Интегрированная информационная среда обучения

М. С. Заботнев, Ю. М. Кузнецов, В. П. Кулагин, Б. Л. Линецкий

Интегрированная информационная среда обучения ●

Аннотация В настоящей статье рассматриваются вопросы создания открытой интегрированной информационной среды, предназ наченной для организации учебного процесса на основе ис пользования технологий сетевого взаимодействия учащихся и педагогов и возможностей образовательного Интернета, что позволяет обеспечить доступность и качество образовательных услуг, формирование новых информационнотехнологических и методических моделей организации настраиваемого учебного процесса и проведения учебных занятий в условиях гарантиро ванного доступа учащихся к образовательным ресурсам и сете вым образовательным услугам. * * * В ходе модернизации образования при выполнении госу дарственных заказов в образовательной сфере в последние го ды созданы необходимые условия для поэтапного перехода к новому содержанию образования на основе информационно коммуникационных технологий (ИКТ). Их использование позволяет обеспечить возможность самостоятельной работы учащихся, наглядное представление учебных курсов в мультиме дийном виде, развить образное мышление, раскрыть творческие способности учащихся. Широкое распространение и развитие интернеттехнологий сделало возможным: ● оперативную доставку учебных материалов учащимся от преподавателя и организацию обратной связи; ● доступ к образовательному контенту, ИКТсредствам и сер висам обучения с любого компьютеризированного рабоче го места; ● создание цифровых учебных материалов с развитыми мультимедийными и интерактивными возможностями; ● общение и сетевое взаимодействие с помощью электрон ных коммуникаций.

425

Тем не менее эффективность реального использования компьютерной техники и информационного образовательного контента, в том числе размещенных в составе образовательных порталов, пока ниже ожидаемой. Во многом это объясняется отсутствием реального перехода от традиционных методов к практическому внедрению современных методик обучения школьников, основанных на использовании ИКТ и возможнос тей образовательного Интернета, и дальнейшего развития на этой базе учебнометодического обеспечения подготовки учащихся общеобразовательной школы. В настоящее время на передний план выступает необходи мость совершенствования форм и технологий общего образо вания путем разработки эффективных решений организации учебного процесса на основе развития инфраструктуры едино го образовательного информационного пространства и исполь зования технологий сетевого взаимодействия учащихся и педа гогов, направленных на создание условий доступности и каче ства образовательных услуг. Среди основных целей использования технологий Интер нета/Интранета в реализации обучения школьников можно вы делить следующие: ● предоставление учащимся общеобразовательной школы доступа к качественному образованию; ● повышение эффективности организации учебного процес са и учебной деятельности учащихся; ● обеспечение возможности изучать выбранные дисциплины, в том числе на профильном уровне, с использованием со временных информационных технологий; ● предоставление учащимся возможности обучения у педаго гов, специализирующихся по конкретной дисциплине на углубленном уровне; ● предоставление педагогам и обучаемым образовательных информационных ресурсов, требуемых для изучения дис циплины; ● создание дополнительной возможности для общения педа гогов с обучаемыми и обучаемых между собой в рамках активного творческого изучения школьных дисциплин. Организация непрерывного и доступного обучения требу ет создания: ● информационнотехнологической базы для решения задач компьютерного и webобучения с использованием цифро вых учебных материалов, которая может быть настроена под потребности учеников той или иной группы; ● специальных средств поддержки образовательного процес са, способных обеспечить освоение учебных предметов с использованием ИКТ за счет новых способов работы с учебными материалами, включая индивидуальные занятия

426

и самоподготовку учащихся, доступ к образовательным ре сурсам, интерактивный режим проведения занятий и др. Интеграция современных технологий обучения и перспек тивных ИКТрешений в системе образования наиболее эффек тивна в рамках единого образовательного пространства и означает перестройку содержания и организационных форм учебной деятельности, разработку современных средств инфор мационнотехнологической поддержки и развития учебного процесса. Реализацией такой стратегии является создание в рамках образовательного учреждения (ОУ) или сети ОУ интегрирован ной информационной среды обучения на базе специализиро ванных программноинструментальных средств и образователь ного контента, которую можно определить как информацион норесурсную или контентную виртуальную среду обучения (ИТсреда). Такая интегрированная среда обучения представляет собой основу сетевого взаимодействия и интерактивного общения субъектов образовательного процесса, прежде всего преподава телей и учащихся, а также их родителей и администрации об разовательных учреждений. Информационная среда является практическим инструментарием подготовки и проведения уро ков, создания цифровых учебных материалов с обеспечением свободного и гарантированного доступа учащихся к образова тельным ресурсам и сетевым образовательным услугам. Подобный подход является одним из направлений, обеспе чивающих трансформацию сферы образования в отрасль, прив лекательную для инвестиций, поскольку на базе открытой сре ды обучения формируются новые информационнотехнологи ческие модели организации и проведения учебных занятий с использованием современных средств ИКТподдержки. Осо бенно эффективна реализация профильного обучения на базе таких моделей для обеспечения настраиваемого учебного про цесса, адекватного потребностям категорий учащихся, нуждаю щихся в индивидуальном подходе, включая лиц со специальны ми потребностями, одаренных детей и детей других групп. На рисунке 1 представлена примерная схема организации сетевого обучения школьников. Существует ряд задач, связанных с реализацией данно го направления, причем приоритет среди них имеют следую щие: 1. Создание и развитие информационнотехнологической инфраструктуры открытой управляемой среды обучения и кол лективного взаимодействия на уровне образовательного учреж дения и выше. 2. Типизация технических решений, в том числе в отноше нии системных компонентов, инструментальных средств разра

