В современном мире, когда динамично развиваются технологии, каждый день появляются новые изделия и изобретения, все большее значение имеют знания и информация. Знания представляют важнейшую ценность как для отдельно взятого человека, так и для крупной организации. Чтобы не отставать от конкурентов, компании необходимо постоянно развиваться, получать и анализировать новую информацию, адаптироваться к ситуации на рынке. В деятельность компании приходится вносить изменения: применять новые методы работы, внедрять эффективные современные технологии, выпускать новые продукты. Все эти изменения требуют изучения новой информации, постоянного повышения квалификации персонала, обучения его новым технологиям и методам работы, обращению со сложными современными инструментами. У каждого успешного предприятия есть свои уникальные особенности, которые создают ему конкурентные преимущества и позволяют ему быть востребованным. Эти особенности могут заключаться в организации процесса производства, работы с клиентами, применяемыми методами и инструментами. В процессе работы организация годами накапливает ценнейший опыт, развивает и улучшает базу знаний, которые необходимо сохранить и использовать в будущем. Компании необходимо обучить сотрудников работать по своим правилам и методикам, использовать накопленную информацию, чтобы обеспечить максимально эффективную функциональность. Многие организации работают со сложным техническим оборудованием, специфическими программами, которые требуют специальных знаний. Иногда ошибка оператора может привести к серьезным последствиям, поставить под угрозу безопасность людей или принести компании существенные материальные убытки. При поступлении на работу компании необходимо обучить сотрудника всем необходимым навыкам и регулярно контролировать их уровень.
В связи с этим различные организации обращают все большее внимание на квалификацию персонала и ищут способы эффективного обучения своих сотрудников. Подготовка персонала — это длительный и дорогостоящий процесс, во время которого у обучаемого формируются необходимые знания и умения. Трудности в организации обучения сотрудников связаны с необходимостью овладевать большими объемами информации за короткий промежуток времени, а также необходимостью контроля качества обучения, знаний и умений при одновременном стремлении к снижению продолжительности и уменьшению затрат на организацию и проведение обучения.
Существуют разные способы обучения, имеющие свои особенности, преимущества и недостатки. Классическая очная форма обучения предусматривает занятия группы студентов с преподавателем. Для корпоративного обучения такая форма не всегда является удобной, поскольку предполагает физическое присутствие всех учащихся в одном месте и в одно время. Обучаемые сотрудники могут находиться в разных городах, работать в разные смены. Исторически заменой очной формы обучения служили другие способы построения учебного процесса, предусматривающие ограниченный прямой контакт между преподавателем и учащимися, например, заочное или вечернее образование. Такие формы обучения оставляют больше свободы учащемуся, однако являются менее эффективными, что связано с нерегулярным и недостаточным объемом общения учащегося с преподавателем.
Сегодня широкое распространение получает дистанционная электронная форма обучения, во многом заменяющая заочную. Дистанционное обучение подразумевает получение знаний без очного посещения занятий, с помощью современных информационно-образовательных технологий и систем телекоммуникации, таких как электронная почта, Интернет. Дистанционное обучение можно использовать как в академическом образовании, так и для корпоративного обучения, повышения квалификации и переподготовки специалистов. Учитывая территориальные особенности России и возрастающие потребности качественного образования в регионах, дистанционное обучение быстро развивается и занимает прочное место на рынке образовательных услуг. Использование современных компьютерных технологий открывает широкие возможности для обучения. Компьютер обеспечивает удобный и быстрый доступ к огромному количеству информации. С помощью современных компьютеров можно визуально продемонстрировать природные явления, моделировать сложное техническое оборудование. Использование технологий позволяет преподавателю применять инструменты, которые сложно реализовать физически.
