РАСШИРЯЕМАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ И ПОДДЕРЖКИ УЧЕБНЫХ РЕСУРСОВ ЛЕММА

РАСШИРЯЕМАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ И ПОДДЕРЖКИ
УЧЕБНЫХ РЕСУРСОВ ЛЕММА
З. В. Баяндина, В. Г. Казаков, А. М. Задорожный
Новосибирский государственный университет
E-mail: bayandina@phys.nsu.ru
Постоянно повышающиеся требования к электронным средствам обучения (ЭСО) – их объему,
сложности гипертекстового пространства, развитости интерфейса – делают невозможным их построение и
сопровождение без специального инструментария. Все чаще на роль такого инструментария претендуют
системы на основе СУБД. Примерами таких систем могут быть Lotus LearningSpace (используется одна из
следующих СУБД – DB2, Oracle или MSSQL), TopClass от WBT Systems (СУБД – Oracle или MSSQL) и др.
Использование технологий БД обеспечивает удобный инструментарий для доступа к большим объемам
учебной информации со сложной структурой и является одним из наиболее перспективных направлений
развития средств построения ЭСО.
Одной из наиболее сложных задач при разработке любой БД является построение ее модели
данных. В известных нам инструментальных системах построения ЭСО на основе БД (см. Lotus
LearningSpace, TopClass, WebCT, HyperMethod и др.) этот вопрос решен наиболее простым способом: в
систему уже заложена некоторая модель, в рамках которой и создается ЭСО. Модель имеет примерно
следующие черты: на вершине иерархии, как правило, находится учебный курс, который состоит из
некоторого числа глав, подглав, текстов уроков, тестовых заданий, вопросов нескольких заранее
определенных типов.
Так, например, в системе Lotus LearningSpace модель такая: под Курсом (Course) в LearingSpace
понимается набор уроков и заданий для преподавания определенного предмета, находящийся на вершине
иерархии. Курсы могут содержать следующие элементы:
 Глава (Topic) - подраздел курса, содержатся в курсах и могут содержать другие элементы.
 Подглава (Subtopic) - подраздел главы, допускается более одного уровня вложенности.
 Занятие (Activity) - выполняемое задание (как на компьютере, так и без него). Задания содержатся в
главах или подглавах.
 Цель изучения (Objective) - чему должен научиться студент или что он должен выполнить для того,
чтобы завершить занятие, главу или курс.
 Вопрос теста (Question).
Использование подобных моделей данных во многих случаях оказывается достаточным для
создания вполне хорошего курса. Однако существует ряд задач, где использование стандартной модели не
дает желаемого результата.
К таким задачам относится задача построения ресурсов по специфическим предметным областям.
Так, например, при построении учебного ресурса по археологии мы столкнулись с требованием
предметников иметь в системе такие сущности как «археологический экспонат», «археологическая
культура», «археологический памятник», каждую со своими специфическими атрибутами. Так в числе
атрибутов «археологического экспоната» предполагались такие, как: «наименование», «материал»,
«технология», «датировка», причем датировка должна была выражаться в двух датах, ограничивающих
временной интервал, и быть представимой в виде цифры века с возможным префиксом, принимающим ряд
значений вроде: «начало», «первая половина» и постфиксом со значениями «до нашей эры» или «нашей
эры». Кроме того, каждый археологический памятник должен иметь связь с одной археологической
культурой, а археологический экспонат - с одним археологическим памятником и с одной археологической
культурой. Никакая, самая развитая модель данных, не способна предусмотреть подобные требования к
учебному ресурсу.
Очень часто ресурс вообще не имеет ничего общего со структурой учебника, на которую
ориентированы данные модели. Так, например, для учебных занятий по палеографии и археографии очень
полезным ЭСО является «виртуальная рукопись», дающая возможность проводить исследования
рукописных памятников, без непосредственного контакта с ними. Стандартные модели даже
приблизительно не соответствуют данной задаче.
