Лингвистическое обеспечение адаптивной мультимедийной автоматизированной обучающей системы

Актуальность проблемы. По мере развития и практического применения программных технологий на базе персональных ЭВМ повышается интерес к таким сферам, как обучение человека при помощи компьютера. В настоящее время программное обеспечение, непосредственно применяемое в процессе обучения, обособилось в отдельный класс автоматизированных обучающих систем (АОС).

На данном этапе развития информационных технологий в сфере компьютеризированного обучения встают задачи повышения эффективности лингвистического обеспечения АОС, связанные с поиском и разработкой новых коммуникативных форматов, усовершенствованием пользовательских интерфейсов и форматов представления данных. Современные адаптивные и мультимедиа технологии, обеспечивающие получение дополнительных сверхмощных возможностей воспроизведения цифровой информации и, следовательно, воздействия на пользователя, порождают потребности в новых комплексных подходах к проектированию современных АОС с развитыми средствами внутреннего и внешнего представления данных, основанных на передовых языковых технологиях структурирования (представления) и метаописания.

Бурный рост рынка программного обеспечения, нацеленного на удовлетворение растущих информационных потребностей в сфере автоматизации обучения в конце двадцатого, начале двадцать первого века, отражает готовность отрасли компьютеризированного обучения к появлению единых коммуникативных стандартов, как межсистемного, так и человеко-машинного взаимодействий. Решение большей части задач, связанных с созданием обозначенных стандартов, форматов (унифицированных правил внутреннего и внешнего представления данных), относится к области лингвистического обеспечения ИС.

Рост потребности образовательного процесса в эффективных АОС усиливается отсутствием комплексных программных решений, позволяющих задействовать имеющийся потенциал современных технологий в повышении качества обучения.

На сегодняшний день одними из наиболее перспективных направлений в области компьютеризированного обучения считаются адаптивные и мультимедиа технологии.

Большое распространение получили системы адаптивного тестирования и адаптивных гипермедиа. АОС, базирующиеся на принципах адаптации и различных видах обратных связей, существенно повысили возможности современного компьютеризированного обучения. Также всевозможные мультимедиа компоненты, все чаще в последнее время включаемые в учебный материал, с большой вероятностью могут сделать компьютеризированное обучение более эффективным, а в некоторых случаях даже незаменимым.

Научная проблема заключается в поиске подходов и разработке решений, снимающих противоречия между большими потенциальными возможностями современных технологий и относительно невысокими показателями эффективности их применения в сфере компьютеризированного обучения. С одной стороны, широкий спектр инструментария воздействия на обучающегося дает малозначительный рост эффективности современных АОС, использующих мультимедийные компоненты учебных курсов. С другой стороны, для управления силой воздействия мультимедиа целесообразно применение адаптивной методики (совокупности техник адаптации, персонализации учебного материала с учетом комплекса индивидуальных потребностей обучающегося), которая, в свою очередь, еще не рассчитана на адаптацию мультимедийных компонентов. Текст, большей частью, его содержательная сторона и изредка графическая составляющая, чаще всего являются единственными объектами адаптации. Данные ограничения делают применение адаптивной методики в современном мультимедийном компьютеризированном обучении малоэффективным. Решение обозначенной научной проблемы рассматривается в данном диссертационном исследовании в аспекте лингвистического обеспечения адаптивной мультимедийной АОС.

Разработанность проблемы. Первоначально адаптивные технологии развивались в русле гипертекстовых, гипермедиа систем как один из новых подходов в решении задач повышения функциональности гипертекста. В значительной мере развитию следующего поколения адаптивной методики способствовали работы Т. Бернерса-Ли [Berners-Lee, 1990] по созданию Всемирной паутины (WorldWideWeb), основного на сегодняшний день сервиса сети Интернет. В середине 90-х годов XX века адаптивные техники стали применяться при создании Интернет-ресурсов. Достаточно упомянуть техники адаптивной поддержки навигации и сокрытия ссылок.

