4. Основные направления информатизации процесса обучения
Основные направления информатизации процесса обучения.
Два основных направления информатизации процесса обучения:
- внедрение и применение информационных технологий непосредственно в процессе обучения;
- информатизация системы управления этим процессом.
Второе направление - именно оно в сегодняшних условиях способно значительно повысить эффективность обучения.
Сложность управления учебным процессом заключается в том, что оценка качества управления и корректировка учебных планов распределения нагрузки, расписания занятий возможны только после завершения определенного цикла обучения (учебного года и т. п.).
Использование информационной системы планирования и организации учебно-воспитательного процесса способствует координации потоков информации, ускорения процессов ее обработки, оптимизации процессов принятия управленческих решений.
Одной из глобальных целей информатизации образования является подготовка педагогов обладающих высокой информационной культурой готовых и умеющих применять новые информационные технологии в процессе обучения и управления образованием активно участвующих в процессе информатизации образования.
Понятие информационно-образовательной среды.
Необходимо создание единой информационной образовательной среды, так как имея отдельные педагогические средства для реализации каких-то задач образовательный процесс далек от единства содержания и средств.
Эффективность любого вида обучения зависит от ряда составляющих:
материально-технической базы;
обучающих технологий используемых при организации и управлении познавательной деятельностью;
эффективности разработанных методических материалов и способов их доставки.
На первый план при организации системы обучения выходит содержательность обучающего материала при условии нормального технического оснащения организации обучения.
Автоматизированные средства обучения:
информационно-обучающие сайты;
информационно-предметные среды обучения;
электронные гиперссылочные и мультимедийные учебные материалы;
программы управления поисковой и познавательной деятельностью обучающегося;
контрольно-обучающие программы;
тренажеры;
профильные автоматизированные рабочие места;
компьютерные лабораторные комплексы.
Эффективность и качество обучения многократно увеличится, если комплексно объединить данные программные продукты в единой оболочке.
Решаемые АОС группы задач:
1. задачи проверки уровня знаний умений и навыков учащихся до и после обучения их индивидуальных способностей склонностей и мотиваций.
2. задачи связаны с регистрацией и статическим анализом показателей усвоения учебного материала: заведение индивидуальных разделов для каждого учащегося определение времени решения задач определение общего числа ошибок и т.д.
3. задачи связанные с решением задач подготовки и предъявления учебного материала адаптации материала по уровням сложности подготовки динамических иллюстраций контрольных заданий, лабораторных работ, самостоятельных работ учащихся.
Техническое обеспечение автоматизированных обучающих систем основано на локальных компьютерных сетях включающих автоматизированные рабочие места АРМ учащихся преподавателя и линии связи между ними.
АОС должна объединить в себе три основных компонента обеспечивающие современные технологии обучения: информационное методическое и программное обеспечение образовательного процесса.
Требования к ПО:
при разработке программного продукта необходимо обеспечить неограниченное число одновременных подключений (к минимум 1000);
необходимо обеспечить возможности разноуровневого интерактивного обучения и контроля;
для обеспечения доступа всех образовательных единиц повышения эффективности учебного процесса, необходимо размещение разработанных программных сред обучения и контроля на общем сервере с ранжированием прав доступа для использования в учебном процессе и подготовки предметного материала;
требуется разработка инструментальных средств создания и оформления предметного материала с использованием гиперссылок аудио и видео вставок мультимедиа технологий;
построение программ с использованием технологии клиент-сервер протокола HTTP, средств HTML и CGI позволит применять в качестве клиентского места обычный WWW-браузер;
хранение результатов обучения и тестирования в базе данных;
необходимо обеспечить безопасность программ и предметного материала.
Электронные интерактивные учебно-методические материалы (пособия, учебники другое) - это набор взаимосвязанных HTML-документов, объединенных в единую логическую структуру и включающих в себя элементы текста статических и динамических изображений аудио и видеоматериалов элементы меню и навигации, а также средства тестирования и самоконтроля.
Прорыв в области образования многие связывают с мультимедиа.
В настоящее время, все большую популярность приобретают гипер-медиатехнологии. Особое место среди НИТО занимают сетевые технологии, такие технологии, которые преимущественно опираются на использование локальных, региональных и глобальных компьютерных сетей.
