Необходимость информатизации образовательного процесса сегодня уже ни у кого не вызывает сомнения. Это в первую очередь обусловлено не только требованием руководства страны, а в первую очередь самой жизнью.

    На первом этапе решалась проблема оснащения образовательных учреждений оргтехникой и обучение её использования. Второй этап, который проходит в настоящее время – это научить эффективному её применению.

   Прошёл ровно года, когда из стадии апробации, ПК «Портал-ММК» стал использоваться в школах края. И вот мы готовы представить вашему вниманию новую информационно-образовательную среду «Живой учебник».

 

    Не открою Америку, любой преподаватель, кто делает какой-то ЦОР, разрабатывает новые формы представления учебного материала, обязательно сталкивается с требованиями школьной программы, и соответствием стандартам образования. А они (по общепринятому понятию) изложены в учебнике. Т.е. как бы учитель не «изворачивался», чтобы не придумывали программисты, учебник – настольная книга, как для ученика, так и учителя. Но соответствует ли современный учебник требованиям как «вещи», который ежедневно держишь в руках, читаешь и перечитываешь?

   Лично меня материальная форма современных учебников не устраивает. Конечно, здесь сказывается форма. Печатный вид имеет свои ограничения. Это и объем листов, его вес (5 учебников в ранце потянут на 3 кг), полиграфические возможности и т.д. В итоге получаем «книжку» совсем не интересную. В условиях, когда ученик имеет возможность смотреть по ТВ различные программы, читать журналы, добавился Интернет, содержание учебника для него стало выглядеть скучным.

    Это все понимают и решают эту проблему, насыщая уроки разнообразным мультимедиа материалом. На уроке эта проблема решаема, а вот ученик приходит домой, открывает учебник, по которому ему задали задание (математика, геометрия, физика и т.п. и т.д.) и унывает…

    На мой взгляд, учебник обязан (особенно в точных науках) дать ученику ответы на основные вопросы, но печатный учебник сделать этого не в состоянии. Как можно было бы решить эту проблему?

 

    Как один из вариантов решения – работать с нетттопом, по этому пути идут в Тайване, Сингапуре, Китае, Корее, БукРидером, как планируют в Москве, Татарстане, США, либо в виде веб-приложения, как в некоторых европейских странах.

    Мы отдаём предпочтение варианту с неттопом и предлагаем сделать учебник «живым», не просто мультимедийным, а предоставляющим возможность второго «Я» и учителю и ученику.

Поэтому мы и решили, что учебник должен:

·        Иметь то, что уже имеет;

·        Быть развивающимся - иметь возможность дополняться и «развиваться» с помощью пользователей (учителей и учеников);

·        Быть «живым» - иметь специфику пользователя на основе работы с ним пользователем, т.е. второго «Я» пользователя, давать возможность получать он-лайн консультации у преподавателя, товарищей;

·        Предоставлять возможность работы в классе или дистанционно совместно с Портал-ММК и руководством учителя.

 

Работая над проектом, мы получили два программных продукта.

Первый - в виде редактора «Портал-ЭМИ» - инструмент для создания содержательной части (учебного материала), который позволит создать «матрицу» - сам стандартный учебник с материалом, с открытой развивающейся архитектурой под действием пользователя с поддержкой разных форматов.

Если все перевести на понятный простой язык, то этот редактор обеспечивает:

·  создание учебника (журнала, газеты, книги) в электронном виде с интерактивным материалом в одной оболочке в виде глянцевого журнала (свободное размещение материала);

·  создание библиотеки учебной литературы за весь период обучения в школе, портфолио ученика, ответов для проверки;

·  при инсталляции оболочки, появляется возможность добавить по ходу содержания учебника в специализированном связанном разделе. Пользователь может сторонний материал прикрепить в виде презентации, комментариев, аннотаций, форм и прочего.

