Педагогіка

Дистанционное обучение студентов

Повний текст роботи з малюнками та таблицями доступний при скачуванні. Скачати
Дата введення: 2015-12-13       15 ст.

Дистанционное обучение студентов

1. Дистанционное обучение и организация самостоятельной работы студентов

2. Автоматизированные методы оценки уровня подготовки студента

3. Библиотека электронных изданий вузов

1. Дистанционное обучение и организация самостоятельной работы студентов

Все современные образовательные технологии направлены, в том числе и на то, чтобы приучитъ учащихся работать самостоятельно, так как именно самостоятельность дает возможность успешно адаптироваться к работе, в том числе и связанной с быстро меняющимися технологиями. Таким образом, одна из задач обучения состоит в том, чтобы научить и приучить студента самостоятельно работать с учебной, а затем производственной и научной книгой, в частности — с электронной. Но особенно важно такое умение при заочном обучении, когда общение студента с преподавателем приобретает эпизодический характер. Современная разновидность заочного обучения -дистанционная подготовка специалистов или дистанционное обучение -преимущественно основано на самостоятельной работе студента.

Система заочной подготовки специалистов долгое время в нашей стране не пользовалась популярностью, так как она считалась неэффективной и низкокачественной. Однако в связи с изменением экономической ситуации в нашей стране возникла объективная необходимость получения качественного образования без прекращения рабочей деятельности и без регламентации часов занятий. Во многих случаях для эффективной работы людям требуется второе высшее образование (или специальное высшее образование для так называемых "деловых людей"). Эта группа лиц заинтересована в получении качественного образования и готова оплачивать необходимые затраты, но они не имеют возможности регулярно посещать учебное заведение. Для таких людей наиболее приемлемо дистанционное обучение с использованием компьютерных обучающих технологий и электронных учебных пособий как в части лекционного материала, так и материала для проведения практических и лабораторных занятий. Методика подготовки пособий для дистанционного изучения теоретической части различных дисциплин разработана в достаточной степени. Однако, методика подготовки материалов для виртуального проведения лабораторных и практических работ вызывает множество дополнительных трудностей и проблем, связанных с переводом соответствующих видов деятельности в форму компьютерного моделирования. Примеры заданий для самостоятельной работы и описание методики ее выполнения, пригодные для дистанционной формы обучения, представлены и в данной книге.

Остановимся подробнее на дистанционной форме обучения. Дистанционная форма обучения — это получение образовательных услуг без посещения учебного заведения, с помощью современных информационных технологий, таких как электронная почта, телевидение и глобальная сеть Интернет. Дистанционное обучение можно использовать для получения высшего образования, для повышения квалификации и переподготовки специалистов, для проведения периодических проверок знаний и навыков персонала.

Слушатель может овладевать знаниями дома, на рабочем месте, или в специальном компьютерном классе в своем родном городе, который может находиться в любой точке России, ближнего и дальнего зарубежья. Ему не нужно

тратить время и деньги на проезд к месту проведения занятий и обратно, а также на оплату гостиницы, если учебный центр находится в другом городе или другой стране.

Кроме того, он может изучать учебные курсы в любой последовательности, с той скоростью, которая оптимальна лично для него. Все это делает дистанционное обучение качественнее, доступнее и гораздо дешевле традиционного.

Наконец, есть определенная группа людей — инвалиды, для которых затруднено передвижение, т. е. для них дистанционное обучение может оказаться единственно доступной формой образования. Следовательно, такая образовательная система будет нести и определенную социальную нагрузку.

Дистанционная форма предполагает возможность использования нескольких различных моделей обучения:

Модель заочного высшего образования. Предварительно проводится тестирование знаний будущего слушателя, что позволяет индивидуализировать его программу обучения, уделив большее внимание тем предметам, где уровень его подготовки низкий. Последовательно проходятся утвержденные курсы. По окончанию каждого производится дистанционный контроль знаний. Может использоваться семестровая система, аналогичная сдаче зачетов и экзаменов в обычном ВУЗе. Или же некий набор обязательных курсов и курсов по выбору, и по окончании изучения и контроля знания всех этих курсов слушателю выдается документ о высшем образовании.

Модель консультаций. Консультирование по предметной области со стороны кураторов или специалистов. В этом случае основное внимание уделяется ответам на вопросы слушателей, а для оценки уровня приобретенных знаний применяется итоговое тестирование.

Модель самообразования. Обеспечивается доступ к учебным материалам и сдача тестов по окончанию изучения каждого курса. Сроки изучения жестко не регламентируются. Принципиально возможно получение таким путем как среднего, так и высшего образования.

Модель обучения по требованию или по запросу. В этом случае используются специально разработанные курсы. Эта модель наиболее подходит для обучения персонала корпоративного заказчика. Здесь также целесообразно предварительное тестирование и адаптация учебной программы к уровню подготовки слушателей в совокупности или же к каждому в отдельности.

Комбинированная модель. Скажем, получение заочного образования с использованием дистанционного изучения и контроля по части дисциплин. Или получение дистанционного обучения по запросу с привлечением е дальнейшем наиболее подготовленных лиц к очному или очно-заочном образованию.

Дистанционное обучение обязательно требует наличия специального модульного программного обеспечения для поддержки дистанционного образования Последнее должно обеспечивать выполнение следующих функций:

Инструментальной и методической поддержки авторских коллективе при подготовке материалов для распространения в рамках виртуального учебного центра.

Инструментальной поддержки процессов управления корпоративным!