Другим существенным преимуществом электронного обучения является автоматизация учебного процесса. Автоматизация процессов обучения и проверки знаний позволяет избавиться от большого количества бумажных документов, повышает прозрачность учебного центра, облегчает координацию действий, выполняемых преподавателями, учащимися, административными сотрудниками. Автоматизация позволяет выполнять работы и процесс в целом наиболее эффективным с точки зрения времени способом. Для большинства организаций, особенно коммерческих, решающими факторами при планировании обучения являются сроки и экономическая выгода. Дистанционное обучение позволяет существенно снизить затраты на повышение квалификации и позволяет вести обучение быстро, предоставляя при этом большую свободу для управления временем. В последнее время организации все чаще выбирают дистанционную форму для корпоративного обучения и повышения квалификации своих сотрудников. В связи с этим неуклонно растет интерес к системам дистанционного обучения.
В настоящее время разработано множество различных систем, предназначенных для автоматизации обучения. Системы дистанционного обучения отличаются функциональностью, производительностью, надежностью и безопасностью, удобством использования и множеством других факторов. Несмотря на наличие большого количества систем, направление автоматизации обучения бурно развивается. Разрабатываются новые системы, реализующие все большие функциональные требования и использующие новые научные и технологические достижения.
Решаемые проблемы.
Организации, внедряющие систему дистанционного обучения, ставят перед ней разные задачи и имеют различные приоритеты. Для крупных компаний с большим количеством сотрудников важна надежность и производительность, для организаций, работающих с конфиденциальной информацией — безопасность, для географически распределенных компаний — удобная и надежная работа через Интернет с минимальной нагрузкой на сеть. Многие характеристики программного приложения зависят от технологической базы и принципов его построения. В связи с этим актуальна проблема выбора технологий и проектирования системы так, чтобы она наиболее эффективно решала поставленные перед ней задачи.
Не существует универсальной системы, удовлетворяющей всем требованиям. Вместе с этим, направление дистанционного обучения динамично развивается, и к системам представляются новые требования. Чтобы избежать устаревания, программный комплекс должен постоянно развиваться. Одной из основных трудностей на протяжении всей истории развития индустрии разработки программного обеспечения было неуклонное нарастание сложности создаваемых систем. Сложность систем приводит к трудоемкости их поддержки и развития, повышает вероятность неправильного построения, недостаточной или дублирующей функциональности. При разработке приложения важно построение удобной и непротиворечивой архитектурной модели, обеспечивающей возможности удобной поддержки и развития.
Целью данной работы является исследование проблем и методов построения систем дистанционного обученияисследование и решение задач проектирования системыпостроение и описание модели учебных объектов и процессовразработка системы управления корпоративным обучением, удовлетворяющей современным требованиямразработка эффективных методов развития системы. В работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ и описание с помощью средств UML архитектурной модели системы дистанционного обучения, предоставляющей возможности для расширения функциональности и развития системы.
2. Разработка на основе шаблонов проектирования технологий для решения ряда задач построения системы, таких как: построение модели данных, автоматизация и контроль выполнения операций, абстрагирование логики представления информации от технической платформы, динамическое представление больших массивов данных.
3. Разработка логической структуры образовательных сущностей, таких как задания различных типов и тесты. Разработка формата их представления на основе языка XML и механизма трансформации объектов системы в этот формат.
4. Разработка технологии автоматизации тестирования учащихся, основанной на использовании шаблонов тестов.
5. Формирование предложений по выбору технической (аппаратной) реализации систем дистанционного обучения.
Обзор публикаций.
В течение последнего десятилетия появилось большое количество научных работ, посвященных проблемам проектирования сложных программных комплексов. Огромный вклад в развитие современных методов и средств проектирования программной архитектуры внесли американские ученые Гради Буч, Джеймс Рамбо и Ивар Якобсон. Г. Буч, главный исследователь корпорации Rational Software, с недавнего времени являющейся частью корпорации IBM, признан всем международным научным сообществом благодаря его основополагающим работам в области объектно-ориентированных методов и приложений. Он автор многих научных работ, посвященных объектно-ориентированному проектированию и разработке программных комплексов. [1] Г. Буч и его партнеры являются авторами множества методик проектирования программных приложений и огромное количество публикаций на эту тему. В 1994 году они собрали и организовали набор методов проектирования и разработали на их основе язык объектно-ориентированного моделирования UML. [2, 3].