Одной из перспективных форм организации учебной деятельности сетевых технологий является телеконференция.
Многие считают, в настоящее время основной формой организации учебной деятельности учащихся в сети является учебный телекоммуникационный проект.
Автоматизированные информационные системы.
Автоматизированная система информации создается искусственным путем, и, что особенно существенно, эффективность этой системы зависит от ее успешного внедрения в среду и от организации коммуникаций между ними.
С понятием системы информации ассоциируется понятие состояние, то с понятием АИС – понятие действие.
Ив Ложе. “Информационные системы. Методы и средства”
Информационная система – совокупность взаимосвязанных данных, осуществляющая следующие управляющие воздействия:
сбор информации;
продвижение информации;
возможное преобразование;
передачу в пункт использования;
возможную обработку.
Федеральный закон “Об информации, информатизации и защите информации”
Информационная система – организационно упорядоченная совокупность документов и информационных технологий, в том числе с использованием средств вычислительной техники и связи, реализующих информационные процессы.
Автоматизированная информационная система – это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств (в том числе и компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения, обработки, манипулирования и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
АИС
АИС осуществляет следующие функции:
сбор, первичную обработку и оценку достоверности информации;
преобразование информации;
передачу информации в пункт хранения;
хранение информации;
возможную вторичную обработку;
передачу информации и выдачу информации пользователю;
компьютерную поддержку принятия решений;
использование информации лицом, принимающим решение для управления.
АИС – это человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.
Главная цель информационных систем – предоставить достоверную информацию в определенное время, определенному лицу, в определенном месте и за определенную плату.
“Сверху” (в офисах) создавались информационные структуры, отвечающие за работу предприятия в целом.
Это автоматизация бухгалтерского учета, управления финансами и материально-техническим снабжением, организация документооборота и другие задачи.
Этот уровень называется планированием ресурсов предприятия (MRP, Manufacturing Resourcce Planning) или управление ресурсами предприятий (ERP, Enterprise Resource Planning).
“Снизу” (в цехах) информация от различных датчиков, использовалась для непосредственного управления производственным процессом.
Управление производилось с помощью устройств связи с объектом, программируемых логических контроллеров и промышленных компьютеров.
Это уровень Control Level, на котором замыкаются самые короткие контуры управления производством.
Поток информации от датчиков также поступал на вход системы SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).
На этом уровне SCADA Level осуществляется диспетчеризация систем сбора данных и оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, направленные, прежде всего, на достижение стабильности процесса.
Связующим звеном выступает новый класс средств управления производством – MES (Manufacturing Execution Systems), или системы исполнения производства.
Упорядоченная и обработанная информация о ходе процесса изготовления продукции, получаемая на этапе сбора и обработки данных, становится доступной верхнему эшелону управления предприятием в реальном времени и в привычно для него форме.
Это уровень моделирования, оптимизации, прогнозирования состояния процесса, который строится на базе моделирования и экспертных систем.
На каждом из этих уровней информационной системы широко используется вычислительная техника и программные продукты.
Классификация информационных систем
По функциональному назначению информационные системы делятся на 3 основных типа:
фактографические;
документальные;
интеллектуальные.
Фактографические информационные системы содержат формализованные данные об объектах фиксированной длины.
Записи в этой информационной системе имеют фиксированный формат.
Каждая запись в такой информационной системе имеет ключ (ключевое слово), которое однозначно идентифицирует каждую запись в файловой информационной системе.
Центральное функциональное звено фактографических информационных систем – системы управления базами данных (СУБД).
Они используются не только для реализации справочных функций, но и для решения задач обработки данных (ввод, хранение, сортировка, отбор, группировка записей и другие).
Документальные информационные системы содержат неформализованные тексты документов.
Они служат для работы с документами на естественном языке – монографиями, публикациями в периодике, сообщениями пресс-агенств, текстами законодательных актов.
Они обеспечивают их смысловой анализ при неполном, приближенном представлении смысла.
Основной задачей этих информационных систем является хранение и поиск документов по их содержанию.
Интеллектуальные информационные системы содержат формализованные сведения из различных областей знания.
Понятие базы знаний возникло в связи с появлением систем искусственного интеллекта.
