978-5-7764-0767-3

бодном доступе «движок» XWiki. Однако необходимо выполнить работу по установке, настройке и интеграции XWiki с редактором метаданных об учеб-

ных объектах. Проделанные операции необходимо внести в документацию с целью обеспечить возможность повторной установки системы репозитория учебных объектов в целевой среде.

С учетом необходимости создания программного инструмента, основ-

ными этапами формирования репозитория учебных объектов с «нуля» явля-

ются:

выбор среды программирования оболочки репозитория;

разработка программной оболочки репозитория;

наполнение репозитория содержимым;

использование репозитория.

Формирования репозитория учебных объектов возможно по двум ос-

новным направлениям: от структуры к описанию и от описания к структуре.

В первом направлении предполагается следующий сценарий взаимодей-

ствия с инструментарием:

авторизация пользователя на странице редактора метаданных;

создание списка имен учебных объектов;

редактирования метаданных учебных объектов, которое включает кор-

рекцию требуемой и достигнутой компетенций;

организация для каждого учебного объекта перехода по специальной ссылке в систему Wiki;

для каждого учебного объекта редактор метаданных создает в Wiki име-

нованную страницу на основе шаблона;

пользователь редактирует описание учебных объектов в Wiki.

В рамках второго направления, пользователь придерживается следую-

щего сценария:

описание учебных объектов присутствует в виде тех или иных материа-

лов;

пользователь импортирует описание учебных объектов в Wiki;

221

используется возможность создания произвольного количества и струк-

туры Wiki страниц, где специалист предметной области имеет возмож-

ность внести описание о конкретном объекте;

основной особенностью работы в Wiki в рамках репозитория учебных объектов является то, что редактируемый материал должен быть разбит на большое количество небольших по объему страниц описания;

пользователь имеет возможность перейти в редактор метаданных, кото-

рый автоматически формирует список учебных объектов, используя именованные страницы Wiki;

пользователь формирует связи между учебными объектами и заполняет другие метаданные, включая требуемые и достигнутые компетенции.

222

5.3. Формирование базы знаний об учебных объектах

Одним из значимых результатов появления учебных объектов (УО), для представления контента, является возможность их многократного использо-

вания. В соответствии со стандартом SCORM учебный объект должен пред-

ставляться следующей структурой [9,21]:

Учебный объект = <Декларация Учебного объекта> ˂Учебный блок˃ Учебный блок [9,21] представляет собой непосредственно учебный ма-

териал, который хранится в репозитории ИОС и используется при обучении.

Декларация является неотъемлемой частью учебного объекта, непосред-

ственно в обучении не используется. Ее цель – хранить всю необходимую служебную информацию для использования учебного объекта в ИОС. Струк-

тура декларации имеет следующий вид:

<Декларация учебного объекта > = <Метаданные учебного объекта > <Порядок расположения частей учебного объекта > <Ссылки на ресурсы> <Декларации частей учебного объекта >

Важным элементом декларации, содержащим сведения об учебном объ-

екте, является блок метаданных:

<Метаданные учебного объекта > = <Общие метаданные учебного объекта > <Семантическое описание учебного объекта>

Основное применение метаданных связано с обеспечением релевантного отбора учебных материалов, обменом материалами между разными система-

ми, автоматической компиляцией индивидуальных учебных пособий, постро-

ением индивидуальных траекторий обучения. В состав этого блока входят,

как общие метаданные, определенные стандартом (всего более 80 атрибутов учебного объекта, файлов, учебных ресурсов, разделов), так и дополнитель-

ные характеристики учебного объекта [9,21]:

<Общие метаданные учебного объекта > = <Идентификатор> <Название> <Язык> <Аннотация> <Авторы> <Версия> <Технические данные> <Цена>…

223

В настоящее время для интеллектуальных обучающих систем предлагается строить онтологические системы с использованием следующих трех принципов:

создание онтологии изучаемой предметной области выполнять на основе технологии Wiki с поддержкой модульности, коллективной работы, версий и системы согласований.

использовать для работы с онтологиями среду открытого языка, который для задач непрерывного образования позволяет использовать персональные среды обучения.

вместе с текстом онтологии предметной области дисциплин в системе формировать метаданные об учебных объектах, которые нужны при формировании индивидуальных траекторий обучения.

