7.3. Внедрение информационных технологий в образование

Изменения, происходящие в мире при переходе к постиндустриальному обществу, во многом связаны с появлением и развитием информационных технологий. В свою очередь, информационные технологии становятся движущей силой происходящих изменений. В полной мере это относится к сфере образования. Традиционные методики и средства обучения оказываются недостаточными для выполнения повышенных требований к уровню подготовки выпускников высшей школы. Высокие темпы научно-технического прогресса приводят к быстрому устареванию знаний специалистов, работающих в промышленности, что обусловливает необходимость продолжения для них образовательного процесса на протяжении всего активного периода жизни. 

Ответом на возросшие требования к системе образования стало появление концепции открытого образования. Глобальной целью открытого образования является подготовка обучаемых к полноценному и эффективному участию в общественной и профессиональных областях в условиях информационного общества.

Открытое образование основано на ряде основополагающих принципов, к числу которых относится свобода обучаемого в выборе учебного заведения, времени, места и темпов обучения, в планировании своих учебных занятий. Предполагается, что открытое образование повысит качество образования и разрешит противоречие между предложением и спросом на образовательные услуги. 

Принципы открытого образования могут быть реализованы только при применении дистанционных методов обучения. 

Дистанционным обучением (ДО) называется образовательный процесс, при котором все или часть учебных процедур выполняется с использованием современных информационных технологий при территориальном разобщении обучающего и обучаемого. 

Телекоммуникационные технологии. Электронная почта (E-mail) – средство обмена сообщениями по электронным коммуникациям (в режиме off-line). Можно пересылать текстовые сообщения, архивированные и присоединенные файлы. В этих файлах могут содержаться данные (например, тексты программ, графические данные) в различных форматах. В случае архивирования изображений возникает проблема выбора форматов кодирования. Функции клиента — составление, отправление, архивирование сообщений, ведение адресной книги (файла со списком многократно используемых адресов), перенаправление приходящих сообщений другим адресатам и др.

Технологии конференц-связи. В настоящее время интенсивно развиваются технологии конференц-связи.  В зависимости от вида разделяемой пользователями информации различают несколько уровней настольной конференц-связи. На нижнем уровне находится обычная E-mail сессия обмена документами. На следующем уровне обеспечивается оперативный доступ к совместно разрабатываемому документу. Это режим "разделяемой доски" (shared whiteboard). Организация совместной работы возможна без голосовой связи и с голосовой связью. В последнем случае имеем разновидность голосовых телеконференций (аудиоконференций). В аудиоконференциях используются достижения Internet-телефонии. В Internet-телефонии вызов, соединение, разговор происходят для пользователя как в обычном телефоне, но связь идет через Internet. К верхнему уровню конференц-связи относят видеоконференции.

Телеконференции — доступ к информации, предназначенной для группового использования в отдельных конференциях (newsgroups).

Возможны глобальные и локальные телеконференции. Включение материалов в newsgroups, рассылка извещений о новых поступивших материалах, выполнение заказов — основные функции программного обеспечения телеконференций. Возможны режимы E-mail и on-line.

Самая крупная система телеконференций — USENET. В USENET информация организована иерархически. Сообщения рассылаются или лавинообразно, или через списки рассылки. В режиме on-line можно прочитать список сообщений, а затем и выбранное сообщение. В режиме offline из списка выбирается сообщение и на него посылается заказ.

Примеры телеконференций: работа коллектива авторов над книгой по спискам рассылки, обсуждение проектов и других документов, представление и обсуждение научных докладов и т.п.

Электронная "доска объявлений" BBS (Bulletin Board System) — технология, близкая по функциональному назначению к телеконференции, позволяет централизованно и оперативно направлять сообщения для многих пользователей. Программное обеспечение BBS сочетает в себе средства электронной почты, телеконференций и обмена файлами. Примеры программ, в которых имеются средства BBS, — Lotus Notes, World-group.

В системах принудительной доставки информации (push-технология) подписчики без дополнительных запросов снабжаются часто обновляемой информацией.

Особое место среди видов конференц-связи занимают видеоконференции. Видеоконференция — способ связи, включающий передачу видеоизображений по телекоммуникационным каналам связи с возможностями интерактивного общения. Очевидно, что требования к пропускной способности каналов передачи данных в видеоконференциях существенно выше, чем в обычных телеконференциях. Видеоконференции стали доступными (для достаточно крупных организаций) после развития высокоскоростных каналов связи и эффективных алгоритмов сжатия данных при их передаче. Широко используются сравнительно недорогие настольные системы видеоконференц-связи.

Сетевые службы и WEB-технологии.

