Организация системы дистанционного образования: выбор програмных средств

и информационные

технологии

И.Ю.ЗЕМЛЯКОВ,

доцент, кафедра медицинской и биологической кибернетики Сибирского государственного медицинского университета, г.Томск

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ: ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

сновным вопросом, который возникает при разработке любой информационной системы, является выбор платформы и/или программной среды, в которой эта система будет создаваться и функционировать. В случае разработки информационной системы «с нуля» сделанный выбор на многие годы определяет стабильность работы системы, а также стратегию и тактику ее развития. Достаточно часто в силу объективных обстоятельств, в первую очередь из-за нехватки кадров или сложности решаемой задачи, используются уже готовые разработки [3, 13]. В этом случае при их выборе на первый план выходит возможность гибкой настройки системы или ее модификации силами небольшого коллектива инженеров-программистов. Проектирование и реализация системы технической поддержки дистанционного обучения (ДО), работающей с широким использованием технологий Интернета, выдвигают аналогичные требования [10, 12, 14].

В Сибирском государственном медицинском университете с 2002 года функционирует Центр дистанционного образования (ЦДО), на базе которого организовано обучение на факультете высшего медсестринского образования и фармацевтическом факультете. Первый набор студентов был проведен на 2004-2005 учебный год; всего по дистанционной технологии на двух факультетах обучаются пока около 50 человек. До набора студентов в течение полутора лет сотрудники ЦДО адаптировали существующие ме-

© И.Ю.Земляков, 2005 г.

тодики ДО к преподаванию медико-биологических дисциплин, создавали систему технической поддержки ДО и сами электронные средства обучения (ЭСО), участвовали в разработке печатных методических материалов и их издании. Ведется разработка методических материалов для довузовской подготовки школьников по Сибири и СНГ с использованием технологии ДО, а также организация дистанционных курсов ФУС и ППС.

В этой статье мы попробуем описать техническую сторону реально функционирующей системы поддержки медицинского дистанционного образования и проанализировать причины, побудившие принимать нас те или иные программно-технические решения.

Основной проблемой, с которой мы столкнулись в начале пути, был выбор системы технической поддержки ДО, на базе которой можно было бы достаточно просто и с минимальными накладными расходами развернуть процесс дистанционного обучения. Известно, что максимальная стоимость ошибки приходится на этап проектирования программного продукта [3, 11, 12, 16]. Имея более чем десятилетний опыт разработки и эксплуатации ЭСО и интегрированных систем обучения и контроля знаний [6, 9], нами были сформулированы семь основных требований, предъявляемых к технической стороне задачи. Строго говоря, они достаточно близки к требованиям, выдвигаемым к техническим средствам дистанционного обучения в техничес-

ких, гуманитарных ВУЗах и классических университетах [5, 7, 12, 14].

1. Технические службы ДО должны обеспечить стабильную и надежную работу в публичных компьютерных сетях, быть устойчивыми к известным атакам Интернета и действию вредоносных программ. Желательно, чтобы эти свойства системы обеспечивались простыми процедурами администрирования, не требовали излишних финансовых затрат и постоянного присмотра.

2. Период создания или настройки системы ДО с этапа проектирования до начала функционирования должен быть минимально возможным, чтобы основное внимание сосредоточить на разработке методических ЭСО. Это предполагает использование или готовых программных продуктов, или тех разработок, которые требуют минимальной доводки собственными силами. Создание оригинальной системы ДО в рамках медицинского ВУЗа нереально в силу множества объективных причин, в первую очередь из-за высокой загрузки немногочисленных работников существующей информационной службы или отсутствия у них должной квалификации.

3. Система ДО должна иметь программные реализации аналогов большинства известных методик очного и заочного обучения, базирующихся на службах Интернета: обмен методическими материалами и выполненными заданиями, проведение индивидуальных и групповых консультаций, организация семинаров и так далее. Желательно, чтобы в ее состав входили сервисы, позволяющие активно использовать современные мультимедийные технологии: видеоконференции, аудио- и видеотрансляцию.

4. Система ДО должна быть интуитивно понятной для пользователя и малочувствительной к его неверным действиям. Требование к русскоязычному интерфейсу системы ДО является очевидным.

5. Система ДО должна быть рассчитана на работу с удаленным пользователем в условиях низкоскоростной связи невысокого качества и

минимально нагружать каналы передачи данных.

6. Система ДО должна иметь средства для гибкого управления учебным процессом. Это позволило бы с минимальными затратами использовать ее для обучения во всем спектре учебных дисциплин - от физико-математических до гуманитарных.

