Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Архитектура ЭВМ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Программно-аппаратные комплексы в образовании

Необходимость регулярного сбора и классификации информации о современных программно-аппаратных средствах не вызывает сомнений. На ее основе можно проводить грамотный и научно обоснованный анализ полученной информации, используя современные методы оценки качества и классификации программно-аппаратных средств. Это, в свою очередь, дает возможность делать заключения на предмет целесообразности внедрения различных программно-аппаратных комплексов в вузах России. Такой подход помогает при разработке новых государственных программ в системе образования, позволяя обеспечить поиск новых методов обучения, снижает отрицательный эффект от традиционной инертности системы образования.

Классификационные признаки образовательных программно-аппаратных комплексов (ПАК) представляют собой следующую совокупность: дидактическая направленность, программная реализация, техническая реализация и предметная область применения (рис.).

Классификация по дидактической направленности. Знания, передаваемые обучающимся с помощью компьютера, предлагается классифицировать на знания явные и неявные (артикулируемые и неартикулируемые).

Артикулируемая часть знаний — это знания, которые легко структурируются и могут быть переданы обучающемуся с помощью порций информации (текстовой, графической, видео и т. д.). Неартикулируемая часть знаний представляет собой компонент знания, основанный на опыте, интуиции и т. п. Эта часть знания охватывает умения, навыки, интуитивные образы и другие формы человеческого опыта, которые не могут быть переданы обучающемуся непосредственно, а «добываются» им в ходе самостоятельной познавательной деятельности при решении практических задач. Опираясь на такую классификацию знаний, можно классифицировать образовательные программно-аппарат-

Структура информационной системы

Рис. Структура информационной системы

ные комплексы. Технологии, положенные в основу этих комплексов и применяемые для поддержки процесса обучения артикулируемой части знаний, — декларативные.

К ним целесообразно относить: компьютерные учебники, учебные базы данных, тестовые и контролирующие программы и другие компьютерные средства, позволяющие хранить, передавать и проверять правильность усвоения обучающимся информации учебного назначения.

Технологии, применяемые при создании ПАК, поддерживающих процесс освоения неартикулируемой части знаний, являются процедурными. Компьютерные информационные технологии (КИТ) этого класса не содержат и не проверяют знания в виде порций информации. Они построены на основе различных моделей. В этом случае к КИТ относятся: пакеты прикладных программ (ППП), компьютерные тренажеры (КТ), лабораторные практикумы, программы деловых игр, экспертно-обучающие системы (ЭОС) и другие компьютерные средства, которые позволяют обучающемуся в ходе учебного исследования получать (добывать) знания по изучаемой предметной области.

Не следует отождествлять понятия «артикулируемая» и «неар-тикулируемая» части знания с понятиями соответственно «формализованные» и «неформализованные» знания. Нередко неформализованные знания также могут быть представлены в овеществленном виде, например в виде эвристических правил, и переданы обучающемуся с помощью систем декларативного типа.

Приведенная классификация по признаку декларативных и процедурных технологий является условной. Например, лабораторный практикум может быть снабжен гибкими инструкциями, что и в какой последовательности выполнять. В этом случае обучающийся получает готовую информацию о процессе и, соответственно, получает декларативные знания. Если учебная задача поставлена таким образом, что обучающемуся необходимо для ее решения провести исследование, то этот программно-аппаратный комплекс позволяет получить некоторую порцию процедурных знаний.

Возможен и другой подход к классификации ПАК по дидактической направленности, при котором современные компьютерные технологии обучения также делятся на два класса: системы программированного обучения (СПО) и интеллектуальные обучающие системы (ИОС).

Технология программированного обучения предполагает получение обучающимся порций информации (текстовой, графической, видео — все зависит от технических возможностей) в определенной последовательности и обеспечивает контроль за усвоением в точках учебного курса, определенных преподавателем.

Интеллектуальные обучающие системы отличаются такими особенностями, как адаптация к знаниям и особенностям учащегося, гибкость процесса обучения, выбор оптимального учебного воздействия, определение причин ошибок учащегося. Для реализации этих особенностей ИОС применяются методы и технологии искусственного интеллекта.

Структура ИОС содержит общие и специальные знания трех классов: о предметной области, о стратегии обучения и об учащемся (модель обучающегося).

В интеллектуальных обучающих системах эти знания представлены в соответствующих базах знаний с помощью различных методов и средств. При этом в модели обучающегося выделяются три компонента, каждый из которых включает процедурную и декларативную составляющие. Это следующие компоненты: база знаний обучающегося, диагностика его знаний и выполняемых заданий, алгоритм формирования новых заданий.