WWW (World Wide Web — всемирная паутина) — гипертекстовая информационная система сети Internet. Появление и развитие WWW стало одним из основных факторов научно-технической революции, порожденной информационными технологиями. Человечество получило новые уникальные средства связи и доступа к распределенным источникам информации.

Информация, доступная с помощью Web-технологий, оформляется в виде Web-страниц и хранится на серверах сети Internet. Совокупность Web-страниц в определнном узле сети Internet называется сайтом. С помощью гипертекстовых ссылок можно переходить от одного Web-сервера к другому, "путешествуя" по Web-пространству, включающему миллионы сайтов сети Internet и охватывающему весь земной шар. Именно последнее оправдывает название "всемирная паутина".

На Web-страницах обычно размещаются необходимый текстовый материал и ссылки на графические иллюстрации. Пользователь может просматривать содержимое страницы или непосредственно с экрана дисплея, или в виде твердой копии после вывода страницы на печатающее устройство. Изображение можно анимировать, включать в него ссылки на мультимедийные фрагменты. Страницы с такими изображениями называют динамическими, в отличие от статических страниц с неподвижными текстом и рисунками. Можно сделать Web-страницы интерактивными с помощью специальных средств программирования, Web-страницы могут заполняться данными, являющимися результатом выполнения тех или иных вычислительных процедур.

Мультимедиа.   Под мультимедиа понимают совокупность визуальных и аудиоэффектов, воспроизводимых с помощью компьютера и управляемых с помощью интерактивных программ.

Гипермедиа. Гипертекст представляет собой размеченный обычный текст. Разметка позволяет структурировать документ, ссылаться на элементы данного или других документов.  Гипермедиа — более широкое понятие, чем гипертекст, поскольку относится к разметке не только текстовых, но также графических и мультимедийных -документов, включающих звуковые или видео-фрагменты.  Гиперграфика (интерактивная графика) реализуется путем выделения в изображении контактных ("горячих") зон. Выбор мышкой некоторой зоны вызывает действия такие же, как и в случае обычных гиперссылок. Могут использоваться изображения как реальных, так и синтезируемых объектов. Каждое изображение может представлять собой одну гипертекстовую ссылку. Если нужно ссылаться на разные документы, то используется несколько изображений, объединяемых под названием карта изображений. При использовании карт изображений направление перехода по ссылке определяется выбором той или иной части изображения. 

Технология CORBA.  Технология распределенных вычислений CORBA (Common Object Request Broker Architecture) предложена ассоциацией OMG (Object Management Group). Это инвариантная к приложениям и языку программирования компонентно-ориентированная (объектная) сетевая технология.  Схематично взаимодействие компонентов в технологии CORBA можно представить следующим образом. Клиент обращается с запросом на выполнение некоторой процедуры или получение некоторых данных. Запрос направляется к посреднику, называемому ORB (Object Request Broker), который способен выполнить действия, необходимые для нахождения нужного объекта в сети и его подготовки к обработке запроса. В посреднике имеется предварительно сформированный каталог (реестр или репозитарий) интерфейсов процедур с указанием компонентов-исполнителей. Посредник перенаправляет запрос соответствующему исполнителю. Исполнитель может запросить параметры процедуры. После выполнения процедуры полученные результаты возвращаются клиенту.

Семантический WEB. Семантический Web представляет собой иерархическую структуру, включающую несколько слоев моделей и языков описания информации. В основании иерархической пирамиды находятся способы кодирования (форматы) данных, такие как, например, ASCII, UNICODE, графические форматы, а также ссылочные идентификаторы URI (Universal Resource Identifier).  Выше расположен уровень языков разметки HTML и XML (вместе со схемами HTML и XML, называемыми таблицами определения типов DTD).  Далее следует уровень с моделью RDF и языком RDFS (RDF Schema), служащими для описания метаданных, их интерпретации и обмена данными между приложениями. Если на уровне языков HTML и XML рассматриваются вопросы, связанные только со структурой документов, то на уровне RDF/RDFS решаются проблемы обеспечения семантической интероперабельности документов.  Верхний уровень занимают модели и языки онтологии, создаваемые на базе RDF/RDFS-средств. К языкам онтологии относятся DAML (DARPA Agent Markup Language), OIL (Ontology Interchange Language), OWL (Web Ontology Language) и др. С их помощью можно устанавливать эквивалентность классов, представлять теоретико-множественные операции над классами и т.п.  Следует отметить, что для всех языков разметки на верхних иерархических уровнях в качестве основы принят язык XML.

Информационная поддержка открытого образования.

Технологии дистанционного обучения. Известны и применяются следующие основные технологии дистанционного обучения: 

1. Кейс-технология, при которой обучаемый получает комплект учебных материалов (кейс) и изучает их, имея возможности периодических консультаций с преподавателями-тьюторами в учебных пунктах (центрах).  

