Актуальность ОПАК для системы современного образования

Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного российского общества является информатизация образования. Этот процесс инициирует совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно-педагогической формации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей; совершенствование мето­дологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, воспитания, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества; создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала, формирование умения самостоятельно приобретать знания, осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность; разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации; создание и использование компьютерных тестирующих, диагностирующих методик контроля и оценки уровня знаний обучаемых.

Мировая практика подтверждает возможность совершенствования образования на основе широкого внедрения методов и средств современных компьютерных информационных технологий и в первую очередь — персональных компьютеров (ПК).

Организация процесса обучения на основе использования возможностей информационных технологий позволяет на более высоком уровне решать задачи развивающего обучения, интенсифицировать все уровни учебно-воспитательного процесса, готовить пользователей к применению современных информационных технологий и специалистов в области информатики и компьютерной техники.

В связи с вышеизложенным к компьютерным системам в образовании должны быть предъявлены следующие требования:

1. Высокая универсальность и адаптируемость к разнообразным условиям и методам использования в широком спектре выполняемых функций; достаточное быстродействие при реализации этих функций.
2. Обеспечение одновременной независимости работы учащихся на рабочих местах по одинаковым или разным программам; обеспечение управляемой взаимосвязи между учащимися для организации совместной работы; наличие в составе системы ряда рабочих мест.
3. Обеспечение возможности протоколирования хода решения системы учебных задач на каждом рабочем месте.
4. Наличие развитых средств отображения графической и текстовой информации, а также средств ввода и манипулирования этой информацией; необходимое качество экранных средств, широкие возможности построения динамичных изображений.
5. Простота и доступность интерактивного взаимодействия обучаемых с персональным компьютером (ПК) в процессе обучения, гибкая настройка формы этого взаимодействия применительно к конкретным условиям и задачам.
6. Адаптивность к индивидуальным и возрастным особенностям, к возможностям обучаемых.
7. Простота и удобство при эксплуатации неподготовленными пользователями; высокая надежность в этих условиях.
8. Защищенность от случайных и преднамеренных неверных действий учащихся и преподавателя.
9. Гигиеничность и безопасность работы со всеми элементами средств компьютерной техники.
10. Минимальная стоимость при требуемых функциональных возможностях.
11. Простота и удобство в обращении, применении и разработке программного обеспечения.

Конкретные требования учитывают как общие критерии применения ОПАК в системе среднего образования, так и условия пилотного проекта по созданию ОПАК на базе открытого программного обеспечения. Данный документ определяет политику формирования типовых программно-аппаратных комплексов школьных компьютерных классов, объединенных специализированными сетевыми технологиями как на региональном, так и на федеральном уровне в единое информационное пространство.

Требования к программному обеспечению ОПАК

Требования к программному обеспечению вычислительной техники, применяемой в образовании, определяются уровнем развития вычислительной техники, а также местом информационных технологий в учебном процессе и в жизни школы. ОПАК представляет собой многофункциональный комплекс, центр информационных технологий в учебном заведении.

Основное назначение ОПАК - проведение плановых учебных занятий и разнообразной внеклассной работы учащихся и преподавателей, а также информационное обеспечение работы администрации учебного заведения.

При оснащении телекоммуникационным оборудованием ОПАК включается в единое информационное пространство, становится технологическим центром для ведения разнообразных Интернет-проектов. ОПАК предоставляет всем ученикам и преподавателям средства работы с электронной почтой, с ресурсами Интернета, со специализированными образовательными ресурсами, локальными и удаленными порталами и др. ОПАК имеет все необходимые инструменты для подготовки различных школьных изданий, включая печатную продукцию и мультимедиа-публикации. Многоплановость применений комплекса учебной вычислительной техники обуславливает подбор соответствующих программных средств.

Программное обеспечение, входящее в ОПАК, делится на 4 основные группы:

1. Базовое программное обеспечение
2. Инструментальные программные средства общего назначения
3. Программные средства учебного назначения
4. Специализированное программное обеспечение.

Конкретный перечень программного обеспечения, включаемого в ОПАК, регламентируется нормативными документами Министерства образования РФ или, при отсутствии таковых, определяется договором с заказчиком.