знаниями.

Поддержки проведения собственно дистанционного обучения.

Обеспечения дистанционного тестирования и прием зачетов и экзаменов по Администрированию в системе, включая учет слушателей, организации библиотеки, управление учебным процессом в целом и пр. Взаимоотношения в процессе дистанционного образования могут происходить по схеме, представленной на рис. 5.3.

Слушатель после регистрации зачисляется организатором в учебную группу и получает доступ к материалам учебных курсов, размещенным на сервере, снабжается необходимыми дополнительными материалам (учебниками, компакт-дисками и т. п.); кроме того, на сервере автоматически создается и ведется его персональная страница. На своей персональной странице слушатель получает информацию о организатора и куратора группы, включая методические рекомендации по планированию выполнения учебных заданий, комментарии своего куратора.

По мере изучения курса слушатель проходит тестирование и сдает экзамены. Доступ к тестам и экзаменам возможен также с персональной страницы слушателя.

В процессе обучения и выполнения контрольных заданий слушатель может использовать электронную почту (в частности, для связи с ведущим курс преподавателем), прямой обмен файлами с куратором и коллегами по группе, индивидуальные или групповые телеконференции с преподавателем по изучаемому курсу и с куратором по общеорганизационным вопросам. При наличии аудио- или видеооборудования слушатель может обсуждать вопросы в режиме аудио- или видеконференции.

Рис. 5.3. Организация взаимодействия сучащимися в рамках системы дистанционного образования

Слушателю доступен раздел "Часто задаваемые вопросы". Дополнительным (опосредованным) средством общения является сервер комментариев, позволяющий вставлять заметки на страницах электронного учебника, при этом заметки может видеть сам слушатель, его куратор, коллеги по учебной группе и ведущий курс преподаватель, что обеспечивает дополнительную обратную связь и позволяет постоянно совершенствовать курс.

В США уже действует множество высших учебных заведений, реализующих дистанционное обучение. В последние годы такие вузы стали появляться и в нашей стране. В частности, СЗИП (Северо-Западный институт печати, единственный вуз нашего региона, ориентированный на обеспечение специалистами издательств, полиграфии и книжной торговли) также взял курс на развитие системы заочного образования и внедрение в нее элементов системы дистанционного обучения студентов.

2. Автоматизированные методы оценки уровня подготовки студента

Современное образование и, в особенности, дистанционное обучение немыслимо без применения автоматизированных методов оценки уровня подготовки студента, т. е. без системы тестирования с автоматической обработкой его результатов. Немаловажен и тот факт, что в нашей стране намечен переход к единой системе тестирования знаний выпускников средних школ в пределах всей страны. Причем полученные в процессе тестирования результаты будут служить основой для последующего конкурсного зачисления выпускников во все вузы нашей страны. Постепенный переход от системы зачетов и экзаменов к тестированию вероятно затронет всю систему образования России. По мнению автора, этот процесс должен гармонично сочетаться с постепенным усилением роли самостоятельной работы, с использованием электронных средств обучения и контроля.

В этом плане большой интерес представляет всероссийский проект "Телетестинг", который с 1997 года развивается в нашей стране. Он предназначен для проведения олимпиад по различным предметам среди школьников и представляет собой частный случай дистанционного компьютерного массового тестирования. Система разработана сотрудниками центра "Гуманитарные технологии" при МГУ.

В системе можно выделить 4 основных функциональных блока, а именно: подготовительный, базы заданий, телекоммуникационный и анализа и обработки, что иллюстрируется рис. 5.4. Подготовительный блок содержит специальный редактор для маркировки и шифровки заданий и защиту от несанкционированного доступа. Все задания проверяются экспертами и только при совпадении результатов у всех экспертов, эти задания включаются в базу заданий. Кстати, в графических тестовых заданиях использованы элементы псевдографики, что позволяет сократить объем файлов и ускорить их передачу по сети.

Программа "Телетест" представляет собой оболочку, слабо связанную с тематикой тестов, что позволяет сравнительно просто менять предметную тематику, делая систему тестирования достаточно универсальной и пригодной для итогового школьного тестирования, тестирования на вступительных экзаменах в вуз, тестирования по различным предметам в процессе обучения в вузе.

Достоинством этой программы является адаптивный характер тестирования, позволяющий подстраивать уровень сложности заданий к степени подготовленности пользователя. Использование коэффициента сложности отдельных заданий и усложнение уровня заданий для тех, кто успешно справляется с более простыми, способствует повышению точности оценки уровня знаний и способностей тестируемых.

Подготовительный блок

w

База заданий

Телеком-муникационный блок

Блок анализа и обработки

Рис. 1. Структурная схема системы "Телетест"

В то же время следует отметить ограниченные возможности тех систем тестирования, для которых характерна оценка знаний путем выбора ответа из некоторого множества вариантов. В дальнейшем следует, видимо, стремиться к разработке систем, обеспечивающих получение содержательного ответа на вопросы и последующего автоматизированного семантического анализа этих ответов. Здесь определенные возможности открывает технология составления тестов и обработки результатов тестирования на основе HTML-форм и CGI-скриптов. Эта задача достаточно сложна и объемна, поэтому мы ограничимся ее общей постановкой и описанием, уделив основное внимание технологии составления HTML-форм и принципам их автоматизированной обработки.