Заметим, что отдельной проблемой является необходимость развития модели в течение жизни
учебного ресурса. Тенденция к созданию все более сложных учебных ресурсов сопровождается
стремлением увеличить их срок жизни, поскольку только в этом случае могут окупиться трудозатраты на их
создание. Развитие таких ресурсов в течение жизненного цикла проходит уже не только в плоскости
актуализации информации и развития интерфейса, но и в постоянном усложнении модели данных.
В Мультимедиа центре НГУ для разработки и поддержки учебных курсов создана система ЛЕММА
(Лекционная Мультимедиа Аудитория) на основе реляционной СУБД, в которой сделана попытка устранить
указанные недостатки «жесткости» модели данных для построения курсов. Стандартные модели данных
могут по-прежнему загружаться в систему из библиотеки структур данных, однако теперь возможен выбор
из ряда вариантов. Более того, могут подгружаться не полные модели, а только отдельные структуры
данных, например, для организации тестов, библиографических ссылок и т.д. При этом такие структуры
данных содержат и информацию о способах их представлений, составляющих в совокупности интерфейс
системы. Для реализации работы с такими структурами данных в систему введен уровень метамодели,
имеющей объектный характер. Именно информация об объектах и их отношениях, в совокупности с
методами – способами отображения – и хранится в библиотеке. При этом в любой момент времени в
систему могут быть введены новые классы объектов и отредактированы методы их отображения, что
позволяет очень точно настраивать систему под конкретную предметную область. Метамодель в свою
очередь базируется на реляционной модели и поддерживается специальным сервером приложений,
работающим в паре с реляционной СУБД (Interbase). Промежуточная метамодель позволяет реализовать вне
конкретной модели учебного курса целый ряд необходимых для учебных ресурсов механизмов,
необходимых каждому такому ресурсу и отсутствующих в классических реляционных БД. Так, например, в
метамодели реализованы элементы объектного подхода, возможность проведения гипертекстовых ссылок,
интеграция методов представлений в ядро данных и т.д.
При создании учебного курса автор определяет, элементы каких типов могут ему потребоваться.
Для каждого типа элементов определяется собственный набор атрибутов и методы, реализующие способы
представления данных. Методы представления данных построены как шаблоны документов для типов
элементов, в которые в указанные специальной разметкой места подставляются значения атрибутов
элемента. Запрос пользователя на получение информации всегда выглядит как вызов метода (шаблон)
конкретного элемента. Сервер приложений ЛЕММА подставляет данные элемента в требуемый шаблон и
полученный в результате документ отправляет пользователю. В стандартном варианте обмен данных между
пользователем и сервером приложений ведется по протоколу HTTP. Таким образом, создаваемые учебные
курсы доступны через Интернет. Язык разметки позволяет реализовать в выходном документе циклическую
вставку данных элементов, связанных с текущим элементом, и ряд других средств подготовки документа.
Вместе с возможностью организации обработки данных на клиентской стороне (например, с помощью
языков сценариев), шаблоны представляют достаточно мощное средство для построения развитых
интерфейсов к БД. Для наиболее стандартных наборов типов элементов (курс – главы – подглавы - уроки,
словарь – термины – персоналии – события – библиографические ссылки и т.п.) существуют готовые
реализации, которыми автор может воспользоваться. При желании можно расширить уже имеющуюся
реализацию или создать новый тип элементов. Если новый тип элементов или целая структура из
нескольких типов элементов, вместе с методами представлений и взаимными связями между типами, может
оказаться полезным в других учебных ресурсах, то такую информацию можно поместить библиотеку
структур данных для повторного использования. В любой момент разработки и эксплуатации учебного
курса можно расширить набор типов элементов учебного курса или изменить какой-либо из типов, добавив
или удалив атрибуты, а также добавив или удалив возможные типы связей между элементами.
На базе системы ЛЕММА был построен ряд доступных через Интернет продуктов учебного
назначения, которые успешно используются в учебном процессе НГУ и в научной работе. Опыт построения
ресурсов показывает, что точная настройка модели данных на предметную область значительно улучшает
качество предоставляемой информации, а система ЛЕММА является инструментом для разработки и
поддержки учебных ресурсов, позволяющим эффективно строить модель данных и расширять ее в процессе
разработки и использования ресурса в зависимости от потребностей создаваемого учебного ресурса.