7. Система ДО должна содержать средства составления отчетов в формате, пригодном к дальнейшей обработке в деканатах, планово-финансовом отделе ВУЗа и его бухгалтерии. Весьма желательно, чтобы имелись программные средства для прямого обмена информацией между базами данных ДО, бухгалтерии и учебной части.

Подобные требования к системам ДО и их реализация как свойства программных продуктов ранее неоднократно обсуждались в периодической печати, однако основное внимание авторов было сосредоточено на коммерческих системах ДО [7, 12-14]. Возможности систем с открытым кодом, попадающие под действие лицензии GNU/GPL, обсуждались гораздо реже [2, 8].

Читатель, безусловно, предполагает, что стоимость системы ДО, базирующейся на платформе Windows и отвечающей перечисленным требованиям, может составлять (и составляет) несколько десятков или даже сотен тысяч долларов, поскольку она должна включать более десяти высокопроизводительных серверов, большинство из которых в полнофункциональном варианте не входит в ее базовый состав. Да и стоимость удовлетворительно работающей серверной платформы Windows 2003 Server, варианта «unlimited users», вероятнее всего, окажется неприемлемой для небогатых медицинских организаций. Если сюда добавить необходимость приобретения комплекта оборудования, способного обеспечить надежное и стабильное функционирование сервера, то объем единовременных базовых вложений (по нашим предварительным расчетам) должен был составить около 10 миллионов руб-

и информационные

технологии

лей (!) в ценах конца 2003 года, из которого примерно 60% уходило бы на стоимость программного обеспечения [3]. Это соответствует известным литературным данным, согласно которым стартовые расходы на создание инфраструктуры ДО в ВУЗах Европы и Америки могут достигать 300-500 тысяч долларов [4, 15]. Эксплуатация контрафактных версий разработок Microsoft и других фирм в коммерческих целях для престижного вуза невозможна из многих соображений. Поэтому использование системы ДО, работающей в пространстве Windows, было исключено с самого начала разработки проекта.

К счастью, мы имеем более чем десятилетний опыт работы с ОС семейства *NIX: различными дистрибутивами Linux и версиями ОС BSD. Поскольку средств для приобретения современного сервера в нашем ВУЗе запланировано не было, а создавать его нужно было на базе морально устаревшего компьютера, переданного из бухгалтерии, то наш выбор остановился на платформе FreeBSD 4 stable на период октября 2003 года. Конфигурация компьютера, используемого в качестве сервера, была близка к простейшей офисной станции, актуальной на конец 2000 года: Celeron 1000/128M/20G. Как и ожидалось, аппаратная часть оказалась подходящей для функционирования под управлением выбранной операционной системы. Производительность сервера в условиях расчетной нагрузки также предполагалась достаточной для одновременного обслуживания нескольких десятков подключений, что в дальнейшем подтвердила рабочая эксплуатация.

При формировании сервера коллекция портов (командных скриптов для сборки и установки необходимых пакетов программ с использованием публичных ftp-серверов) была обновлена до актуального состояния стабильных версий через систему CVS. Установленное базовое программное обеспечение гарантировало полную совместимость и сбалансированную работу:

♦ интерпретатор ActiveState perl 5.6.2;

♦ почтовый сервер sendmail 8.12.11, настроенный для работы исключительно с локального хоста;

♦ файловый сервер ProFTPD 1.2.9, настроенный для работы авторизированных пользователей, обмен файлами для остальных пользователей предполагался путем использования возможностей стандарта CGI (загрузка на сервер) и web-сервера (получение клиентом);

♦ системная служба SSHd 1.2.32 для удаленного управления работой сервера.

Дополнительно были установлены следующие пакеты программ:

♦ Web-сервер Apache 2.0.49;

♦ PHP 4.3.6 как модуль Apache и как независимый интерпретатор для службы CGI;

♦ модуль Apache mod_perl 1.99.12 и служба FastCGI 2.4.0, способные в 20-50 раз ускорить работу скриптов CGI, написанных на языке perl;

♦ сервер управления базами данных MySQL 4.0.18 для информационного обеспечения работой портала.

Несколько дополнительных сервисных служб, обеспечивающих:

♦ «мягкое» выключение сервера с использованием источника бесперебойного питания в случае исчезновения напряжения в электросети;

♦ регулярное резервное копирование рабочих баз данных и содержимого некоторых каталогов на двух доверенных хостах интрасети;

♦ отслеживание попыток внешних атак и их эффективное блокирование.