Полагаю, что абсолютному большинству читателей известно, что основа WWW — это так называемые Web-узлы, т. е. компьютеры, на которых выполняется специальная программа Web-сервер, обеспечивающая, в частности, поиск и выдачу документов по запросу клиентов узла. Документы на Web-узле обычно хранятся в гипертекстовом формате HTML. Клиентами Web-сервера являются программы-браузеры, запущенные на удаленном компьютере, имеющем доступ к сети. Браузер принимает документ, посланный Web-узлом, и отображает его на экране монитора в своем окне.

Аббревиатура CGI (Common Gateway Interface) обозначает ту часть Web-сервера, которая может взаимодействовать с другими программами, выполняющимися на этом же узле. Именно в этом смысле она является шлюзом (Gateway) для передачи клиентских данных программам их обработки. Схема работы CGI представлена на рис. 10.5. Она состоит из определенного числа этапов, на каждом из которых происходит взаимодействие пары соседей из 3 представленных на рис. 5.5, а именно: браузера на клиентском компьютере, Web-сервера и программных приложений, установленных на Web-узле.

Рис. 5.5. Организация информационного взаимодействия в системе клиент-сервер на основе CGI-технологий

Этапы информационного взаимодействия описаны в той временной последовательности, в которой они показаны на рис. 5.5 (часы и направление отсчета времени показаны на рисунке справа):

Пользователь с помощью браузера формирует запрос на получение документа и через сеть Интернет посылает его на Web-сервер. Частными случаями таких документов могут быть бланк заказа книги или оформления
подписки на газету или бланк, заполняемый абитуриентом при поступлении в Университет в другом городе (в США уже есть такие прецеденты), причем все такие документы объединяются общим понятием форма.

Сервер извлекает документ (форму) из своей базы данных и через сеть
Интернет посылает его пользователю (клиенту).

Клиент с помощью браузера заносит в документ необходимые данные и вновь направляет его через сеть Web-серверу.

Сервер с помощью CGI-программы анализирует полученный документ и (при необходимости) направляет его для обработки в соответствующее
приложение.

Приложение, используя CGI-переменные, обрабатывает направленный в него документ и возвращает серверу выходную информацию.

Сервер передает выходную информацию клиенту.

Клиент (Web-браузер) получает выходную информацию, которая отображается у него и может быть оценена и использована.

Таким образом, пользователь (клиент) имеет возможность не только получать информацию (документы) от сервера, но и передавать свои данные на сервер, где с помощью соответствующего приложения, установленного на Web-узле, эти данные будут обработаны, а клиент получит результаты обработки данных. Такая система взаимодействия обеспечивает принципиально более высокий уровень интерактивности в системе клиент-сервер, и реализацию дистанционной обработки данных клиента.

CGI-программа может быть написана на любом языке программирования, в составе которого имеются средства для выполнения обмена данными между приложениями. На платформе UNIX (популярный Web-сервер "Апачи" работает именно на этой платформе) для этой цели чаще всего используется язык Perl (Practical Extraction & Report Language). Интерпретаторы этого языка без преобразования исходного текста программы вырабатывают исполняемый двоичный код. По этой причине CGI-программы часто называют также CGI-сценариями или CGI-скриптами (Script — интерпретируемый текст).

Что требуется от CGI-скрипта? И какова цель обработки информации? Дело в том, что на основании содержащейся в форме информации необходимо создать новый HTML-документ и передать его обратно клиенту.

Какой язык следует использовать в CGI-программе? Сам CGI-интерфейс не накладывает каких-либо ограничений на выбор языка программирования. Поэтому его выбор должен быть основан на тех функциях, которые с его помощью должны быть реализованы. Перечислим эти функции:

Удобный интерфейс для взаимодействия с другими программами, на пример, с СУБД или графическим редактором.

Наличие средств доступа к переменным среды, так как именно с их помощью данные формы поступают на вход CGI-скрипта.

Наличие средств обработки текста, которые требуются для предварительной обработки (декодирования) данных, поступающих на вход программы.

В операционной системе UNIX, используемой на большинстве Web-серверов, широко применяются скрипты, состоящие из конструкций языка shell — командной оболочки операционной системы UNIX. В языке shell имеются также встроенные средства характерные для языков программирования высокого уровня: операторы цикла, условного перехода, строковые переменные и пр. Видимо, наличие этого языка и широкое использование командных процедур в оболочке UNIX привели к появлению ряда интерпретирующих языков, пригодных для написания CGI-сценариев. И хотя скрипты можно писать на любом из них, а также на языке Си, наибольшее распространение получил язык Perl — практический язык извлечений и отчетов (PERL — Practical Extraction & Report Language). Он не только удовлетворяет трем перечисленным выше требованиям, но обладает еще тремя дополнительными полезными особенностями:

Возможностью бесплатного получения языка.

Универсальностью — его версии существуют практически для всех известных платформ, в том числе для DOS и Windows.

Наличием большого числа готовых программных модулей, распространяемых свободно в сети Интернет.

Кроме перечисленного следует отметить, что создание CGI-скриптов на языке Perl стало значительно проще, начиная с версии 5.004 стандартного дистрибутива Perl, в который был включен специальный модуль cci.pm. Этот модуль, который был подготовлен Линкольном Штейном, автором известной книги "Как создать и поддерживать свой Web-сайт", берет на себя всю рутинную работу по созданию CGI-программы на языке Perl. Модуль, как и сам язык Perl, является платформно-независимым, в частности, он успешно работает и во всех версиях MS Windows.