Общие требования для всех групп программного обеспечения

1. Легальность устанавливаемого ПО.
2. Обеспечение квалифицированной технической поддержки, консультаций и других форм сопровождения.
3. Соответствие характеристикам, комплектации, классу и типу компьютеров, а также архитектуре применяемой вычислительной техники.
4. Надежность и работоспособность в любом из предусмотренных режимов работы, как минимум, в русскоязычной языковой среде.
5. Наличие интерфейса, поддерживающего работу с использованием русского языка и национальных языков РФ. Для системного и инструментального программного обеспечения допустимо наличие интерфейса на английском языке.
6. Наличие документации, необходимой для практического применения и освоения программного обеспечения, на русском языке.
7. Возможность использования шрифтов, поддерживающих работу с кириллицей.
8. Наличие спецификации, оговаривающей все требования к аппаратным и программным средствам, необходимым для функционирования данного программного обеспечения.
9. Программное обеспечение, предоставляемое с исходными кодами и инструментальными средствами для последующих модификаций, является более предпочтительным.

Состав базового программного обеспечения (БПО)

БПО включает в себя системное ПО, серверное ПО и прикладное пользовательское ПО универсального назначения. Системное ПО предназначено для контроля и управления ресурсами вычислительного комплекса, включая периферийное оборудование, а также для осуществления доступа к ним со стороны прикладных программ и непосредственно со стороны пользователя с учетом их системных прав и привилегий.

К системному ПО относятся:

• операционные системы;
• сетевые подсистемы;
• средства обеспечения безопасности информации, контроля и разграничения доступа;
• средства резервного копирования и восстановления информации;
• другие специализированные программы (утилиты), расширяющие возможности операционной системы.

При поставке системного программного обеспечения на жестком диске поставляемых компьютеров (преинсталляция) должен быть предусмотрен также комплект установочных носителей и документации (дистрибутив) и/или средства для его создания.

К серверному ПО относятся:

• базовые сервисы для работы в локальной сети (файловые, печати, аутентификации и авторизации и др.);
• сервисы удаленного запуска приложений;
• базовые Интернет-сервисы (электронная почта, WWW, FTP, DNS и др.);
• базы данных;
• портальные сервисы.

Прикладное пользовательское ПО универсального назначения определяет основные формы использования современных компьютеров подавляющим большинством пользователей, не являющихся профессионалами в области вычислительной техники. Программное обеспечение базовых информационных технологий выступает как объект изучения в ряде базовых курсов информатики для средней школы. Это же программное обеспечение находит широкое применение при преподавании естественно-научных и гуманитарных дисциплин. Овладение соответствующими пакетами является базисом для эффективного использования современных информационных технологий. Данное программное обеспечение может быть использовано при решении административных задач.

К этой группе относятся:

• текстовые процессоры;
• электронные таблицы;
• системы управления базами данных;
• системы компьютерной графики (компьютерных презентаций);
• системы работы с компьютерными телекоммуникациями (электронная почта, WWW и др.)

Области и формы применения базовых информационных технологий в общеобразовательной школе определяют требования к соответствующему программному обеспечению

В ОПАК должен быть представлен полный набор базовых информационных технологий. Программное обеспечение должно обеспечивать возможность переноса информации из одного документа в другой в рамках единого пользовательского окружения.

Требования к телекоммуникационной системе

Программное обеспечение должно соответствовать одной из принятых сетевых технологий в зависимости от используемой в сети (сетях), с которой (которыми) работает школа.

Портальное программное обеспечение и система электронной почты должны иметь средства авторизации доступа, контролирующие и регулирующие доступ каждого абонента к информации.

Рекомендуется наличие автоматического обмена информацией по сети в рамках единого информационного пространства без участия оператора.

Требования к инструментальным средствам

Среди инструментальных программных средств общего назначения рекомендуется наличие систем программирования и авторских систем, поддерживающих различные парадигмы и технологии программирования (разработки приложений).

Требования к инструментальным программным средствам общего назначения

При поставке программного обеспечения этой группы должны быть предусмотрены механизмы приобретения усовершенствованных версий (upgrade). Рекомендуется наличие систем программирования и авторских систем, поддерживающих различные парадигмы и технологии программирования (разработки приложений).

Требования к программным средствам учебного назначения

Программные средства учебного назначения рекомендуются к применению только при наличии сертификата Министерства образования Российской Федерации. Состав специализированного ПО определяется профилем учебного заведения и спецификой проведения дополнительных занятий.