Базы знаний содержат факты и правила.
Факты представляют собой изменяющуюся информацию, например, факты, характеризующие состояние объекта.
Правила являются долговременной информацией о том, как порождать новые факты.
Характерными примерами применения баз знаний являются обучающие системы, системы машинного перевода, экспертные системы в разных отраслях (в том числе экспертные системы экономического анализа деятельности предприятия, инвестиционного проектирования, систем управления бизнес процессами).
По отношению к использованию технических средств (ЭВМ) информационные системы делятся на локальные и распределенные.
Локальные информационные системы размещаются в памяти одной ЭВМ, распределенные – на нескольких, независимо от того, находятся ли они рядом или удалены друг от друга территориально.
Концепция распределенных информационных систем возникла в 70-годах в связи с решением следующих проблем:
при создании информационных систем больших объемов приходится считаться с ограничениями со стороны ЭВМ относительно объемов внешней памяти и скорости обработки данных; .
для описания некоторой предметной области необходимы данные; как правило, даже для описания одной предметной области данные территориально распределены, что создает большие трудности по сбору информации и централизованному сопровождению информационных систем;
часть информации, содержащаяся в информационной системе, не всегда активно используется всеми пользователями информационные системы, в результате чего возникает вопрос об эффективности использования информационные системы.
В ходе решения этих проблем возникли локальные информационные системы, то есть информационные системы на ЭВМ пользователей. Тем самым информационные системы приближались к месту возникновения данных, либо к месту их наибольшего использования и одновременно с этим облегчалось сопровождение информационные системы.
Однако решение вышеуказанных проблем породило другую проблему – обеспечение доступа к информации для всех ее пользователей и возможность ее получения для решения пользователями своих локальных задач.
Локальные ЭВМ пользователей стали объединяться в сети ЭВМ.
Совокупность локальных информационных систем, функционирующих на ЭВМ, входящих в сеть ЭВМ, представляет собой распределенную информационную систему.
При этом предполагается, что каждая локальная информационная система имеет свою локальную систему управления.
Распределенная информационная система функционирует под управлением распределенной системы управления, которая оснащается специальными каталогами, включающими сведения о структуре сети, о локальных системах управления и локальных информационных систем, а также специальным программным обеспечением. По отношению к моделям данных, которые поддерживает систему управления на логическом уровне, информационные системы делятся на сетевые, иерархические и реляционные.
В сетевой модели данные представлены в виде произвольного графа. Для этой модели характерны все операции на множестве графов.
В иерархической модели данные представлены в виде набора древовидных структур, а среди операций работы с иерархическими структурами есть операции перемещения по иерархическим путям вниз и вверх по деревьям.
В реляционной модели данные представлены в виде таблиц (отношений). В последнее время к трем традиционным моделям данных добавилась объектно-ориентированная модель.
Автоматизированные системы управления.
Во второй половине 60-х и в 70-х годах получили развитие АСУ сложными объектами хозяйственной деятельности.
Автоматизированная система управления (АСУ) - это комплекс технических и программных средств совместно с организационными структурами (отдельными людьми или коллективом), обеспечивающий управление объектом (комплексом) в производственной, научной или общественной среде.
Цель разработки и внедрения АСУ - улучшение качества управления системами различных видов, которое достигается:
своевременным предоставлением с помощью АСУ полной и достоверной информации управленческому персоналу для принятия решений;
применением математических методов и моделей для принятия оптимальных решений.
АСУ подразделяют по функциям:
административно-организационные (например, системы управления предприятием - АСУП), отраслевые системы управления – ОАСУ);
технологические (автоматизированные системы управления технологическими процессами - АСУПТ;
интегрированные, объединяющие функции перечисленных АСУ.
По возможностям информационного сервиса различают информационные АСУ информационно-советующие, управляющие, самонастраивающиеся и самообучающиеся.
Первоначально АСУ строились на основе больших ЭВМ, имеющихся в вычислительных центрах крупных предприятий и организаций, и предполагали централизованную обработку информации.
С появлением персональных компьютеров и ЛВС основой программно-аппаратного обеспечения АСУ стали распределенные информационные системы в сети ПК с архитектурой клиент-сервер.