Как можно заметить, нами использовались не самые последние версии пакетов программ из доступных на момент генерации сервера. Для выбора версии устанавливаемого ПО мы использовали следующие критерии:

♦ отсутствие известных критических ошибок, способных повлиять на качество работы системы;

F4I

www.idmz.ru hil

2005,

♦ анализ откликов пользователей на работу перечисленных версий программного обеспечения в соответствующих телеконференциях USEnet и Fidonet;

♦ достаточная стабильность версии, когда в сопроводительной документации авторы указывают на внесение лишь исправлений ранее замеченных ошибок, но не добавление новых функций (заключительный этап разработки жизненного цикла промежуточной версии программы).

Создание полного Интернет-сервера на базе FreeBSD заняло у нас около трех рабочих дней, причем большинство времени ушло на настройку сетевых сервисов, их защиту и повышение отказоустойчивости. Сервер в течение года перезагружался дважды: в первом случае вышел из строя вентилятор охлаждения процессора, во втором случае произошло аварийное выключение электропитания продолжительностью более часа (закончился ресурс системы бесперебойного питания). На момент написания статьи сервер работал без перезагрузки 127 суток.

Физически сервер размещен в помещении с ограниченным доступом в Интернет-центре Сиб-ГМУ. Администрирование сервера исключительно удаленное, с использованием защищенной оболочки SSH. В качестве серверной службы использовался системный демон SSHd, настроенный для работы с доверенных адресов IP внутренней сети ВУЗа. Клиентом SSH на платформе Windows служила свободно распространяемая, отлично зарекомендовавшая себя оболочка SSH telneat 3.27, на платформе Linux - системный клиент SSH. В целях повышения безопасности администрирования используются максимально возможная компрессия сигнала и его шифровка по алгоритму idea с 310-битным ключом.

Следующим шагом в нашей работе был выбор собственно системы управления ДО с web-интерфейсом, обеспечивающей требования, перечисленные в начале статьи. В поисках подходящей разработки мы ознакомились с несколькими десятками систем, в том числе оте-

чественных независимых программистов и организаций.

В первую очередь мы внимательно изучили возможности системы IBM Lotus Learning Space [5, 14], так как, по нашим представлениям, эта система постепенно становится стандартом de facto для организаций, подведомственных Министерству образования РФ. Несмотря на относительно небольшую стоимость рассматриваемого решения (порядка 18-20 тысяч долларов), хранение исходных данных и широкое использование закрытых форматов в стандартах третьих фирм нам кажется ошибочным. Разработчики ЭСО старшего поколения прекрасно помнят, чем закончилось повальное увлечение созданием электронных учебников и тестирующих систем в среде MS DOS в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Поэтому в дальнейшем мы ориентировались на системы, использующие действующие открытые стандарты хранения и представления данных, а также их управления: SQL, W3C HTML и W3C XML.

Среди разработок, которые привлекли наше внимание, были как коммерческие, так и открытые системы ДО: WebCT, EDC, Web-class и многие другие, ссылки на которые можно найти в каталогизаторе Google (порядка 150 наименований). В силу изложенных выше причин нас интересовали бесплатные системы ДО с открытым кодом уровня «колледж-университет», поддерживающие механизм сессий [10]. В результате изучения структуры и возможностей более 50 пакетов программ наше внимание привлекли две системы - Mimerdesk [2, 4, 5] и MOODLE [5, 17], обладающие примерно одинаковыми возможностями.

Система ДО Mimerdesk создавалась для обеспечения коллективной работы учащихся школ и ВУЗов г.Эспо, Финляндия. Работа над проектом началась в 1999 г. в рамках программы развития образования, одобренной Евросоюзом. Система строится на модульном принципе, имеет достаточно широкий набор средств обучения, ад-

>

и информационные

технологии

министрирования и управления учебным процессом. Ядро и основные модули MimerDesk написаны на языке perl и требуют установки около 20 дополнительных библиотек CPAN, что может несколько затруднить запуск и обновление системы. Сейчас эта среда обучения приобрела множество дополнительных функций и превратилась в полноценный инструмент поддержки дистанционного обучения. С 2001 года проект является открытым, попадает под действие лицензии GNU/GPL, поэтому российским УЦ «Микротест» разработан модуль русскоязычного интерфейса, входящий в комплект поставки. В настоящее время управление проектом ведет финская фирма Dicole, получить инсталляционный пакет можно по адресу: http://www.dicole.fi/ en/products/learning/overview. Рабочая версия системы 2.0.1, последнее серьезное обновление проводилось 15 ноября 2003 г. Разработчики рекомендуют воспользоваться возможностью обновления версий через CVS для автоматической поддержки системы ДО в актуальном состоянии. В пространстве Рунета MimerDesk используется для организации дистанционного обучения в УЦ «Микротест», УЦ NAUMEN, МФ НГТУ и ряде других организаций.

