Автоматизированные системы управления учебным контентом

УДК 681.3

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫМ КОНТЕНТОМ М.Ю. Сергеев, Т.И. Сергеева

Рассматриваются структура, математическое и программное обеспечение систем управления учебным контентом

Ключевые слова: контент, система управления, специализированное программное обеспечение

Автоматизированные системы управления учебным контентом решают задачу создания, управления и многократного использования содержимого учебного назначения.

Под учебным контентом понимают структурированную единицу учебной информации, имеющую разный формат отображения и многоуровневое содержание. Учебный контент может представлять собой лекцию, лабораторное или практическое задание, тестовый вопрос и т.д. Формат отображения может быть текстом в формате Word, HTML-документом, медиакомпонентом и т.д. Многоуровневое содержание означает, что содержание может отличаться по уровню сложности и полноте охвата учебного материала. Например, если учебный контент - это лекция, то она может иметь тезисный, стандартный или расширенный вариант изложения. Контенты для лабораторных работ могут содержать: задания, разделенные по уровню сложности; типовые примеры решения задач; теоретические материалы.

Система управления учебным контентом в автоматизированных справочных системах реализует следующие функции:

- формирование и ведение базы данных учебных контентов;

- генерация иерархического дерева учебных контентов дисциплины;

- выбор и визуализация учебных контентов.

Формирование и ведение базы данных

учебных контентов предполагает выполнение следующих действий:

- структуризация учебного материала;

- подготовка учебных контентов для выбранной дисциплины;

- ввод, редактирование и просмотр учебных контентов.

Структуризация учебного материала для выбранной дисциплины означает разбивку изучаемого материала на разделы Rb i=1,..,n. Последовательность разделов задает траекторию изучения учебного материала.

Каждый раздел Ri в свою очередь разбивается на темы riJ, j=1,_,Ni. Ni - количество тем в i-ом

Сергеев Михаил Юрьевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18

Сергеева Татьяна Ивановна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-18

разделе. Тема - это тема лекции или лабораторной работы. Каждой теме ставится в соответствие учебный контент, который может быть представлен в единичном варианте или в виде конечного множества вариантов, различающихся сложностью и полнотой изложения материала.

Как правило, структурированная учебная информация хранится в двух таблицах базы данных: разделы и темы. Учебные контенты чаще всего создаются как файлы, оформленные в текстовом редакторе Word, и сохраняются в отдельной папке. Таблица «Темы» содержит ссылки на файлы с учебным контентом. Приложение обеспечивает автоматическое формирование ссылки на выбранный файл с учебным контентом.

Специализированное приложение

обеспечивает ввод, редактирование и просмотр

информации в данных таблицах.

Генерация иерархического дерева учебных контентов дисциплины обеспечивает визуализацию структуры учебного материала в рамках изучаемой дисциплины и быстрый доступ к выбранному учебному материалу.

Специализированное приложение

обеспечивает автоматическое формирование дерева учебных контентов на основе информации о разделах и темах, имеющейся в базе данных.

Выбранная на дереве объектов тема и ее соответствующий контент отображаются на экране монитора.

Данная технология работы с учебным

контентом реализована в автоматизированных справочных системах для дисциплин «Базы

данных», «Системное программное обеспечение»

Программная реализация информационносправочных систем осуществлена в среде

программирования Delphi 7.0.

Для дисциплины «Базы данных» создана автоматизированная справка по разработке приложений для работы с базами данных в среде Delphi 7.0. Учебно-методическая информация может быть использована для выполнения лабораторных, курсовых и дипломных работ, где имеются задачи обработки данных, хранимых в базе данных. Доступ к учебно-методической информации возможен через дерево объектов, которое формируется автоматически на основе текущей информации в базе данных всякий раз, когда открывается автоматизированный справочник.

Для дисциплины «Системное программное обеспечение» создан автоматизированный лабораторный практикум для организации лабораторных занятий, содержащий подробную структурированную информацию о различных аспектах программирования с использованием API-функций, обладающий функциональным и удобным интерфейсом и системой поиска. Поиск информации об API-функциях реализован по названию функции или ключевому слову.

Автоматизированные системы управления учебным контентом могут быть также использованы для формирования электронных учебников с перенастраиваемой структурой.

Конструктор электронных учебников предназначен для формирования новых электронных материалов с перенастраиваемой структурой и новым учебным содержанием. Изучение материала с помощью данных учебников значительно ускоряет учебный процесс, адаптирует его к базовому уровню знаний обучаемого и способствует получению необходимых знаний и профессиональных компетенций.

Такие электронные материалы могут иметь следующие варианты использования:

- создание учебника в сокращенном варианте для заочного обучения на базе учебника для очного обучения;

- создание учебника в варианте, необходимом для индивидуального обучения с учетом имеющегося уровня знаний обучаемого;

- создание на основе базового учебника учебных материалов, ориентированных на определенную программу обучения (это ситуация, когда один и тот же предмет изучается студентами разных специальностей и имеет разные часы изучения и разный перечень профессиональных компетенций).