427

Рис. 1. Организационная схема обучения школьников с использовани ем ИКТ и возможностей Интернета

ботки и использования образовательных ресурсов, средств технической реализации информационноресурсной среды обу чения, включая средства интерактивного взаимодействия уча щихся и преподавателя. 3. Разработка и апробация технологий организации и мето дик проведения индивидуальных и коллективных учебных заня тий на принципах открытости и доступности, включая разработ ку методического обеспечения проведения учебного процесса. 4. Разработка цифрового контента в форме поурочного учебного материала по школьным предметам и его размещение в составе открытой информационноресурсной среды. 5. Формирование педагогических кадров, способных на практике реализовать программы обучения школьников с ис пользованием ИКТ и интернеттехнологий, подготовка препода вателей и технических специалистов для работы в интегриро ванной программной среде и ее администрирования.

428

Решение этих задач позволяет эффективно использовать современные информационные технологии в обучении и пере довой педагогический опыт, обеспечивает оптимизацию образо вательного процесса, доступность и качество образования. Среди системных платформ, которые могут служить осно вой контентной виртуальной среды обучения в общеобразова тельной школе, необходимо выбрать такую, которая удовлетво ряла бы следующим требованиям: 1. Общедоступность и открытость, т. е. обеспечение воз можности легального использования технического решения и его компонентов с ориентацией на webтехнологии и свобод но распространяемые программные продукты (класса Open Source). 2. Комплексность с возможностью охвата всех этапов обу чения и участников процесса обучения — учащихся и препода вателей. 3. Настраиваемость и изменяемость для адаптации к по требностям учебного заведения и ученика как с помощью изме нения настроек, так и с помощью дополнительных програм мных компонент. 4. Решение должно иметь простой и понятный интерфейс пользователя как для учащихся, так и для преподавателей, опти мально — типовой webбраузер. 5. Наличие максимального количества пользовательских сервисов, в том числе по организации работы удаленного поль зователя в соответствии с учебным планом и разработки препо давателем собственных учебных ресурсов, созданных с учетом специфических потребностей и целей образовательного учреж дения. 6. Обеспечение бюджетной поддержки со стороны ОУ, тех ническое сопровождение и развитие собственными силами ОУ. Существующие программные решения, как правило, явля ются либо средством создания учебных курсов, либо средством демонстрации учебных материалов и за некоторым исключени ем не обладают достаточными функциональными возможностя ми для создания комплексной информационноресурсной сре ды ИТобучения и ведения учебного процесса в сетевом режи ме. Во многом системная архитектура таких решений похожа и отражает базовую функциональность подсистем LMS (Learning Management System). Существенным препятствием их широкого использования в сфере образования, в особенности в системе общего образования, являются высокие стоимостные показате ли, в том числе большая стоимость внедрения, технической под держки и обслуживания. В интересах общего образования с учетом масштабов учеб ной аудитории пользователей, финансовых аспектов разверты вания и поддержки в качестве программной среды целесообра зен выбор свободно распространяемой системной платформы

