Стандартизация разработок в области электронного образования по авионике

2007

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Авионика и электротехника

№ 115

УДК 629.735

СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО АВИОНИКЕ

А.В. ОСИПЦОВ, А.А. ПЛОТНИКОВ, П.А. ПЛОТНИКОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Кузнецовым С.В.

Изложены результаты исследований в области стандартизации международных требований к технологиям электронного образования, сформулированы цели стандартизации разработок в данной области и приведены примеры разработок.

Вместе с ростом сложности авиационной техники возрастает потребность в более квалифицированном обслуживающем персонале, в грамотных инженерах и техниках. Вероятность ошибки пилота или инженера в его профессиональной деятельности во многом определяется именно на этапе обучения. Поэтому уровень профессионального образования в сфере воздушного транспорта играет возрастающую роль.

В последнее время происходит интеграция процесса обучения с компьютером и коммуникационными технологиями. Во всем мире процесс обучения пилотов и технического состава является отлаженной технологией и разделен на этапы, гармонично сменяющие друг друга. Теоретический курс синтезирован с электронными системами обучения, переходящими в практикум на имитационных дисплейных тренажерах возрастающего уровня сложности - от простого к более сложному. По окончании начинается этап обучения на натурных тренажерах -специально переоборудованной авиационной технике, контролируемой с помощью ЭВМ и устанавливаемой в специальных помещениях. И только затем, после определенных процедур аттестации, обучаемый попадает на реальный самолет.

В России интеграция процесса обучения с компьютером и коммуникационными технологиями началась в начале девяностых годов. Определенный задел был сделан в естественных науках, были сформулированы и построены определенные модели компьютерного обучения. В гражданской авиации, особенно в области подготовки инженерно-технического состава, процесс интеграции обучения с компьютером начался совсем недавно.

Первые попытки интеграции обучения с компьютером были предприняты частными компаниями и некоторыми конструкторскими бюро, в результате появились первые версии электронных книг-руководств, электронные авиационные тренажеры, анимационные презентации, объясняющие работу того или иного устройства.

При повсеместной интеграции процесса обучения с компьютером и коммуникационными технологиями возникла необходимость стандартизации и регламентации стандартов и требований в области разработки и создания электронных обучающих программ, электронных книг и т. п. В начале восьмидесятых годов произошла стандартизация и регламентация стандартов и требований к компьютерному обучению в области ГА и авиационной промышленности. Был организован Комитет компьютерного обучения авиационной промышленности в США, а также ряд организаций, отвечающих за разработку стандартов и требований к обучающим программам, электронным книгам, электронным презентациям и т. п.

Эти организации сумели четко сформулировать основные требования к системе электронного обучения, определив при этом основополагающие понятия и термины в системе электронного обучения.

В нашей стране система электронного обучения в области ГА начала формироваться не так давно. Каждый раз при создании электронных книг, электронных обучающих программ,

электронных презентаций, систем электронного обучения возникает ряд вопросов. Что понимается под системой электронного обучения? Как разделяются понятия «автоматизированная обучающая система» и «электронная обучающая система»? Какое содержание должно быть у обучающей системы? Какие технические требования предъявляются к оборудованию, на котором будут использоваться обучающие системы? Какая нормативно-правовая документация применяется в западноевропейских странах при разработке и создании электронных обучающих систем в области подготовки и переподготовки инженерно-технического персонала гражданской авиации? Кто и что стандартизирует в электронном обучении за рубежом? Какие организации занимаются стандартизацией и разработкой требований, стандартов и рекомендаций в области компьютерного обучения?

В данной статье делается попытка ответить на эти вопросы. Рассмотрим организации, занимающиеся за рубежом разработкой стандартов, требований и спецификаций в области компьютерного обучения.

Стандарты и спецификации рассматриваются аккредитованной организацией Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE (Институт инженеров электротехники и электроники). Ниже будут представлены основные организации и их основные направления в е-Learning.

Advanced Distributed Learning ADL (Продвинутое распределенное обучение) - это американская госбюджетная организация, которая исследует и разрабатывает спецификации, поддерживая принятие и развитие е-Learning. Цель ADL - гарантировать доступ к высококачественному обучению и обучающим материалам, которые могут быть сделаны на заказ, и учесть индивидуальные нужды и сделать их легко доступными.