Г. Буч также является одним из основоположников теории шаблонов проектирования. Работы, посвященные шаблонам проектирования, были впервые предложены около десяти лет назад. В настоящее время шаблоны проектирования — чрезвычайно актуальная тема в области разработки программного обеспечения. Работы в этом направлении ведутся множеством ученых и разработчиков по всему миру. [4].
Одними из самых важных работ в направлении исследования шаблонов проектирования являются труды Флойда Маринеску, посвященные применению шаблонов с использованием технологии EJB. Особое внимание в данных работах уделено методам проектирования логики доступа к данным. [5].
В связи с широким распространением дистанционного обучения возникли актуальные проблемы построения эффективных программных комплексов для автоматизации образовательной деятельности. Был проведен ряд открытых исследований и изучены возможности применения общих методов проектирования сложных систем в области образования. Один из наиболее интересных открытых проектов в этой области является Sakai. [6] Изначально исследованиями и разработкой в рамках проекта занималась группа ученых из ряда американских университетов, включающих Массачусетский Технологический Институт, Стэнфордский Университет, Университет Мичигана. Большой вклад в развитие методов моделирования учебных объектов внесли ученые из американской группы Advanced Distributed Learning (ADL), разработавшие международный стандарт SCORM, основанный на языке XML. [8] Данный стандарт содержит требования к организации учебного материала и всей системы дистанционного обучения. SCORM позволяет обеспечить совместимость компонентов и возможность их многократного использования в различных системах. Первая версия стандарта была предложена в 2003 году. Через год вышла наиболее широко используемая сегодня версия SCORM 2004.
Содержание работы.
Работа состоит из пяти глав.
В главе 1 приводится обзор современных систем управления обучением, история их появления и развития. Подробно рассмотрен ряд наиболее известных российских и зарубежных систем, проведен анализ особенности их построения, преимуществ и недостатков. Рассматривается понятие архитектуры программных комплексов, способы описания архитектуры и проектирования программного обеспечения. Производится анализ и сравнение технических средств моделирования сложных систем и исследуется целесообразность их применения в той или иной области. Подробно рассматривается язык UML и его основные диаграммы, используемые в настоящей работе. Рассматриваются различные методы построения приложений «клиент-сервер». Подробно описывается многоуровневая архитектурная модель информационных систем и решение проблем абстракции данных в рамках этой модели.
Глава 2 посвящена задачам, возникающим при проектировании в трехуровневой архитектурной модели и их решению с использование шаблонов проектирования. Проводится исследование существующих шаблонов проектирования информационных систем, рассматриваются способы решения актуальных задач проектирования при помощи шаблонов. Рассматриваются решения задач: построения модели доступа к данным и передачи данныхавтоматизации выполнения операцийабстрагирования логики представления информации от технической платформыдинамического асинхронного представления больших массивов данных. Предлагаются модификации известных шаблонов и технологий с целью решения задач.
В главе 3 рассматривается применение рассмотренных методов для построения системы дистанционного обучения Competentum.Instructor. Описывается назначение и задачи, поставленные перед системой, дается обзор платформы Competentum, на основе которой построено приложение. Предлагаются модели построения образовательных объектов в рамках системы. Приводится подробное описание системы в виде объектной структуры сущностей (логическая модель).
Глава 4 посвящена динамическому поведению системы. Приводится подробное описание приложения в виде динамической модели. Подробно рассматриваются основные процессы системы, исследуются правила поведения и взаимодействия объектов во время выполнения приложения. Исследованы процессы создания и изменения учебных документов, изменения версий, создания задания, создания теста и назначения его учащемуся, прохождения теста.
В главе 5 предложена физическая модель, определяющая размещение компонентов на аппаратной структуре. Описаны используемые технологии и реализация приложения. Приводятся примеры практического использования системы. В заключении приведены основные результаты диссертационной работы. В приложении представлена XML-схема экземпляра теста.