429

Moodle (MOODLE — Modular ObjectOriented Dynamic Learning Environment). Система распространяется бесплатно в виде набо ра компонент с открытым исходным кодом по лицензии GNU GPL, что обеспечивает возможность ее использования без при влечения дополнительных финансовых затрат. Основные особенности системы: ● Многоплатформенность (работает без модификаций на по пулярных операционных системах — Unix, Linux, Solaris, Windows, Mac OS X, Netware). ● Модульность (проектируется как набор модулей и позволя ет гибко добавлять или удалять элементы на различных уровнях). ● Простота обновлений (легко обновляется от версии к вер сии, имеет внутреннюю систему для обновления собствен ной базы и восстановления). ● Интегрируемость (используется совместно с другими при ложениями). ● Безопасность (обеспечивает безопасность на любом уров не. Формы проверяются, данные проверяются на достовер ность, cookies шифруются и т. д.). ● Простота работы (имеет простой, эффективный, совмести мый для разных браузеров webинтерфейс). Система Moodle широко используется в организации дис танционного обучения на различных уровнях образования в стране и мире. Это комплексный программный продукт, на ба зе которого может быть сформирована единая информационно образовательная среда, позволяющая обеспечить набор сервисов сетевого обучения, доступ и управление программными инстру ментами, цифровыми ресурсами, техническими и пользователь скими приложениями, структурированными данными. Решение отвечает всем необходимым требованиям и обеспечивает: ● открытую инфраструктуру для развития контентной ин формационной среды и интеграции аппаратнопрограм мных компонент и разработок; ● организацию сетевого обучения и оценку знаний в удален ном доступе с локального рабочего места; ● возможность интеграции с внешними устройствами, инструментальными средствами, приложениями и образо вательным мультимедийным контентом третьих фирм; ● единую регистрацию и авторизацию пользователей, регули руемое назначение ролей; ● доступ пользователей через webинтерфейс, в том числе при работе с контентом; ● легкость обучения работе с системой; ● безопасность ресурсов и данных встроенными средствами; ● возможность использования современного интерактивного оборудования (доски, планшеты) и терминальных уст ройств для организации учебного процесса;

430

●

● ● ●

наличие простого настраиваемого интерфейса с использо ванием встроенных шаблонов и визуальных панелей управ ления для создания текстов, формул, графики; организацию сетевых сообществ учащихся, учителей, роди телей; поддержку индивидуальных траекторий обучения; высокую масштабируемость в зависимости от количества пользователей.

Платформа поддерживает стандарт SCORM (Sharable Content Object Reference Model) для создания используемых учебных материалов как «учебных элементов» с общими техни ческими требованиями к компьютерным учебным программам и онлайнобучающим сайтам. При работе в интегрированной информационной среде предусмотрены следующие категории пользователей: ● создатель курсов (авторыразработчики учебнометодичес ких комплексов, образовательного контента); ● преподаватель, ведущий сетевые занятия (может являться разработчиком курсов); ● ученик (обучаемый) — основное звено системы, ему пре доставляется возможность в свободном режиме (из дисп лейного класса или другого рабочего места, оборудованно го доступом в Интернет) изучать учебный материал, выпол нять практические работы; ● другие авторизованные пользователи (родители учеников, руководство школы); ● администратор системы. Каждый из пользователей системы имеет свои права и воз можности, предоставляемые служебным интерфейсом. При этом особенности функциональной реализации интегрированной информационной среды определяются статусом участника. Так, для преподавателя и учащегося обеспечиваются следующие ос новные возможности: ● учитель имеет полный контроль над настройками курса; ● выбор форматов прохождения курса: по неделям, темам или в виде дискуссий; ● гибкий комплект функций — Форумы, Рабочие тетради, Тесты, Ресурсы, Опросы, Анкеты, Задания, Чаты и Практи кумы; ● фиксация последних изменений, имевших место со време ни последнего входа в систему; ● полный отчет по каждому школьнику о входах пользовате ля и посещении элементов курса, детальная информация о каждой работе школьника в рамках курса, включая от правку сообщений на форум, работу над рабочей тетрадью и т. д.;

