Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

MODELS OF REPRESENTATION, THE ORGANIZATION OF STORAGE AND PROCESSING OF TRAINING CONTENT IN E-LEARNING SYSTEMS

Minasov Sh.М. 1 Minasova N.S. 1 Tarkhov S.V. 1 Tarkhova L.M. 2
1 Ufa State Aviation Technical University
2 Bashkir State Agrarian University
The article deals with the structuring model, decomposition, storage organization and assembly of multimedia training content, ensuring the provision of high-performance access to different categories of users of teaching materials in network e-learning systems. Presented object hierarchical model, allows you to store a database of e-learning system integrity semantic fragments of educational-methodical information decomposed to «atomic» level and perform automated assembly of training and methodological materials provided to students in the form of aggregative training modules containing training content and management procedures adaptive learning. Presents descriptive-hierarchical model, allows you to store training-methodical material on the basis of the component approach that provides efficient search and assembly training content using the descriptor information retrieval language. The possibility of the formation of the virtual space on the basis of the knowledge stored in the database of educational and methodological information data.
e-learning
data structuring
training content
object model
hierarchical model
model descriptor
virtual space of knowledge
1. Grigorev A.I., Minasov Sh.M., Minasova N.S., Tarhov S.V. Ocenka jeffektivnosti primenenija tehnologii virtualnogo prostranstva znanij v sisteme jelektronnogo obuchenija «K-Media» // JeVT v obuchenii i modelirovanii: trudy VII Vserossijskoj nauchno-metod. konf. Birsk, 2009. рр. 187–190.
2. Kabalnov Ju.S., Grigorev A.I., Minasov Sh.M. Modeli i algoritmy formirovanija kontenta virtualnogo prostranstva znanij sistem jelektronnogo obuchenija // Vestnik UGATU. Nauchnyj zhurnal Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tehnicheskogo universiteta. UGATU, 2009. T.13, no. 2. рр. 109–118.
3. Kabalnov Ju.S., Minasov Sh.M., Tarhov S.V. Primenenie multiagentnyh sistem jelektronnogo obuchenija v geterogennyh informacionno-obrazovatelnyh sredah. M.: Izd-vo MAI, 2007. 271 р.
4. Kabalnov Ju.S., Minasov Sh.M., Tarhov S.V. Modeli predstavlenija i organizacija hranenija informacii v setevoj informacionno-obuchajushhej sisteme // Vestnik UGATU Nauchnyj zhurnal Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tehnicheskogo universiteta. UGATU, 2004. T.5, no. 2(10). рр. 183–191.
5. Minasov Sh.M. Modeli i algoritmy programmnyh instrumentalnyh sredstv obrabotki informacii i generacii uchebnyh kursov v setevoj informacionno-obuchajushhej sisteme: dis. … kand. tehn. nauk. Ufa, 2003. 181 р.
6. Minasova N.S., Tarhov S.V., Tarhova L.M. Upravlenie kontentom uchebnyh disciplin v sistemah jelektronnogo obuchenija na osnove metoda strukturirovanija izobrazhenij // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 7. рр. 338–342.
7. Minasova N.S., Tarhov S.V., Tarhova L.M. Ispolzovanie kart razmetki graficheskih obrazov dlja upravlenija uchebnym kontentom // Informacionnye tehnologii modelirovanija i upravlenija. Voronezh. Nauchnaja kniga, 2006. no. 3 (28). рр. 301–306.
8. Tarhov S.V. Realizacija mehanizmov mnogourovnevoj adaptacii v sisteme jelektronnogo obuchenija «Gefest» // Zhurnal Vostochno-Evropejskoj podgruppy Mezhdunarodnogo foruma «Obrazovatelnye tehnologii i obshhestvo» Educational Technology & Society. 2005. no. 8(4). ISSN 1436-4522. рр. 280–290.
9. Tarhov S.V., Shagieva Ju.R. Integracija anketirovanija i testirovanija v processe vhodnogo kontrolja urovnja podgotovki obuchajushhihsja // Informacionnye tehnologii modelirovanija i upravlenija. Voronezh. Nauchnaja kniga, 2011. no. 6 (71). рр. 639–645.

Современный уровень развития информационных и коммуникационных технологий позволяет создавать высокоэффективные сетевые системы электронного обучения (СЭО), реализующие основные принципы личностно-ориентированного (индивидуализированного) подхода к организации учебного процесса. Внедрение в образовательный процесс СЭО требует решения ряда проблем, связанных с различными аспектами их функционирования: организационными, ресурсными, информационными, дидактическими.