 

    Стоит отметить, что страницы в таком учебнике (книге, журнале) не html или xml формата, а бинарные файлы. Таким образом, пользователь, при формировании страницы работает с содержанием как с отдельными объектами. Тексты, фрагменты текста, картинки, видео располагаются слоями и их можно редактировать, придавать самостоятельные стили, поворачивать и размещать друг под другом. После создания страницы, она компилируется в самостоятельный бинарный файл.

 

    Второй – это сама информационная среда «Живой учебник». Учебник в этой среде стал чем-то в виде «личного учебника - записной книжки» - личностно-ориентированного типа. Т.е. содержащий в структуре не только сам учебный материал, но и средства организации продуктивной деятельности учеников, относящейся к развитию их личностных качеств и специфике учебного предмета.

   У учителя такой учебник в среде в течение 2-3 лет постоянно пополняется новым материалом в разнообразном формате.

   У ученика учебник дополняется личными работами, работами его одноклассников и текстами первоисточников, которые он выбирает для себя сам. Личный учебник отличается от общего наличием в нем ученического компонента. Это уже не просто учебник, а некий его синтез с портфолио ученика.

 

•  Альтернатива стандартному бумажному учебнику;

•  Интерактивный учебный материал;

•  Методические рекомендации, практические задания, выстраивающие вектор обучения;

•  Сборник специальных заданий и упражнений;

•  Рабочая тетрадь ученика для выполнения заданий;

•  Обратная связь с учителем, взаимодействие с информационной образовательной средой в Интернете, друзьями, получение консультаций;

• Портфолио ученика с его самостоятельными творческими работами;

• Электронный секретарь, ежедневник ученика;

• Электронная библиотека, энциклопедия, справочники;

• Электронный носитель на базе неттопа, содержащий всю программу по предметам обучения за весь школьный курс.

 

Планируется расширение функционала.

 

    Как показала апробация в школах края, использование Живого учебника в образовательном процессе автоматически вызвал цепную реакцию во многих структурных подразделений системы образования, образовательных учреждений, смежных отраслях:

    1. Преобразуется и активизируется роль библиотек. Библиотека становится местом частого и активного посещения, как учениками, так и преподавателями. И на этом фоне, у учеников повышается интерес к печатной книге вообще.

   2. Резко вырастает информационная грамотность пользователей, и компьютер перестаёт быть только источником развлечений, а становится рабочим инструментом. Учащиеся в работе с компьютером подключают и родителей.

   3. Школа, административный аппарат, вынуждена поддерживать в школе высокий и работоспособный информационный фон, что положительно сказывается на общем уровне использовании средств информатизации образовательного процесса.

   4. Значительно расширяется роль образовательной информационной сети. Образовательные учреждения, учёные, методисты, преподаватели, ученики, получив доступный инструмент для создания интерактивного учебного материала и не требующего расходов на публикацию (достаточно размещения его в электронной базе образовательной среды и он попадёт как в электронные библиотечные хранилища, так и непосредственно пользователям) активнее участвуют в создании содержательного учебного материала.

   5. Активируются смежные отрасли: разработчики ПО, телекомпании, держатели Интернет контента, авторы учебного материала получили доступного потребителя своих работ и обратную связь с ним.

 

    В системе образования приступили к реализации образовательной инициативы «Наша новая школа». Её смысл заключается в создании современной школы, такой школы, которая способна раскрыть личность ребёнка, способна воспитать в детях интерес к образованию, к учёбе; способна быть современной, адекватной нашей жизни образовательной системой.

 

«Живой учебник» учащимся

• облегчает понимание изучаемого материала за счет иных, нежели в печатной учебной литературе, способов подачи материала: индуктивный подход, воздействие на слуховую и эмоциональную память и т.п.;

• допускает адаптацию в соответствии с потребностями учащегося, уровнем его подготовки, интеллектуальными возможностями и амбициями;

• освобождает от громоздких вычислений и преобразований, позволяя сосредоточиться на сути предмета, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач;

• предоставляет широчайшие возможности для самопроверки на всех этапах работы;

• дает возможность красиво и аккуратно оформить работу и сдать ее преподавателю в виде файла или распечатки;

• исполняет роль бесконечно терпеливого наставника, предоставляя практически неограниченное количество разъяснений, повторений, подсказок и проч.

