Автоматическое введение и проектирование "ЭК"

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ КУРСОВ

В статье описана программная модель системы автоматизации проектирования общезначимых, с минимальным влиянием субъективного фактора электронных курсов (САПР ЭК). САПР ЭК использует онтологию предметной области (ПдО). В автоматизированном режиме из ПдО строится онтология предметной дисциплины (ПдД), включающая в виде справочников электронных курсов описания понятий ПдД, примеры, лабораторные работы, тесты. В конце работы САПР ЭК конвертирует справочники ЭК  в соответствующие файлы Moodle. 

Ключевые слова: архитектура, онтология, предметная область, интегрированная информационная технология, предметная дисциплина, электронный курс,  UML.

Введение

Основные направления информатизации включают как важную составляющую e-learning, предполагает повышение качества образовательных услуг в  e-learning [1]. Одним из компонентов  e-learning являются ЭК.

Проектирование ЭК предполагает формирование множеств концептов, их описаний, отношений, примеров, лабораторных работ, тестов с минимальным влиянием субъективного фактора. Построение указанных множеств вручную является трудоемким процессом, как по времени, так и по количеству вовлечённых в процесс проектирования высококвалифицированных специалистов. Понимание важности создания инструментальных средств поддержки процесса проектирования ЭК заданной ПдД пришло практически одновременно с принятием парадигмы e-learning.

Методология проектирования онтологии ПдО, соответствующей ПдД ЭК предполагает формирование множеств концептов, отношений, функций интерпретации и аксиом. В настоящее время известно более ста инструментальных программных систем или онторедакторов с широким спектром характеристик и функциональных возможностей, обеспечивающих общезначимость и отсутствие субъективности онтологии ПдО. Накапливаются онтологии по различным ПдО. Использование соответствующей онтологии в начале проектирования ЭК гарантирует его добротность, общезначимость.

Постановка задачи

При проектировании ЭК используется онтология предметной области (ПдО), соответствующая предметной дисциплине (ПдД) ЭК. Онтология ПдО является результатом работы оригинального Инструментального комплекса онтологического назначения (ИКОН), основным назначением которого является реализация интегрированной информационной технологии автоматизированного построения онтологии в произвольной предметной области. Он выполняет анализ и обработку больших объемов неструктурированных данных, в частности лингвистических корпусов текстов на украинском и/или русском языке, извлечение из них предметных знаний с последующим их представлением в виде системно-онтологической структуры или онтологии предметной области [2] и библиотек справочной информации (БСИ).

Система автоматизации проектирования общезначимых электронных курсов (САПР ЭК), используя онтологию ПдО и БСИ должна построить ЭК соответствующей ПдД. При разработке программной модели САПР ЭК необходимыми этапами являются определение ее функций  и ее функциональная модель. В работе предлагаются  функции программной модели САПР ЭК и описание ее  функциональной модели.

Решение задачи

В автоматизированном режиме из ПдО, размещенной в БСИ как результат работы ИКОН, строится онтология предметной дисциплины, включающая в виде справочников ЭК описания понятий ПдД, примеры, лабораторные работы, тесты. В ПдО из БСИ содержатся общезначимые, общепризнанные ресурсы знаний для ПдД, что обеспечивает общезначимость создаваемого ЭК. Описание онтологии в БСИ дает основной учебный материал ЭК. Лабораторные работы и тесты вводятся при выборе соответствующих понятий ЭК вручную или из имеющихся электронных библиотек кафедры. На основе моделей адаптивного управления качеством можно адаптировать ЭК к потребностям студента [3].

 В конце работы САПР ЭК конвертирует справочники ЭК  в соответствующие файлы Moodle. 

Предлагаемая программная модель САПР ЭК выполняет следующие функции:

1.            Чтение OWL файла описания онтологии и вывод онтографа предметной области на экран (Рис. 1);

2.            Обеспечение автоматизированной выборки из онтографа необходимых понятий для ПдД учебного курса;

3.            Обеспечение удобного интерфейса выбора ветви онтологии ниже выделенной вершины (при щелчке мышкой по вершине, ветвь ниже вершины выделяется красным цветом, остальные вершины становятся полупрозрачными);

4.            Сохранение для анализа связей выделенного термина с другими понятиями сведений связях с соседними вершинами (для выделенной щелчком вершины в файл записывается имя, ближайшие связи (все смежные вершинны). Имя файла «Vibrannie.txt». Структура файла: *<имя понятия></имя смежного понятия></имя смежного понятия>… </имя смежного понятия>#);

5.            Чтение описания выбранного понятия из файла «OPIS_ONTOLOGY» и запись его в файл «LEC.txt».

6.            Обеспечение автоматизированной добавки к понятию лабораторной работы и запись ее в файл «LAB.txt». (Автоматизация предусматривает три варианта:

6.1  Экспорт лабораторной работы из электронного ресурса;

6.2  Ввод текста лабораторной работы вручную;

6.3  Отсутствие лабораторной работы для данного понятия);

7.            Обеспечение автоматизированной добавки к понятию теста и запись его в файл «TEST.txt». (Автоматизация предусматривает три варианта:

7.1  Экспорт теста из электронного ресурса;

7.2  Ввод текста теста вручную;

7.3  Отсутствие тестов для данного понятия);

8.            Обеспечение выполнения функций 5,6,7 для всех выбранных понятий.

