Основные технологические этапы разработки мультимедийных автоматизированных учебных курсов
Использование компьютерных систем для подготовки специалистов различной квалификации по боевому применению и эксплуатации АТК позволяет интенсифицировать и индивидуализировать процесс обучения путем создания качественно новой интегрированной информационной среды, обеспечивающей комплексное воздействие на память обучаемого через взаимосвязанную совокупность предметного учебного материала, представляемого в текстовом, звуковом, графическом, анимационном и натуральном видео виде, а также реализовать новые возможности в организации форм обучения (очное, заочное, дистанционное), планирования, контроля и управления ходом учебного процесса.
Создание систем подобного класса базируется на фундаментальных и прикладных достижениях в области автоматизации процессов обработки информации и управления, объединяющихся в совокупность критических технологий [35]:
— сетевых, локальных и территориально-распределенных вычислительных систем, интегрирующих различные аппаратные платформы и операционные среды;
— автоматизированного проектирования и модернизации информационно-лингвистического (ИЛО) и специального математического и программного обеспечения (СМПО) открытых систем (CASE-технологии);
— систем баз данных и генерации информационно-управляющих систем с распределенно-потоковой архитектурой (OLTP-системы с архитектурой типа “клиент-сервер”);
— систем оперативной аналитической обработки (OLAP-системы) и поддержки принятия решений (DSS-системы) с элементами систем искусственного интеллекта;
— геоинформационных и мультимедиа систем, обеспечивающих множество способов хранения, поиска и представления разнородной информации (текст, звук, графика, анимация, видео).
Автоматизированные системы обучения целесообразно рассматривать как некоторый вид одного из функциональных компонентов, входящих в архитектуру распределенной интерактивной тренажно-моделирующей (РИТМ) системы ВС РФ (DIS-системы), предназначенной для межвидовой интеграции (согласованного объединения) жизненных циклов создания, испытания и применения ВВТ, учебно-боевой подготовки войск и боевого управления силами и средствами ВС РФ.
АСО в целом могут удовлетворять достаточно широкому спектру целей и их комбинаций, например, они могут быть нацелены на формирование у обучаемого некоторой системы знаний, обеспечивая также большие возможности по информационно-справочным функциям. При этом могут полностью отсутствовать или в незначительном объеме присутствовать возможности по формированию умений и навыков. Может существовать и противоположное соотношение возможностей. В первом случае АСО реализует функцию формирования знаний (расширение кругозора), во втором — в основном навыков и умений, т.е. в зависимости от масштаба АСО может представлять собой тренажер либо пилотажного типа (индивидуального или экипажного действия), либо боевого взаимодействия нескольких экипажей (в том числе и разновидных), либо боевого планирования и управления силами и средствами (автоматизированные КШУ и ЛТУ). Для достижения создаваемой АСО любой комбинации указанных целей необходимы значительные согласованные усилия, как специалистов-предметников, так и специалистов-технологов в перечисленных выше критических областях.
В зависимости от целей и масштаба объекта изучения, квалификационных требований к специалистам, состава и количества обучаемых, АСО может быть реализована как на одиночной ПЭВМ, так и на их сети, имеющей локальный или/и территориально-распределенный характер. Функционирование АСО, реализованной на локально-вычислительной сети ПЭВМ, должно обеспечиваться необходимым составом инженерно-технического персонала и осуществляется в интересах и под управлением преподавательского (инструкторского) состава, отвечающего за качество процесса обучения.
Разработка АСО по авиационным техническим комплексам может осуществляться только коллективом высококвалифицированных специалистов, которых условно можно разбить на три группы:
Сценаристы-предметники. Знают цели и задачи обучения, объект изучения, методику преподавания, требуемую глубину и объем изучения, методику и содержание контроля усвоения учебного материала. Разрабатывают программы учебных курсов и соответствующие им дидактические сценарии и материалы.
Программисты-проектировщики. Знают и умеют применять современные технологии разработки автоматизированных информационно-программных систем. Разрабатывают функциональную архитектуру, ИЛО и СМПО, и топологию аппаратной среды автоматизированных обучающих систем.
Администраторы (системные интеграторы). Знают технологии создания и применения АСО. Организуют взаимодействие сценаристов и программистов, управляют процессом разработки, обеспечивают методическое, инструментальное и материальное сопровождение.
Указанные группы специалистов осуществляют разработку АСО на основе предварительно сформированной концепции, учебных планов и программ дисциплин (курсов) для подготовки специалистов. Концепция определяет роль и место АСО в процессе обучения, цели и ожидаемый эффект применения АСО, содержит характеристику объекта изучения, описание структуры, принципов построения функциональной архитектуры, а также требования к программно-техническим и методическим средствам АСО.