Результаты исследования были использованы при разработке продукта Competentum. Instructor и Competentum.Magister. Продукты зарегистрированы в Реестре программ для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. t Система дистанционного обучения «Competentum.Instructor» — свидетельство №.
2 006 611 031 от 20 марта 2006 г. [52] • Система дистанционного обучения «Competentum.Magister» — свидетельство № 2 006 611 480 от 30 июня 2006 г. [53].
Ниже приведены примеры успешного внедрения и использования системы Competentum. Instructor в организациях:
• ООО Физикон.
• Мр. Доорз Хоум Декор Инк.
• ОАО Новокузнецкий металлургический комбинат.
• Международный институт менеджмента ЛИНК.
5.3.1 Мр. Доорз Хоум Декор Инк.
Компания под торговой маркой «Mr. Doors» была основана в 1996 г., и с тех пор остается одним из лидеров мебельной отрасли России. Сеть фирменных салонов «Ателье мебели Mr. Doors» постоянно расширяется и охватывает большинство промышленно развитой территории РФ. Среди них собственные салоны компании, 44 дилера в Москве и 80 дилеров в регионах (более 70 городов). Компания имеет собственную производственную базу в Подмосковье и, по оценкам аналитиков, занимает на рынке встроенной мебели около 40%. В августе 2003 г. был открыт новый учебный центр компании, а осенью 2004 г. началась промышленная эксплуатация системы дистанционного обучения Competentum.Instructor. Год внедрения: 2004.
Аппаратная платформа: сервер с двумя двуядерными процессорами Хеоп и 2Гб памяти.
Операционная система: Windows 2003 Server.
СУБД: MaxDB 7.5.
Заключение
.
В работе получены следующие основные результаты:
1. Исследован и применен способ описания трехуровневой клиент-серверной программной архитектуры системы управления обучением с помощью средств UML. Разработана спецификация архитектуры системы дистанционного обучения в виде: логической объектной структуры, динамических правил выполнения процессов и аппаратной реализации.
2. На основе шаблонов проектирования и их комбинаций исследованы и решены задачи разработки программных комплексов для:
• построения модели доступа к данным и передачи данных;
• автоматизации выполнения операций;
• абстрагирования логики представления информации от технической платформы;
• динамического асинхронного представления больших массивов данных.
3. Разработаны модификации существующих шаблонов проектирования, основанные на:
• применении единственного компонента EJB для хранения разнородных моделей, использовании сложного идентификатора и дополнительных объектов для абстрагирования типов в модели доступа к данным;
• использовании сессионных компонентов в шаблоне Команда, построении ролевой модели на основе полномочий к выполнению операций и контролю доступа к выполнению операций;
Набор предложенных шаблонов проектирования реализован при помощи технологий J2EE/EJB.
4. Разработана объектная структура таких образовательных сущностей, как задание и тест, а также формальная XML-модель их представления, транслируемая в соответствии с общепринятым стандартом SCORM.
5. Предложена технология организации тестирования учащихся, основанная на использовании шаблонов тестов. Разработана модель шаблона теста, реализующая совокупность правил, используемых для выбора заданий из базы данных и для генерации теста.
6. Сформированы предложения по технической (аппаратной) реализации архитектуры системы дистанционного обучения.
7. Предложенные методы и модели использованы при разработке системы дистанционного обучения Competentum.Instructor. Предложенные модели и технологии проектирования программной архитектуры можно использовать для построения новых систем управления обучением, а также для расширения функциональности существующих систем. Предложенные модели учебных объектов транслируются в международный стандарт SCORM, что позволяет совместно использовать учебные материалы, разработанные в сторонних системах, поддерживающих данный стандарт. Результаты диссертационной работы применены в системе управления обучением Competentum.Instructor. В настоящий момент этот программный комплекс внедрен и успешно используется в ряде российских организаций.
