Архитектура образовательной среды, использующей гетерогенные распределенные функциональные модули, соответствующая стандартам и спецификациям модели scorm

АРХИТЕКТУРА ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ, СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СТАНДАРТАМ И СПЕЦИФИКАЦИЯМ МОДЕЛИ SCORM

И.А. Останин Научный руководитель - Д.Ф. Сулейманов

В статье рассмотрены недостатки современных систем электронного обучения и стандарты в области электронного обучения. Предлагается принципиальная архитектура образовательной среды нового типа, предоставляющей инструментарий для интеграции существующих систем обучения и создания многократно используемых учебных материалов.

Современные системы управления обучением (дистанционным и очным) (LMS -Learning Management System) предлагают широкий набор инструментов и средств создания, управления и публикации образовательных материалов, программ и курсов. Но, очевидно, что одному производителю, в силу разных причин, не всегда представляется возможным реализовывать отдельные функциональные модули на высоком уровне. В условиях высокой конкуренции на мировом рынке и все большей специализации веб-приложений необходимо создавать открытые архитектуры, соответствующие общепринятым мировым стандартам, таким, например, как стандартам, входящим в модель SCORM [1].

На данный момент не существует отдельной разработки в сфере образования, которая бы позволяла интегрировать различные функциональные модули сторонних производителей в единую систему, предоставляя им единый интерфейс для обмена данными, и при этом соответствовала бы принятым международным стандартам и спецификациям.

Другой существенной проблемой систем управления обучением является слабая поддержка стандартов хранения и описания учебных данных. На данный момент уже очень большое количество образовательных материалов свободно доступно в сети, например, огромная библиотека открытых курсов MIT Open Course Ware, к тому же очень многие преподаватели публикуют в Internet свои лекции и другие учебные материалы. Таким образом, создается большое количество учебных материалов достаточно высокого качества, которые хранятся в неорганизованном и нестандартизованном виде. Подобный подход имеет ряд проблем, самой очевидной и значительной из которых является то, что часто приходится затратить значительное количество времени просто на поиск подобных материалов, не говоря уже об отборе наиболее релевантных. Очень сложно установить, насколько тот или иной учебный материал релевантен, какие предварительные знания требуются и т.д.

Студентов интересует простой вопрос: как некоторый учебный материал может помочь в изучении курса по основной программе или помочь подготовиться к будущему курсу. Очень часто это становится понятно post factum. Очень сложно установить, что требуется предварительно изучить и что это даст для дальнейшего обучения. Не обладая специальными знаниями, чрезвычайно сложно решать подобные вопросы.

Таким образом, существует потребность в создании подхода и реализующей его системы, способных помочь структурировать и взаимно соотнести существующую распределенную информацию об учебных материалах и курсах, а также производить более релевантный поиск по ним. Необходимо организовать огромную массу образовательных материалов в некую систему, где будут ясны соотношения между различными материалами, а также обеспечить возможность многократного использования учебных материалов в разных контекстах и для разных целей. Обучаемым, впрочем, как и создателям курсов, должно быть ясно, что дает тот или иной курс, как можно использовать тот или иной материал. Необходимо знать, какие навыки и компетенции требует данный курс и какие он дает.

В процессе анализа этой проблемы мы нашли определенные аналогии поставленной задачи с концепцией семантического веба. Семантический веб - это идея Тима Бернерса-Ли о том, что информация, представленная на веб-страницах, должна быть «понятна» компьютерам, т.е. превратить данные в знания, интерпретируемые компьютерами и позволяющие решать многие актуальные задачи. При этом, несмотря на претенциозную постановку задачи, идея, предложенная в качестве реализации, достаточно проста. Информация в html-страницы внедряется в форме «предложений» в формате RDF [5], структура которых «понятна» программе, слова в этих предложениях определяются в так называемых онтологиях - файлах в формате OWL (Web Ontology Language) [4], которые формально определяют эти слова так, что становится возможным логический вывод на основе этой информации. Чрезвычайно близки к этой концепции модели, предлагаемые стандартами в области электронного обучения, такими как ADL SCORM, IMS RCD [3, 4].

SCORM (Sharable Content Object Reference Model - эталонная модель разделяемых объектов контента) - это модель организации учебных материалов, основывающаяся на ряде стандартов, позволяющая реализовать обмен контентом между различными обучающими системами. Основными принципами SCORM являются:

• легкая доступность материалов для LMS;

• адаптивность материалов и курсов к конкретным потребностям;

• возможность длительного использования контента;

• интероперабельность;

• переиспользуемость.

SCORM состоит из нескольких книг, представляющих различные аспекты работы LMS и взаимодействия обучающей системы с учебными материалами:

• Content Aggregation Model (CAM) - описывает требования к контенту;

• Run-Time Environment (RTE) - описывает требования к среде выполнения объектов контента;

• Sequencing and Navigation (SN) - описывает требования к информации о последовательности подачи материалов.