Наибольших успехов удалось достичь в применении адаптивной методики в АОС. Значительный вклад в разработку этого направления внесли П. Л. Брусиловский, Т. А. Гаврилова, Г. В. Рыбина, A. Kobsa, M. Specht, W. Nejdl, D. Benyon, P. De Bra и многие другие исследователи.

В результате анализа подходов к реализации адаптивной методики в АОС и теоретических работ авторов этих подходов были выявлены следующие общие тенденции.

Во-первых, авторами большинства разработанных за последние пятнадцать лет адаптивных АОС были специалисты с техническим образованием. Ими же были предложены и разрабатывались и сами техники адаптации. Изучение механизмов работы техник адаптации с точки зрения человеко-машинного взаимодействия, их психологического воздействия на человека проходило уже только на практике. Многие же из практических исследований сводились к констатации большей эффективности АОС, при включении какой-либо техники адаптации, и снижению эффективности (мотивации, формирования компетенций обучающегося) — при ее отсутствии. Психолого-лингвистический аспект механизма воздействия большинства техник адаптации на обучающегося до сих пор остается неизученным. Явных предпосылок к изменению самой концепции проектирования адаптивных.

АОС, в частности, участия в этом процессе специалистов других областей, например: психологов, методистов, лингвистов — не было. На сегодняшний день создание техник адаптации остается лишь технической задачей, решаемой самим разработчиком на стадии программной реализации.

Во-вторых, количество принципов и методов адаптации на данный момент значительно, но программная реализация самих техник адаптации остается уникальной для каждой системы. Автору-разработчику, решившему дополнить свою систему каким-либо уже широко известным принципом адаптации, необходимо заново прорабатывать алгоритмы, программные решения и создавать, по сути, копии уже много раз реализованных техник адаптации, но для своей системы с уникальной архитектурой. То же самое можно сказать и об уникальных внутренних форматах представления модели пользователя, разрабатываемых для каждой системы в отдельности, без которых невозможно функционирование техники адаптации.

В-третьих, и на этом акцентируют внимание многие специалисты, например, П. Л. Брусиловский [Brusilovsky, 1996], многие разработанные адаптивные системы содержат нетекстовые (мультимедийные) элементы, но не могут представлять эти элементы адаптивно.

Цель диссертационной работы. Определение функций и состава лингвистического обеспечения адаптивной мультимедийной АОСразработка и апробация лингвистических средств, обеспечивающих управляемое использование мультимедийных образовательных ресурсов.

Задачи диссертационного исследования:

• исследовать типологию адаптивных АОС и возможности современных мультимедиа технологий в обучении;

• разработать концептуальную модель адаптивной мультимедийной АОС, определить роль и формализовать функции лингвистического обеспечения системы;

• разработать эффективные методы использования средств лингвистического обеспечения в адаптивной мультимедийной АОС;

• провести теоретико-прикладного исследования возможностей разработанных лингвистических средств.

Объект исследования. Адаптивные автоматизированные обучающие системы (АОС).

Предмет исследования. Лингвистическое обеспечение адаптивной мультимедийной АОС.

Методы исследования. Системный анализ, экспертная оценка, социологический опрос, методы алгоритмизации и программирования.

Методологическая база. Основные положения системного анализа, теория информации и информационных процессов, теория экспертной оценки, а также теория лингвистического обеспечения ИС.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что разработана концептуальная модель адаптивной мультимедийной АОС. Разработаны лингвистические средства, оформленные как совокупность соподчиненных форматов структурирования и метаописания:

• учебных курсов,.

• алгоритмов техник адаптации,.

• модели обучающегося для адаптивной мультимедийной АОС. Разработана методика теоретико-прикладного исследования возможностей разработанных форматов. Предложен новый подход к подготовке материалов для АОС с использованием разработанных форматов, позволяющий гармонично взаимодействовать специалистам разных областей в решении задач, связанных с повышением эффективности компьютеризированного обучения в аспекте исследования новых методик адаптации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработана концептуальная модель адаптивной мультимедийной АОС, которая базируется на основе интеграции сегодня практически разрозненных адаптивных и мультимедиа технологий, что требует создания уникального лингвистического обеспечения.