Аппаратный состав комплекса

В ОПАК входят:

1. Рабочие места обучаемых и преподавателя (количество определяется заказчиком) с предустановленным ПО.
2. Серверный комплекс с предустановленным ПО.
3. Средства подключения локальной сети.
4. Печатающее устройство.
5. Средства выхода в глобальную сеть Интернет.
6. Базовый комплект программного обеспечения.
7. Базовый комплект эксплуатационной документации.

Специализированные дополнительные компоненты, не входящие в базовую поставку:

• дополнительное оборудование для конкретных применений (веб-камеры, плоттеры);
• прикладное программное обеспечение для конкретных применений (специальные обучающие программы);
• методическое обеспечение.

Требования к рабочим местам

Все рабочие места — как преподавателя, так и учеников — должны быть совместимы на модульном уровне. Каждое рабочее место должно состоять из следующих основных элементов:

1. Устройства отображения информации (видеомонитора).
2. Универсальной алфавитно-цифровой и полифункциональной клавиатуры с программируемыми функциями.
3. Системного блока (или блока тонкого клиента).
4. Средств пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией (типа «мышь», «трекбол» и т.п.).
5. Средств ввода и вывода звуковой информации — микрофон, наушники (или активная акустическая система).
6. Внешних запоминающих устройств (ВЗУ) — в зависимости от комплектации.

Разработки ПО с открытым кодом

Зародившееся в конце прошлого столетия в научной и учебной среде движение по созданию программного обеспечения с открытым кодом (Open Source) на переломе тысячелетий превратилось в мощнейшую силу. Если раньше такие проекты были известны только узкому кругу специалистов, то нынче это серьезная часть рынка ИТ услуг. Даже такие гиганты компьютерной индустрии как IBM и Microsoft схватились в битве за Open Source.

Ни для кого не секрет, что основной движущей силой развития всей ИТ индустрии являются именно учебное и научное сообщество. Pascal, Multics-UNIX, ARPANET-Internet и многие другие проекты, без которых немыслим пейзаж современной компьютерной индустрии, — все это родилось в университетских лабораториях. Модель развития ПО с открытым кодом аналогична модели существования научного сообщества: все результаты исследований становятся доступны всем членам сообщества, любой может их повторить и использовать в дальнейших работах. Именно поэтому ПО с открытым кодом является идеальной средой для обучения как самым современным компьютерным технологиям, так и технологиям, давно ставшим абсолютным стандартом в мире информационных технологий.

Степень открытости программного проекта определяется видом лицензии, под которой авторы предоставляют его остальному сообществу. В Open Source Definition сформулированы основные требования открытых лицензий. Наиболее распространенные виды лицензий:

• GPL, LGPL
• BSD, MIT
• Apache, Artistic, Zope....

Некоторые проекты могут предлагаться под несколькими видами лицензий одновременно, например, свободной и коммерческой.

При традиционной схеме распространения проприетарного ПО покупатель приобретает, по сути дела, только некое право использования бинарного кода продукта на основании лицензии. Это право зачастую ограничивается количеством пользователей, компьютеров, процессоров, других ресурсов. Обновления к таким системам часто распространяются за отдельную плату. Невозможно изучение и использование в своих программных проектах исходного кода приобретенных систем, поскольку он либо не предоставляется вовсе, либо на его использование накладываются серьезные ограничения.

При использовании продуктов из мира Open Source потребитель волен выбирать по сути дела не поставщика программного обеспечения, а поставщика необходимой ему услуги (разработка, внедрение, сопровождение). Этот отражает глобальную тенденцию смещения ИТ-бизнеса из сферы продажи продуктов в сферу сервиса. В любой момент поставщик услуги может быть сменен, при этом сделанные капиталовложения не теряются.

Полнофункциональные наборы такого ПО (дистрибутивы) также могут быть:

• некоммерческими — развиваемыми и поддерживаемыми сообществами разработчиков (наиболее известные из них — Slackware, DebianGentoo...)
• коммерческими  — развиваемыми и поддерживаемыми коммерческими компаниями (наиболее распространенные — Red Hat, Suse Novell, Mandrake...)

Для решения особых задач могут создаваться специализированные дистрибутивы, включающие в себя набор программных пакетов и их конфигураций, оптимальный для данной области применения.

