальные сети ЭВМ и телефонную сеть общего пользования. С ее помощью целесообразно создавать «распределенные» по интересам ученические коллективы, участники которых, находясь в разных точках страны (стран), могут проводить совместные работы учебного, поискового или исследовательского характера. Как показывает опыт применения асинхронной телекоммуникационной связи в учебных целях, преобладающей организационной формой работы обучаемых является метод проектов. Этот метод зарекомендовал себя с положительной стороны разнообразием видов учебной деятельности, внедрением в учебный процесс исследовательского метода обучения, возможностью установления интеллектуальных контактов между партнерами по проекту.

Все виды информационного взаимодействия на основе телекоммуникационных сетей способствуют развитию у обучаемых умений в сжатой форме представлять передаваемую информацию, составлять краткие, информационноемкие сообщения, выражающие сущность передаваемой информации, - отсортировывать по определенным признакам необходимую информацию. Это вырабатывает коммуникативные способности, играющие немаловажную роль в развитии личностных качеств индивида. Использование возможностей телекоммуникаций обеспечивает непрерывность общения пользователя с информационными банками данных или с партнерами по информационному обмену, что способствует оптимальному использованию информации, которая может быть представлена в виде обучающих систем и передана на большие расстояния. Это позволяет в кратчайшие сроки тиражировать педагогические технологии, осуществлять обмен практическим и научно-методическим опытом[6, 8, 10].

Картографический сервис. Географические и тематические карты и атласы традиционно являются одной из важных форм представления учебно-методических материалов для разных уровней образования.

Для общего среднего образования карты являются обязательным учебным пособием освоения ряда базовых предметов школьной программы - географии, природопользования, истории, краеведения, биологии. Для ряда направлений профессиональной подготовки (наук о Земле, экологии и природопользования, региональной экономики и страноведения, социальных и политических технологий, бизнес-информатики и др.) картографический метод считается обязательным предметом изучения и освоения в качестве базового методического инструментария решения территориальных задач [3].

Помимо этого, тематические карты, моделирующие образовательную статистику, являются одним из базовых инструментов анализа территориальных особенностей развития образования, средством регионального планирования и управления. А справочно-информационные карты местоположения учебных заведений и иных объектов сферы образования, а также любых иных географических объектов служат полезным дополнением к другим сетевым Интернет-сервисам порталов (системам поиска, лентам новостей, специализированным базам данным). Все это делает интерактивный картографический сервис (ИКС) одним из полезных и востребованных Интернет-ресурсов образовательных порталов.

Разработка, позиционирование и поддержка ИКС является достаточно сложной информационно -технологической проблемой, связанной со спецификой проектирования и организации картографических баз данных, с реализацией большого перечня геоинформационных функций (масштабирования, перестройки и тематического моделирования содержания карт, территориальных запросов и т.д.) [10-11] .

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахаян А.А. Дидактические свойства информационных ресурсов. - URL:

http://edu.socom.ru/tdo/R3-2-3.htm.

2. Симонов А.В. Интерактивный картографический сервис на образовательных Интернет-порталах //

Интернет-порталы: содержание и технологии: Сборник науч. статей. Вып. 2. - М.: Просв., 2004. -

499 с.

3. Роберт И.В., Самойленко П.И. Информационные технологии в науке и образовании: Учебно-метод. пособие. - М., 1998.

4. Роберт И.В. Теория и методика информатизации образования (психолого-педагогический и технологический аспекты). - М.: ИИО РАО, 2008. - 274 с.

5. Роберт И. В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы,

перспективы использования. - М.: ИИО РАО, 2010. - 140 с.

6. Касторнова В.А., Касторнов А.Ф. Информационные и телекоммуникационные технологии в системе образования // Ероховские чтения: Тезисы докладов научно-практ. конференции «Новые границы ноосферы». - Череповец, 2004. - С. 137 - 139.

7. Касторнова В. А. Применение мультимедийных технологий в образовании: опыт и перспективы раз-

вития // Образование и образовательные системы Северо-Запада: опыт и перспективы развития: Материалы научно-практ. конференции (Череповец, 2 - 5 апреля 1996 г.) . - Вологда, 1998. - С. 154 -

156 .

8. Касторнова В. А. Некоторые вопросы применения сервисов Интернет в образовании // Научнопрактическая конференция «Образование и наука в Череповце: история, опыт и перспективы» (Череповец, 4 - 5 июля 2001 г.). - Череповец, 2001.

9. Касторнова В.А.Возможности программных средств формата «Ин-терактивное видео» как пример

реализации технологии мультимедиа // Ученые записки ИИО РАО. Вып.19. - М.: ИИО РАО, 2006. - С.

190 - 196.

10. Касторнова В. А. Современное состояние научных исследований и практико-ориентированных подходов к организации и функционированию образовательного пространства: моногр. / В. А. Касторнова. - Череповец: ЧГУ, 2011.

11. Интернет-порталы: содержание и технологии: Сборник науч. статей. Вып. 2.- М.: Просв.,

2004.- 499 с.