431

работа с электронной почтой в текстовом или HTMLфор мате; ● возможность упаковки курса в виде отдельного zipфайла, используя функцию создания резервной копии. Затем ре сурс может быть восстановлен на любом сайте с Moodle. Созданная информационная среда обучения реализуется в виде виртуального класса, который является пользователь ским ядром образовательной ИТсреды и представляет собой комплексную систему, включающую задействованные в учебном процессе инфраструктурные программные компоненты, сер висы, аппаратные средства. Виртуальный класс предусматривает возможность проведения занятий сразу в нескольких физи ческих классах (помещениях) и наоборот — одновременное проведение занятий по различным предметам в одном поме щении. Находясь в виртуальном классе, учащиеся могут получать и выполнять задания, индивидуально или коллективно, общаться в форме диалога с преподавателями, передавать друг другу и преподавателю сообщения, получать замечания по выполнен ной работе и помощь от преподавателей. Так же как и в клас сической школе, в виртуальном классе должен быть журнал для регистрации посещаемости и успеваемости, предусмотрены средства для подготовки материалов преподавателем. На рисунке 2 представлены примеры пользовательского ин терфейса учебных курсов в виртуальной школе. Данная форма занятий не противопоставляется традицион ному уроку, а является его дополнением и развитием, по край ней мере на современном этапе. В этой связи существенную роль приобретают дополни тельные возможности, реализуемые в виртуальной среде наряду с встроенными (базовыми) программными инструментами (мо дулями). Такие дополнительные к системным компонентам платформы программные модули имеют вид технологических решений для осуществления реализации специализированных сервисов работы «виртуального класса» и различных режимов проведения занятий в распределенной аудитории: ● межпредметная интеграция; ● работа распределенных групп пользователей над совмест ным проектом; ● оперативный мониторинг работы учащихся, контроль над клиентским компьютером со стороны преподавателя и др. Модули совместной и распределенной работы групп поль зователей основаны на технологии Wiki, представляющей собой интегрированную гипертекстовую среду для сбора и структури зации письменных сведений. Осуществление межпредметных связей является одним из основных принципов технологического подхода в обучении, выступающего в качестве средства объединения предметных ●

432

а)

б)

Рис. 2. Пользовательские интерфейсы по географии (а) и матема тике (б)

433

знаний в целостную систему, расширяющую пределы данного предмета без потери его качественных особенностей. Наличие в системе модуля работы распределенных групп пользователей над совместным проектом позволяет обеспечить сборку отдельных его частей, созданных разными удаленными группами участников (обучаемых), в единый проект, как это показано на рисунке 3. При этом участники могут обмениваться сообщениями (чат проекта) и редактировать различные части проекта.

Рис. 3. Пример реализации работы распределенных групп пользова телей над совместным проектом

434

Модуль оперативного мониторинга и персонального конт роля реализует функции управления клиентскими компьютера ми и технологические режимы, обеспечивающие трансляцию экранов преподавательского (или любого ученического) компь ютера одновременно на все компьютеры класса, выполнение специальных команд для оказания консультаций и т. п. Использование дополнительных модулей отражает наце ленность на качество содержательной стороны результатов со вместной работы учащихся под контролем преподавателя в рам ках отдельного или нескольких учебных практических занятий, например лабораторных работ. Расширение программной реализации Moodle с включени ем в ее состав компонентов, реализующих дополнительные сер висы, и настройкой пользовательских интерфейсов под потреб ности общего образования позволяет сформировать интегри рованную информационную среду как комплексное средство сопровождения образовательного процесса, адаптированное под сетевые формы обучения школьников. В этой среде форми руются виртуальные классы по предпочтениям и профилям учащихся в соответствии с расписанием и обеспечивается полноценная учебная работа в онлайнрежиме с организаци ей доступа к образовательным ресурсам и БД учебных мате риалов. Практическая реализация компонентов ИТсреды обучения возможна как в локальном варианте (учебный класс, школа), так и в масштабах региона (для группы школ) при подключении ло кальной сети ОУ к региональной сети и Интернету. Сетевой ва риант позволяет минимизировать затраты на серверное обору дование, так как информационная система разворачивается в условиях, когда несколько школ образуют сообщество, и реше ние внедряется во всех школах на конкретной территории. Существующие базы знаний, содержащие обширный мультиме дийный контент, легко интегрируются в образовательную ИТ среду в различных вариантах их представления. Они могут быть расположены на серверах школы, либо на внешних серверах, например в одном из базовых региональных вузов, доступ к которым возможен через Интернет. Таковыми являются обра зовательные порталы, хранилища ЦОР и электронные биб лиотеки. Методическая и содержательная составляющие образова тельной ИТсреды формируются с учетом особенностей препо давания в конкретной школе, регионе при поддержке отрасле вого ресурсного обеспечения. В этом случае возможна настрой ка обучения в соответствии с потребностями учеников той или иной группы либо в соответствии с их индивидуальными тра екториями обучения. Для апробации интегрированной ИТсреды обучения было сформировано ядро администрирования на следующей про