Широко распространенной публикацией является ADL Shareable Content Object Reference Model SCORM (Модель связанных общедоступных объектов содержания). Спецификация SCORM объединяет элементы спецификаций в единый документ, который может быть легко выполнен. Ценностью выпущенных стандартов ADL является наличие примеров, лучших практик и пояснений, которые в свою очередь помогают разработчикам и поставщикам е-Learning выполнять необходимые спецификации в последовательном и многократно повторяющемся способе.

Aviation Industry Computer Based Training Committee AICC (Комитет компьютерного обучения в авиационной промышленности) был создан в 1988 году как международная группа, технологически базирующаяся на подготовке инструкторов компьютерного обучения. При этом были разработаны CBT, в соответствии с требованиями для авиационной промышленности. Основная цель - более эффективное образование. Комитет публикует различные рекомендации, включающие конфигурацию оборудования и программного обеспечения.

Ниже приводится список основных разработок AICC по годам их публикации.

1989 - Общие требования базового инструментального комплекса (платформы) для разработки CBT (AGR - 002);

1992 - Требования к оцифрованному звуку, базирующемуся на DOS (AGR-003) до появления мультимедийных стандартов под Windows;

1993 - Требования взаимодействия сетей для CMI (Computer -managed instruction - Компьютерное обучение) и LMS (Learning managed System - Система управления обучением).

1996 - Требования (AGR-009) к навигационным иконкам помогают стандартизировать используемый студентом (обучаемым) контроль в CBT .

1998 - Спецификации CMI (LMS) были обновлены, включены CBT, использующие web-технологии WBT (Web-based Training - Обучение, основанное на использовании Интернет-технологий). Эти новые технические требования названы AGR - 010.

2005 - Требования PENS (Package Exchange Notification Services - Пакет обмена служб сообщений). AGR-011 разрешают специализированному программному обеспечению, позволяющему разрабатывать интерактивные мультимедийные приложения, не представлять издательский состав в LMS системах.

2005 - Перечень обучения и разработок (AGR-012) описывает технические требования AICC, рассматриваемые перед закупкой и разработкой CBT/WBT содержания или систем.

В разделе Требования и рекомендации AICC будет рассмотрен весь спектр требований, предъявляемых для разработки, создания и публикации CBT программ.

Institute for Electrical and Electronic Engineers Learning Technology Standards Committee IEEE LTSC (Комитет Стандартизации Технологий Обучения Института Инженеров Электротехники и Электроники). Эта международная организация разрабатывает технические стандарты и рекомендации для электротехники, электроники, ПК и коммуникационных систем. Спецификации IEEE уже широко адаптированы и становятся международными стандартами. Внутри института инженеров электротехники и электроники создан комитет стандартизации технологий обучения, обеспечивающий спецификацию, касающуюся улучшения инструкций, которые могут быть проверены на соответствие.

Более широко применяется спецификация IEEE LTSC в спецификации LOM, которая разграничивает элементные группы и элементы, описывающие обучающие ресурсы. IMS и ADL совместно используют LOM элементы и структуры в их спецификациях.

Information Managed Systems Global Consortium IMS (Всемирный консорциум информационно-управляемых систем). Консорциум занимается разработкой спецификаций, базирующихся на XML. Эти спецификации описывают ключевые характеристики курсов, уроков, отчислений, учеников и групп. XML спецификации и требования лучших правил техники эксплуатации обеспечивают структуру для представления метаданных e-Learning.

На основе анализа основных нормативных документов, рекомендаций, требований и стандартов были сформулированы следующие понятия.

Электронное обучение - это синтез стандартной формы обучения с персональным компьютером и коммуникационными технологиями.

Дистанционное электронное обучение - это синтез электронного обучения с глобальной сетью Интернет и ее производными.

Мобильное обучение - это синтез электронного обучения с мобильными устройствами, такими как мобильный телефон или карманный персональный компьютер.

Содержание ЭО - это курсы, уроки, объекты обучения, собранные в единое содержание.

Видеокнига - книга, созданная в видеоформате, использует в своем содержании видеоролики, управляемые преподавателем.

Computer Based Training (CBT) - это термин, который определяет обучение с помощью компьютера.

Web-based Training (WBT) - это обучение с помощью Интернет.

Learning Management System (LMS) - это система управления и реализации специфического содержания, обычно из базы данных, предназначенная для управления обучением.