• Учебник необходим, поскольку без него он не может получить прочные и всесторонние знания и умения.

 

«Живой учебник» преподавателю

• позволяет выносить на лекции и практические занятия материл по собственному усмотрению, меньший по объему, но наиболее существенный по содержанию, оставляя для самостоятельной работы с ЖУ то, что оказалось вне рамок аудиторных занятий;

• освобождает от утомительной проверки домашних заданий, типовых расчетов и контрольных работ, передоверяя эту работу компьютеру;

• позволяет оптимизировать соотношение количества и содержания примеров и задач, рассматриваемых в аудитории и задаваемых на дом;

• позволяет индивидуализировать работу, особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий.

• такой учебник в процессе педагогической практики постоянно пополняется материалом, который сразу тематически привязан к конкретному месту.

--------------------------------------------------------------------------

 

Перегуда Е. С. – канд. техн. наук, начальник отдела разработок OOO «Портал Хабаровск», 2010

(перпективная научная разработка ООО Портал Хабаровск) 

 

    Построение среды виртуальной реальности, адекватно соотнесенной окружающему миру, является важной задачей для развития технологических и учебно-методических направлений цифровых технологий. При построении виртуальной среды исходным материалом выбираются фотографические снимки моделируемых объектов. Особое внимание уделяется реставрации фотографических изображений и разработке алгоритмов качественного масштабирования, для целей которого выбран математический аппарат фрактальных преобразований. Построение моделей виртуальной реальности с использованием фрактальных преобразований позволяет достичь высокой детализации.

 

   Информационные системы, окружающие человека имеют важное, и зачастую критическое значение для нормального функционирования и развития общества. Известный тезис об информационной деревне, выдвинутый в США в начале 70х годов 20 века, точно выражает эту зависимость. Современная жизнь немыслима без современной сотовой связи, быстрого доступа в Интернет, цифрового телевидения и т.п.

  

   Однако современные информационные системы генерируют огромное количество информации. Появление цифровых систем связи привело к взрывообразному росту информации об окружающем мире, и, как результат, возникла проблема в ее обработке. Особенно это относится к фотографиям.

Фото изображения по своей природе обладают огромной избыточностью, но также несет огромное количество информации. Спутниковые системы наблюдения каждую секунду делают свыше тысячи снимков земной поверхности с большим разрешением, создавая огромное количество информации, но возникает проблема быстрой обработки этой информации. Спецификой обработки фотографии является то, что по своей природе обычная фотография является проекцией трехмерного пространства на двухмерную плоскость. И как результат теряется информация о трехмерной структуре объектов.

 

   Одним из вариантов решения этой проблемы является построение стереоизображений. Но данное решение ориентировано на участие в обработке информации оператора-человека. Задача построения трехмерной модели пространства на базе двухмерной проекции представляется весьма актуальной, но данную задачу решить не просто. Трудно представить десятки тысяч человек, которые только и занимаются тем, что сидят перед мониторами, анализируют изображения и строят вручную их трехмерные модели. Очевидно, что такой подход приведет в тупик. Очень часто существует необходимость построения точной модели объекта в режиме реального времени.

   

   Задача автоматизации процесса построения трехмерной модели на базе фотографии нетривиальна. Задача заключается в создании экспертной системы, обладающей зачатками искусственного интеллекта. Выделить из фотографии искомый объект на окружающем фоне специально обученному человеку не представляет большой сложности, но математически описать данный процесс очень сложно. Одним из вариантов является применения специальных методов обработки фотографий.