2. ТВ-технологии, при которых основные учебные процедуры основаны на прослушивании и просмотре телевизионных лекций. 

3. Сетевые технологии, при которых доступ к учебным материалам и консультации с преподавателями проводятся посредством телекоммуникационных технологий и вычислительных сетей. Как правило, в качестве сети используется Internet, тогда сетевую технологию называют Internet-технологией (или Web-технологией).

Учебные материалы в кейс-технологиях могут быть представлены в виде обычных бумажных комплектов (твердых копий) учебников и учебных пособий, а также в электронном виде на компакт-дисках и видеокассетах. Среди материалов могут быть видеозаписи лекций и компьютерные программы для выполнения самостоятельных заданий. Эти технические средства не предусматривают контактов с преподавателями. Нехватка непосредственного общения с преподавателями восполняется организацией периодических сессий, при которых либо студенты приезжают в учебный центр, либо преподаватели командируются в локальные учебные пункты, на базе которых организуется дистанционное обучение. 

В ТВ-технологиях для передачи телевизионных сигналов обычно используется спутниковая связь. Отсутствие обратной связи от обучаемых к лектору является очевидным недостатком данных технологий. 

По мере развития информационных технологий и увеличения числа абонентов, подключенных к сети Internet, все большее распространение получают сетевые технологии. При этом могут использоваться и элементы двух первых технологий, поскольку ряд учебных пособий может передаваться обучаемым в виде твердых копий, а отдельные телевизионные лекции - в записи на магнитофонных лентах или компакт-дисках. 

Дистанционное обучение по сетевым технологиям основано на доступе студентов к предварительно созданным базам учебных материалов. В число средств сетевых технологий входят теле- и видеоконференции. 

Организация открытого образования. Организация открытого образования и ДО возможна на базе виртуальных университетов, классических университетов, корпоративных центров ДО, ассоциаций учебных заведений.

Виртуальные университеты обеспечивают ДО с выдачей закончившим обучение студентам дипломов или сертификатов установленного образца. В классических университетах ДО рассматривается как дополнительная услуга студентам дневной формы обучения. Для повышения квалификации специалистов и для переподготовки кадров на промышленных предприятиях и в корпорациях создаются корпоративные центры ДО.

В классических университетах возможно также создание виртуальных факультетов или филиалов, работающих по технологиям ДО. Студенты виртуальных университетов и факультетов могут обучаться без отрыва от места своего проживания и тогда они должны обладать соответствующим клиентским аппаратным и программным обеспечением. Чаще такое обеспечение, размещенное в локальных филиалах или опорных пунктах, предоставляется обучаемым университетом. Студенты в филиалах объединяются в учебные группы и используют средства ДО под руководством локальных преподавателей-тьюторов. 

Дистанционное проведение экзаменационных сессий требует создания условий, гарантирующих корректность проверки знаний, т.е. исключения подсказок, использования подставных лиц и т.п. При этом для идентификации личности могут быть использованы методы, разрабатываемые для обеспечения безопасности информации компьютерных систем. Однако в настоящее время обеспечение достаточной надежности дистанционной проверки знаний вызывает затруднения, поэтому для приема экзаменов либо преподаватели университета направляются в филиалы, либо сессия проводится на территории Центра университета. В определенных случаях такие периодические сборы обучаемых нужны не только для сдачи экзаменов, но и для отработки лабораторных работ, не допускающих дистанционного выполнения, если в этих работах используется уникальное оборудование, имеющееся только в Центре.  

Для функционирования виртуальных университетов и факультетов необходимы базы учебных материалов, включающие электронные (компьютерные) учебники и учебные пособия. Создание и сопровождение таких баз, поддерживающих ДО по всем объявленным специальностям, требует значительных финансовых затрат и привлечения высококвалифицированных авторов. Возможности отдельного университета не всегда достаточны для создания необходимых баз учебных материалов. Проблема может быть решена с помощью объединения усилий нескольких университетов. С этой целью организуются ассоциации учебных заведений, совместно создающие и использующие базы учебных материалов. Примером такой ассоциации может служить Калифорнийский виртуальный университет, объединяющий 95 вузов и колледжей. 

При реализации ДО существенно меняется характер работы преподавателей. Основными функциями преподавателей в учебных центрах становятся подготовка электронных учебных материалов и проведение консультаций со студентами. В филиалах учебного заведения работают преподаватели-тьюторы, главной задачей которых является оказание методической помощи студентам при использовании имеющихся средств обучения.