Далее мы более подробно рассмотрим содержание этих книг, и начнем, пожалуй, с описания основных понятий книги SCORM CAM.

Asset представляет базовый компонент учебного материала. Это может быть простой текст, изображение, аудиофайл и т.д. Отдельные Assets могут объединяться в составные. Asset может быть описан с помощью метаинформации, что позволяет легко его найти и использовать повторно.

Sharable Content Object (SCO) - разделяемый (переиспользуемый) объект контента - это минимальный объект, с которым может взаимодействовать LMS. Для обеспечения этого взаимодействия SCO поддерживает стандартизованный IEEE ECMAScript API. Важной характеристикой SCO, необходимой для реализации основных принципов SCORM, является возможность его повторного использования. Для этого SCO должен быть индивидуальным блоком, максимально независимым от контекста. Один и тот же SCO может использоваться в разных учебных курсах для достижения различных целей. SCO, так же как и Asset, содержит метаинформацию, в дополнение к этому он должен поддерживать минимальный набор функциональности, определенный в SCORM RTE, для взаимодействия с различными LMS.

Activitiy - это отдельная «инструкция», базовый учебный блок. Activity может состоять из SCO, Assets и других Activities. Таким образом, предоставляется возможность иерархически организовывать учебный материал. Activity, содержащая другие Activities, называется Cluster и может быть, например, разделом по определенной теме, главой и т.д. Activity содержащая только SCO и Assets, также называется Leaf - это часть главы, параграф.

Content Organization - организация контента. Content Organization описывает взаимосвязи между Activities, связи Activities с SCO и Assets, последовательность представления материала. Все зависимости между Activities вынесены в CO, таким образом, Activities представляют собой замкнутые блоки материала, независимые от контекста, и могут использоваться различными LMS, в различных курсах. Внутри Activity также могут быть последовательности, но они локализованы внутри данной Activity и не включают дополнительные материалы. Все внешние связи явно описаны в Content Organization, и LMS «знает» о них.

Content Package - пакет контента. Content Packages используются для доставки контента из репозитариев различным LMS. Пакет состоит из манифеста - XML документа, imsmanifest.xml, содержащего описание структуры пакета и ресурсов пакета, и собственно контента. Пакет представляет собой независимый блок учебного материала. Манифест может описывать небольшой блок материала или целый курс, содержащий подблоки со своими (суб)манифестами. Манифест состоит из следующих основных частей:

• metadata - описывает пакет целиком;

• organizations - описывает структуру материалов в пакете;

• resources - описывает, какие материалы включены в пакет;

• (sub)manifest(s) - описывает внутренние блоки учебного материала, которые могут рассматриваться как самостоятельные блоки.

Существующая версия SCORM не описывает, каким образом должны разбиваться крупные блоки, и на данный момент не рекомендует использование субманифестов.

Книга SCORM RTE определяет, каким образом LMS должны взаимодействовать с SCO и Assets. Основным отличием между SCO и Assets является то, как они взаимодействуют с LMS. SCO - это объект контента, активно взаимодействующий со средой, например, набор тестовых заданий, а Asset - это статический объект, например, текст или картинки. Как только LMS в соответствии с последовательностью прохождения материала встречает Activity, она должна ее запустить. Порядок запуска объектов контента определяется стандартом, таким образом, все LMS могут одинаково взаимодействовать с объектами. Внутренняя реализация работы объектов контента может быть произвольной, важно лишь, чтобы объекты реализовывали единый механизм запуска. После запуска объекта начинается сессия взаимодействия пользователя с объектом. Процесс завершения сессии также определяется стандартом, все объекты должны единообразно завершать взаимодействие с LMS. Для Asset остановка означает, что он просто перестанет демонстрироваться пользователю. SCO при завершении должен передать LMS результаты взаимодействия с пользователем в стандартизованном виде, и в зависимости от результата LMS может принять решение о дальнейшей работе. Унифицированный процесс взаимодействия LMS и контента позволяет реализовать возможность многократного использования контента различными LMS.

Средства для описания последовательности представления материала описаны в SCORM SN. Ключевым понятием SN является Activity Tree - иерархическая структура организации активностей. При этом SCORM SN не налагает дополнительных ограничений на внутреннее представление информации о последовательности активностей для LMS, не налагается ограничений на способы реализации, на алгоритмы, описывающие представление материала, внутренняя организация может не иметь древовидной структуры. SCORM SN описывает только представление информации, предназначенной для обмена между различными LMS. При этом насколько хорошо Activity Tree описывает реальную последовательность активностей, настолько данный учебный курс может быть пригоден для многократного использования в различных LMS.