9.            Конвертирование файлов текстов лабораторных работ в файлы Moodle;

10.          Конвертирование файлов тестов в файлы Moodle.

Рис.1 Окно модуля визуального представления онтографа

Функциональная модель САПР ЭК.

Для проектирования функциональной модели был выбран язык функционального моделирования UML (Unified Modeling Language). UML – язык графического описания [4]. В настоящее время разработаны средства визуального программирования на основе UML, обеспечивающие интеграцию, включая прямую и обратную генерацию кода программ, с наиболее распространенными языками и средами программирования, такими как Java, C++, C#, Visual Basic, Object Pascal/Delphi. Поскольку при разработке языка UML были приняты во внимание многие передовые идеи и методы, можно ожидать, что на очередные версии языка UML также окажут влияние и другие перспективные технологии и концепции. Кроме того, на основе языка UML могут быть определены многие новые перспективные методы. Язык UML может быть расширен без переопределения его ядра. Он является широко используемым стандартом. UML предоставляет широкий набор моделей [5,6].

Принимая во внимание все преимущества языка UML, на его основе была спроектирована функциональная модель САПР ЭК.

Функциональная модель САПР ЭК представляет собой набор диаграмм, ниже представлены:

§     диаграмма вариантов использования (рис. 2);

§     диаграмма активности (рис. 3);

Суть диаграммы вариантов состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров (actor), взаимодействующих с системой с помощью так называемых вариантов использования. При этом актором или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему. В свою очередь, вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актору.

Рис. 2 Диаграмма вариантов использования для основных функций САПР ЭК.

С помощью диаграммы активности (рис. 3) можно изучать поведение САПР ЭК с использованием моделей потока данных и потока управления. Диаграмма активности отображает некоторый алгоритм, описывающий жизненный цикл объекта, состояния которого могут меняться.

Диаграмма активности в отличие от блок-схемы, имеет более широкую нотацию. Например, на ней можно указывать состояния объектов.

Рис. 3. UML-диаграмма активности программной модели САПР ЭК

Исходными данными для системы САПР ЭК являются OWL-файлы содержащие описание онтологии предметной области (ПдО).

Структура файла OWL описания онтологии следующая:

<owl:Ontology rdf:about=""/>

  <owl:Class rdf:ID="Имя вершины уровня 1 ">

    <rdfs:subClassOf>

      <owl:Class rdf:ID="Имя вершины уровня 0"/>

    </rdfs:subClassOf>

  </owl:Class>

  <owl:Class rdf:ID=" Имя вершины уровня 2">

    <rdfs:subClassOf rdf:resource="# Имя вершины уровня 1"/>

  </owl:Class>

  <owl:Class rdf:ID=" Имя вершины уровня 2">

Визуальное представление фрагмента онтологии на рисунке 5:

Рис.5  Фрагмент онтографа ПдО

Программная реализация с использованием платформы Java Swing Framework. В отличие от других платформ, она не только предоставляет интерфейс разработки на основе шаблона MVC, но и сама реализована на его основе. Представлением является класс – наследник класса Frame. Вследствие организации событийной модели Java [7] на интерфейсах, контроллер представляет собой набор анонимных классов обработки соответствующих событий. Как и остальные платформы, Swing предоставляет разработку модели программисту.

Выводы

В работе предложена программная модель САПР ЭК, использующая результаты работы оригинального инструментального комплекса онтологического назначения (ИКОН). В автоматизированном режиме из ПдО строится онтология предметной дисциплины (ПдД), включающая в виде справочников ЭК описания понятий ПдД, примеры, лабораторные работы, тесты.

Библиотеки справочной информации ИКОН являются общезначимыми ресурсами знаний в заданной ПдД и в этом смысле они инвариантны при адаптации и оптимизации онтологической системы к целевому применению, в частности, при адаптации к задаче автоматизации разработки электронных курсов (ЭК) по определенной предметной дисциплине (ПдД).

Предлагаемая программная модель выполняет разработку общезначимых электронных курсов с минимальным влиянием субъективного фактора, уменьшением трудоемкости процесса, как по времени, так и по количеству вовлечённых в процесс проектирования высококвалифицированных специалистов.

Литература

1. Eduard Zharikov, Topical questions of implementation of information services in a network of University ,TEKA Kom. Mot. I Energ. Roln. – OL PAN, 2010, 10B, 331-337

2. Палагин А.В. Онтологические методы и средства обработки предметных знаний / А.В. Палагин, С.Л. Крывый, Н.Г. Петренко. – [монография] – Луганск: изд-во ВНУ им. В. Даля, 2012. – 323 с.

3. Vladimir Tkach, The adaptive control of higher education process quality of a university on a “teacher-student” level ,TEKA Kom. Mot. I Energ. Roln. – OL PAN, 2010, 10B, 241-246.

4. C. Marshall, Enterprise Modelling with UML, ISBN 0-201- 43313-3, Addison-Wesley, Reading, MA, 2000.

5.G. Booch, J. Rumbaugh, I. Jacobson, The Unified Modeling Language User Guide, Addison-Wesley, Reading, MA, 1999.

6. T. Quatrani, Visual Modeling with Rational Rose and UML, Addison-Wesley, Reading, MA, 1998.

7. Java Standard Edition Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html – Дата доступа: 11.05.2012