Модель обучающегося постоянно обновляется в ходе обучения в соответствии с изменениями отражаемых ею характеристик обучаемого.

Деление технологий разработки программно-аппаратных комплексов на СПО и ИОС не может быть строгим, так как системы одного класса могут включать элементы другого.

Для реализации ИОС используются следующие средства: экспертные системы, гипертекстовые системы, системы мультимедиа, программы деловых игр, мультфильмы.

Разделение компьютерных технологий обучения на процедурные и декларативные, а также на СПО и ИОС вытекает из деления целей обучения на два класса.

  • 1- й класс. Обучение навыкам использования конкретных методов в практической деятельности, получение и систематизация различных фактических данных.
  • 2- й класс. Обучение анализу информации, ее систематизации, творчеству, исследованиям.

Системы 2-го класса позволяют проектировать учебные курсы значительно более сложные, чем системы первого класса. Именно с их помощью можно научить процессам проведения синтеза и анализа, аналогии, сравнения, дедукции, индукции и т. п. Оба класса технологий взаимно дополняют друг друга, поэтому в целом ряде случаев неверным является отказ от систем первого класса в пользу систем второго класса.

Следует иметь в виду, что бурное развитие средств информационно-вычислительной техники оказывает сильное психологическое давление на преподавателей и разработчиков учебных программ, вынуждая и/или заставляя их использовать в первую очередь технические достижения, а не методические находки.

Так, это может иметь место при использовании таких современных средств, как гипертексты и мультисреды. Из положений, изложенных выше, следует, что эти средства могут использоваться и как системы первого и как системы второго класса. При этом известен подход к развитию гипертекста не с точки зрения наращивания его технических возможностей (чему чаще всего уделяется внимание в технологиях мультимедиа), а с точки зрения усиления его интеллектуальных и партнерских качеств.

Такие гипертексты считаются интеллектуальными. В этом случае с их помощью преподаватель должен иметь возможность:

  • • идентифицировать проблему обучения (фрагмент предмета, курса) или ограничить область информационных потребностей обучающегося;
  • • отобрать из гипертекста подмножество конкретных узлов, содержание которых соответствует информационным потребностям обучающегося либо является полезным при поиске решения какой-либо задачи;
  • • во множестве узлов выделить несколько основных, вспомогательных, детализирующих уровней, и решать проблему их оформления;
  • • снабдить отобранные узлы необходимыми связями, отсекая ненужные в данном контексте.

Вариант классификации ПАК по диктатической направленности в вузах выбирается исходя из спецификации и достигнутого уровня информатизации учебного процесса.

Классификация по способу программной реализации. По способу программной реализации программно-аппаратные комплексы можно разделить на три класса.

  • 1. Созданные с помощью прямого программирования на языке высокого уровня.
  • 2. Созданные с использованием средств объектного программирования.
  • 3. Созданные с помощью инструментальных авторских систем (НАС).

Указанное деление также не является достаточно строгим, так как большинство авторских оболочек имеет выход в среду прямого программирования. Это объясняется тем, что универсальные, а тем более специализированные инструментальные оболочки обычно не реализуют многие функции, необходимые для создания образовательных программно-аппаратных комплексов по типу процедурной реализации дидактической составляющей. Например, они не имеют средств для математического моделирования объектов.

Обычно дидактические особенности, например программирование деловых игр и ситуаций, осуществляются подключением внешних исполняемых модулей с наличием или отсутствием одно- или двухсторонней передачи данных. В качестве языков программирования для выходов во внешнюю среду чаще всего использовались: С++, РаБса! и Рго1о§.

Последние достижения в программном обеспечении позволяют перейти к использованию элементов объектно-ориентированного программирования (например, с использованием языков, входящих в программный продукт Microsoft Visual Studio).

Классификация по принципам организации процесса обучения. В данной классификации инструментальные авторские системы разделяются на традиционные и интеллектуальные.

Традиционные ИЛС в зависимости от наличия в них тех или иных функциональных возможностей целесообразно разделять на универсальные и специализированные.

Интеллектуальные ИЛС опираются на последние достижения в области искусственного интеллекта и являются, безусловно, передовыми для разработки прикладных компьютерных учебных программ (КУП), нацеленных на проблемно-ориентированный подход к обучению.