2. Одним из основных компонентов лингвистического обеспечения адаптивной мультимедийной АОС, позволяющим реализовать управляемое использование мультимедийных образовательных ресурсов, является совокупность лингвистических средств представления (структурирования) и метаописания данных.

3. Обязательным условием эффективного использования адаптивных технологий в компьютеризированном обучении является функция управляемого представления мультимедиа, которая может быть реализована через совершенствование соответствующих лингвистических средств.

4. Создание АОС на основе разработанной концептуальной модели, что подразумевает включение в состав ее лингвистического обеспечения лингвистических средств представления и метаописания — а) техник адаптации, б) модели пользователя, в) учебного материала — разработанных и оформленных в рамках диссертационного исследования в совокупность соподчиненных форматов, позволит: a. обеспечить адаптивное представления мультимедиа, и, следовательно, управляемое использование мультимедийных образовательных ресурсов в компьютеризированном обучении. b. использовать обучающую систему в качестве уникального инструментального средства исследования адаптивных методик специалистами разных областей.

5. Целесообразность практического использования разработанных форматов может быть аргументирована положительными результатами реализованного теоретико-прикладного исследования возможностей разработанных лингвистических средств.

Практическая значимость работы и реализованных результатов.

Разработанное в рамках настоящего исследования лингвистическое обеспечение может быть включено, в качестве дополнительных лингвистических средств, в состав лингвистического обеспечения систем информационно-технического сопровождения учебного процесса в вузах, в том числе:

• структура представления и метаописания электронных учебных курсов с мультимедийными компонентами;

• программный интерфейс доступа и интерпретации структуры и метаописания электронных учебных курсов.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные лингвистические средства обеспечивают АОС следующими возможностями:

• осуществлять адаптивное представление различных текстовых, гипертекстовых и мультимедийных компонентов учебных курсов;

• модульным принципом внутреннего представления учебного материала, техник адаптации, модели пользователя;

• агрегирования учебного курса с множеством различных модулей техник адаптации;

• четкого определения этапов и правил формализации учебного курса. i.

Результаты диссертационного исследования внедрены в Санкт-Петербургском государственном университете культуры и искусств, что подтверждено соответствующими документами.

Материалы и выводы диссертации могут быть использованы: а) при i проектировании и разработке архитектуры АОСб) при создании электронных (мультимедиа) учебных курсовв) при создании техник j адаптации электронных учебных курсовг) при чтении общих и специальных курсов по информатике и прикладной лингвистике. |.

Апробация работы. Основное содержание диссертации изложено в 9 публикациях по теме диссертации, а также на научных конференциях:

• III Международной научной конференции «Прикладная лингвистика в науке и образовании» (СПб, 2006);

• III Международной конференции «Информационные системы для обучения и управления человеческими ресурсами (HRM)» (СПб, 2006);

• Научно-практической конференции памяти профессора В. И. Минкиной «Интернет: ресурсы и технологии в гуманитарном образовании» (СПб, 2007);

• 56-ой научной конференции студентов и аспирантов библиотечно-информационного факультета СПбГУКИ, посвященной памяти профессора О.М.Зусьмана" (СПб, 2007);

• Всероссийском научно-практическом симпозиуме молодых ученых и специалистов «Экономическая политика современной России: состояние и перспективы», секция «Интернет экономика» (СПб, 2007);

• III Российской научно-методической конференции «Совершенствование подготовки IT-специалистов по направлению „Прикладная информатика“ на основе инновационных технологий и Е-learning» (М, 2007).

Материалы и выводы диссертации используются при чтении лекций по ' курсу «Лингвистические основы информатики», «Инструментальные средства создания Web-приложений» на факультете информационных технологий и медиадизайна СПбГУКИ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Список использованной литературы содержит 121 источник. Диссертация изложена на 145 страницах, включая 117 страниц основного текста и 6 приложений.

3.3 Выводы.