Open Source проекты уже давно стали стандартом де факто в научной среде и завоевывают все более прочные позиции в сфере высшего образования. Наиболее успешным и динамично развивающимся Open Source проектом является Linux и складывающаяся вокруг него инфраструктура. На данный момент созрели все предпосылки для широкого внедрения такого программного обеспечения в процессы комплексной автоматизации системы образовательного процесса.

Движение Open Source предоставляет полнофункциональный набор программного обеспечения, позволяющего построить как целостную сетевую инфраструктуру, так и рабочие места, удовлетворяющие всем потребностям пользователей. Бросим беглый взгляд на свободное программное обеспечение, удовлетворяющее нашим потребностям.

Базовое программное обеспечение (БПО)

служит для обеспечения стандартного набора функций для построения серверной структуры и клиентского рабочего места

• Инфраструктурные компоненты
  • Операционная система:
    • Ядро ОС. Наиболее распространенные: Linux, BSD-подобные системы (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
    • Базовый набор утилит (обычно из проекта GNU).
  • Сетевые сервисы (файловый сервис, печать, WWW, DNS, LDAP, DHCP, SSH, FTP и т.д.)
  • СУБД (PostgreSQL, MySQL, SQLite и т.д.)
  • Распределенные вычисления:
    • Кластеры высокой надежности (Cluster Manager)
    • Кластеры вычислительные (MPI, PVM)
    • Кластеры, балансирующие нагрузку (Piranha)
    • GRID средства, объединяющие вычислительные ресурсы (в том числе и территориально удаленные) в так называемые “Виртуальные организации”
  • Пользовательское ПО
    • Средства для организации рабочей среды пользователей
    • Средства работы с Интернетом (WEB, e-mail)
    • Офисные программные пакеты
    • Мультимедиа (графика, видео, аудио)
  Специализированное программное обеспечение
  в данном случае это средства для построения автоматизированной системы управления учебным заведением и ведения учебного процесса
  • средства автоматизации процесса управления
  • средства разработки ПО
  • специализированные программные средства для обучения по конкретным предметам

Одной из важнейших особенностей такого ПО является его удивительная гибкость. В отличие от традиционных систем типа Microsoft Windows, вся парадигма построения которых направлена прежде всего на автоматизацию работы офиса небольшой фирмы, системы Open Source вырастали из мира UNIX, где во главу угла была поставлена задача организации рабочего места профессионала. Причем профессионала не обязательно в области информационных технологий. Поэтому как вся система, так и программное окружение каждого пользователя могут быть составлены из независимых модулей, связанных между собой четко описанными интерфейсами взаимодействия. Такая конфигурация может быть идеально настроена на круг решаемых задач, квалификацию пользователя, мощность оборудования и даже время суток.

Образовательный программно-аппаратный комплекс (ОПАК) может быть целиком построен на решениях с открытым кодом, в частности, на платформе Linux. Целостный программно-аппаратный комплекс предназначен для комплексной автоматизации учебного заведения. Основные функции которые должен выполнять ОПАК:

1. Единая среда для учащихся (учебные материалы, пространство для ведения учебных заданий, возможность организации совместной работы групп по интересам).
2. Рабочая среда для учителей (учебные планы, расписание занятий, средства автоматизации проведения уроков и проверки знаний учеников и т.д.).
3. Автоматизация работы школьной администрации (бухгалтерия, средства контроля и управления учебной деятельностью, административно-хозяйственный блок и т.д.).
4. Дальнейшее развитие школьной ИТ инфраструктуры позволяет развивать сферу дополнительных информационных услуг (школьный портал для работы с родителями и группами бывших выпускников, предоставление информационно-образовательных ресурсов всем заинтересованным и т.д.).

Вся школа представляется в виде единого информационного ресурса с общими средствами управления и стандартными пользовательскими интерфейсами.

В качестве программной основы такого комплекса предлагается операционная система Linux. Она может быть использована как в серверном, так и в клиентском вариантах, в том числе по схеме “тонкий клиент”. Имеющееся на данный момент ПО позволяет использовать компьютеры и учащимся с ограниченными возможностями, поддерживается специальное оборудование (например терминалы с поддержкой азбуки Брайля).

В качестве консолидирующего ПО предлагается использовать портальные технологии (Plone). Стандартный портал предусматривает наличие единой среды для размещения информации и дальнейшего его предоставления по стандартным механизмам WWW.