Как упоминалось выше, обучение медико-биологичеким дисциплинам требует использования широкого набора педагогических средств и высокой гибкости настроек системы поддержки обучения. Система MimerDesk обладала достаточным для обычного учебного процесса набором модулей, но ее возможности для преподавания медико-биологических дисциплин, на наш взгляд, были достаточно скромны. Так, из известных 12 методов тестирования обучаемых в ней может быть реализовано всего 4, причем реализации не соответствуют основным требованиям теории тестирования [1]. Отсутствовали средства для статистического анализа результатов проверки знаний и создания научно обоснованных тестов. Имеющимися средствами крайне сложно реализовать модели полного

усвоения Дж.Кэррола и Б.Блума, а также использовать блочное представление учебного материала по Ч.Купсиевичу [1]. Список отсутствующих или неудачно, на наш взгляд, реализованных функций можно продолжать достаточно долго. Все это послужило причиной отказа от использования MimerDesk как системы поддержки дистанционного обучения в медицинском ВУЗе, хотя на ее детальное изучение и попытки исправления недочетов нами было потрачено около трех месяцев.

Вторая система, на которую мы обратили внимание, разрабатывается в рамках проекта Sourceforge и имеет аббревиатуру MOODLE (Module Objec-Oriented Distance Learning Eucate). Она также попадает под действие лицензии GNU/GPL. Исходный код для установки можно получить с сервера проекта: http://moodle.org. Инициатором и координатором проекта является Martin Dougiamas, системный администратор Технологического университета Картина, Австралия. Начальной целью проекта являлось создание системы поддержки ДО, являющейся свободно распространяемым функциональным аналогом известной системы WebCT (http://www.webct.com). Но в дальнейшем, как это бывает достаточно часто, проект MOODLE превратился в оригинальную разработку, по крайней мере не уступающую, а кое в чем превосходящую свой прототип. Краткое описание MOODLE ранних версий и результаты их практического использования неоднократно приводились в литературе [5, 8, 17]; более подробный анализ актуальной версии системы с кратким описанием процесса установки и настройки, а также методику ее кириллизации мы планируем привести в одной из следующих статей цикла.

Как и в случае с системой Mimerdesk, средства составления отчетов MOODLE были минимальными и ориентировалась на стандарты англоамериканской системы образования. Это потребовало внесения в исходный код некоторых модулей MOODLE серьезных изменений, чтобы

F4I

www.idmz.ru hil

2005,

приблизить форматы важнейших генерируемых отчетов к требованиям утвержденных в России стандартов. В настоящее время ведется работа по созданию модуля генератора отчетов в полном соответствии с требованиями российских министерств и ведомств. Текстовые файлы создаются в формате RTF, электронные таблицы - в формате, совместимом с книгами MS Excel. Сгенерированные отчеты отправляются на компьютер пользователя как бинарные файлы в неизменном виде либо как архивы формата ZIP.

Для организации текущей работы преподавателей ЦДО был приобретен компьютерный класс из пяти рабочих мест в минимально возможной конфигурации для решения офисных задач (Celeron 2000/128M/80G). На класс был приобретен недорогой лазерный принтер: согласно действующим нормативам, все контрольные и самостоятельные работы, получаемые от студентов по электронной почте, должны быть распечатаны, проверены преподавателями и храниться в архиве. Поэтому вторая задача, которая стояла перед нами, был выбор среды функционирования рабочего места преподавателя. Подавляющее большинство задач, решаемых преподавателями на этих местах, сводилось к управлению своими учебными курсами с помощью web-браузера и работе с офисными приложениями.

И здесь, исходя из условий минимального финансирования, мы ориентировались на использование открытого программного обеспечения. Нами была выбрана хорошо знакомая и стабильно работающая ОС Linux, дистрибутив Mandrake 10. Связано это с тем, что авторы этого инсталляционного комплекта сохранили простоту установки и настройки известного дистрибутива RedHat, но исправили множество проблем, затрудняющих переход на национальные кодировки. Кроме самой ОС Linux, дистрибутив содержит более 3000 откомпилированных пакетов: графическую оболочку X Window, средства кириллизации приложений, множество пакетов прикладных программ

и утилит, а также удобные графические средства настройки системы. Поэтому для установки и настройки рабочего места необходимо не несколько дней кропотливого труда, а около полутора часов. Дистрибутивы российской сборки ASP Linux и Alt Linux, хотя и являются развитием Mandrake, отстают от него по версиям ядра и оригинальных утилит примерно на 6-9 месяцев. Дистрибутив Mandrake состоит из трех ISO-образов компакт-дисков, которые мы получили с публичного ftp-сервера г.Томска (ftp://linux.tomsk.ru/pub/Linux/Distributions/ iso/Mandrake).