В рамках настоящей статьи рассматривается одна из важнейших составляющих информационного аспекта функционирования СЭО – модели декомпозиции, организации хранения, сборки и представления обучающимся учебного контента [5] с целью реализации процессов адаптивного управления индивидуализированным электронным обучением [8]. Современные технологии управления адаптивным электронным обучением позволяют реализовать эффективный учебный процесс с использованием мультимедийного контента, в состав которого включены: гипертекст с таблицами, статической и анимированной графикой, видео и аудиоданными. При этом основной проблемой в современных СЭО является выбор метода декомпозиции и организации хранения исходного учебно-методического материала, а также последующей динамической сборкой мультимедийного контента для предоставления его обучающимся.

Модели структуризации, декомпозиции, организации хранения и обработки учебного контента в системах электронного обучения

Для организации хранения и предоставления доступа различных категорий пользователей к учебно-методическим материалам (УММ) в сетевых СЭО получили широкое применение подходы, в основу которых положены:

а) организация хранения учебной информации и предоставления ее пользователям в виде единого электронного документа;

б) организация хранения учебной информации и предоставления ее пользователям в виде гипертекстового документа;

в) организация доступа к учебной информации с использованием баз данных;

г) организация хранения учебной информации с использованием баз данных.

Их подробное описание с указанием достоинств и недостатков было приведено в работе [5]. Как показала практика, наиболее перспективной и эффективной с точки зрения реализации процессов массового адаптивного управления электронным обучением в учебных заведениях различного уровня [8] является модель представления и организация хранения в базе данных декомпозированных УММ с обработкой информации на основе объектно-ориентированного подхода. При этом современные информационные коммуникационные технологии требуют модификации разработанных ранее моделей и методов представления, хранения и обработки учебного контента. В частности, информационные ресурсы интернет, а также ранее созданных систем компьютерного обучения могут быть интегрированы в единое информационное пространство. При этом базовые объекты (объекты «нулевого» уровня) структурированной и декомпозированной до «атомарного» уровня учебно-методической информации (УМИ) с точки зрения их дальнейшего использования в сетевой СЭО должны быть дополнены методами поиска и определения семантического подобия (сравнения) учебного контента (блока данных) объекта первого уровня и, информационных ресурсов, размещенных во внешней среде [2].

pic_38.wmf

Рис. 1. Структура объекта «нулевого» уровня

Очевидно, что класс объектов нулевого уровня (рис. 1) – это минимальные неделимые единицы УМИ, обусловленные используемыми технологиями их хранения в СЭО. Они включают: блок данных (основную информационную часть объекта) minasov01.wmf, позволяющий хранить целостные смысловые фрагменты УМИ (здесь g – текстовая (гипертекстовая) информация; p – статическая графическая информация (изображения); v – анимированная графическая и видеоинформация; a – аудиоданные, а также набор связанных с блоком данных контрольно-измерительных материалов H); некоторую дополнительную информацию о содержании объекта «нулевого» уровня I0 (основные и дополнительные метаданные); методы объекта «нулевого» уровня M0. Методы «Поиск» и «Сравнение» призваны искать во внешней среде информацию Dalt, дополняющую основную информационную часть объекта нулевого уровня (дополнительные данные). В СЭО в объекте «нулевого» уровня не хранятся ни дополнительные данные Dalt, ни ссылки на них Dalt′. Методы поиска и сравнения позволяют в процессе работы СЭО найти в внедрить указанные данные в дочерние объекты.

Класс объектов «первого» и последующих уровней (рис. 2)

minasov02.wmf

упорядоченный (скомпонованный) УММ, состоящий из совокупности k объектов n-го уровня и интегрированной с ним УМИ Dalt (ссылок на УМИ Dalt′) найденных во внешней информационной среде с использованием соответствующих методов объектов нулевого уровня (методы поиска и семантического сравнения). Назначение объектов n-го уровня – операции над данными (структурирование и сборка и интеграция данных) на основе принадлежащих объектам методов Mn.

При использовании в СЭО сложных графических, видео- или аудиоматериалов и необходимости ссылки в процессе изучения на их отдельные фрагменты следует создать с СЭО новый класс базовых объектов minasov03.wmf с применением технологии карт разметки графических образов [6, 7]. Дочерний объект «первого» уровня minasov04.wmf непосредственно связан с родительским объектом O0 и содержит данные F, представленные как совокупность K областей. В случае статических и анимированных изображений это геометрические области (прямоугольные, круглые и полигональные) на основе карт разметки. В случае видео- или аудиофрагментов – временные интервалы или блоки данных, выделенные в процентном (долевом) измерении в общем векторе данных. Основная информационная часть дочернего объекта minasov05.wmf будет представлена как

minasov06.wmf.

Следующий класс объектов – агрегативные учебные модули (АУМ)

minasov07.wmf

– сформированный для изучения обучающимися учебный контент, включающий N уровней объектов и дополненный методами управления контентом. При этом между объектами minasov08.wmf устанавливаются связи minasov09.wmf. Таким образом, как автономный АУМ (скомпилированный АУМ, содержащий всю необходимую для достижения заданной цели обучения УМИ и процедуры ее обработки), так и сетевой АУМ (АУМ, формируемый непосредственно при интерактивном взаимодействии обучающегося с СЭО с использованием технологии адаптивной сборки УМИ) генерируются как упорядоченный набор объектов minasov10.wmf, хранимых в базе данных СЭО minasov11.wmf, т.е.

minasov12.wmf.