Система основополагающих принципов методологии разработки АСО включает:
— принцип единого информационного пространства разработки;
— принцип гибкого автоматизированного производства;
— принципы повторной и реверсной разработки;
— принцип единого технологического пространства разработки, а также совокупность принципов эволюционной разработки, включая:
— принцип расширяющегося ядра системы, целенаправленно проходящей через фазы проекта, макета, стенда, прототипа, опытного участка, функциональной подсистемы, системы 1-го, 2-го и т.д. поколений;
— принцип модернизации, определяющий с одной стороны необходимые и достаточные условия устойчивости (робастности) проектных решений независимо от динамических свойств среды функционирования системы, а с другой стороны — позволяющий оценить "критическую массу" изменений в требованиях и условиях функционирования системы, необходимых для запуска технологий реверсного проектирования (перепроектирования) и модернизации;
— принцип быстрого прототипирования, обеспечивающий ускоренное создание рабочей версии системы и ее целенаправленное совершенствование (эволюцию).
На основе вышеизложенных принципов разработаны концепция построения и основы методологии создания АСО, которые детализированы в виде методики разработки прототипов конкретных АУК.
Исходя из представления АСО как взаимосвязанной совокупности функциональных подсистем автоматизированных учебных курсов (АУК), будем полагать, что основой разработки АСО является функциональная модель (ФМ) процесса обучения, которая разрабатывается на этапе рабочего проектирования и служит основой для создания информационного, лингвистического и программного обеспечения АСО. В общем случае, ФМ содержит списание и отображает взаимосвязи функциональных областей, образующих их процессов, функций и задач, отрабатываемых должностными лицами системы.
Для обучающих систем функциональные модели имеют, как правило, достаточно простой вид. Это связано с наличием:
— только одной функциональной области («обучение специалиста тому или иному виду деятельности»);
— небольшого количества автоматизируемых процессов (планирование, сопровождение и контроль учебного процесса);
— только двух типов должностных лиц, участвующих в процессе обучения (обучаемый и инструктор);
— небольшим количеством функций и задач должностных лиц (регистрация обучаемого, постановка учебной задачи в виде траектории обучения, продвижение по траектории обучения, выполнение контрольных заданий и тестов, слежение за процессом обучения, сбор статистики и анализ результатов).
Однако, несмотря на относительную простоту ФМ, информационная база, лингвистическое и программное обеспечение современных АСО по эксплуатации АК обладают значительными объемами и сложностью. Это определяется, прежде всего, сложностью объекта изучения, целесообразностью использования средств мультимедиа для представления учебного материала по конструкции самолета, двигателя и их подсистем, по особенностям эксплуатации, а также стремлением использовать большие возможности индивидуального и коллективного обучения, как под руководством преподавателя, так и самостоятельно, в условиях сетевого компьютерного класса с сервером баз данных. Кроме того, программное и информационное обеспечение АСО, рассчитанных на длительный срок их использования, должно позволять реализовать трехуровневую стратегию обучения:
— первичное обучение, позволяющее приобретать базовые знания по всем составным частям АК, и особенностям их эксплуатации; специалистами ИАС различной квалификации;
— повторное обучение, позволяющее усиливать профессиональную подготовку и поддерживать требуемый уровень знаний;
— приобретение глубоких обширных знаний в смежных областях с целью обеспечения взаимной заменяемости специалистов.
Для реализации каждой стратегии в рамках создаваемой АСО предлагается использовать соответствующие информационно-программные средства, которые позволят реализовать следующую функциональную архитектуру специального программного обеспечения (рис.11.1).
Специальное программное обеспечение (СПО) АСО включает в себя следующие основные модули, функционирующие в единой операционной среде:
АРМИ — программное обеспечение автоматизированного рабочего места инструктора.
АРМО — программное обеспечение автоматизированного рабочего места обучаемого.
АУК 1 … АУК i — автоматизированные учебные курсы, формируемые для соответствующего специалиста из учебных вопросов Впр 1 … Впр m тем Тем 1 … Тем k. Учебные вопросы представляются совокупностью учебных кадров Кдр 1 … Кдр n. АУК реализуются в виде обучающих программ, имеющих модульный (блочный) принцип построения. Инструктор имеет возможность сформировать любую траекторию (программу) обучения путем указания характеристик требуемого специалиста (должность, класс).
Каждый учебный вопрос предъявляется с помощью одного или нескольких кадров. Под кадром понимается порция дидактического материала (обучающего, контролирующего, информационного, мотивационного и т.п.), одновременно предъявляемая на экране дисплея и являющаяся целостным учебным объектом (элементом). В процессе визуализации кадра, содержащего некоторую опорную (базовую) информацию, возможно осуществлять дополнение, изменение и удаление его частей. В общем случае каждый кадр может содержать взаимосвязанную систему видео и аудиосюжетов, фотоснимков, рисунков, схем, анимационных сюжетов, таблиц, гипертекста. Сокращенное описание назначения, содержания и взаимосвязи кадров в программные блоки, соответствующие учебным вопросам и темам, разрабатываются на этапе создания дидактического сценария.
