Systém pro podporu distančního vzdělávání Diplomová práce
! "
#$
F %&
HG DE
')(+* ? @ACB
,.-0/132 46587:9<;>=
Brno 2002
Ing. Milan Šorm
Chtěl bych na tomto místě poděkovat vedoucímu své diplomové práce, RNDr. Jaroslavu Pelikánovi, Ph. D., za pomoc a rady, které mi poskytoval v průběhu psaní této práce.
Prohlašuji, že tato diplomová práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.
Shrnutí Šorm, M. Systém pro podporu distančního vzdělávání. Diplomová práce. Brno, 2002. Práce se zabývá současným stavem distančního vzdělávání v České republice i ve světě a možnostmi, které v tomto pedagogickém oboru přináší informační a komunikační technologie. Stěžejní část práce představuje analýzu struktury systému řízení distančního vzdělávání realizujícího vybrané metody online výuky – tvorbu studijní materiálů (distančních opor), zpřístupnění těchto materiálů studentům, zajištění evaluace studujících a realizaci zpětné vazby oběma směry. Analýza a návrh tohoto systému vychází z modelu třívrstvé architektury, přičemž práce podrobně rozebírá jednotlivé vrstvy, jejich funkci, způsob vzájemné komunikace i formalismus, kterým by tyto vrstvy měly být modelovány a následně realizovány. Mimo problematiky návrhu uvedeného systému z hlediska informatiky se práce věnuje pedagogickým a didaktickým aspektům distančního vzdělávání včetně srovnání odlišností od prezenčního studia. Druhá část práce je věnována návrhu pedagogických metod vhodných pro realizaci online kurzu distančního studia. Součástí popisu těchto metod jsou ukázky strukturního značkování studijních materiálů a evaluačních testů pomocí jazyka XML. Poslední část práce se věnuje problematice propojení pedagogického informačního systému (systém určený k podpoře vlastního procesu vzdělávání) se stávajícími provozními univerzitními informačními systémy a diskuzi možné realizace navrženého systému pomocí principů webových informačních systémů. Podrobně jsou rozebrány základní techniky užívané webovými informačními systémy a vybrané styčné body mezi problematikou provozních studijních systémů a pedagogických informačních systémů.
Klíčová slova E-learning, distanční studium, distanční opora, informační systém, prezentace učiva studentovi, evaluace studenta, zpětná vazba v online výuce.
7 Možnosti propojení na univerzitní informační systémy 42 7.1 Univerzitní informační systém MZLU v Brně . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.2 Účelné propojení pedagogického a provozního hlediska . . . . . . . . . . . . 43 8 Webové informační systémy 45 8.1 Základní principy webových informačních systémů . . . . . . . . . . . . . . 45 8.2 Budoucnost webových informačních systémů . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 9 Závěr
52
Literatura
53
1
6
ÚVOD A CÍL PRÁCE
1
Úvod a cíl práce
1.1
Úvod do problematiky
Současné školství definuje tři základní formy studia. Jedná se o studium • prezenční (realizované denní docházkou do školy a aktivní účastí především ve vyučovacích hodinách), • kombinované (docházka do školy je snížena na jednu návštěvu školy za stanovené časové období – např. týden nebo dva týdny, důraz se klade na kombinaci aktivní účasti a samostatné práce) a • distanční (docházka je zredukována na minimum, těžiště výuky je v samostatné práci studenta na zadaných projektech). Toto rozdělení není platné pouze pro vysoké školy (kde jsou do důsledku uplatňovány většinou pouze první dvě uvedené formy), ale i pro školy střední (existuje tzv. dálkové studium, které je svou podobou velmi blízké kombinované formě studia). Lze nalézt společné prvky mezi studiem kombinovaným a distančním. Obě studia vyžadují vyšší míru zapojení studenta do vlastního studia mimo školu, ať již jde o samostatné práce a práce na projektech nebo o výuku nové látky, její procvičování a zkoušení. Tato diplomová práce se zabývá distančním studiem jako typickým představitelem studia, kde je osobnost učitele částečně nahrazována automatickým strojem. Vzhledem k společným rysům se studiem kombinovaným (a tedy i formou dálkového studia na střední škole) je tato práce využitelná pro oba dva typy studia – jak pro střední, tak pro vysoké školství. Představme si klasický proces vzdělávání (podrobně viz [20]) jako vzájemnou interakci učitele a žáka (viz obr. 1.1).
Obr. 1.1: Schéma interakce učitele a žáka
Je evidentní, že dochází k oboustranné komunikaci, kdy informace přechází od učitele na žáka (prezentace učiva), ale též od žáka k učiteli (examinace, ověřování získaných vědomostí, zpětná vazba ve vzdělávání). U kombinovaného a především u distančního studia dochází k rozšíření schématu interakce učitele a žáka tak, jak je uvedeno na obr. 1.2.