В задачи управления входят:
разработка новых изделий;
определение технологий изготовления изделий, проектирования оснастки
расчет пропускной способности оборудования, потребностей во всех видах ресурсов и производственной программы
учет процесса производства, контроль за расходом комплектующих сырья, ресурсов;
расчет издержек производства и основных технико-экономических показателей (прибыли, рентабельности себестоимости)
Цели внедрения любой АСУП:
повышение эффективности принимаемых решений
повышение производительности труда
Независимо от профиля АСУП они обладают однотипной функциональной структурой.
Блок 4 обработки и анализа информации - центральный блок АСУ - решает следующие задачи:
управления базой данных, в том числе обеспечения ее обновления и целостности, защиты от несанкционированного доступа;
реагирования в непредвиденных и аварийных ситуациях, требующих быстрого решения;
финансовых и учетно-бухгалтерских расчетов типа учета состояния фондов, финансовых и налоговых операций, расчета прибыли и рентабельности;
составления календарных и оперативных планов, обеспечения заказов на материалы и комплектующие, контроля за выполнением договоров, управления сбытом готовой продукции;
оценки и прогнозирования рынка, анализа работы трудового коллектива;
проектно-технологических расчетов.
Основные группы практически используемых экономико-математических моделей:
прогнозирования показателей развития предприятия или объединения;
оптимизации производственной программы предприятий или объединений;
распределения производственной программы по календарным периодам;
оптимизации направлений использования фонда развития предприятия, или объединения;
оптимизации внутрипроизводственных транспортных потоков;
оптимизации использования отдельных видов ресурсов;
оптимизации всякого рода нормативов ведения производственно-хозяйственной деятельности предприятий или объединений (партий деталей, норм запасов, размеров производственных резервов и т.д.);
разработки балансов производственно-хозяйственной деятельности.
АСУ предприятием может состоять из следующих подсистем управления:
• технической подготовки производства (конструкторской и технологической подготовки)
• технико-экономического планирования
• бухгалтерского учета
• управления материально-техническимснабжением
• оперативного управления основным и вспомогательным производствами
• управление сбытом
• управление кадрами и т.д.
Информационные системы управления.
Большинство задач управления допускают следующую декомпозицию:
Задача учета и контроля событий по месту их возникновения
Баланс и распределение материальных ресурсов
Планирование мероприятий и управление временными ресурсами
В сфере управления предприятием можно условно выделить объективную и субъективную стороны.
Объективная сторона управления предприятием зафиксирована в его документообороте и включает некоторый набор документальных форм, а также инструктивно зафиксированные правила заполнения, обращения и хранения форм.
Анализ документальных форм позволяет значительно рационализировать документооборот предприятия. В первую очередь, это означает отказ от тех форм, которые
1) дублируют друг друга
2) не используются при принятии управленческих решений или не преобразуются в другие формы
3) преобразуются в такие формы, которые не используются при дальнейшей обработке.
Анализ субъективной стороны деятельности предприятия, выявляющий:
Распределение обязанностей и функций, сферы компетенстности управленческих работников при принятии решений
Приоритеты в процессе обработки документальных форм, на которых основывается принятие решений
Документально не зафиксированные тонкости управления штатом
производить учет событий на месте их возникновения в естественной форме в распределенной базе данных без дублирования отчетных форм;
устранять необходимость отслеживания причинно-следственных связей и обменных зависимостей при решении множества взаимосвязанных задач;
повышать устойчивость системы управления против случайного или намеренного искажения информации;
обеспечивать доступ руководства к первичным данным и повышать общий уровень его компетентности при принятии решений.
Важным условием применения такого подхода является развитие клиент-серверной архитектуры локальных сетей вычислительных машин и преодоление ограниченности существующих архитектур баз данных.
Среди функций СУБД, отвечающих за взаимодействие пользователя и машинной системы и пользователей между собой, выделяются две основные.
1. Защита информации и разграничение доступа пользователей к ней.
2. Интерфейс с пользователями, который обеспечивается средствами ведения диалога.
Информационные системы управления в образовании.
Уровни управленческой деятельности с использованием ЭВМ в системе образования:
1) управление обучением и развитием отдельного учащегося;
2) управление учебным процессом в рамках одного учебного заведения;
3) управление работой группы родственных учебных заведений;
4) управление учебными заведениями по территориальному принципу;
5) управление системой народного образования страны.