При этом предусматривается авторизация пользователей, осуществляется контроль за их правами, последовательностью прохождения тех или иных документов (workflow).

Данное ПО позволяет интегрировать содержимое портала в уже имеющуюся ИТ инфраструктуру, например непосредственно в окружение пользовательского рабочего стола.

На базе портала возможно развертывание программного комплекса для автоматизации учебного процесса и обеспечения работы администрации.

Попробуем теперь чуть подробнее рассмотреть возможность использования свободного ПО в учебном процессе.

Базовые компьютерные технологии. При помощи открытого ПО можно проводить обучение использованию всех основных компьютерных технологий:

• Рабочий стол, работа с файлами (GNOME, KDE)
• Сетевые сервисы (файловый, печати)

• Интернет (WEB, E-mail)

  

• Офисное ПО (OpenOffice.org, GNOME Office, KDE Office)

  

Gcompris (http://gcompris.net)

Среда для работы с образовательными ресурсами (в том числе и игровыми) для детей от 3 до 10 лет. Например:

• обучение работе с компьютером — работа с клавиатурой, мышью и т.д.;
• математика — вычисления, развитие памяти и т.д.;
• наука и техника — работа шлюза, круговорот воды в природе, принципы работы подводной лодки и т.д.;
• география — расположить страны на карте и т.д.;
• чтение — практика в чтении и т.д.;
• игры — шахматы, тренировка памяти и т.д.;
• другие  — головоломки с известными картинами, векторный графический редактор и т.д.

Более 60 ресурсов, возможность создания новых.

KDEEdu (http://edu.kde.org/)

В рамках проекта по созданию графического пользовательского окружения KDE уже долгое время ведется работа по созданию комплекта обучающих программ по различным дисциплинам:

• Обучение языкам — KhangMan, KLettres, KmessedWords, Kverbos, KvocTrain, Kiten, Klatin, Klettres, KmessedWords, Kverbos, KvocTrain, Kiten
• Математика — KBruch, Kig, KmPlot, Kpercentage

• Химия — Kalzium

  

• Астрономия — Kstars

  

• Экзаментор — Keduca
• Прочее — FlashKard, Ktouch, KwordQuiz, KTurtle
  

Информатика

С использованием свободного ПО возможно проводить обучение как классическим технологиям программирования, так и самым современным.

Языки программирования:

• классические учебные языки — Logo, BASIC, Pascal и т.д.;

  

• классические языки программирования — Fortran, C, C++, Lisp, Prolog и т.д.;
• новые языки — Java, C# (Mono);
• современные интерпретирующие языки сверхвысокого уровня — Perl, Python, Ruby, Eiffel.

Средства разработки и интегрированные окружения: Emacs, Eclipse, Kdevelop, Glade, CVS, Make, autoconf и др.

Современные информационные технологии:

• WEB (Apache, Perl, Python, PHP, Zope)
• Базы данных — SQL (PostgreSQL, MySQL, SQLite и т.д.)
• Средства удаленного вызова процедур и методов — RPC, CORBA, SOAP
• Платформы разработки многоуровневых корпоративных приложений — 2EE, .NET

Другие сферы знаний

Понятно, что учебный процесс не кончается за теми рамками, что мы только что очертили, а для кого-то здесь только начинается. Школьная газета или журнал, работа с графикой, звуком и видео, изготовление моделей или даже выкроек одежды, география, история и многое, многое другое — во всем этом вам могут помочь программы из мира Open Source, например:

Издательская деятельность:

• Классические издательские системы: TeX, LaTeX
• Интегрированные пользовательские среды для них: Lyx/KLyx, TeXMacs, Kile
• WYSIWIG: Scribus, Passepartout
• Средства для работы с SGML и XML (DocBook, TEI)

Графика: GIMP, Dia, Kpaint, Sketch, Xfig и т.д.

Работа с аудио/видео данными: см., например, проект “Planet CCRMA” Стэнфордского университета по превращению Linux-системы в профессиональную аудио-видео станцию.

Средства автоматизированного проектирования (CAD/CAM): QCAD, PyCAD и т.д.

Картография ГИС: GRASS, Quantum GIS (QGIS), UDIG, PHPGIS, Cartographic Objects for Zope (ZCO), PostGIS  и т.д.

и даже Игры: Free Civilization, Katomic и т.д.