Индустрия компьютерных средств обучения развивается на протяжении уже более двадцати пяти лет. На первых порах в учебном процессе использовались различные программно-методические комплексы для освоения студентами элементов информационных технологий. Примерами таких комплексов могут служить учебно-исследовательские САПР, создававшиеся в ряде вузов страны. Одновременно получили развитие компьютерные средства контроля знаний студентов. В конце 80-х годов стали создаваться компьютерные обучающие системы (КОС) на базе электронных учебников по различным дисциплинам с текстовыми и графическими фрагментами.

Появление Веб-технологий в первой половине 90-х годов стало очевидным стимулом для развития информационных технологий в обучении. Во второй половине 90-х годов началось становление дистанционного обучения, в том числе обучения на базе Internet. Появилась концепция открытого образования, как системы предоставления образовательных услуг с помощью средств, имеющихся в распределенной информационно-образовательной среде, выбираемых пользователем и адаптированных под его конкретные запросы.

Однако существовавшие к тому времени КОС не были приспособлены к реализации идей дистанционного обучения и открытого образования в силу своей уникальности, несовместимости форматов данных, структур электронных обучающих средств и т.п. Электронный учебник, созданный с помощью авторской подсистемы в одной КОС, не мог быть воспроизведен и использован в рамках другой КОС. Существующие электронные учебники не отличались гибкостью, отсутствовали технологии адаптации содержания электронных курсов к запросам конкретных обучаемых, что не позволяло в нужной степени удовлетворить требования индивидуализации обучения. Нерешенной оставалась проблема легкости сопровождения учебников, своевременного отражения в них современного состояния науки и техники.

Со всей очевидностью возникла проблема унификации архитектур обучающих систем, структур и форматов данных для представления учебных материалов, моделей обучаемых, средств управления учебным процессом и компиляции индивидуализированных версий учебных пособий, отражающих последние научно-технические достижения.

Для решения этой проблемы было создано несколько международных и национальных организаций, поставивших перед собой цель стандартизации компьютерных средств обучения на основе современных информационных технологий. Среди этих организаций выделяются:

IMS Global Learning Consortium - международный образовательный консорциум, развивающий концепцию, технологии и стандарты обучения на базе системы управления обучением IMS (Instructional Management System);

IEEE LTSC - IEEE Learning Technology Standards Committee - комитет стандартизации в области технологий обучения, созданный в IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers);

AICC - Aviation Industry CBT Committee - комитет компьютерного обучения в авиационной промышленности;

ADL - Advanced Distributed Learning Initiative Network - организация распределенного обучения, основанная департаментом политики в области науки и технологий в администрации президента США (OSTP - White House Office of Science and Technology Policy) и министерством обороны США (DoD), как сеть распределенного обучения, обеспечивающая широкомасштабный доступ к образовательным ресурсам многих пользователей.

Спецификации IMS

Консорциум IMS создан в 1997 г. ведущими промышленными компаниями в области информационных технологий, университетами и правительственными органами нескольких стран.

Система IMS включает спецификации:

· IMS Content Packaging Specification - компоновка содержания учебников и учебных пособий;

· IMS Learner Information Package Specification - описание данных об обучаемом;

· IMS Metadata Specification - описание метаданных учебных материалов;

· IMS Digital Repositories Interoperability - описание связей разных репозиториев;

· IMS Question and Test Specification - описание типичных вопросов и средств тестирования;

· IMS Digital Repositories - описание хранилищ цифровых данных

Эти спецификации предназначены для обеспечения распределенного процесса обучения, открытости средств обучения, интероперабельности обучающих систем, обмена данными о студентах между электронными деканатами в системах открытого образования. Распространение IMS спецификаций должно способствовать созданию единой информационно-образовательной среды, развитию баз учебных материалов, в том числе благодаря объединению усилий многих авторов при создании электронных учебников и энциклопедий.

Спецификация IMS Content Packaging Specification разработана в конце 2000 г. Совместимость учебных средств и систем обеспечивается применением специального формата (IMS Content Packaging XML format), основанного на языке разметки XML. Спецификация определяет функции описания и комплексирования учебных материалов, в том числе отдельных курсов и наборов пособий, в пакеты для сети КОС, поддерживающих концепции IMS. Пакеты (дистрибутивы) снабжаются сведениями, называемыми манифестом, о структуре содержимого, типах фрагментов, размещении учебных материалов. Манифест представляет собой иерархическое описание структуры со ссылками на файлы учебного материала. Каждый учебный компонент, который может использоваться самостоятельно, имеет свой манифест. Из манифестов компонентов образуются манифесты интегрированных курсов.

Структура пакета учебника (учебных пособия) показана на рисунке 1.3, а на рисунке 1.4 проиллюстрированы процедуры и роли участников учебного процесса, соответствующие концепции IMS.