В настоящее время существуют десятки как зарубежных, так и отечественных универсальных НАС. В последние годы в связи с развитием технических возможностей для создания программно-аппаратных комплексов на основе технологий мультимедиа к функциональным возможностям универсальных НАС добавились звуковое сопровождение и поддержка видеоизображения.

Анализ современного состояния компьютерных информационных технологий в высшей школе показывает, что с появлением персональных компьютеров начали появляться тестирующие и контролирующие программы, поддерживающие традиционные технологии обучения в первую очередь в области естественнонаучных дисциплин, где методики обучения носят исторически устоявшийся характер. Затем с развитием технических возможностей персональных компьютеров КУП стали оснащаться возможностями моделирования.

Для организации последовательных действий и выбора средств проектирования, которые стремятся достичь заданной цели, используются CASE-средства (средства, автоматизирующие процесс анализа, проектирования и сопровождения программных систем).

Современные CASE-системы классифицируются по следующим признакам:

  • средства анализа и проектирования (BPwin, Silverrun, Oracle Designer, Rational Rose, Paradigm Plus, Power Designer, System Architect);
  • средства проектирования баз данных (имеются в составе таких CASE-средств, как Silverrun, Oracle Designer, Paradigm Plus, Power Designer. Наиболее известным средством, ориентированным только на проектирование БД, является ERwin);
  • средства управления требованиями (RequisitePro, DOORS — Dynamic Object-Oriented Requirements System — динамическая объектно-ориентированная система управления требованиями);
  • средства управления конфигурацией ПО (PVCS, ClearCase

и др.);

  • средства документирования (SoDA — Software Document Automation — автоматизированное документирование ПО);
  • средства тестирования (Rational Suite TestStudio);
  • средства управления проектом (Open Plan Professional, Microsoft Project 98 и др.);
  • средства реверсного инжениринга, предназначенные для переноса существующей системы ПО в новую среду. Средства анализа схем БД и формирования ERD входят в состав таких CASE-средств, как Silverrun, Oracle Designer, Power Designer, ERwin. Анализаторы программных кодов имеются в составе систем Rational Rose и Paradigm Plus;
  • средства анализа и проектирования. Средства этой группы используются для создания спецификаций системы и ее проектирования: они поддерживают широко известные методологии проектирования. К таким средствам относятся: The Developer (Asyst Technologies), Design Generator (Computer Sciences), Pose (Computer Systems Advises), Analisi/ Designer (Jour-don) и т. п.;
  • средства проектирования баз данных и файлов. Средства обеспечивают логическое моделирование данных, генерацию схем БД и описание форматов файлов: PowerDesigner, Idef/Leverage, Chen Toolkit, Case+Designer (Orale) и т. п.;
  • средства программирования. Средства поддерживают шаги программирования и тестирования, а также автоматическую кодогенерацию из спецификаций, получая полностью документированную выполняемую программу: Cobol 2/Workbench (Miero Focus), Decase (DEC), Netron/Cap (Netron) и т. n.;
  • средства сопровождения и реинжениринга. К таким средствам относятся документаторы, анализаторы программ (средства реструктурирования и обратной инженерии: Adpac Case Tools (Adpac), Superstructure (Computer Data Systems)) и т. п.;
  • средства окружения. Средства, поддерживающие платформы для интеграции, создания и придания товарного вида CASE-средствам: Multi/Cum (ACiS Management Systems), Sylvia Foondey (Codinare);
  • средства управления проектом. Средства, поддерживающие планирование, контроль, руководство, взаимодействие, т. е. функции, необходимые в процессе разработки и сопровождения проектов: Project Workbench (Applied Business Technology).

На сегодняшний день российский рынок программного обеспечения располагает практически всеми перечисленными выше средствами.

В таблице приведены наиболее популярные CASE-средства проектирования ИС.

Таблица. Наиболее популярные CASE-средства

CASE-система

Производитель

Адрес сайта производителя

Designer 2000

Oracle

http://www.oracle.com/

ERwin/BPwin

Computer Associates

http://www.cai.com/

PowerDesigner

Sybase

http://www. Sybase .com/

ER/Studio

Embarcadero

http://www.embarcadero.com/

System Architect

Popkin Software

http://www.popkin.com/

Visible Analyst

Visible Systems

http://www.visible.com/

Visio Enterprise

Microsoft

http://www.microsoft.com/

Многие из этих продуктов предназначены для решения разнообразных задач, например моделирования потоков данных или бизнес-процессов, функционального моделирования, проектирования данных, прототипирования приложений, их документирования, управления проектами и т. д.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>