  

   Перспективным является создание нового формата фотографирования – «аэрозольный слепок». Данный формат фотографирования предполагает обработку множества двухмерных фотоснимков. После обработки снимков появляется возможность преобразование реальности и работа с ней в условиях онтологической виртуальной реальности. Однако, большое количество исходных фотографий для своей обработки требует значительных затрат времени математической обработки на персональных компьютерах. Вычислительными мощностями, способными решить эту задачу за короткое время, обладают только суперкомпьютеры. В России данный ресурс очень ограничен. Но потребность в построении виртуальных моделей очень велика. Полученный результат достаточно успешно находит применение как в изучении предметов, объектов, управлении территориями, промышленности, образовании, борьбе с терроризмом и др.

  

   В Хабаровском крае создание виртуального пространства на базе исходных фотографий может найти очень широкое приложение: построение трехмерных моделей труднодоступных областей края, создание трехмерных карт городов и поселков края, создание виртуального учебно-методического комплекса.

Программно-вычислительный комплекс - «аэрозольный слепок» формируется из трех частей: источника визуальных данных, программы обработки и среды визуализации.

 

    Источники визуальных данных различны: спутниковые фотографии, аэрофотосъемка, фотографии объектов на местности, съемки подводных объектов. Цифровые фотографии характеризуются рядом ограничений, оказывающих влияние на качество изображения. Важно отметить, что сам процесс захвата изображения на носитель информации ограничивает возможность захвата мелких деталей, размеры которых меньше граничного значения. В технологии фотографирования на целлулоидную пленку данное значение ограничивается размерами «зерна», в технологии цифрового фотографирования данное значение ограничивается размерами единичного фотоэлемента фотографической твердотельной матрицы. Кроме этого, для цифрового фотографирования характерны ограничения цветового пространства, чувствительности цветового спектра, шума темнового тока, и т.п. Для оптимальной работы комплекса необходимо учитывать специфику искажений, вносимых технологией цифрового фотографирования, и реализовывать реставрацию цифровых данных.

 

   Важной частью программного комплекса является программная обработка данных. Особенно это относится к задаче реставрации изображения. Кроме реставрации особое значение имеет масштабирование изображения. Для спутниковых фотографий очень сложно получить изображение высокого разрешения, с большим количеством деталей. Для решения этой задачи предлагается использовать новейший математический аппарат фрактального преобразования. Отличительной особенностью этого нового решения является возможность описания изображения в терминах самоподобных структур. Самоподобие является фундаментальным понятием в описании природных процессов. Масштабирование изображения в 2, 4 и более раз посредством фрактального преобразования позволяет добавлять новые детали исходя из концепции «наибольшей естественности». Данная обработка эффективна, но вычислительно – затратная (предложен ряд решений для уменьшения вычислительной сложности [1]). Кроме масштабирования, программная часть осуществляет выделение требуемого объекта из проекции окружающего пространства, выделения на объекте границ и вершин. На базе множества фотографий объекта с различных точек захвата строится трехмерный каркас из множества вершин, и заполняется соответствующей текстурой.

 

   Среда визуализации представляет конечную форму программного продукта, используемую пользователем. Для пользователя программная часть комплекса скрыта. Интерфейс программного продукта должен быть удобным и соответствовать известной концепции «дружественного интерфейса». Пользователь должен иметь возможность подробно изучать построенную модель объекта, видеть его структуру, и при необходимости, должен иметь возможность разбивать объект на отдельные элементы, для дальнейшего изучения. Это относится как к образовательным продуктам, так и к технологическим.

Таким образом, разработка нового формата фотографирования – «аэрозольный слепок» и развитие вычислительных мощностей края, является актуальной задачей и имеет как научный интерес, так и экономические перспективы.

 

1. Перегуда Е. С. Ускорение фрактального алгоритма в системах сжатия и передачи изображений.// ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. 2007. №6. С.2-7.

 

--------------------------------------------------------------

 

Кого заинтересовали данные темы, мы готовы ответить на все ваши вопросы в ходе конференции (Международная научно-практическая конференция «Суперкомпьютеры: вычислительные и информационные технологии» пройдет в Тихоокеанском государственном университете (г. Хабаровск) с 30 июня по 2 июля 2010 г.) или заочно.

Ждём ваших вопросов.