Иерархическая модель сборки АУМ на базе использования объектной технологии управления контентом показана на рис. 3.

pic_39.wmf

Рис. 2. Структура объекта «первого» уровня

pic_40.wmf

Рис. 3. Иерархическая модель сборки АУМ из объектов УМИ в СЭО

Объектная технология управления контентом, основанная на иерархической модели, является наиболее эффективной с точки зрения хранения УМИ, ее обработки и сборки в АУМ для представления пользователю УММ и позволяет реализовать адаптивную технологию обучения, а также эффективный контроль учебных достижений обучающихся [9]. Однако сам процесс разбиения материала на объекты O0, присвоение им определенных свойств и проектирование сценария обучения является достаточно трудоемкой и наукоемкой задачей, требующей длительной работы высококвалифицированных специалистов (инженеров по знаниям). Это на начальном этапе создания СЭО существенно уменьшает выигрыш во времени и преимущества от последующего снижения трудоемкости процесса автоматизированной сборки АУМ [1]. Положительной стороной иерархической модели является то, что все объекты, находящиеся на одной ветви графа, имеют хотя бы один схожий признак, а дочерние объекты, находящиеся на вышестоящих уровнях, наследуют свойства и методы родительских объектов, находящихся на нижестоящих уровнях. Недостатком является то, что в процессе проектирования учебного курса при наличии у объекта двух и более признаков появляется необходимость создания многосвязного дерева, что усложняет структуру и затрудняет поиск. Особенно ярко указанные недостатки объектной технологии управления контентом будут проявляться при необходимости создания уникальных учебных курсов, что характерно для специфических процессов обучения, переподготовки, повышения квалификации и аттестации персонала. В этом случае целесообразно применить дескрипторно-иерархическую модель [7], построенную на основе интеграции дескрипторной и иерархической моделей классификации информационных объектов. В дескрипторно-иерархической модели информационные объекты являются компонентами УММ и представляют собой текстовые или гипертекстовые (в том числе и мультимедийные) документы. Компоненты УММ могут иметь различный формат представления данных. Они хранятся на носителях информации в виде отдельных документов или неделимой совокупности взаимосвязанных документов. Словарь дескрипторов приближен к естественному языку, а между компонентами УММ устанавливаются иерархические связи, что необходимо для проектирования логической структуры учебного курса.

Схема организации хранения и обработки УМИ в дескрипторно-иерархической модели показана на рис. 4.

pic_41.wmf

Рис. 4. Дескрипторно-иерархическая модель хранения и обработки УМИ

Компоненты УММ minasov13.wmf (обучающие и контролирующие) являются достаточно крупными фрагментами учебного материала, представляющими полностью завершенные дидактические единицы, например блок текстового материала с иллюстрациями, блок тестовых заданий (тест) или любой другой компонент, обладающий дидактической ценностью. Метаданные компонента УММ (будем использовать этот термин для описания характеристик, позволяющих осуществить его оценку и поиск) представлены в виде набора ключевых поисковых образов: дескрипторов minasov14.wmf и атрибутов minasov15.wmf. Дескрипторы minasov16.wmf описывают содержательную составляющую объекта и имеют свой «вес» в зависимости от частоты их использования в компоненте УММ minasov17.wmf, а также значимости компонента УММ по отношению к другим. Критерий значимости minasov18.wmf определяет размещение компонента УММ на определенном уровне иерархии (основной, вспомогательный, дополнительный и т.д.) при формировании АУМ. Дескрипторы minasov19.wmf и атрибуты minasov20.wmf, используемые как поисковые образы в информационно-поисковой системе СЭО, позволяют находить как релевантные, так и пертинентные компоненты УММ. Совокупность пертинентных компонентов УММ представляет собой общую исходную информацию, которая может быть собрана в АУМ minasov21.wmf. Здесь minasov22.wmf – модифицированные процедуры управления обучением в СЭО с использованием АУМ при применении в системе дескрипторно-иерархической модели обработки учебного контента.

Представленные модели способствуют формированию виртуального пространства знаний [2, 3] на основе хранимой в базе данных УМИ.

Заключение

Рассмотрены модели представления, организации хранения и обработки мультимедийного учебного контента в системах электронного обучения, основанные на иерархическом объектном и дескрипторно-иерархическом подходах. Модели позволяют организовать эффективное хранение и обработку учебно-методической информации в системах электронного обучения, с учетом дидактического и функционального назначения используемых в них учебных курсов. Модели позволяют реализовать адаптивное управление в системах электронного обучения с использованием многовариантных сценариев со свободными переходами по контенту учебных курсов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 15-07-02393.