Obr. 1.2: Schéma interakce učitele a žáka prostřednictvím média
Mezi učitele a jeho žáka vstupuje prostředník (nazývaný médium), který zprostředkovává informace od učitele k žákovi a opačně. Zřejmě může docházet i k dílčí komunikaci na
1.2
Cíl práce
7
úrovni učitel a médium, příp. žák a médium. Médium můžeme realizovat prostřednictvím celé řady technologií – počínaje učebnicemi a písemnou korespondencí přes výuku prostřednictvím rádiového vysílání v australské buši až po nejmodernější elektronická média. Zvláště poslední uvedená skupina se v současné době z celé řady hledisek jeví jako velmi progresivní. Pro úspěšnou realizaci vyučovacího procesu na bázi interakce učitele a žáka prostřednictvím média je ovšem třeba vytvořit vhodný model, kterým popíšeme vznikající vztahy. Teoretický model lze později převést na praktickou realizaci právě pomocí elektronického média. Metody této realizace jsou v současné terminologii IS/ICT označovány slovním spojením e-learning (e-učení, e-vzdělávání). Dokážeme-li nalézt model tohoto prostředníka a jeho realizaci pomocí elektronického média, získáme nástroj, který bude použitelný nejen k zajištění výuky distančním či kombinovaným způsobem, ale také nepostradatelný nástroj umožňující podporu bežné prezenční výuky. Můžeme studentům nabídnout studijní opory, které zkvalitní celý vzdělávací proces a současně přinesou úsporu času pro pedagogy (znovupoužitelnost materiálů aj.).
1.2
Cíl práce
Cílem této práce je nalézt a popsat vhodný model pro realizaci prostředí e-learningu, především pak provést analýzu a modelování média ve vztahu interakce učitele a žáka prostřednictvím média a shrnout základní metodiku pro realizaci nejběžnějších situací, které v této komunikaci vznikají. V této široké problematice je třeba se zaměřit především na oblast popisu jednotlivých procesů, reprezentaci jednotlivých vstupních podkladů pro výklad učiva i zpětnou vazbu a diskuzi o vhodné metodice pro tvorbu těchto podkladů. Každý teoretický model může být realizován mnoha způsoby. Tato práce nastíní jednu z možných realizací popsaného modelu pomocí dnešních informačních technologií. Aby bylo možné takový model i realizaci nalézt, je třeba provést analýzu stávajícího stavu v oblasti e-learningu u nás i ve světě. Pro možnost jednoduchého využití navrhovaného systému na českých vysokých školách, je nutné jej vytvořit jako součást univerzitních informačních systémů, jejichž prostředí učitelé i studenti ovládají. Protože však české univerzitní informační systémy jsou vyvíjeny převážně na vysokých školách, musí být navržený systém dostatečně obecný pro možné zapojení do libovolného univerzitního informačního systému.
2
2
ZÁKLADNÍ POJMY
8
Základní pojmy
Tato práce se zabývá problematikou vzdělávání (především distančního vzdělávání), dále oblastí vzájemné interakce procesů, informačními systémy a informačními a komunikačními technologiemi. Tato problematika se týká oblasti označované jako e-learning. Stejně jako řada jiných úseků pedagogiky a informatiky, i tato část edukační a informatické vědy kolem sebe vytvořila řadu pojmů a definic, bez jejichž znalosti nelze pochopit problematiku v celé své šíři. Tato kapitola vysvětluje nejzákladnější pojmy běžně užívané jak v odborné literatuře, tak v každodenní práci pedagogů, instruktorů (tutorů 1 ) distančního vzdělávání, analytiků a dalších specialistů působících v této oblasti. U každého pojmu je podána definice na základě obecné encyklopedie [4] a doplňující vysvětlení, jak příslušný termín chápe osoba s pedgogickým a informatickým vzděláním. Informace Informace je obsah zprávy, který je definován jako záporný dvojkový logaritmus její pravděpodobnosti a vyjadřuje se v bitech. Ve své podstatě jde o velikost snížení entropie (neznalosti) příjemce zprávy. Člověk informacím přisuzuje konkrétní význam a především pak příjem informací uspokojuje jednu z významných potřeb člověka – potřebu poznávání. Informace jsou nehmotné (a proto i obnovitelné) a lze je zaznamenat fyzickým procesem (např. pořídit digitální záznam informace). V řadě podniků již dnes představují informace nejcennější majetek společnosti (patenty, postupy, technologie, ale i informační systémy – bankovní systémy, pojišťovací systémy, systémy řízení výroby, marketingu, logistiky či managementu). Data Slovo data vychází z latinského datum a pod tímto pojmem rozumíme informace, které jsou předmětem zpracování ve výpočetních systémech. Informatika proto hledá způsob, jak zaznamenat informace pomocí dat s využitím prostředků výpočetní techniky. Pro potřeby této práce jsou data veškeré informace, které mají nějaký vztah k e-learningu (tj. k procesu elektronické podpory distančního vzdělávání). Informatika Je věda o základech elektronického zpracování dat. Dnes se pod tímto pojmem rozumí také její četné aplikace (teoretická informatika, technická informatika, kybernetika, . . . ). V našem pojetí budeme informatikou rozumět vědu zabývající se přesně tím, co bylo uvedeno u pojmu data (hledání způsobu reprezentace a získávání dat prostředky výpočetní techniky). 1 Tutor je termín oficiálně používaný Národním centrem pro distanční vzdělávání, instruktor je naopak termín běžný v terminologii online výuky např. v základní literatuře [10].