Образовательные порталы. Портал есть ориентированная на пользователя информационная Web-система с единой для каждого конкретного пользователя точкой доступа к разнообразной информации, относящейся к определенному приложению. В работе Тихонова А.Н. и Иванникова А.Д. "Разработка методологии создания системы образовательных порталов" (http://ep.informika.ru) портал определяется как "сетевой узел или комплекс узлов, подключенных к Интернету по высокоскоростным каналам, обладающий развитым пользовательским интерфейсом и предоставляющий единый с концептуальной и содержательной точки зрения доступ к широкому спектру информационных ресурсов и услуг, ориентированных на определенную аудиторию". Обращение пользователей к порталу происходит с помощью браузеров, размещенных на клиентских узлах. 

Если Web-сайты в большинстве случаев представляют собой наборы статических Web-страниц, то порталы являются совокупностями программных средств и заранее неструктурированной информации, которую эти средства превращают в структурированные данные по запросу конкретных пользователей. 

В зависимости от масштабов охвата пользователей различают межрегиональные, региональные, корпоративные порталы.

В зависимости от назначения и основной группы пользователей порталы, ориентированные на образовательное сообщество, подразделяются на образовательные, университетские, административные и др. 

Образовательные порталы непосредственно служат целям предоставления образовательных услуг. Они содержат электронные учебные материалы, методические указания, расписания занятий и консультаций и другие данные, относящиеся непосредственно к учебному процессу, и имеют средства доступа к ним. Образовательные порталы подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Если горизонтальный портал охватывает материалы по большому числу предметных областей, то вертикальные порталы относятся к определенному направлению подготовки обучаемых или даже к конкретным дисциплинам.  

Университетские порталы относятся к корпоративным порталам, они содержат наиболее общую информацию о вузе, обеспечивают доступ к информации о кафедрах, специальностях, учебных планах, условиях приема абитуриентов и т.п. В состав университетских порталов могут входить также образовательные сайты и порталы. 

Другие типы порталов образовательных учреждений более специализированы и могут быть посвящены таким вопросам, как работа студенческих научных обществ, электронные публикации результатов научных исследований, научные семинары и конференции, спортивная жизнь университета и т.п. Чаще системы подобного типа являются сайтами.

Информационно-образовательные среды.

Автоматизированные обучающие системы.  Под автоматизированной обучающей системой (АОС) понимается согласованная совокупность учебных материалов, средств их разработки, хранения, передачи и доступа к ним, предназначенная для целей обучения и основанная на использовании современных информационных технологий. 

По мере расширения компьютеризации учебного процесса все заметнее становится дисбаланс между техническими возможностями хранения, передачи, обработки информации в вычислительных системах и телекоммуникационных сетях, ее представления в различных формах для воздействия на органы чувств человека, с одной стороны, и характеристиками содержания информации в сетевых БД, способами структурирования знаний и избирательного доступа к источникам знаний, с другой. Информационное наполнение сетевых серверов и эффективное управление знаниями является главной и, в то же время, наиболее трудной для реализации задачей в проблеме создания ИОС в компьютерных сетях.  

Обычно конкретные реализации АОС создаются определенными компаниями или университетами. Ресурсы таких АОС зачастую не являются мобильными, т.е. переносимыми для использования и развития из одной системы в другую. Это является очевидным недостатком с точки зрения создания интегрированной базы научно-образовательных ресурсов и применения в системах открытого образования.

Электронные учебники.  Полнофункциональный электронный учебник (ЭУ) состоит из нескольких основных частей, к которым относятся:

• главная часть, в которой излагается содержание предмета, представленная в виде гипертекста с графическими иллюстрациями и, возможно, с аудио- и видеофрагментами;
• тестирующая часть, включающая контрольные вопросы, упражнения и задания для практического освоения материала и самотестирования вместе с рекомендациями и примерами выполнения заданий;
• толковый словарь;
• часто задаваемые вопросы и подготовленные ответы на них;
• описания лабораторных работ, если в учебной программе такие работы предусмотрены, включая оригинальное программное обеспечение для выполнения этих работ. 

Главная часть ЭУ обычно или представляется в виде совокупности лекций (уроков), или структурируется с выделением разделов, глав, параграфов аналогично построению книг традиционной формы. Возможно также модульное построение ЭУ с возможностями оперативной компиляции текста ЭУ из набора имеющихся модулей, что реализуется в интерактивных электронных технических руководствах (ИЭТР) и в электронных прикладных энциклопедиях.

Тестирующая часть может быть или сконцентрирована в виде задачника, или распределена по разделам и главам основного текста, или выражена в совокупности тестирующих модулей.

Толковый словарь состоит из терминов в форме гиперссылок на соответствующие места основной части и кратких определений этих терминов (иногда определения могут отсутствовать).