3. Библиотека электронных изданий вузов

Сегодня накоплен достаточный опыт и достигнут определенный уровень знаний для того, чтобы реально поставить проблему создания сетевой электронной библиотеки как для отдельного высшего учебного заведения, так и для системы высшего образования крупного города и региона. Принципиально ничего не мешает использованию такой библиотеки школьниками старших классах общеобразовательной школы и учащимся средних специальных учебных заведений. Ничто также не мешает расширить территориальные границы действия такой библиотеки до масштабов всей страны.

Если обратиться к зарубежному опыту, то следует упомянуть специализированную общеевропейскую сетевую электронную библиотеку, в которой хранятся диссертации по литературе, истории, юриспруденции и другим гуманитарным (т. е< не техническим) наукам. Библиотека за сравнительно небольшую (по зарубежным меркам) плату (от 100 до 200$ в год) предоставляет своим читателям абонемент на право сетевого доступа к изданиям. Она весьма популярна среди выпускников Европейских Университетов, стажеров и студентов старших курсов гуманитарных специальностей. Нечто подобное, но более универсальное по тематике и ориентированное на всех студентов, а может быть, и на старшеклассников, собирающихся продолжить образование и интересующихся современными проблемами науки и техники, может быть создано и в нашей стране. Какие же существуют объективные предпосылки для постановки такой задачи?

В последние годы уровень компьютеризации большинства как технических, так и гуманитарных высших учебных заведений нашего города стал достаточно высоким. Все вузы оснастились современными компьютерами класса Pentium II Celeron или даже Pentium III Coppermine, в которых процессоры работают на частотах свыше 500 МГц. Размер оперативной памяти стал не менее 64 Мбайт (чаще 128 Мбайт), а жесткого магнитного диска — превысил 10 Гбайт. Учебные классы с такими компьютерами обеспечивают использование современных программных средств, работают с мультимедийными приложениями практически любой степени сложности.

Это позволяет, в определенной степени, унифицировать учебные пособия, в частности, по дисциплинам, связанным с информационными технологиями. Вместо обмена печатными тиражами изданий учебников появляется возможность сетевого обмена электронными учебными (а может быть, и не только учебными) изданиями. Практически все вузы, насколько известно автору, подключены к глобальной сети Интернет. В каждом образовательном учреждении высшей школы функционируют локальные сети. Таким образом, задача состоит в том, чтобы обеспечить принципиальную возможность удаленного доступа студентов к электронным библиотекам любого вуза, а не только "своего".

Гораздо больший интерес представляет организация на базе электронных библиотек отдельных вузов единой распределенной базы электронных изданий с удаленным доступом. Помимо очевидных преимуществ такой интегрированной структуры она явилась бы примером и прообразом интегрированной образовательной электронной библиотеки в рамках всей нашей страны. Создание единой сетевой учебной Российской библиотеки не только обеспечило бы повышение качества обучения в каждом отдельном учебном заведении (даже только за счет того, что преподавателям и студентам была бы предоставлена возможность знакомиться с пособиями других вузов, в том числе — самых престижных и передовых в своей области знаний), но и позволило бы приблизить реальный уровень образования в удаленных от центра учебных заведениях к уровню передовых по каждому из направлений науки и техники. Каждый вуз был бы реально знаком с преподаванием во всех других вузах страны и мог бы применить в своей практике все лучшие начинания.

Такая библиотека обеспечила бы реальную возможность унификации образования в высшей школе, также и в старших классах средней школы, создала бы информационную основу для введения единой системы тестирования выпускников средних школ. В конечном счете, это привело бы к заметному повышению не только уровня компьютеризации образования, но и качества среднего и высшего образования в целом. Возможно также, что на основе такой интегрированной электронной библиотеки удалось бы преодолеть некий барьер между системами общего среднего и специального образования, который создает выпускникам школ дополнительные трудности при поступлении в Университеты, Институты и Академии.

С чего же, по мнению автора, следует начать разработку такой системы? Видимо, с ее первого звена — электронной библиотеки отдельного вуза. Читальный зал такой библиотеки может представлять собой отдельный класс, компьютерные посадочные места в котором связаны с помощью локальной сети (рис. 5.6). К такой сети можно, строго говоря, подключить все или часть компьютерных классов, чтобы электронные пособия можно было использовать в процессе выполнения лабораторных работ, проведении лекционных и семинарских занятий. Уже сейчас в своей практике преподаватели

СЗИП используют подобный порядок выполнения лабораторных работ. На файловом сервере устанавливается файл с подробным описанием лабораторной работы, которым могут пользоваться студенты, работающие за любым из 20 компьютеров, подключенных к этой локальной сети.

Рис. 2. Структура электронного читального зала на основе локальной сети

Второй этап создания электронной библиотеки отдельного вуза состоит в том, чтобы сделать ее доступной для студентов через глобальную сеть, т. е. организовать к ней удаленный доступ. Для этого организуется библиотечный Web-сервер, который взаимодействует с атрибутивной базой данных (см. также главу 7) электронных изданий на основе CGI-технологий. Вуз в данном случае может аккумулировать функции провайдера для предоставления возможности студентам работать с учебными изданиями в домашних условиях. Возможен вариант, когда на сайте ВУЗа специальный раздел предоставлен электронной библиотеке. Для работы с электронными учебниками может использоваться система паролей и взиматься небольшая абонементная плата (она может также включаться и в стоимость обучения). Попытки электронной публикации баз данных часто терпят неудачу из-за столкновения с самыми разнообразными проблемами — техническими, организационными, финансовыми. Не последняя из них — задача создания надежного и эффективного интерфейса (front-end) для всех распространенных аппаратных и программных платформ и поддержание его совместимости с различными быстроразвивающимися операционными системами.