Созданный конструктор электронных документов обеспечит:

- получение оглавления базового учебника и отображение его в виде раскрывающегося списка, в котором пользователь сможет выбрать необходимые ему разделы и подразделы;

- создание электронного учебника из выбранных разделов и подразделов;

- расстановку номеров страниц в новом учебнике и создание обновленного оглавления с указанием номеров страниц каждого раздела и подраздела;

- сохранение электронного учебника в необходимом формате.

Конструктор электронных учебников разработан на языке С++ в среде программирования Visul Studio 1008.

Время выполнения программы для базового документа в 100 страниц на IBM-совместимом ПК с одноядерным процессором Celeron 3,0GHz и объемом ОЗУ 1024Мб следующее:

- анализ оглавления базового учебника и вывод дерева разделов и подразделов на экран составляет от 20 до 70 секунд;

- формирование учебника с измененной структурой в зависимости от количества абзацев, таблиц и изображений в базовом документе составляет от 50 секунд до 9 минут.

Электронные учебники с изменяемой структурой позволяют повысить уровень обучения студентов за счет присутствия в учебниках только необходимой информации и адаптации содержания учебника к уровню знаний обучаемого или к имеющейся программе обучения.

Управление учебным контентом возможно также в рамках оптимизационной задачи формирования программы изучения дисциплины.

Совокупность учебных контентов,

объединенных в учебный материал, реализуют индивидуальную или групповую программу обучения.

Сформированная программа обучения может быть реализована как набор лекций, или набор практических и лабораторных заданий, учебник с индивидуальным набором учебных материалов.

Для формирования состава учебных контентов дисциплины предложены оптимизационные модели, обеспечивающие оптимальные значения

интегральных показателей качества. При этом вводятся переменные, управляющие выбором учебно-методических контентов (тем учебного курса).

Пусть I3 - количество тем, подлежащих изучению специальностью 3; V - номер варианта выбора темы (тезисный, стандартный,

расширенный); а1 - весовой коэффициент важности 1-й темы (определяется экспертом или группой экспертов); Ьге - среднее время освоения 1-ой темы в варианте V (определяется экспертом или группой экспертов); В - общее время обучения.

Тогда модель формирования состава тем дисциплины, изучаемых в аудиторном режиме, будет следующей [1]:

X xV ai  max,

i=1

Is 2

X xV bV £ B, X x,v =1,

i=1

v=1

1 = 1,1 ,

Переменная хГ принимает значение 1, если 1-я тема в варианте V включается в программу обучения, 0, в противном случае.

В данной модели максимизируется суммарная важность изучаемых тем при условии, что не превышается общее время изучения дисциплины и для каждой темы выбирается один из возможных вариантов изучения. Каждая тема будет включена в программу обучения в одном каком-то варианте, что обеспечивает выполнение второго ограничения модели.

S

Если необходимо учитывать временные ограничения изучения каждого раздела, то задача (1) примет несколько иной вид (2).

В задаче (2) B_j - это время изучения j-го раздела, и соответственно в задаче будет столько таких ограничений, сколько разделов в изучаемой дисциплине; J - количество разделов; Ij -количество тем в j-м разделе.

Is

X xV ai max;

i=1

Ij 2

X xVbV £ Bj; XXV =1,

i=1

v=1

Предложенные алгоритмические процедуры позволяют осуществить ускоренный направленный перебор вариантов состава учебно-методических контентов за счет применения специальных вероятностных алгоритмов поиска решений в пространстве случайных булевых величин, описывающих альтернативы выбора; получить решение, близкое к оптимальному за приемлемое число шагов.

На основе предложенных моделей и алгоритмов реализовано специальное ПО автоматизированной системы управления учебным контентом, позволяющее создавать различные программы обучения, учитывающие ограничения на время обучения и экспертные оценки тем обучения.

0,

Алгоритмическое обеспечение процесса принятия оптимальных решений построено так, чтобы осуществить такое варьирование булевых переменных, описывающих конечное множество допустимых альтернативных контентов, которое привело бы к поиску комбинаций уровней переменных, обеспечивающих экстремальное решение поставленных задач [2].

Предложенные модели и алгоритмы многоальтернативной оптимизации обеспечивают принятие согласованных решений по составу многоуровневых контентов учебной дисциплины, обеспечивающих оптимальные значения

показателей качества создаваемых систем.

Литература

1. Подвальный С. Л., Сергеев М.Ю. Моделирование состава компонентов информационнообучающей среды // Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике: Сб. тр. Вып. 10. - Воронеж: Научная книга, 2005. С. 57-58.

2. Сергеев М.Ю., Сергеева Т.И. Программная реализация адаптивных алгоритмов формирования состава контентов информационно-образовательной системы // Современные проблемы информатизации в информационных системах и телекоммуникациях: Сб. тр. Вып. 11. - Воронеж: Научная книга, 2006. С. 418-419.

Воронежский государственный технический университет

1

AUTOMATED LEARNING CONTENT MANAGEMENT SYSTEMS M.Yu. Sergeev, T.I. Sergeeva

Considered structure, mathematical support and software for learning content management systems Key words: content, management system, special software