Однако, кроме задач хранения, компоновки и интерпретации учебных материалов и курсов, за которые отвечают стандарты модели ADL SCORM, перед современными системами управления обучением стоит задача управления компетенциями обучаемых,

а также использование информации о компетенциях для построения персональных курсов, наиболее точно соответствующих текущим знаниям и навыкам обучаемого. При построении учебных курсов очень важным является одинаковое понимание компетенций различными поставщиками контента. На данный момент существует единственный общепринятый стандарт - IMS Reusable Definition of Competency or Educational Objective, который направлен на обеспечение возможности создания и многократного использования описаний компетенций, которые используется при создании учебных курсов. IMS RDCEO не налагает ограничений на содержание определений, его основным назначением является предоставление средств для описания основных характеристик описаний и ссылок на них. К сожалению, этот стандарт все еще очень мало распространен и практически не поддерживается системами управления обучением.

Структура описания компетенции IMS RDCEO состоит из глобального идентификатора, заголовка, описания и определения. Определение состоит из утверждений, описывающих компетенцию, которые основываются на справочной модели (глоссарии, онтологии, Model Source), которая определяет пространство терминов в которых описывается компетенция. Также определение может содержать метаданные, причем допускается несколько блоков метаданных, которые могут следовать различным стандартам и использоваться для различных целей и в различных контекстах. Конечно, такой модели недостаточно, она определяет только структуру описания, но не его содержание. Адекватной формальной схемы описания компетенций на данный момент не существует, и следовательно использование описаний компетенций в обучающих системах видится затруднительным. Однако многие вещи вполне реализуемы уже сейчас.

Описание архитектуры образовательной среды

Существующие на данный момент системы управления обучением не используют в полной мере возможности многократного использования контента с помощью модели SCORM и возможностей управления компетенциями. Для реализации этих возможностей требуется образовательная среда, которая будет обеспечивать взаимодействие различных образовательных систем, распределенного контента и информации о компетенциях.

Ключевым звеном такой системы должна стать интегрирующая среда (рис. 1), предоставляющая унифицированную среду исполнения программ (RunTime) для объектов SCORM и внешних функциональных модулей, также интегрируемых через специальный интерфейс программирования приложений (API). Для интеграции системы и различных внешних модулей требуется общая система авторизации, позволяющая прозрачно работать со сторонними репозитариями контента, образовательными системами и прочими внешними сервисами.

Важнейшей частью интегрирующей среды должен стать интеллектуальный агент, обеспечивающий управление компетенциями. По запросу пользователя он должен на основе информации о компетенциях обучающегося и о зависимостях цели обучения от других компетенциях построить курс, приводящий учащегося от его актуальных компетенций к желаемым, а также подобрать и организовать наиболее релевантные учебные материалы. Также в образовательную среду должны быть включены разнообразные функциональные модули, позволяющие создавать контент, учебные курсы, пополнять информацию о курсах и компетенциях, поддерживать процесс обучения и преподавания, общения между пользователями.

Нами был разработан один из функциональных модулей, который в дальнейшем должен стать базой для создания прочих средств - модуль для многопользовательского создания рисунков и диаграмм в реальном времени inVisio. Он позволяет одновременно работать над рисунками неограниченному числу пользователей. Они могут обмениваться идеями и мгновенно вносить необходимые изменения без обмена файлами. Это

можно использовать при создании контента, а также в преподавательском процессе в качестве аналога классной доски.

Рис. 1. Архитектура образовательной среды

Таким образом, предлагаемая авторами архитектура образовательной информационной системы нового поколения базируется на существующих общепринятых стандартах и принимает в расчет очевидные тенденции развития онлайн веб-сервисов. Части архитектуры в том или ином виде уже разработаны и реализованы, но требуется еще довольно много усилий для того, чтобы она была реализована в полной мере. На данный момент ведется работа над детализацией архитектуры, разработке проектов дополнений к существующим стандартам и концептуализации новых, а также исследование возможных методов, способов и технологий интеграции со сторонними функциональными модулями. Авторы архитектуры видят разумным объединение усилий сообщества специалистов, заинтересованных в реализации подобной образовательной системы, для совместной работы над отдельными объектами и стандартами архитектуры.

Aï

VlyBlogL«

Литература

Интег

1. Advanced Distributed Learning. Sharable Content Object Reference Model (SCORM) 2004. // Ory THHH HTT "HH^OPMHRE". http://www.edu.ru/db/portal/e-library/OOOOOO53/SCORM-2OO4.pdf

2. OWL Web Ontology Language Overview // W3C. (1O February 2OO4). http://www.w3.org/TR/owl-features/

3. IMS Reusable Definition of Competency or Educational Objective - Information Model // IMS Global Learning Consortium. (25 October 2OO2) http://www.imsglobal.org/competencies/rdceov1pO/imsrdceo infov1pO.html

4. IMS Reusable Definition of Competency or Educational Objective - Best Practice and Implementation Guide // IMS Global Learning Consortium. (25 October 2OO2) http://www.imsglobal.org/competencies/rdceov1pO/imsrdceo bestv1pO.html

5. RDF Primer // W3C. (1O February 2OO4) http://www.w3.org/TR/rdf-primer/

Ynpai