Наиболее эффективный способ использования баз данных в сети состоит в том, чтобы обеспечить для конечного пользователя возможность напрямую, в режиме реального времени выполнять запросы к базе данных через специальную "шлюзовую" программу. В настоящее время для этих целей используются, как правило, Web-сервер и SQL-сервер (сервер, использующий язык запросов SQL —Structured Query Language) баз данных, которые работают в высокопроизводительной среде UNIX. Web-сервер через браузер предоставляет конечному пользователю форму, считывает с нее заданные параметры поиска и передает их через стандартизированный интерфейс SQL-клиенту. Программа SQL-клиента преобразует полученные параметры в SQL-запрос, направляет этот запрос SQL-серверу, получает от него результаты, преобразует их в HTML-файл и передает обратно на Web-сервер. Затем Web-сервер пересылает HTML-файл с результатами выполненного запроса браузеру конечного пользователя (рис. 3).

Преобразование в SQL-запрос

Рис. 3. Структура взаимодействия пользователя (клиента) с удаленной базой данных

Таким образом, параметры поиска считываются из заполняемых пользователем HTML-форм; затем они преобразуются "шлюзовой" программой в SQL-запрос, направляемый SQL-серверу. Получив результаты произведенного поиска, SQL-сервер возвращает их обратно "шлюзовой" программе, которая формирует из них HTML-файл и передает его имя Web-серверу. Благодаря такой схеме программы просмотра могут служить независимыми от платформы внешними интерфейсами баз данных, предоставляя пользователям свежую информацию в виде динамически сгенерированной HTML-страницы.

Главное в том, каким образом организовать стандартизованный интерфейс для взаимодействия между HTML-формой и SQL-клиентом. Существует несколько способов организации такого взаимодействия :

с применением технологии Java (применение Java-апплетов);

на основе технологии IDC/HTX (Internet Database Connector/HTML Extension);

на базе технологии ASP (Active Server Pages);

с использованием интерфейса CGI (Common Gateway Interface) и CGI-скриптов.

В узком смысле Java — это объектно-ориентированный язык, напоминающий C++, но более простой в изучении и приложении. В широком смысле Java — это технология программирования, ориентированная на интеграцию с Web-технологиями, т. е. на использование в сетевых средах. Поскольку для всех платформ существуют Web-навигаторы, Java-среда обязана быть в идеале полностью независимой от платформы. Для практического использования Java-технологий, помимо интеграции с Web-навигатором должна быть специфицирована виртуальная Java-машина (VJM), с помощью которой интерпретируется Java-апплет. В результате, при изменении аппаратной или программной платформы не потребуется вносить изменения в Java-апплеты.

Апплеты (applets) представляют собой приложения на языке Java, включенные в текст HTML-документа с помощью тэга <applet>. Браузер, поддерживающий Java-апплеты, загружает с сервера HTML-документ и обнаруживает тэг <applet>. Далее браузер загружает с сервера так называемый файл класса, на который производится ссылка в тэге <applet>, и инициирует запуск самого апплета в Java-машине браузера. Затем апплет отображается в окне браузера или, при необходимости, создает свой собственный фрейм.

Каким образом с помощью Java-апплетов организовать доступ к базам данных? Для этой цели существует интерфейс JDBC (Java DataBase Connectivity) — связь Java-апплетов с базами данных. В свою очередь JDBC является составной частью Java API (Application Programming Interface) -интерфейса прикладного программирования, с помощью которого, используя готовые классы и приложения, можно написать мощный Java-апплет длиной всего в несколько строк.

Интерфейс JDBC представляет собой набор объектов реляционного типа и методов взаимодействия с источниками данных. Java-апплеты используют объекты и методы из пакета java.sqi., реализующего интерфейс JDBC. Однако для непосредственного доступа к источнику данных требуется специальный драйвер, ориентированный на конкретную систему управления базами данных (СУБД). Обычно это выполняется с помощью сопряжения JDBC — ODBC (Open DataBase Connectivity — связь с открытой базой данных). Программа сопряжения организует взаимодействие с любым ODBC-драйвером. Драйвер может общаться с сервером, на котором локализована удаленная база данных, используя протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol) или RPC (Remote Procedure Call — удаленный вызов процедур). Интерфейс JDBC идентифицирует базу данных стандартным образом при помощи сетевого URL. Все сказанное иллюстрируется рис. 4.

Рис. 4. Структура взаимодействия HTML-документа, в составе которого имеется Java-апплет, с удаленной базой данных

При всех достоинствах рассмотренной схемы взаимодействия она характеризуется двумя существенными недостатками. Первый из них определяется ограничениями, связанными с использованием языков для реализации интерфейсов, представленных на рис. 5.8. Другое ограничение определяется необходимостью активизации виртуальных Java-машин, иначе VJM (Virtual Java Machine) для запуска каждого Java-апплета. Каждая такая VJM потребляет значительные вычислительные ресурсы, существенно снижая скорость интерактивного взаимодействия. Эти два фактора делают практически невозможной работу такой структуры в реальном масштабе времени.