Традиционными программными подсистемами информационной системы управления вузом являются Абитуриент, Кадры, Учебные планы и программы Зарплата, Стипендии, Текущая успеваемость, Нагрузки преподавателей, Сессия и другие.
Примером того, какой может быть региональная информационная система управления в образовании при наличии достаточных ресурсов и развитой информационной среды, служит административная компьютерная система образовательного округа Jefferson Country Public School в штате Кентукки, США. Указанный округ схож по количеству учащихся и территории (375 кв. миль) с небольшим российским регионом. Система обслуживает учреждения общего образовании (школы, органы управления) и 7 региональных университетов, обеспечивает службу администрации округа информационными ресурсами и непосредственно поддерживает образовательный процесс.
Ее основные функции:
разгрузить учителей и администраторов от рутинной бумажной работы и освободить им время для работы с учащимися;
предсказывать будущие потребности в ресурсах, позволяя управлению образованием округа быть активным и принимать опережающие решения;
обеспечивать абсолютно все ресурсы, данные по грантам, региональным и федеральным программам, связанным с образованием, учащимися и школьным окружением.
Деятельность системы поддерживается региональной сетью, интегрирующей в себе большой центральный сервер на основе компьютера класса main frame, с возможностью параллельно реагировать в диалоговом режиме реального времени на сотни запросов, пять компьютеров, поддерживающих коммуникации с центральным сервером, несколько тысяч персональных компьютеров и терминалов в школах и районных органах образования. Сеть работает под управлением ОС UNIХ; она способна поддерживать передачу видео, звуковых, графических и текстовых данных.
Архитектурно сеть представляет собой звездообразную конструкцию с 14 подузлами к которым подключены абоненты. Одна из основных функций системы - сбор данных обо всем, что связано с образованием (прежде всего в округе, но не только). Процесс сбора данных децентрализован. Пользователи вводят или актуализируют данные непосредственно с рабочих мест в школах или административных офисах. Собранные данные становятся немедленно доступными сообществу пользователей с соблюдением разумных ограничений по конфиденциальности и уровню; ограничения регулируются системой паролей пользователей при доступе к центральной БД.
Есть группа данных (и весьма обширных как по перечню, так и по объему), которые учебные заведения обязаны предоставлять в базу с установленной регулярностью (некоторые данные - практически ежедневно). Для этого в школах округа есть специальные должностные лица. К этим данным относятся
демографическая информация по учащимся;
результаты обучения;
здоровье учащихся;
школьный транспорт (в США доставка детей в школы и домой обязательна);
квалификация учителей и другие.
В самом компьютерном центре функционирует служба централизованного сканирования данных. Она вводит в систему представляющие интерес данные, пришедшие иным, не электронным, путем. Эта же служба готовит весьма объемистые общие отчеты для управления образованием округа (раз в 6 недель) готовит материалы для централизованного тестирования учащихся, выделяет пароли новым пользователям и делает другую необходимую работу. Служба готова в любой момент предоставить пользователям упорядоченные данные по сотням стандартных форм (скажем по обучению взрослых - 107 форм по посещаемости школ - 77 форм).
Весьма существенна для пользователей реализованная в обсуждаемой системе концепция интеграции данных. Данные доступны пользователю независимо от того, в какой форме и с помощью какого программного обеспечения они готовились. Данные также интегрированы по отношению к разнородным компьютерам сети. Пользователю безразлично, с какой машины и в каком формате к нему пришли запрашиваемые данные, они должны быть доступны ему по запросу без дальнейших усилий по перекодированию и т.п.
Автоматизированные системы научных исследований
Автоматизированные системы для научных исследований (АСНИ представляют собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей.
Системы автоматизированного проектирования
Близкими по своей структуре и функциям к системам автоматизации научных исследований оказываются системы автоматизированного проектирования (САПР).
Автоматизированные обучающие системы
Автоматизированные обучающие системы представляют собой комплексы научно-методической, учебной и организационной поддержки процесса обучения, проводимого на базе компьютерных, или, как их также называют, информационных технологий.
Литература: [1], [2], [3], [4], [5].
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