Электронные энциклопедии. Основу технологии разделяемых единиц контента (ТРЕК) составляют способ структурирования знаний предметной области (приложения), методы селекции структурных элементов и их упорядочения при синтезе конкретных учебных пособий. 

Созданию прикладной электронной энциклопедии предшествует разработка онтологии приложения. Возникающие при этом задачи напоминают аналогичные проблемы построения информационных моделей в виде прикладных протоколов STEP в автоматизированных промышленных системах, хотя управление слабоструктурированными знаниями в системе обучения выглядит более сложной задачей, чем управление фактографическими данными о промышленной продукции. 

Структурирование знаний при разработке онтологии заключается в выделении понятий (сущностей) приложения. Множество понятий образует тезаурус. Характеристика понятий, присущие им свойства и связи между понятиями описываются в статьях, называемых модулями (объектами, элементами образовательных ресурсов или разделяемыми единицами контента). Модули составляют предметную базу знаний. Множества понятий и модулей вместе с соответствующей системой управления базой знаний образуют прикладную электронную энциклопедию (ПЭЭ).

Разработка конкретного учебного пособия начинается с выбора подмножества модулей из предметной базы знаний. Выбор определяется заданной учебной программой или выраженными в той или иной форме информационными потребностями пользователя с учетом результатов предварительного тестирования его готовности к восприятию материала. Далее из выбранных модулей формируется линейная последовательность и выполняется адаптация формы материала к индивидуальным особенностям обучаемого. В процессе изучения материала по сформированному пособию должна быть обеспечена возможность облегченной навигации по разным частям базы знаний.

Тестирующие системы. Тестирующая система - программный продукт или подсистема АОС, предназначенная для контроля степени усвоения обучаемым учебного материала.

Идеальная тестирующая система должна быть в высокой степени интеллектуальной, чтобы в режиме диалога распознавать ответы студента и в зависимости от содержания ответа определять степень их правильности, выбирать дальнейшие задаваемые вопросы, касающиеся любых аспектов изучаемого курса, формулировать рекомендации по исправлению выявленных пробелов в знаниях тестируемого. Построение таких интеллектуальных систем в настоящее время не представляется возможным, так как для этого нужно, чтобы система обладала возможностями обработки информации и объемом памяти, по крайней мере, соизмеримыми с характеристиками человеческого мозга. Поэтому находят применение тестирующие системы с формальными способами общения с тестируемым.

Виртуальные лаборатории.  Для решения учебных и исследовательских задач при проведении лабораторных работ и выполнении курсового и дипломного проектирования в вузах применяют широкий спектр программных средств как оригинальных, так и преимущественно приобретаемых. Такое разнообразие обусловлено объективными причинами и является препятствием на пути типизации учебно-исследовательского (УИ) ПО виртуальных лабораторий, нужной для широкого доступа к программам со стороны филиалов и различных вузов при ДО. 

Учебно-исследовательское ПО классифицируют по многим признакам.

По приложениям различают программы для механики твердого тела, гидравлики, теплофизики, электроники, электромеханики, архитектуры и строительства и др. Наряду с проблемно-ориентированными средствами существуют программы, инвариантные к приложениям, например некоторые программы оптимизации или математические пакеты типа Mathematica, Maple V, MathCAD.

По тематической направленности большинство программ виртуальных лабораторий можно отнести к одной из следующих групп: математические пакеты; программы математического моделирования; системы машинной графики и геометрического моделирования; программы оптимизации, структурного синтеза и принятия решений; системы управления базами данных и знаний; средства CASE-технологий; средства CALS-технологий.

Программы компьютерной графики. Графические редакторы предназначены для создания, сохранения и воспроизведения графических изображений. Различают редакторы векторные и растровые.

Векторные редакторы позволяют создавать изображения типа схем, чертежей, диаграмм, простых рисунков. Одним из наиболее известных векторных редакторов является Corel Draw. Характерные возможности этого редактора — привязка линий к определенной позиции на изображении, создание выносок и размерных линий, работа с многостраничными изображениями, стандартный интерфейс Windows, многоуровневый откат, кроссплатформенность (имеются версии для Windows, OS/2, MAC, различных вариантов UNIX). Примеры других векторных редакторов — Microsoft Paint, iGrafx Designer, Visio 2000, Adobe Illustrator.