Технология IDC/HTX позволяет пользователю передавать параметры запроса к базе данных как часть сообщения Web-серверу. Сама аббревиатура IDC/HTX означает Internet Database Connector (связь через Интернет с базой данных) и HTml extension (расширение HTML). Такое сочетание означает, что для генерации динамической HTML-страницы необходимы 2 файла. В одном из них размещается запрос к базе данных на стандартном языке SQL, а в другом — шаблон, в соответствии с которым будут форматироваться в виде таблицы результаты выполнения запроса, т. е. пересылаемая пользователю динамическая HTML-страница. Запрос представляет собой исполняемый файл, который содержит описание действий, подлежащих выполнению на серверной стороне. Обычно, все такие файлы размешаются на серверной стороне в специальной папке с именем Scripts (сценарии). В этом же файле содержится имя файла шаблона и сведения об имени и пароле пользователя.

Технология IDC/HTX предусматривает следующую последовательность действий (рис. 5.9):

Активизацию пользователем в просматриваемом документе гиперссылки,
указывающей на файл запроса.

Извлечение Web-сервером файла запроса из папки scripts.

Получение из динамической библиотеки httpodbc.dll процедур, извлекающих из файла запроса имя источника внешних данных.

Активизацию и запуск в соответствии с источником данных нужного
драйвера ODBC.

Соединение драйвера с базой данных и организация им выполнения за
проса на языке SQL, а затем — возврат полученных результатов выбран
ной из библиотеки httpodbc.dll процедуре.

Извлечение процедурой библиотеки из файла запроса имени файла шаб
лона и формирование ею в соответствии с шаблоном HTML-файла.

Передачу этого файла Web-серверу и отсылку его пользователю.

Технология извлечения данных из удаленной БД, называемая ASP (Active Server Pages, или страницы активного сервера), отличается от IDC/HTX тем, что вместо простейшего алгоритма подстановки данных в поля шаблона используются специальные процедуры, содержащиеся в файле ASP и написанные на языке VBScript (возможно использование и JavaScript). VBScript представляет собой диалект языка Visual Basic, предназначенный для написания интерпретируемых процедур. Процедуры могут выполняться как на стороне пользователя, с помощью встроенного в браузер интерпретатора, так и на серверной стороне, где также должен быть интерпретатор, встроенный в Web-сервер или работающий совместно с ним.

Файл ASP, хранимый в определенной папке на серверной стороне, содержит описание запроса к базе данных на языке SQL, описание шаблона для извлекаемых из базы данных и вложенные в это описание фрагменты на языке VBScript. Получив посредством гиперссылки запрос на ASP-файл, Web-сервер пересылает SQL-запрос СУБД, получает результат и выполняет над ним все процедуры VBScript, вложенные в текст шаблона. Таким образом, в этом случае (как и в предыдущем) никакой предварительной обработки запроса не производится, а все операции форматирования ответа должны быть заранее написаны в форме процедур VBScript. Технология разработана для работы преимущественно с СУБД фирмы Microsoft. Ее достоинства, возможно, проявятся в сложных информационных системах с архитектурой клиент-сервер при условии написания всех необходимых процедур на одном из языков программирования. В целом технологии IDC/HTX и ASP достаточно сложны в реализации и требуют использования определенных вычислительных ресурсов сервера.

Браузер (активизация гиперссылки на IDC-файл)

Web-сервер (извлечение IDC-файла) (передача ответа пользователю)

Библиотека httpodbc.dll (запуск нужной процедуры, затем заполнение шаблона)

Драйвер ODBC

База данных (выполнение SQL-запроса)

Рис. 5. Последовательность взаимодействия пользователя с удаленной базой данных в рамках технологии IDC/HTX

Аббревиатура CGI (Common Gateway Interface) означает ту часть Web-сервера, которая может взаимодействовать с другими программами, выполняющимися на том же узле. CGI обеспечивает обмен данными между web-сервером и программным модулем, который обрабатывает информацию, пришедшую Web-серверу от клиента. В этом смысле CGI является шлюзом для передачи клиентских данных программам их обработки. Таким образом, CG1 — это программная среда, включающая в себя набор определенных переменных и протоколы взаимодействия с другими программами, функционирующими на Web-узле, например, с СУБД.

Одно из самых главных достоинств CGI — то, что этот интерфейс не накладывает никаких ограничений ни на язык программирования, на котором пишется программный модуль, выполняющийся на сервере, ни на операционную систему, под управлением которой работает Web-сервер. Так, модулем может быть как обычный исполняемый файл, написанный на языке программирования компилирующего типа, таком как C/C++ или Pascal, так и скрипт (script), написанный на языке командного интерпретатора UNIX-систем (например, bash или csh). CGI-технологии, как правило, используются в сочетании с наиболее распространенным Web-сервером Apache, обычно работающим под управлением операционной системы семейства UNIX (например, Linux). В качестве языка, на котором пишутся модули, исполняемые на сервере, и в особенности такие, которые организуют взаимодействие Web-сервера с какой-либо СУБД, большинство разработчиков использует язык Perl. В первую очередь хочется отметить, что использование языка Perl не снижает переносимость разработанного с использованием программного обеспечения интерфейса CGI. Так же, как интерфейс CGI поддерживают все "уважающие себя" Web-серверы, интерпретаторы языка Perl написаны для всех операционных систем и платформ. Очень важно также и то, что для языка Perl написан замечательный модуль cci.pm (автор — Линкольн Штейн), с помощью которого довольно просто писать CGI-скрипты. Этот модуль предоставляет удобный интерфейс разработчику CGI-приложений, беря на себя всю черновую работу по реализации взаимодействия при помощи CGI-интерфейса. Остается добавить, что в последних версиях языка Perl этот модуль входит в стандартный комплект поставки.