Рисунок 1.3 - Структура пакета по IMS

Рисунок 1.4 - Процедуры учебного процесса и роли участников в концепции IMS.

Спецификация IMS Learner Information Package посвящена созданию модели обучаемого. Эта модель включает его идентификационные (биографические) данные, сведения, характеризующие уровень образования индивида, цели, жизненные интересы, предысторию обучения, владение языками, предпочтения в использовании компьютерных платформ, пароли доступа к средствам обучения и т.п. Эти сведения используются для определения средств и методики обучения, учитывающей индивидуальные особенности обучаемого. Они могут быть представлены в виде таблицы, иерархического дерева, объектной модели. Возможно использование рекомендаций этой спецификации для представления данных об авторах учебных материалов и преподавателях, что может быть полезно использовано в системах управления образовательным учреждением.

Назначение спецификации IMS Digital Repositories Interoperability - унифицировать интерфейс между различными наборами ресурсов - базами учебных материалов (репозиторями), используемыми в разных обучающих системах. Обращаться к репозиториям могут разработчики курсов, обучаемые, администраторы репозиториев, программные агенты. В спецификации оговорены основные функции обращений к репозиториям, инвариантные относительно структуры наборов. Это функции помещения учебного ресурса в базу, поиска материала по запросам пользователя, компиляции учебного пособия. Система управления репозиторием при этом осуществляет запоминание вводимых данных, доставку и экспозицию запрошенного материала соответственно. Репозитории могут быть ориентированы на форматы SQL, XML, Z39.50. Формат Z39.50 используют для поиска библиотечной информации, формат XQuery (XML Query) - для поиска XML-метаданных, а протокол SOAP - для передачи сообщений. Доступ к репозиториям может быть непосредственным или через промежуточный модуль.

Определены сценарии действий пользователей при записи нового материала в репозиторий, при корректировке имеющихся материалов, поиске метаданных как в одном, так и сразу во многих репозиториях и в случае посылки запроса по найденным метаданным непосредственно пользователем или программным агентом, заказе извещений на изменения в метаданных.

Описание метаданных в документе IMS Learning Resource Meta-Data Information Model базируется на соответствующем документе, разработанном в IEEE LTSC (P1484.12. Спецификация определяет элементы метаданных и их иерархическую соподчиненность. В их число входят различные элементы, характеризующие и идентифицирующие данный учебный материал. Всего в спецификации выделено 89 элементов (полей), причем ни одно из полей не является обязательным. Примерами элементов метаданных могут служить идентификатор и название материала, язык, аннотация, ключевые слова, история создания и сопровождения материала, участники (авторы и спонсоры) создания или публикации продукта, его структура, уровень агрегации, версия, технические данные – формат, размер, размещение, педагогические особенности, тип интерактивного режима, требуемые ресурсы, ориентировочное время на изучение, цена, связь с другими ресурсами, место в таксономической классификации и др. Каждый элемент описывается такими параметрами, как имя, определение, размер, упорядоченность, возможно указание типа данных, диапазона значений, пояснение с помощью примера.

Метаданные используются для правильного отбора и поиска единиц учебного материала, обмена учебными модулями между разными системами, автоматической компиляции индивидуальных учебных пособий для конкретных обучаемых.

В документе IMS Question and Test Specification описана иерархическая структура тестирующей информации (с уровнями пункт, секция, тест, банк) и даны способы представления заданий (вопросов), списка ответов, разъяснений и т.п. В спецификации приведены классификация форм заданий, рекомендации по сценариям тестирования и обработке полученных результатов.

Спецификации IEEE LTSC

В комитете по стандартизации образовательных технологий Learning Technology Standards Committee (LTSC) в IEEE создан ряд рабочих групп с дифференциацией направлений работ. Эти группы занимаются разработкой и развитием следующих документов:

P1484.1 - модель архитектуры образовательной системы (Architecture and Reference Model);

P1484.3 - терминологический словарь (Glossary);

P1484.11 - управление обучением (Computer Managed Instruction);

P1484.12 - метаданные обучающих средств (Learning Objects Metadata);

P1484.14 - семантика и замены (Semantics and Exchange Bindings);

P1484.15 - протоколы обмена данными (Data Interchange Protocols);

P1484.18 - профили платформ и сред (Platform and Media Profiles);

P1484.20 - определение компетенции (Competency Definitions).

4.4. Модель SCORM.

Модель SCORM

SCORM (Shareable Content Object Reference Model) - промышленный стандарт для обмена учебными материалами на базе адаптированных спецификаций ADL, IEEE, IMS, Dublin Core, and vCard. Цели создания SCORM: обеспечение многократного использования учебных модулей, интероперабельности учебных курсов (их использования в средах разных КОС), легкого сопровождения и адаптации курсов, ассемблирования контента отдельных модулей в учебные пособия в соответствии с индивидуальными запросами пользователей. В SCORM достигается независимость контента от программ управления.