Learning Content Management System (LCMS) - система для объединения разработок содержания электронного обучения.

Электронная система обучения - это система компьютерного обучения, включающая в себя курсы, уроки, обучающие объекты, синхронизированная в каком-то интервале времени с участием преподавателя.

Автоматизированная система обучения - это система компьютерного обучения, включающая в себя курсы, уроки, обучающие объекты, синхронизированные в каком-то интервале времени с участием автоматизированного оператора (ПК).

Электронный лист рассылки - так называемый «listserve», лист для обмена вопросами и ответами. Лист находит также ответы на уже заданные вопросы другими пользователями.

Обучающая анимация - набор графических изображений, которые обеспечивают динамическое содержание обучающей программы, объясняющее определенно-направленную информацию о каком-либо процессе.

Обучающая программа - программное обеспечение, которое создано для компьютерного обучения.

Требование - это документ, устанавливающий количественные и качественные критерии, которые должны быть удовлетворены.

Рекомендация - это документ, в котором описываются указания или советы по разработке и использованию электронно-обучающих систем.

Спецификация - техническое требование, пока не ставшее «стандартом», которое обозревается аккредитованной организацией (например, Институтом инженеров электротехники и электроники IEEE).

Стандарт - это нормативный документ, содержащий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации, например, обучающая программа.

Спецификация SCORM определяет Интернет обучение, как Content Aggregation Model CAM (модель объединенного содержания) и Run-time Environment RTE (динамическое окружение) для изучаемых объектов. CAM определяет, как собирать в единое целое, описывать и упорядочивать изучаемые объекты, то есть объясняет структуру построения обучающей модели.

RTE определяет динамическую информацию и данные, приложенные к изучаемым объектам.

AGR 001 - AICC Публикации. Документ объединяет все публикации, выпущенные AICC.

AGR 002 - Устройства сопровождения и эксплуатации обучающих программ. Содержит рекомендации для авиационной промышленности по приобретению устройств сопровождения и эксплуатации обучающих программ.

AGR 003 - Цифровой звук. Описывает требования, которые повышают совместимость цифрового звука.

AGR 004 - Операционные системы. Описывает рекомендации для операционных систем под обучающие программы.

AGR 005 - CBT периферийные устройства. Описывает требования, которые повышают совместимость периферийных устройств: карт наложения изображения, проигрывателя видеодисков и устройств ввода.

AGR 006 - Компьютерно-управляемые инструкции. Описывает требования, которые повышают совместимость компьютерно-управляемых систем. Совместимость означает возможность компьютерно-управляемой системы CBT управлять уроками из различных источников.

MPD 001 - Требования для AICC CBT Plug & Play Drivers. Описывает способ, в котором различные драйверы оборудования для CBT могут быть сконструированы для работы вместе в различной системе, тренажере.

MPD 002 - Требования мобильности цифрового звука. Описывает разные форматы звука и предъявляет требования к нему.

MPD 005 - Часть задания сопряжения тренажера. Описывает детально серии кабелей, сопрягающих тренажер с CBT оборудованием.

CMI 001 - Требования для совместимости. Рассматривает набор рекомендаций и требований для достижения совместимости между различными системами, а также прикладными программами CBT.

CRS 002 - Словарь терминов, относящихся к компьютерному обучению. Дает определение для нумерованных условий, используемых в операциях компьютерного обучения.

MPD 006 - AICC Аудио переход к Windows. Дает рекомендации для приспособления звука DOS, используемого в AICC под Windows.

MPD 007 - Совместимость симуляторов (тренажёров). Освещает эволюцию включений CBT уроков в тренажер или настольный пульт управления программным обеспечением тренажера.

IEEE 802.3 - 2005. Стандарт для информационных технологий, телекоммуникаций и информационного обмена между местными и городскими сетями. Спецтребование, часть 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications.

IEEE 802.11e - 2005. Стандарт для информационных технологий, телекоммуникаций и информационного обмена между местными и городскими сетями. Часть 11: Wirelless LAN Medium Access Control and physical Layer Specification: Amendment 8: Medium Access Control Quality of Service Enhancements.

IEEE 802.16e - 2005. Стандарты для локальных городских сетей. Часть 16: Air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems. Amendment for physical and medium access control layers for combined fixed and mobile operation in licensed bands.