Это наиболее существенные аргументы, так сказать, общего характера. Есть еще две серьезные причины отдать предпочтение CGI/Perl в случае написания приложения для Web-сервера, обеспечивающего именно взаимодействие с СУБД.

Первая из них — наличие модулей языка Perl для обеспечения взаимодействия со всеми распространенными СУБД: Ingres, Oracle, Informix, Interbase, Postgres, SyBase. Есть даже модуль для MS Excel. Нельзя не упомянуть и очень разумную внутреннюю организацию этих модулей, позволяющую максимально унифицировать интерфейс доступа к различным СУБД. Собственно, чтобы подсоединиться к какой-либо СУБД, вам надо установить два модуля: DBi.pm, обеспечивающий абстрактный интерфейс с СУБД, и собственно драйвер для взаимодействия с ней (например, DBD-oracle.pm, если вы хотите работать с СУБД Oracle [38]). Преимущество такого подхода одно, но более чем значимое — универсальность и переносимость. Так, если вы писали в рамках стандарта языка SQL, не используя не стандартизованные расширения, а базу данных по неизвестным причинам решили перенести, скажем, под Informix, то в вашем CGI-скрипте, работающем с базой данных, достаточно будет поменять всего лишь одну строчку кода — подключение к драйверу взаимодействия с СУБД. В нашем случае (Informix вместо Oracle) надо заменить строчку DBI->connect( 'dbi:Oracle:имя базы, ...) ; на DBI->connect ( 'dbi: Informix:имя базы, ...) ;

Наконец, язык Perl обладает весьма гибкими и мощными средствами обработки текстовой информации, в том числе при помощи разветвленной системы регулярных выражений. Возможности языка Perl в обработке текстов, поиске и замене по шаблонам с помощью регулярных выражений позволяют проводить предварительную обработку данных практически любой сложности. А обработка данных перед занесением их в БД, их упорядочение и проверка целостности — важнейший этап взаимодействия пользователя с СУБД, и то, что эту задачу берет на себя CGI-скрипт, существенно улучшает и ускоряет работу СУБД и позволяет ей оптимально размещать и хранить данные. Серьезную помощь язык Perl может оказать и при реализации поиска в БД, позволяя данные, вводимые пользователем в удобном ему формате, преобразовывать в форму, удобную для "восприятия" СУБД, и тем самым предварительно оптимизируя поиск. Таким образом, язык Perl является едва ли не идеальным языком для реализации скриптов, т. е. "прослоек" между пользователем и большим программным продуктом с нетривиальным интерфейсом, коими являются практически все системы управления базами данных.

Однако, вернемся к основной теме этого раздела. Проектирование сетевой электронной библиотеки, как представляется автору, следует начать с создания информационного хранилища электронных изданий с качественной системой их поиска и извлечения. Функции хранения и извлечения учебных пособий, по нашему мнению, следует отделить от поисковой системы, т. е. структура хранилища должна быть двухуровневой (рис. 6):

На нижнем уровне осуществляется хранение учебных пособий в электронном виде. Структурно хранение пособий осуществляется в виде гипертекстовой базы данных или же в форме иерархической файловой системы. Второй вариант автору представляется предпочтительным по причинам, которые будут изложены далее.

На верхнем уровне проектируется атрибутивная база данных, в качестве атрибутов в которой используются фамилии преподавателей, названия учебных курсов, названия и шифры специальностей, конкретный вид учебного пособия, год издания, а также год и месяц его обновления и пр. Дополнительно к этому организуется хранение ключевых слов, характеризующих каждое пособие.

Методика и технология выбора (извлечения) ключевых слов и организация поиска по ключевым словам составляет то ноу-хау, которое отличает предложенный автором вариант организации электронной библиотеки. Результат поиска в этой базе данных представляется в виде списка пособий с миниатюрами (в простейшем случае они представляют собой уменьшенную фотографию электронной обложки или титула издания). Из этого списка читатель выбирает нужное издание и, при наличии соответствующих прав доступа, издание извлекается с нижнего уровня и передается на рабочее место пользователя.

В предлагаемой поисковой системе в скрытой форме используется физический адрес пособия (URL) на нижнем уровне. Это может быть и сетевой адрес, в том числе не только в локальной сети, но и адрес в сети Интернет. Таким образом, предлагаемая структура в дальнейшем органично встраивается в интегрированную распределенную систему хранения и поиска учебных пособий, представленных в электронной форме. Третий этап работы состоит в разработке и реализации такой структуры.

Рис. 6. Двухуровневая структура хранилища электронных изданий с системой загрузки, поиска и извлечения изданий

Преимущества такой информационной структуры состоят также и в том, что при ее создании не потребуется связывать или объединять хранилища самих

электронных изданий. Для создания сетевой библиотеки потребуется только одно — каждое электронное учебное издание должно иметь точный адрес. В этом случае, выбрав как результат поиска требуемое пособие и имея права доступа к самим изданиям, любой студент сможет получить такое пособие, независимо от того, на сервере какого учебного заведения оно локализовано. Таким же образом, в принципе, могут быть объединены и другие библиотеки нашей страны, включая самые крупные из них.