Функционально программные блоки специализируются на:
— блоки презентации и регистрации обучаемых;
— блоки обзора учебного курса (темы) и мотивации обучения;
— блоки повторного обучения (повышения уровня квалификации);
— блоки учебной темы (их количество должно соответствовать количеству тем учебной программы);
— блоки итогового контроля знаний и формирования рекомендаций для дальнейшего обучения и итоговой оценки;
— блоки входного контроля и управления процессом использования АУК и определения траектории изучения курса для конкретного обучаемого;
— блоки управления системой сбора и обработки статистических данных о ходе процесса обучения и подготовки учетно-отчетной документации.
Содержание и взаимосвязь перечисленных блоков (за исключением двух последних) отражается в дидактическом сценарии АУК (темы), разрабатываемом сценаристами-предметниками на основании соответствующих учебных программ.
Разработка любого автоматизированного учебного курса базируется на согласованной с разработчиком и утвержденной заказчиком учебной программой соответствующей дисциплины, в интересах которой создается АУК. При этом информационно-программная среда АУК должна обеспечивать возможность проведения всех видов занятий, предусмотренных учебной программой дисциплины, и всех учебных тем и вопросов в объеме не менее 90% часов, предусмотренных на проведение занятий с преподавателем, и не менее 50% часов самостоятельной работы обучаемого.
Процесс разработки АУК целесообразно представлять в виде последовательности трех этапов: постановки задачи на разработку (предпроектный этап), проектирования и разработки.
Предпроеэктный этап
Предпроектный этап реализуется группами администрирования и специалистами-предметниками. Данный этап включает в себя следующие основные виды работ:
1. Разработка технического задания на создание АУК, соответсвующего определенной программе учебной дисциплины.
2. Постановка задачи на разработку дидактического сценария АУК. Разрабатывается схема процесса обучения и схема контроля знаний, включающие последовательность тем и учебных вопросов (чему учить), содержание текстовых, звуковых, графических, анимационных и видео материалов по каждому учебному вопросу, состав и содержание контрольных вопросов (какие знания контролировать).
3. Подготовка исходных данных для проектирования и разработки АУК. В соответствии с разработанными схемами обучения и контроля разрабатывается дидактический сценарий в виде последовательности мотивационных, обучающих и контролирующих блоков. Обучающие блоки в зависимости от логики изучения объекта могут использоваться последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Каждый обучающий блок включает строгую последовательность учебных вопросов, содержание которых описывается:
— текстом, предъявляемым обучаемому на экране монитора, с выделенными в нем основными понятиями, которыми обучаемый должен свободно владеть после обучения;
— точным определением всех выделенных в тексте понятий для разработки глоссария (справочника понятий) по объекту изучения;
— графическими материалами и таблицами, выполненными с помощью рисунков, размеченных и привязанных к текстовой и звуковой информации;
— отснятыми и размеченными видеосюжетами и фотографиями изучаемого объекта;
— текстами для озвучивания демонстрации видеосюжетов и фотографий;
— текстами контрольных вопросов и вариантов ответов на них.
Предпроектный этап заканчивается защитой и утверждением подготовленного текстового дидактического сценария и исходных материалов для АУК.
Этап проектирования
Этап проектирования реализуется программистами-проектировщиками и включает в себя следующие основные виды работ:
1. Разработка компьютерного сценария АУК в виде описания логики следования компьютерных кадров мотивации, обучения и контроля, описания структуры самих кадров мотивации, обучения и контроля; описания логики управления учебным процессом, логики сбора статистики о каждом обучаемом и ходе процесса обучения, описания обработки статических данных, получаемых по результатам контроля усвоения учебного материала.
2. Преобразование исходных данных в объекты мультимедиа:
— ввод и разметка текстовых материалов;
— речевых текстов;
— оцифровка и разметка графических изображений и фотографий;
— оцифровка и озвучивание видеоизображений;
— изготовление анимационных сюжетов, их озвучивание, тестирование.
Этап разработки
Этап разработки АУК также в основном реализуется программистами-проектировщиками и включает:
— изготовление и компоновку программных и информационных компонент АУК в соответствии с компьютерным сценарием АУК;
— отладку и тестирование программного комплекса;
— компоновку образа компакт-дисков оригинала;
— разработку и изготовление необходимой документации;
— проведение испытаний по сдаче-приемке АУК.
Группа администрирования обеспечивает рассмотренные этапы необходимыми методическими материалами и технологическими средствами. Все виды перечисленных работ целесообразно выполнять на основе широкого применения современных компьютерных технологий. Этапы проектирования и разработки вообще не могут быть выполнены без специального технологического оборудования для создания мультимедийных АУК. Качество и сроки изготовления таких АСО зависят не только от квалификации разработчиков, но и от возможностей технологического оборудования, которое должно удовлетворять самым высоким требованиям.