IEEE 802.16f - 2005. Стандарты для локальных городских сетей. Часть 16: Air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems. Amendment 1: Management Information Base.

IEEE 1484.11.1. CMI Модель Данных.

IEEE 1484.11.2. ECMA Script API.

IEEE 1484.11.3. XML Модель связанных данных.

IEEE 1484.11.4. Модель объединенных ресурсов для изучения образования и тренировки.

IEEE 1516. Стандарт для тренажеров.

IEEE 1278.1. Стандарт для тренажера - распространение интерактивных симуляторов (тренажеров).

Федеральные авиационные правила США

Существующие требования распространяются и на Европейские Объединенные Правила, содержание которых аналогично FAR.

Federal Aviation Regulations Part 142 Обучающие центры.

FAR Part 142.59 Авиасимуляторы (тренажеры) и устройства обучения полету.

FAR Part 142 Subpart C Требования личному составу и авиационному оборудованию.

FAR Part 61 Сертификация пилотов, воздушных и наземных инструкторов.

Анализ существующих стандартов, требований, рекомендаций и спецификаций позволил представить общую картину всей системы электронного образования.

Оперируя данными стандартами и адаптируя их под российские условия, возможно создать гибкую и удобную систему электронного обучения и подготовки ИТС ГА.

В последнее время было выполнено много работ в области компьютерных обучающих систем: электронных тренажеров, компьютерных имитаторов, виртуальных учебников. Был приобретен опыт, однако до последнего времени эти разработки объединял общий недостаток: все эти работы конечной целью имели завершенный образовательный продукт, лишенный важного свойства - преемственности. Другими словами, полученные программные продукты не способны существовать в единой образовательной среде, являясь частью глобального электронного учебного процесса.

Эта проблема стала очевидной и были начаты работы по исследованию только обозначившейся в то время в мировом информационном сообществе тенденции. В зарубежных источниках явно прослеживалось движение к унификации архитектур обучающих систем, структур и форматов данных для представления учебных материалов, моделей обучаемых средств управления учебным процессом и компиляции индивидуализированных версий учебных пособий, отражающих последние научно-технические достижения. Эта тенденция получила устоявшееся англоязычное обозначение в виде термина “e-Learning” (электронное обучение), которым были объединены все организации-участники и комплекс развиваемых ими спецификаций и методик создания образовательных продуктов.

Процесс исследований заключался в следующем:

- изучено большое количество технических документов, относящихся к данной теме;

- проведен анализ работы учебных программ, полученных из различных источников, в том числе - электронных учебных курсов по эксплуатации самолетов Boeing и Airbus;

- проведен анализ предлагаемых на рынке программных средств, обеспечивающих авторскую разработку учебных материалов;

- исследованы методики организации электронного образовательного процесса, уже применяемые в отечественных вузах.

Таким образом, если исходить из того, что конечной целью работы отечественных специалистов в данном направлении является внедрение промышленной системы электронного обучения, охватывающей весь учебный процесс в вузе, можно сформулировать следующие цели процесса стандартизации разработок учебных программ:

1. Разработка методик создания такого учебного материала, который мог бы быть опубликованным в качестве исполняемых модулей на сервере любой из наиболее распространенных систем управления обучением (LMS) и мог бы работать в комплексе с другими учебными модулями как элемент единого учебного процесса.

2. Сосредоточение усилий специалистов на разработке смыслового (профильного) содержания учебных модулей и уход от необходимости в значительных навыках системного программирования, которые не являются профилем специалистов в области технической эксплуатации авионики и электросистем.

3. Обеспечение преемственности каждой из начинаемых разработок. Лишь соблюдение принятых технических стандартов позволит новому участнику быстро продолжить работу над незаконченным учебным материалом.

Одной из первых работ стал компьютерный курс «Вычислительная система управления полетом ВСУП-85 самолета Ил-96-300», выполненный совместно с ОАО «МИЭА». Этот учебный модуль был разработан на основании уточненных технических заданий по системе ВСУП.

Рис. 1. Структура электронного средства обучения по вычислительной системе управления полетом

И»У1«.№

Рис. 2. Рабочие экраны компьютерного курса «Вычислительная система управления полетом ВСУП-85 самолета Ил-96-300»

ВВЕДЕНИЕ

стругсТУ р.ч гасо ксцпно-зв-зо" і .