Первая версия объектной модели разделяемых образовательных ресурсов SCORM была представлена организацией ADL Initiative в начале 2000 г. Модель SCORM стала результатом обобщения многих проводившихся работ в области стандартизации обучающих средств для Internet. Версия 1.2 появилась в октябре 2001 г.

Основой модели SCORM является модульное построение учебников и учебных пособий, близкое к концепции модульных учебников, использованной в свое время при создании отечественной обучающей системы CTS. Модули (learning objects или instructional objects) учебного материала в SCORM называются разделяемыми объектами контента (SCO - Shareable Content Objects). Совокупность модулей определенной предметной области называется прикладной энциклопедией или в SCORM библиотекой знаний (Веб-репозиторием). Модули (SCO) могут в различных сочетаниях объединяться друг с другом в составе учебников и учебных пособий, для компиляции которых создается система управления модульным учебником (сервер управления контентом), наиболее часто используемое ее название - Learning Management System (LMS).

В SCORM рекомендуется максимально возможная автономность содержания SCO, что однако не всегда соответствует характеру излагаемого материала.

В SCORM используется язык XML для представления содержимого модулей, определяются связи с программной средой и API, даны спецификации создания метаданных.

SCORM включает три части (рисунок 1.5):

1. Введение (общая часть), в котором описываются основы концепции SCORM и перспективы ее развития;

2. Модель агрегирования модулей CAM (Content Aggregation Model) в законченные учебные пособия;

3. Описание среды исполнения (Run Time Environment), представляющей собой интерфейс между содержательной и управляющей частями и использующей Веб-технологии и язык JavaScript. Эта часть опирается на модель данных и концепцию API, разработанную в AICC.

Рисунок 1.5 - Структура SCORM

CAM включает:

· Метаданные (Metadata Dictionary) с описанием назначения и типа содержимого модуля, сведениями об авторах, цене, требованиями к технической платформе и др.; эта часть САМ заимствована из спецификаций IEEE.

· XML-данные (Content Structure) о структуре контента. Язык XML в SCORM используется в виде версии CSF (Course Structure Format). С помощью CSF представляется структура учебного курса, определяются все элементы и внешние ссылки, необходимые для интероперабельности в рамках концепций IMS, IEEE и AICC. CSF основан на модели AICC Content Model.

· Данные (Content Packaging) о способах объединения модулей в пособия на базе спецификации IMS Content Packaging specification. При этом каждый элемент автоматически получает уникальный идентификатор.

Система управления LMS состоит из нескольких компонентов, выполняющих одноименные функции:

· управление контентом (Content Management Service);

· визуализация (Delivery Service);

· упорядочение материала (Sequencing Service);

· администрирование курсов (Course Administration Service);

· тестирование (Testing/Assessment Service);

· моделирование обучаемых (Leaner Profile Service);

· определение траектории обучения (Tracking Service);

· коммуникация с системной средой (API Adapter).

Предусмотрено тестирование SCORM материалов, заключающееся в проверке адекватности представления материала с помощью CSF.

Благодаря модульной структуре, многократному использованию модулей в разных версиях учебных пособий и адаптации пособий к особенностям обучаемых достигается уменьшение стоимости обучения на 30-60%, времени обучения на 20-40%, повышается степень усвоения материала.

Следует отметить еще одну версию XML, используемую в КОС. Это созданная компанией Saba Software версия Universal Learning Format (ULF) [13]. Она также основана на концепциях IMS, ADL, IEEE. Ее назначение - реализация обменов учебными материалами между различными приложениями. На ULF разработаны каталоги метаданных, профили обучаемых, библиотеки классов и т.п.

Спецификация AECMA 1000D - технология представления технической документации, признанная в авиационной промышленности (AECMA - European Association of Aerospace Constructors). В основе AECMA 1000D, как и в старших классах ИЭТР, лежит декомпозиция представляемого материала на модули. Модули включают идентификационную и содержательную секции, записанные на языках SGML или HyTime с иллюстрациями в форматах CGM или JPEG, и хранятся в специальной БД - Common Source Data Base (CSDB). Предусмотрена автоматическая простановка гиперссылок (для этого имеются соответствующие программные средства).

SCORM (http://www.adlnet.gov/Pages/Default.aspx) - это набор спецификаций и стандартов. Практически все спецификации и стандарты представлены разными организациями. Они все сгруппированы в 3 основных категории: модель объединения содержания ("Content Aggregation Model (CAM)"), средства управления работой программы ("Run-Time Environment (RTE)") и последовательность и навигация ("Sequencing and Navigation (SN)) (представлена в SCORM 2004).