С учетом проведенного анализа существующих программных инструментов и указанных принципов создания онтологий изучаемых предметных областей для формирования репозитория учебных объектов планируется учебные объекты представлять на основе технологии Wiki и языков разметки данных XML и YAML. Это дает возможность создания и использования формата описания онтологий, который обеспечит максимальную гибкость и интеграцию с существующими системами. Языки OWL и RDF на базе XML позволяют описывать классы и отношения между ними, присущие webдокументам и приложениям, а также любым объектам действительности.

Кпреимуществам YAML [23,24,25] относится лаконичность языка, таким образом, что документ в формате YAML становится возможным редактировать в любом текстовом редакторе, т.к. язык разметки не страдает перегруженностью служебных элементов в документе. Одновременно документы

вформате YAML сохраняют поддержку машиной обработки.

Кнедостаткам XML и YAML в базовом виде, а также OWL и других форматов описания онтологий является отсутствие поддержки сложного форматирования и медиа контента, включая картинки, анимацию и встроенное видео. Такая возможность присутствует при создании документа Word,

страницы в формате HTML или страницы в Wiki.

224

Таким образом, естественным видится объедения двух подходов с целью достижения свойств, присущих этим системам. В качестве среды описания онтологии предметной области в работе выбран вариант разработки соб-

ственного решения основанного на технологиях Wiki и YAML. Wiki как нельзя лучше подходит для описания объектов предметной области и имеет широкое распространение. Для описания связей и последовательностей объ-

ектов используется формат, основанный на языке разметки YAML

Язык разметки YAML представляет собой язык сериализации данных в человекочитаемом формате, который вобрал в себя концепии языков про-

граммирования, таких как Си, Перл и Питон, а так же идеи языка разметки

XML и формата электронных писем [23,24]

Абревиатура YAML это рекурсивный акроним «YAML Ain't Markup Language», что в переводе означает «YAML не язык разметки», хотя перво-

начальной версией было выражение «Yet Another Markup Language», т.е. «еще одни язык разметки. Эта смена интерпретации была сделана, чтобы подчеркнуть назначение YAML, как языка ориентированного на данные, в

противовес языкам разметки документов, например HTML и др.

Язык YAML был специально разработан для прямого отображения наиболее широко распространенных типов данных в языках программирова-

ния, таких как списки, ассоциативные массивы и значения. Использование характерных отступов в YAML особенно практично для задач, когда язык разметки будет использоваться для просмотра и редактирования пользовате-

лем, например в конфигурационных файлах, описании метаданных докумен-

тов и других структурированных данных с изменяемым форматом.

На рис. 5.5 представлено описание в формате YAML данных о студен-

тах, изучающих дисциплину «Экспертные системы».

Иерархия структур данных обеспечивается отступами. В приведенном примере описание на верхнем уровне включает два атрибута: имя компании и список сотрудников. Список сотрудников включает два элемента, обозна-

ченные символами тире (-). Каждый элемент представляет собой ассоциатив-

225

ный массив ключ-значение, который описывает отдельного сотрудника ком-

пании. В данном примере, каждый сотрудник описывается полями Имя, Фа-

милия и Отдел.

имя_дисциплины: Экспертные системы студенты:

–имя: Петр фамилия: Кожемякин группа: ДКЕ-401

–имя: Михаил фамилия: Сухарев группа: 03-419

Рис. 5.5. Представление данных о студентах в формате YAML

Язык YAML позволяет представлять компактные данные в одну строку.

Например, список элементов может быть записан через запятую в одну стро-

ку, заключенную в квадратные скобки [], а ассоциативный массив в фигур-

ные скобки {}. Альтернативный вариант описания студентов, изучающих дисциплину «Экспертные системы», представлен на рис 5.6.

имя_дисциплины: Экспертные системы студенты:

-{ имя: Петр, фамилия: Кожемякин, группа: ДКЕ-401 }

-{ имя: Михаил, фамилия: Сухарев, группа: 03-419 }

Рис. 5.6. Альтернативная форма записи студентов

Наличие несколько вариантов представления данных усложняет про-

граммную реализацию чтения и записи в формате YAML. Что, тем не менее,

не является недостатком языка YAML при наличии готовых реализаций се-

риализации данных для всех широко распространенных языков программи-

рования [23,24].