435

граммноаппаратной платформе с подключением к научно образовательным сетям по гигабитному каналу: ● Сервер: DSTN Navigator DX 7200 2x Xeon 2,0 Ghz, 1Гб DDRAM, HDD 2*36,7 Gb; ● Операционная система: RedHat Linux 9.0; ● Webсервер: Apache/2.0.55 (Unix) + PHP/5.1.0; ● Сервер БД: MySQL server version: 5.0.16standard. Были выделены доменные имена http://vs.iot.ru (Виртуальная школа) и http://school.iot.ru (сайт методической поддержки учи телей), соответствующим образом настроен webсервер. Также была проведена определенная программная доработки ряда раз делов и устранение имеющихся программнотехнологических ошибок базы Moodle, не являющихся критическими. Апробация прототипа интегрированной информационной образовательной среды проводилась в рамках проекта ИСО НФПК «Обучение с использованием Интернета для решения за дач подготовки школьников на профильном уровне» в пилот ных регионах: Республика Карелия, Ставропольский край, Калуж ская область. Выполнение государственного контракта «Созда ние интегрированной информационной среды для поддержки новых образовательных технологий и принципов организации учебного процесса общеобразовательной школы» в рамках Федеральной целевой программы развития образования позво лило расширить географию проекта и распространить решения на Псковскую и Пензенскую области. Некоторые данные пилотных регионов приведены в таб лице 1.

Калужская область

Республика Карелия

Ставрополь ский край

Псковская область

Пензенская область

Таблица 1

Численность населения

1038

708,7

2726,4

744,3

1436,0

Площадь территории

29,9

172,4

66,5

55,3

43.2

Плотность населения

34,7

4,1

41

13,5

33,2

Численность учащихся

110 510

77 333

387 191

81 144

158 007

Численность преподавателей

10 200

7493

24 283

8800

17 559

Число общеобразовательных учреждений

495

279

699

473

905

Число общеобразовательных учреждений, участвующих в проекте

8

10

8

2

3

Показатели

436

В процессе апробации в каждом из регионов обеспечено: ●

●

●

● ●

●

создание на базе общеобразовательных школ эксперимен тальных площадок для отработки новых методик образова ния, перспективных технологий и использования совре менных аппаратнопрограммных комплексов организации обучения; привлечение к эксперименту ведущих региональных вузов, сети Межшкольных методических центров (ММЦ) и Цент ров новых информационных технологий (ЦНИТ), включая их ресурсную базу (интернетдоступ, образовательные ресурсы, помещения); развертывание инфраструктурных компонентов прототипа интегрированной информационной среды учебного заве дения, в том числе: установка и инсталляция аппаратно программного и инструментального комплекса; формиро вание серверного центра; обеспечение коммуникационной связности; отладка и тестирование программного комплек са в режиме внутреннего доступа; проведение обучения преподавателей и технических спе циалистов по разработанным учебным программам; апробация учебнометодических решений, в том числе: — создание и размещение учебнометодических материа лов (формирование цифрового контента), включая ис пользование цифровых образовательных ресурсов феде ральнорегионального уровня; — проведение экспериментальных уроков в режиме опыт ной эксплуатации виртуального класса для отработки технологий организации и проведения индивидуальных и коллективных учебных занятий в рамках интегриро ванной информационной среды обучения; техническое сопровождение и поддержка работы аппарат нопрограммного комплекса виртуального класса.

Организационная схема взаимодействия участников обра зовательного процесса и использования учебного контента при сетевом обучении на примере двух пилотных регионов может быть представлена так, как показано на рисунке 4. В рамках реализации этих работ было обеспечено привлечение материальнотехнических, финансовых и кадро вых ресурсов пилотных регионов по соглашению администра ций субъектов Российской Федерации с Рособразованием России. Внедрение технологических и методических решений в пи лотных регионах позволило выявить некоторые проблемы при реализации данного направления: — отсутствие определенного опыта у учреждений образова ния по организации такого обучения, отсутствие подготов

437

Рис. 4. Взаимодействие участников сетевого обучения с использова нием учебного контента в пилотных регионах

ленных педагогических кадров, способных проводить обу чение с использованием Интернета; — отсутствие специально проработанных методов обучения в условиях использования Интернета, в особенности на профильном уровне; — недостаточное количество ЦОР и других учебных матери алов (электронных и бумажных), необходимых для сетевых форм обучения; — недостаточный уровень ИКТкомпетентности школьников, их организационная неготовность в ряде случаев к обуче нию с использованием Интернета; — технологические ограничения: низкая скорость работы Интернета в школах, что не позволяет полноценно ис пользовать имеющиеся электронные образовательные ре сурсы. Решением этих проблем является расширение эксперимен та для детальной отработки новых технологий, дальнейшая под готовка преподавательского состава, организация профессио нального онлайнобщения педагогов и развитие учебного кон тента.

438

В целом анализ первых результатов экспериментальных занятий в интегрированной ИТсреде обучения и ее опытной эксплуатации в образовательных учреждениях показал за интересованность образовательных учреждений, а также оче видные преимущества и богатый функционал комплексных технических решений и методических приемов обучения с использованием возможностей информационнокоммуни кационных технологий и образовательного Интернета.