Для работы с файлами, присланными студентами, преподаватели использовали офисный пакет OpenOffice 1.5, совместимый по формату файлов текстового процессора и электронных таблиц с аналогичными приложениями MS Office. В качестве web-браузера на каждое рабочее место пришлось установить пакет Opera 7.52, так как стандартный браузер Mozilla не способен корректно отображать многие страницы, генерируемые MOODLE в стандарте MS Internet Explorer.

Использование открытого программного обеспечения для рабочих мест позволило сэкономить на каждом персональном компьютере около 10 тысяч рублей. Так как большинство наших преподавателей имело минимальный опыт работы с персональным компьютером, необходимости переучиваться при переходе из Windows на платформу Linux у них не было. Те из них, которые до этого активно пользовались ПО производства Microsoft, после ознакомления с особенностями интерфейса оконной системы KDE и OpenOffice легко и быстро адаптировались к ним.

ВЫВОДЫ

1. В условиях минимального финансирования использование открытого программного обеспечения для организации дистанционного обучения в медицинском ВУЗЕ не только оправдано, но и позволяет создать систему ДО, не уступающую, а кое в чем и превосходящую коммерческие аналоги.

>

и информационные

технологии

2. Развертывание сетевых сервисов и средств технической поддержки ДО на платформе ОС FreeBSD позволило создать надежную и стабильную систему, малочувствительную к влиянию большинства негативных воздействий.

3. Открытое ПО позволяет собственными силами адаптировать установленную систему тех-

нической поддержки дистанционного обучения к требованиям отечественных стандартов и пожеланиям преподавателей.

4. Использование среды Ипих как основы для рабочего места преподавателя в системе ДО полностью оправдывает себя с точки зрения удобства, стабильности и надежности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аванесов В.А. Теория и методика педагогических измерений. - http://testolog.narod.ru.

2. Богатова Т. Дистанционное обучение: В России будут учить с помощью MimerDesk// PC Week. - 2002. - №27.

3. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц, или как создаются программные системы. -СПб.: Символ-Плюс, 1999.

4. Дистанционное обучение на «открытых исходниках». - Открытые системы. - 2002. - №7.

5. Жилина Н. Университет на диване//Ж. LAN. - 2003. - №9.

6. Жиляков А.С., Земляков И.Ю. Управляющая оболочка автоматизированной обучающей системы «Dr.Teacher у.1.05»//Сертификат МЗ РФ № 224 от 17.07.1997.

7. Жуков В. Разработка электронных курсов: обзор программных сред//е^еагптд World. -2004. - №1.

8. Крайнова М.Н., Лалетин В.А., Столбова И.Д. Организация системы дистанционного обучения графическим дисциплинам. - М.: Информационные технологии в образовании, 2004.

9. Кротенко Н.М., Земляков И.Ю., Медведев М.А., Пеккер Я.С., Студницкий В.Б., Тимофеев В.Ю. Опыт использования обучающе-контролирующей системы Lesson 1.05 в медицинском ВУЗе. - Новосибирск: Изд-во НГУ, Новые информационные технологии в университетском образовании, 1998.

10. Круг С. Веб-дизайн, или «не заставляйте меня думать». - СПб.: Символ-Плюс, 2001.

11. Йордон Э. Путь камикадзе. Как разработчику программного обеспечения выжить в безнадежном проекте? Пер. с англ.//М.: Лори, 2001.

12. Печенкин А. Организация выбора программного решения для электронного обучения// e-Learning World. - 2004. - №1.

13. Печенкин А., Титарев Д. Покупное решение: прогнозируемые затраты, гарантированный результат. Самодельное решение: объективная необходимость//e-Learning World. - 2004. - №1.

14. Солдаткин В.И. Преподавание в сети Интернет. - М.: Высшая школа, 2003.

15. Стив А. Электронные уроки для всех/Computer World. - Россия, 4 декабря 2001.

16. О'Коннэл Ф. Как успешно руководить проектами. - М.: Кудиц-Образ, 2002.

17. Цыганок Д.А., Олейников Б.В., Чередниченко О.М. Использование системы МООДУС для информационной поддержки образовательного процесса в КРАСГУ. - Красноярск: Изд-во КГТУ, Информатизация краевого образования, 2003.