Описание метаданных об учебных объектах в формате YAML. Метадан-

ные в описании учебного объекта должны включать следующие атрибуты:

226

имя учебного объекта

список целевых компетенций

список требуемых компетенций Метаданные об учебных объектах могут дополнительно содержать сле-

дующие поля:

список включенных учебных объектов;

список включающих учебных объектов;

список имен связей учебных объектов;

список е имен ассоциаций учебных объектов;

ресурсы (время, стоимость и прочее).

В формате YAML обязательные поля метаданных учебных объектов за-

писываются, как показано на рис. 5.7.

substances:

–name: <Имя Учебного Объекта 1> psus:

<Постусловние/Целевая компетенция1>: <Значение> prus:

<Предусловие/Требуемая компетенция1>: <Значение> <Предусловие/Требуемая компетенция2>: <Значение>

–name: <Имя Учебного Объекта 2>

psus:

<Постусловние/Целевая компетенция2>: <Значение> prus:

<Предусловие/Требуемая компетенция3>: <Значение> <Предусловие/Требуемая компетенция4>: <Значение>

Рис. 5.7. Структура метаданных учебных объектов в формате YAML

На рис. 5.8. показан пример метаданных описания учебного объекта для обучения методам представления знаний.

227

substances:

–name: «Обучение методам представление знаний» psus:

«Знание методов представления знаний»: 1 prus:

«Знание продукционных моделей»: 1 «Знание семантических сетей»: 1

–name: «Обучение продукционным моделям»

psus:

«Знание продукционных моделей»: 1 prus:

– name: «Обучение семантическим сетям» psus:

«Знание семантических сетей»: 1 prus:

Рис. 5.8. Метаднные об учебном объекте «Обучение методам представления знаний»

228

5.4. Создание элементов ИОС для изучения интеллектуальных технологий

В настоящее время создание интеллектуальных обучающих систем для изучения учебных дисциплин, повышения квалификации специалистов или для других предметных областей, является сложной задачей. Наиболее ре-

сурсоемким является вариант создания ИОС с «чистого листа». Для сниже-

ния затрат на разработку специалисты стараются использовать готовые ре-

шения в виде отдельных модулей ИОС, «оболочек», для наполнения их не-

обходимым контентом и другие подходы.

Одним из перспективных направлений в области создания ИОС является применение элементов, которые входят в состав всех или большинства ИОС и не требуют сложных операций по их настройке в составе ОИС. Основу со-

временных ИОС составляют репозиторий и база знаний (метаданных) об учебных объектах. Они представляют собой огромные информационные хранилища, требующие определенных процедур обработки содержимого.

История систем обработки данных, рассмотренная в предыдущей главе, по-

казывает, что к настоящему времени сформировались определенные техно-

логии в виде СУБД и СУБЗ.

При создании ИОС, в зависимости от ее задач, возможно использовать как СУБД, так и СУБЗ. Чем в большей мере ИОС использует интеллектуаль-

ные технологии, связанные с организацией логического вывода, применени-

ем персональных сред обучения, индивидуальных траекторий формирования компетенций обучающихся, тем больше аргументов будет за выбор СУБЗ.

Важным требование к СУБЗ для создания ИОС является наличие в них многократно используемых компонентов. Наличие многократно используе-

мых компонентов дает возможность существенно сократить затраты на со-

здание ИОС.

В качестве примеров рассматриваются описание профессиональных компетенций, создание базы знаний об учебных объектах, репозитория учеб-

ных объектов, формирование индивидуальной траектории обучения на осно-

229

ве компонентов многократного использования, которые входят в состав СУБЗ.

В примере, для организации процесса обучения студентов, формирова-

ния их компетенций в области интеллектуальных информационных систем описываются компетенции дисциплины «Интеллектуальные информацион-

ные системы» (для специалистов), представляются в виде знаний, умений,

навыков и строится онтология компетенций дисциплины. На основании он-

тологии, с использованием программной среды AIGeneral [11], создается мо-

дель профессиональных компетенций для дисциплины «Интеллектуальные

информационные системы» в формате интегрированного метода представле-

ния знаний. В дальнейшем эта модель может быть использована для плани-

рования последовательностей учебных объектов по изучению дисциплины.

Профессиональные компетенции для дисциплины «Интеллектуальные информационные системы» (ИИС) [8,11,12] и их описание через знания,

умения, навыки представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Профессиональные компетенции дисциплины ИИС

230