Основные затраты при создании интегрированной библиотеки электронных учебных изданий будут связаны с проектированием и поддержанием сервера, на котором будет локализована общая (интегрированная) атрибутивная база данных, а также с разработкой структуры и программного обеспечения самой этой базы данных. Помимо собственно атрибутов в базе данных целесообразно хранить различную сопутствующую информацию. В ее состав, по мнению автора, наряду с миниатюрами пособий следует обязательно включить их аннотации и, может быть, оглавления (содержание), пусть даже в сокращенной форме. Хотя объем атрибутивной базы данных в этом случае увеличится, зато выбор пособия будет более осознанным и снизится вероятность отказа от полученной книги после поверхностного знакомства с ее содержанием.

Интеграция на уровне атрибутивных данных приведет к резкому сокращению информационного объема общей или коллективной базы данных. Такой результат понятен — объем атрибутивной информации на 2 порядка меньше, чем самих электронных пособий. Кроме того, каждое учебное заведение будет по-прежнему полностью контролировать доступ к книгам своей внутренней электронной библиотеки. В его интеграционные функции будет входить лишь передача атрибутов каждого вновь подготовленного издания и его URL в сетевую атрибутивную базу данных. Схема информационных потоков в такой системе показана на рис. 5.11.

Выделение этих атрибутов является достаточно сложной и важной задачей, так как именно их качественный отбор позволит успешно и быстро найти нужное пособие.

Несколько слов относительно формата самих электронных пособий. Накопленный автором в течении последних 3 лет работы опыт работы с электронными пособиями при проведении лекций и лабораторных занятий показывает, что вкусы студентов могут значительно разниться в зависимости от их уровня подготовки и навыков, привитых им еще в средней школе, а также ряда других причин. В качестве базового варианта разумно остановить выбор на формате HTML. По мнению автора, рисунки лучше не включать в сам текст издания, а вызывать с помощью гиперссылок в отдельных окнах.

Для просмотра пособия в таком формате можно использовать любой стандартный браузер, например, MS Internet Explorer.

Рис. 7. Информационные потоки в сетевой библиотеке группы ВУЗов с интеграцией на уровне атрибутивной базы данных

Для тех студентов, которым привычнее работать с печатным текстом, можно предоставить электронное пособие в формате PDF, естественно, также гипертекстовое. Просмотр пособий, представленных в этом формате, осуществляется посредством пакета Adobe Acrobat Reader, также достаточно широко распространенного в нашей стране. Кстати, оба эти формата обеспечивают фреймовую структуру представления на экране монитора.

Автору представляется целесообразным выбор 2 или 3 фреймов. Один из них, базовый, в котором отображается основное содержание пособия, разбитое на нужное число фрагментов (главы, параграфы). Другой — навигационный, в нем должна быть показана рубрикация учебника, что позволит ориентироваться в учебном материале и легко переходить от одного раздела к другому. В третьем фрейме целесообразно разместить вспомогательную информацию: электронный адрес автора пособия, ссылки на другие пособия, адрес сайта высшего учебного заведения и пр..

Кстати, само электронное пособие также может быть представлено в виде сайта, на лицевой странице которого размещается оглавление. Отдельные позиции оглавления оформляются как указатели гиперссылок, которые ведут к

Web-страницам с отдельными главами, параграфами и подпараграфами. Подпараграфы состоят из отдельных экранов (Web-страниц), содержащих текстовую, иллюстрационную и другую информацию. В этом случае не требуется применение фреймовой структуры, так как с любой страницы посредством ссылок студент сможет возвратиться на лицевую или главную, которая обеспечивает глобальную навигацию в пределах всего учебного пособия.

Простейшим вариантом учебного пособия автору представляется документ, оформленный в гипертекстовом формате DOC редакторов Word 97-Word 2002. Основные части пособия (главы, параграфы и пр.) целесообразно сделать чисто текстовыми, содержащими ссылки на рисунки. Рисунки выводятся в отдельных окнах (с помощью одной из многочисленных программ, предназначенных для просмотра графики — viewers) в каком-либо одном из сжатых графических форматов, например, TIFF, JPEG или GIF. Первые два во многих случаях предпочтительны, так как позволяют выводить полноцветное изображение, в то время как GIF работает только с индексированными цветами, число которых не превышает 256.

Помимо графики в пособии могут использоваться анимационные изображения, цифровое аудио и видео. Анимация может представляться в самых экономичных форматах GIF и Flash, а цифровое аудио и видео — в форматах AVI и WAV. Все перечисленные форматы поддерживаются стандартными браузерами, программой Acrobat Reader и даже редакторами Word 2000 и Word 2002. В будущем, вероятнее всего, все большее количество мультимедийных фрагментов будет использоваться в пределах каждого учебного пособия. С их помощью можно наглядно представлять любые информационные и технологические процессы.

Отметим, что для мультимедийных электронных изданий, век массового использования в повседневной практике которых уже не за горами, иерархическая файловая структура представляет наиболее разумный способ хранения. Каждое такое пособие следует хранить в отдельной папке, в которой в виде специального гипертекстового файла содержится базовый текст. Здесь же следует разместить папки с рисунками, сгруппированными по главам, а также аудио- и видеофайлы. Если число последних велико, их также можно сгруппировать по главам. Папка с изданием рассматривается как единое целое и перемещается только целиком. В этом случае не возникает никаких проблем с гиперссылками, реализующими относительные пути к объекту ссылки.

Вероятно, постепенно в локальных сетях ВУЗов все активнее будут использоваться корпоративные интрасети, основным средством просмотра в которых служит браузер. С этой точки зрения, следует преимущественно ориентироваться на формат HTML, который, к тому же, является и наиболее экономичным. А это немаловажный фактор при пересылке данных по сетям.

Скачати

Схожі роботи