Реализованное теоретико-прикладное исследования возможностей разработанных форматов позволило доказать целесообразность их внедрения в практику разработки АОС, обеспечив тем самым существенное подтверждение практической значимости разработанных в рамках данной диссертационной работы подходов к решению выявленных актуальных проблем компьютеризированного обучения. Также, реализованное исследование позволило выделить ключевые возможности разработанных форматов, которые по прогнозам экспертов должны удовлетворить насущные профессиональные потребности авторов учебных курсов, как одной из основных групп пользователей разработанных форматов. Необходимо отметить, что в ходе реализованного теоретико-прикладного исследования был проведен углубленный системный анализ предмета исследования (значимости группы возможностей разработанных форматов для авторов учебных курсов), который, в свою очередь, помог более четко проявить многогранность разработанных форматов и в целом концепции разработки и функционирования адаптивной мультимедийной АОС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Сегодня компьютеризированное обучение становится повседневной практикой. На данном этапе важно сформировать базовые концепции использования вычислительной техники и информационных технологий в образовательном процессе. В представленной работе рассмотрены вопросы, связанные с АОС, и определены перспективные направления в данной области, такие как мультимедиа и адаптивные технологии.

Некоторые современные АОС уже используют принципы адаптации или мультимедийные компоненты в учебных курсах. Эффективность логичного применения данных технологий многократно обосновывалась многими авторами. Адаптивные технологии позволяют автоматизировать индивидуальный подход к каждому обучающемуся в процессе компьютеризированного обучения, а мультимедиа дает широкие возможности в представлении информации и взаимодействии с обучающимся: наглядности и интерактивности. Но возможности объединения данных технологий еще не были исследованы.

Разработка лингвистического обеспечения, как одного из главных компонентов АОС, для адаптивной мультимедийной обучающей системы, объединяющей две перспективные технологии, являлось целью представленной работы. Для достижения данной цели потребовалось решить целый комплекс задач, связанных с разработкой форматов внешнего и внутреннего представления данных и формированием новых концептуальных подходов к созданию АОС.

Полный перечень основных результатов представленной работы следующий:

1. Проведен анализ существующих адаптивных автоматизированных обучающих систем. Выявлены положительные и отрицательные тенденции в этой области. Определены основные факторы, оказавшие наибольшее влияние на развитие адаптивных технологий, такие как, например, популярность гипертекста, возможность нелинейного представления информации. Проанализированы возможные варианты использования адаптивных гипермедиа, адаптивных систем тестирования и адаптивных сервисов в сети Интернет. Проведен анализ современных подходов к созданию подсистем моделирования обучающегося в адаптивных АОС.

2. Исследован вопрос применения мультимедиа в образовании. Рассмотрены возможности и перспективы мультимедийных технологий. Представлены материалы по мультимедийным учебно-методическим комплексам. Затронуты аспекты использования виртуальной реальности в образовательных целях.

3. Предложен формат внешнего представления данных в АОС. Разработан подход к адаптивному представлению разнопланового (мультимедийного) учебного материала: продуктивному синтезу адаптивных и мультимедиа технологий.

4. Разработаны форматы внутреннего представления данных учебного материала (учебных курсов), модели обучающегося и техник адаптации для адаптивной мультимедийной АОС.

5. Разработана концептуальная модель адаптивной мультимедийной АОС, раскрывающая широкий спектр потенциальных возможностей разработанных форматов.

6. Исследовано и предложено решение задачи сетевого взаимодействия в архитектуре АОС. Предложена схема использования инфраструктуры сети Интернет для организации клиент-серверного взаимодействия.

7. Предложен новый подход к созданию мультимедийных учебных курсов и разработке новых техник адаптации (персонализации) обучения. Новый подход предполагает непосредственное участие в этих процессах психологов, педагогов и методистов.

8. Разработана методика и проведено теоретико-прикладное исследование возможностей разработанных форматов, подтверждающее целесообразность внедрения найденных в рамках диссертационного исследования решений в практику разработки лингвистического обеспечения современных АОС.

В итоге, хотелось бы подчеркнуть, что разработанные форматы внутреннего и внешнего представления данных, как основная составляющая лингвистического обеспечения АОС, полностью готовы к внедрению, и в комплексе с разработанной концептуальной моделью АМАОС могут служить перспективной базой для разработки АОС нового поколения.