Конференции ИВТ СО РАН

X Российская конференция с участием иностранных ученых "Распределенные информационно-вычислительные ресурсы”

Академгородок, г. Новосибирск, Россия, 6-8 октября 2005 г.

Тезисы докладов

Средства построения и модификации концептуальных моделей LCMS систем, основанных на базах данных.

Бянкин Е. А.

ММЦ НГУ (Новосибирск)

Современные электронные средства обучения (ЭСО) характеризуются большим объемом данных с развитой структурой, эргономичными интерфейсами с развитым гипертекстовым пространством. Построение таких систем невозможно без специальных инструментальных систем управления учебными материалами - LCMS системами (Learning Content Management System). Среди этого большого класса систем в последнее время активно развиваются системы, основанные на базах данных (БД). Такие системы имеют ряд неоспоримых преимуществ. Так, отделение данных от представления, естественное для систем основанных на БД, позволяет строить множественные интерфейсы к системе, а организация Web шлюза – публикацию ЭСО в Интернет.

Основу ЭСО, построенных в таких системах составляет концептуальная модель БД. Именно она определяет соответствие структуры данных конкретной задаче, что критически важно для построения эффективного ЭСО. Так, при построении электронного учебника в модели должны быть реализованы сущности, соответствующие главам и параграфам учебника, справочным статьям, библиографическим ссылкам, тестам. В случае виртуального музея необходимы экспонаты, стенды, выставки. Другой важной составляющей является интерфейс системы, который часто строится на основе скриптов или шаблонов, задающих представление каждой сущности и отображающих связи между ними.

Такие концептуальные модели отличаются значительной сложностью. Наш опыт показывает, что при создании качественной модели электронного учебника требуется реализовать более сотни различных сущностей. Вместе со сложностью модели возрастает и сложность интерфейса. Действительно, каждой сущности необходимо сопоставить по крайней мере два метода – представления и редактирования данных. Все это предполагает существенные трудозатраты проектировщика и прикладного программиста на этапе создания модели и интерфейсов ЭСО. Как правило, пользователи LCMS систем не имеют средств и специалистов для создания собственных типов учебных ресурсов. Как следствие, большинство таких систем имеют одну жесткую встроенную модель с уже написанными интерфейсами и авторы вынуждены работать с ней. Примером такого подхода может служить система Learning Space, стой оговоркой, что в сущности можно добавлять атрибуты нескольких предопределенных типов.

Другой проблемой является трудность модификации моделей и интерфейсов уже действующих ресурсов. Она является общей для всех информационных систем на основе БД. Действительно, переход на новую модель данных весьма сложен даже в одном случае. Учебные же ресурсы имеют тенденцию развиваться в течение всего жизненного цикла системы.

Таким образом, актуальна задача исследования путей и методов снижения трудозатрат при создании и модификации концептуальных моделей и интерфейсов ЭСО и разработка соответствующих средств, реализующих такие операции в инструментальных системах подготовки учебных ресурсов. Целью данной работы является проведение таких исследований, а также применение их результатов для реализации указанной функциональности для системы ЛЕММА, развиваемой в НГУ.

Основным подходом управления моделями данных LCMS систем был выбран подход на основе построения модели и интерфейсов на основе укрупненных заготовок. Средства оперирования такими заготовками позволили бы организовать их многократное использование, существенно снижая трудоемкость работы с моделями. Оставляя пока в стороне обсуждение возможной природы таких заготовок можно сказать, какие средства потребуются для реализации этого подхода:

Специальный формат данных для хранения заготовок;
Средства создания заготовок (например, на основе экспорта из уже разработанных моделей и интерфейсов);
Средства сборки из этих заготовок новой модели и интерфейсов, а также импорта заготовки в уже существующие (возможно с заменой предыдущей версии);
Средства замены предыдущей версии концептуальной модели уже существующего ресурса на новую, с сохранением всех имеющихся в нем данных.

Очевидно, что такой подход наиболее может быть реализован, если база данных имеет тип объектной, а скрипты интерфейсов реализованы как методы классов. В этом случае естественно заготовка включает и входящие в нее сущности и реализующие их интерфейсы. В противном случае установление соотношений между ними может оказаться сложной задачей. Отдельный класс, реализующий некоторую сущность, вместе с его методами, можно считать элементарной заготовкой. Однако в этом случае при сборке модели из классов нам придется вручную устанавливать все связи, и в результате выигрыш не будет принципиальным.