Растровые графические редакторы выполняют такие функции, как воспроизведение сложных изображений типа фотографий, их редактирование с помощью операций закрашивания, обрезания, маскирования, изменения параметров всего изображения или его участков. В этом классе графических редакторов лидирующее положение занимает Adobe Photoshop. При его использовании все изображение строится из набора отдельных слоев-картинок, имеющих прозрачные и закрашенные участки. Можно создавать, удалять, копировать, комбинировать участки, регулировать прозрачность и порядок расположения слоев. В пакете предусмотрены возможности построения и редактирования также векторных изображений. Благодаря подключению дополнительных модулей можно расширять функциональность пакета Adobe Photoshop. В частности, поэтому с помощью Adobe Photoshop удается выполнять полный цикл работ по созданию Web-страниц. Один из подключаемых модулей PhotoGraphics — дополнительное средство для рисования векторных обьектов непосредственно в Photoshop. В модуле пользователю предоставляются все основные инструменты рисования таких объектов, как линии, прямоугольники, овалы, текст и т.п.

Другой растровый редактор Painter 6 позволяет создавать изображения, имитирующие картины художников. Наряду с этим в нем реализованы обычные функции растровых редакторов, есть возможность создавать анимационные изображения.

Для воспроизведения сложных изображений, например фотографий, используют просмотрщики популярных 2D и 3D форматов; графические и видео просмотрщики и конверторы соответствующих форматов.

Для синтеза трехмерных изображений в САПР преимущественно используют средства таких известных систем, как CATIA, Unigraphics, Inventor, Solidworks и др. Однако кроме них, существуют и применяются графические библиотеки и пакеты компьютерной графики и геометрического моделирования, непосредственно не связанные с проектированием в технике. К числу графических библиотек, получивших наибольшее распространение, относится библиотека графических процедур OpenGL.

В библиотеке OpenGL имеются процедуры построения графических примитивов (к числу которых относят точки, линии, полигоны), удаления невидимых линий, Z-буферизации, реалистичной засветки, задания положения тел и камеры наблюдения и т.п. Примитивы могут быть как векторными, так и растровыми. Важной особенностью технологии OpenGL является инвариантность к аппаратно-программным платформам. Средства OpenGL реализованы в ряде программ, например в программе построения анимационных кадров GL-animator.

Среди других систем 3D-графики выделяют редактор Studio Max 4. Это высокоразвитый, но дорогой и довольно сложный в освоении комплекс моделирования, визуализации и анимации объектов, разработанный фирмой Autodesk для операционной среды Windows. Для генерации ландшафтов типа горных пейзажей, водных поверхностей, фантастических картин подходит 3D-редактор Bryce. К числу 3D-редакторов можно отнести соответствующие компоненты из программного обеспечения САПР, а также программы Adobe Dimention, CorelDream 3D, CosmoWorlds и ряд других.

Инструментальные средства разработки электронных учебных материалов.  Разработка электронного учебника (ЭУ)– весьма ответственная и дорогостоящая работа. Эту работу выполняют с помощью инструментальных средств. 

Инструментальные средства – программное и информационное обеспечение, используемое для разработки и представления учебных материалов в форме, требуемой для использования в АОС. Инструментальные средства можно разделить на две группы: общедоступные средства, ориентированные на Web-технологии и не включающие дорогостоящих специальных средств;  инструментальные средства, специально ориентированные на разработку компьютерных курсов.

В первую группу входят сравнительно недорогие или свободно распространяемые программные продукты. К ним относятся, например, редакторы HTML текстов, графические редакторы, конверторы форматов данных, возможно также средства создания аудио- и видеофрагментов. При использовании средств первой группы удается минимизировать первоначальные финансовые затраты. Сопровождение созданных ЭИ, их модернизация и адаптация принципиально возможны не только их авторами, но и квалифицированными пользователями (конечно, при наличии соответствующей договоренности между авторами и администраторами базы учебных материалов (БУМ)). Однако создание ЭИ средствами первой группы характеризуется повышенными затратами времени. 

Соответственно ЭУ, созданные с помощью инструментальных средств этих двух групп, также делят на две группы. В простейшем случае ЭУ представляет собой просто переведенный в .doc или .pdf формат текст традиционного учебника с добавлением рисунков в одном из графических форматов (.gif, .jpg, .bmp). Но чаще ЭУ являются гипертекстовыми материалами, переведенными в .html или .xml форматы, с иллюстрациями и возможно с аудио и видеофрагментами. 

Основные программные инструментальные средства, входящие в первую группу, по своему назначению делятся на ряд категорий: текстовые редакторы; в их числе HTML- и XML-редакторы; редакторы иллюстративной и презентационной графики (векторные и растровые); 3D графические редакторы; 2D и 3D-просмотрщики и проигрыватели анимационных и мультимедийных сцен; перекодировщики текстовых и графических форматов; редакторы звуковых файлов; редакторы видеофайлов; конверторы и перекодировщики мультиме-диа; инструментальные средства создания анимаций; почтовые клиенты; средства организации чатов, теле-, аудио- и видеоконференций; средства информационного поиска.