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

СВЕДЕНИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ

КОМПЛЕКСА

ФУНКЦИИ КОМПЛЕКСА НА ЭТАПАХ ПОЛЕТА.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ КОМ ПЛЕКСА

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМ П ЛЕКСА

ФУНКЦИОНАЛ ЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ КОМ П ПЕ КСА

З Л ЁГКТР О П И ГАН И Е КО« ПЛЕКСА

ОРГАН Ы УПРАВЛЕНИЯ КСІДПНО

О БО РУДО ВА Н И Е

КОМПЛ ЕКСА

ПИПОТАЖНО-Н.АВИГАЦИОН НОЕ О БО Р УДО ВАНИЕ

0СУТ-95

ССЛОвїї

РАДИОЛОКАЦИОННОЕ И РАДИОНАВИГАЦИОННОЕ ОБОРУрОвАНИЕ

ТЕСТИРОВАНИЕ

УРОВНИ

СЛОЖНОСТИ

- ПРОСТОЙ УРОВЕНЬ

- СРЕД НИИ УРОВЕНЬ

I- СЛОЖНЫЙ УРОВЕНЬ

1 МНРЛС-&5

4 РСДН-35

*

т

т

1& со-гїмц

НА ЭТАПЕ ПРЕДПОЛЕТНОЙ ПОДГОТОВКИ

НА ЭТАПАХ РУПЬНИЯ И РАЗБЕГА

НА "ЭТАПЕ ВЗЛЕТА

НА ЭТАПАХ НАБОРА ВЫСОТЬ! ПОПЕТА ПО МАРШРУТУ И СНИЖЕНИЯ

НА ЭТАПАХ ПРЕДПОСАДОЧНОГО МАНЕВРИРОВАНИЯі ЗАХОДА НА ПОа^ДКУ.ПОСАЦКИ. /ХО^А НА ВТОРОЙ КРУГ

НА ВСЕХ ЭТАПАХ ПОПЕТА

Рис. 3. Структура электронного средства обучения по КСЦПНО

Следующей работой стал учебный модуль по комплексу стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования КСЦПНО самолета Ил-96-300, который был выполнен по той же технологии.

Рис. 4. Рабочие экраны компьютерного курса «Комплекс стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования КСЦПНО самолета Ил-96-300»

Для создания электронного средства обучения был использован пакет Authorware, предназначенный для создания компактных мультимедийных приложений, предусматривающих совместное использование различных форм подачи материала: текста, рисунков, видео- и звукового сопровождения. Входящие в Authorware средства позволяют практически в полном объеме реализовать современные требования к построению и организации систем электронного обучения, а именно:

- возможность комбинирования различных форм представления информации;

- применение упражнений «обучения на собственном опыте»;

- возможность адаптации курса к индивидуальным особенностям обучаемых;

- предоставление обучаемым права управлять размером и очередностью выдачи порций учебного материала;

- обеспечение немедленной реакции на действия обучаемых;

- возможность произвольного выбора места и времени для отработки учебного материала;

- эффективное обучение выполнению механических операций.

Пользователь, работающий с обучающей системой, может ничего не знать об Authorware. Конечный продукт, созданный в Authorware, представляет собой независимое приложение, записанное на CD диск.

STANDARDIZATION OF CBT DEVELOPMENT PROCESS IN AVIONICS

Osiptsov A.V., Plotnikov A.A., Plotnikov P.A.

A research of E-Learning global standardization process was performed. Its results are considered. Standardization objectives for researchers in MSTUCA are formulated. Some successfully developed IMS-compliant CBT courses are introduced.

Сведения об авторах

Осипцов Алексей Владимирович, 1977 г.р., окончил МГТУ ГА (2000), соискатель кафедры технической эксплуатации авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов МГТУ ГА, область научных интересов - реализация моделей систем и комплексов в компьютерных обучающих системах и тренажерах.

Плотников Александр Александрович, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2005), аспирант кафедры технической эксплуатации авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов МГТУ ГА, область научных интересов - исследование и разработка методов и средств компьютерного обучения инженерно-технического состава гражданской авиации.

Плотников Павел Александрович, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2005), аспирант кафедры технической эксплуатации авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов МГТУ ГА, область научных интересов - исследование и разработка методов и средств компьютерного обучения инженерно-технического состава гражданской авиации.