Анализ показывает, что информационные блоки во многих различных ресурсах повторяются: библиография, справочник и т.д. Каждый такой блок реализуется многими сущностями и связями между ними. Это – основа для построения заготовок более сложных, а именно: естественных комплексов сущностей, связей между ними и соответствующих им скриптов. Далее, составляя модель из нескольких крупных частей, мы должны только настроить руками небольшое количество связей. Однако и эти связи тоже заложены некоторым образом в природе информации. Так, лекция знает, что с ней могут быть связаны дополнительные материалы (тестовое задание, список библиографии и т.д.). Список библиографии знает, что он может быть прикреплен к некоторому тексту. Остается только спросить пользователя, какие из вероятных связей реализовать.

Нами частично реализован описанный подход для системы ЛЕММА (Лекционная Мультимедиа Аудитория), развиваемой в НГУ [1,2]. Система ЛЕММА предназначена для разработки и поддержки учебных курсов и создана на основе оригинальной СУБД. В ней реализованы элементы объектного подхода, возможность проведения гипертекстовых ссылок, интеграция методов представлений (шаблонов интерфейсов) в ядро данных на основе методов классов и т.д.На данной системе построено большое количество моделей различных ресурсов, что может быть основой для построения большой библиотеки модельных структур. Таким образом, система ЛЕММА пригодна для реализации указанного подхода.

В первый этап входит создание средств обеспечивающих синхронизацию концептуальных моделей в системе ЛЕММА. Из «образцового» ресурса извлекается его структура и сохраняется в виде XML документа. Затем создается новый ресурс с такой же структурой. И, наконец, все данные из старого ресурса переносятся в новый. Все программное обеспечение написано в среде разработки Delphi 7. Реализация и апробирование происходили на ресурсах «Физика атомов и молекул» и «Низкотемпературная плазма и газовый разряд» (в качестве образцового ресурса), разработанных на базе системы ЛЕММА.

Этим решаются некоторые задачи, с которыми часто сталкиваются разработчики учебных ресурсов в системе ЛЕММА:

Извлечение из ресурса ее модели для создания нового ресурса с той же моделью.
После проведения изменений в модели некоторого «образцового» ресурса распространить изменения на все ресурсы, выполненные в той же модели.

При дальнейшей реализации второго этапа планируется создание средств построения моделей из готовых заготовок, представляющих отдельные информационные блоки ресурсов, а также средства модификации этих информационных блоков в работающих ресурсах. Связи, реализующие эти блоки, находятся в основном внутри них. Однако, существует несколько внешних связей, служащих для соединения блоков между собой. Опыт показывает, что различить внешние и внутренние связи довольно сложно. Таким образом, для реализации второго этапа, необходимо дальнейшее исследование методов выявления и извлечения отдельных модельных структур (информационных блоков).

Дальнейшая сборка новой модели из заготовок требует точной настройки связей между ними. Эта проблема оптимально решается запросом пользователя - какие из вероятных связей следует реализовать.

Этот этап также предполагает создание библиотеки наиболее необходимых модельных структур.

Реализация второго этапа позволит решить следующие задачи:

После проведения изменений в модели данных некоторого «образцового» ресурса, которые затрагивают только некоторую группу классов, связанную реализацией некоторой единой структуры данных, вычленить группу классов из модели и использовать ее для создания новых моделей данных.
После проведения изменений в модели данных некоторого «образцового» ресурса, которые затрагивают только некоторую группу классов, связанную реализацией некоторой единой структуры данных, распространить все изменения на различные типовые модели, в которых была заложена предыдущая версия данной структуры. При этом должно быть обеспечено максимальное сохранение имеющихся в ресурсах данных.

Таким образом, в работе развит подход к созданию средств построения и модификации концептуальных моделей LCMS систем, основанных на базах данных. Данный подход реализован для системы ЛЕММА и апробирован на разрабатываемых в этой системе ресурсах. Разработанное ПО позволяет синхронизировать модели ресурсов ЛЕММЫ.

Планируется дальнейшее исследование проблем, связанных с построением и модификацией концептуальных моделей, а также продолжение работ по развитию функциональности данной системы. Важной задачей является создание средств, которые позволяют извлекать отдельные модельные структуры, отвечающие за реализацию некоторой единой структуры данных, и собирать их в новые модели. Комплекс таких средств сильно облегчит труд разработчиков.

ЛИТЕРАТУРА:

Баяндина З.В., Задорожный А.М., Казаков В.Г., Каменский Н.В., Лебедев И.А. Организация информации в учебных ресурсах, построенных на базах данных: решение на основе метамодели данных // Вестник НГУ. Серия: информационные технологии. 2004. Т.1. Вып.2. С.73-90.

Баяндина З.В., Мозлов Е.В. Построение информационных систем образовательно-научного назначения на основе баз данных, опубликованных в Интернет: подход к реализации архитектуры // Вестник НГУ. Серия: информационные технологии. 2004. Т.1. Вып.2. С.97-106.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии
Обратная связь

[Головная страница]
[Конференции]