Более быстрое создание ЭУ осуществляется с помощью интегрированных инструментальных сред второй группы, примерами которых могут служить WebCT, разработанная одноименной американской компанией, Learning Space фирмы Lotus, ToolBookII компании Asymetrix, AuthorWare компании Macromedia, отечественная система HyperMetod и др. Зачастую подобные среды реализуют не только функции разработки учебных материалов, но также и другие функции, присущие АОС, включают средства обучения и средства управления обучением.

Имеющиеся в инструментальной среде средства разработки позволяют решать вопросы представления учебного материала с выбором типов шрифтов, палитры цветов, расположения и насыщенности графических фрагментов, анимации, звукового сопровождения в соответствии с рекомендациями, обеспечивающими продуктивную работу пользователей.

Электронные учебники, созданные с помощью средств второй группы, отличает наличие богатых библиотек графических иллюстраций, мультимедийных фрагментов, контрольных вопросов и заданий для самотестирования, а также средств доступа к сервисам Internet, например, к сайтам, содержащим научные статьи и справочные материалы по тематике изучаемой дисциплины. 

Так, система WebCT имеет инструментальные средства разработки ЭУ на нескольких языках с использованием удобных шаблонов и библиотек мультимедийных файлов, средства одновременного обслуживания до 30000 студентов, в том числе средства самотестирования, реализованы технологии "электронной доски объявлений", текстового диалога, электронной почты, работы над общим проектом и др.

Инструментальная среда ToolBookII предназначена для разработки мультимедийных учебных материалов. В создаваемое ЭИ можно встраивать оригинальные программы и обращения к внешним программам и СУБД. Среда довольно дорогая, одна копия стоит 1300...1400 долл. 

Одной из разработок АОС, включающих как инструментальные средства, так и компоненты системы управления, является система Mindspan Solutions компании IBM. Основной подсистемой в Mindspan Solutions является Lotus Learning Space - подсистема обучаемого и преподавателя, предназначенная для доступа к учебным материалам, в том числе в Web-пространстве, для проведения учебных занятий как индивидуальных, так и групповых, для общения пользователей, контроля знаний обучаемых. Развитый модуль для совместной работы группы пользователей позволяет проводить дискуссии в режимах online и off-line. В Mindspan Solutions имеются также инструментальные средства для разработки ЭИ.

Примером отечественной системы второй группы является инструментальная среда Орокс, разработанная в Московском областном центре новых информационных технологий и представляющая собой совокупность скриптов на языке Perl. В ней реализованы функции создания учебных материалов, управление и проведение учебного процесса. 

В условиях недостаточного финансирования технология первого уровня выглядит предпочтительней. Однако по мере развития ИОС, перехода к самоокупаемости ДО ситуация может измениться в пользу применения специальной технологии второго уровня на базе интегрированных инструментальных средств. Поэтому в системной среде целесообразно предусмотреть возможность интеграции фрагментов компьютерных курсов, созданных по технологиям обоих уровней.

Учебно-исследовательские автоматизированные системы.  В отличие от отдельных учебных программ учебно-исследовательские автоматизированные системы состоят из совокупности программных компонентов и электронных учебных материалов с возможным дополнением такими компонентами, как базы данных, проблемно-ориентированные языки моделирования и проектиро-вания, учебное технологическое оборудование и т.п. 

Наибольшее распространение получили учебно-исследовательские систе-мы автоматизированного проектирования (САПР или CAD/CAM/CAE/PDM-системы). Известны также учебные системы управления технологическими процессами (АСУТП), версии геоинформационных систем (ГИС) и некоторые другие. 

Учебные автоматизированные системы чаще всего создаются на основе адаптации промышленных автоматизированных систем к условиям учебного процесса. Иногда используют упрощенные (учебные) версии промышленных систем. Упрощенные версии распространяются или бесплатно, или со значительно уменьшенной ценой. Они могут отличаться от промышленных дорогостоящих продуктов или более существенными ограничениями на сложность исследуемых объектов, или сниженной функциональностью, или невозможностью записи в память компьютера результатов исследования.

В учебном процессе инженерных вузов широко используются САПР различного назначения.

В машиностроении автоматизация конструирования выполняется с помощью CAD-систем. Среди них различают системы нижнего и верхнего уровней. Первые из них сравнительно дешевы, ориентированы преимущественно на 2D-графику, реализуются на персональных ЭВМ. Системы верхнего уровня значительно дороже, более универсальны, ориентированы на геометрическое твердотельное и поверхностное 3D-моделирование, оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей. Иногда выделяют также системы среднего уровня, занимающие промежуточное положение между системами верхнего и нижнего уровней. 

Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.

CAЕ-системы, иногда называемые системами инженерного анализа, предназначены для выполнения проектных процедур анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. Основу программного обеспечения этих систем составляют программы моделирования, рассмотренные выше. 

Программное обеспечение САПР обычно имеет модульную структуру. Компоненты ПО машиностроительных САПР подразделяется на группы программ конструкторского проектирования механических объектов, промышленного дизайна, функционального моделирования, технологического проектирования, обмена данными.

Базовые модули конструкторского проектирования предназначены для твердотельного и поверхностного моделирования, синтеза конструкций из базовых элементов формы, поддержки параметризации и ассоциативности, проекционного черчения и разработки чертежей с простановкой размеров и допусков. Пользователь может пополнять библиотеку БЭФ оригинальными моделями. Синтез трехмерных моделей сложной формы возможен вытягиванием плоского контура по нормали к его плоскости, его протягиванием вдоль произвольной пространственной кривой, вращением контура вокруг заданной оси, натягиванием между несколькими заданными сечениями. Синтез сборок выполняется вызовом или ссылкой на библиотечные элементы, их модификацией, разработкой новых деталей. Детали сборки можно нужным образом ориентировать в пространстве. Далее следует ввести ассоциативные (сопрягающие) связи.

Дополнительные модули конструкторского проектирования имеют более конкретную, но узкую специализацию. Примерами таких модулей могут служить модули конструирования панелей из композиционных материалов, разработки штампов и литейных пресс-форм, трубопроводных систем, сварных конструкций, разводки электрических кабелей и жгутов.

Модули функционального моделирования относятся к CАЕ-системам. 

Основные модули САМ-систем служат для технологического проектирования, с их помощью выполняют моделирование технологических процессов разных видов обработки заготовок, разрабатывают постпроцессоры для систем управления оборудованием с ЧПУ.

Модули обмена данными (конверторы форматов данных) должны обеспечивать возможности импорта/экспорта данных в другие CAE/CAD/CAM-системы. 

Геоинформационные системы предназначены для ввода, генерирования, обработки и представления моделей объектов, отражающих пространственное расположение объектов различного назначения. Преимущественно моделями, рассматриваемыми в ГИС-системах, являются карты, планы, схемы географических объектов, включая модели инженерных коммуникаций и транспортных систем. Примером ГИС может служить система Zulu. Области ее применения: городское хозяйство, инженерные коммуникации, архитектура, транспорт, экология, образование. Имеются средства для создания оригинальных ГИС-приложений, в систему интегрирован пакет теплогидравлических и гидравлических расчетов систем тепло-, водо- и газоснабжения.

Автоматизированная система управления вузом. В структуре информационных систем вуза можно выделить ряд подсистем как автономных, так и интегрированных в общую автоматизированную систему управления вузом. В этом ряду имеются следующие подсистемы: подсистемы типа "электронный деканат";  подсистема диспетчерского управления учебным процессом, включая функции разработки расписаний учебных занятий; подсистема управления методическим обеспечением и базой учебных материалов (репозиторием), предназначенная для сопровождения учебно-методической документации и электронных учебных материалов; подсистема управления научно-исследовательским сектором (отделом или вузовским НИИ); подсистема делопроизводства, поддерживающая работу канцелярии, архива, экспедиции и т.п.;  подсистема "Кадры"; бухгалтерская и планово-экономическая подсистемы; библиотечная информационная система, служащая для учета библиотечных фондов, поиска пользователями литературных источников, оформления и удовлетворения запросов; подсистема управления дистанционным обучением, входящая в программное обеспечение образовательных порталов; подсистема поддержки инженерных служб вуза и ряд других, наличие которых определяется спецификой вуза.

В настоящее время еще не выработана структура типовой вузовской информационной системы. Средства и элементы технологии дистанционного обучения и тем более открытого образования только начинают появляться в вузах, и поэтому информатизация управления преимущественно развивается применительно к традиционным технологиям обучения. По мере развития новых технологий будет изменяться состав и функциональное назначение автоматизированных систем управления в вузах.

Основой большинства названных автоматизированных подсистем управления являются системы управления базами данных (СУБД) или хранилищами данных и системы управления документами и документооборотом. На современном рынке программных продуктов имеется большое число таких систем. Для их правильного выбора нужно уметь сопоставлять характеристики этих систем с масштабами и спецификой задач, выполняемых подразделениями вуза. 

Информационное наполнение баз и хранилищ данных определяется особенностями вуза. Поэтому разработка информационных моделей приложений, отражающих разные аспекты деятельности вуза, и сбор соответствующих данных должны выполняться работниками данного вуза.