2
ZÁKLADNÍ POJMY
9
Informační systém Informační systém (IS) je identifikovatelný funkční celek zabezpečující cílevědomé a systematické shromažďování, zpracovávání, uchovávání a zpřístupňování informací uložených na hmotném nosiči v údajových základnách a reprodukovatelný technickými prostředky. Informační systém zahrnuje informační základnu (data), technické a programové prostředky, technologie, finanční prostředky, procedury a pracovníky. Informační systém může a nemusí zahrnovat počítačový systém nebo subsystém. Informační systémy tvoříme na základě současné informační a komunikační technologie. Informační technologie Pod pojmem informační technologie (IT) obvykle myslíme soubor nástrojů, metod a znalostí sloužících k činnostem, k nimž je informační systém určen (sběr, uchování, přenos a prezentace informací). Rovněž informační technologie představují zákonitosti vývoje a výroby informačních produktů – tedy především informačních systémů. Často tento pojem také představuje základní směr myšlení jedné epochy nebo jedné kultury (informační generace, informační kultura, informační společnost). Technologie je správný název pro to, čemu dnes nesprávně říkáme technika (technika jsou pouze hmotné prostředky sloužící příslušné technologii k dosažení cíle). Databázový systém Databázový systém představuje úzké propojení databáze (vytvořené datové struktury – metadata a vlastní data) a systému řízení báze dat (Data Base Management System) bez příslušných prezentačních aplikací. Uvedený databázový systém tedy umožňuje definici, údržbu, manipulaci, zobrazování a zajišťování integrity (fyzické a logické správnosti) dat. Takovéto databázové systémy musí být schopny efektivně spravovat rozsáhlé objemy dat. V současné době jsou nejrozšířenějším typem databáze relační, vniklé na základě modelu E. F. Codda z konce 60. let. Ve vybraných oblastech jsou užívány databáze objektově orientované, příp. tzv. smart databáze (schopné provádět řadu transformací a prezentací dat jako vlastností metadat) a datové sklady (způsob ukládání, třídění a vyhledávání v rozsáhlých datových celcích). Datový model Představuje abstraktní návrh databáze, jedná se o myšlenkový popis daného problému. Skládá se z entit (cokoliv, o čem je třeba uchovávat informace), atributů (informace týkající se konkrétní entity), domén (obory hodnot atributů, nikoliv pouze datové typy, o kterých se hovoří až na fyzické úrovni, ale také logické podmínky a vazby) a vztahů (asociace mezi entitami). Obvykle je datový model představován strukturou (metadaty) konkrétní databáze IS. Dnešní datové modely dokáží být časově proměnlivé a současně bývají označovány jako smart – aplikační logika je částečně přesunuta do datového modelu. Internet Jedná se o celosvětový systém propojených počítačových sítí (tzv. síť sítí), které jsou schopny si navzájem vyměňovat informace pomocí protokolu TCP/IP a přenášet tak data
2
ZÁKLADNÍ POJMY
10
mezi prakticky libovolnými místy na Zemi. Propojuje instituce nejrůznější povahy i soukromé osoby. Umožňuje komunikaci mezi lidmi a přístup k širokému spektru služeb a informací. Neomezené možnosti také skýtá v oblasti využití pro reklamní a propagační účely. Jde o zcela převratný prostředek komunikace na celém světě, proto bývá označován za nejnovější komunikační médium. Sítě založené na stejném principu jako Internet označujeme jako internety a dělíme na extranety (sítě mimo firmy) a intranety (sítě uvnitř firem). Nejvýznamnější službou internetových sítí je World Wide Web. World Wide Web World Wide Web (WWW, web) představuje nejrozšířenější službu na internetu. Jde o graficky orientované prostředí hypertextových dokumentů zvaných WWW stránky, využívá moderní multimediální prvky (obrázky, zvuky, animace), čímž je uživatelsky i komerčně přitažlivé. Hypertextový dokument umožňuje pomocí odkazů propojit jednotlivé významově blízké dokumenty. Stránky na WWW jsou zapisovány značkovacím jazykem HTML odvozeným od obecného značkovacího jazyku SGML. Tyto stránky mohou být statické (předem připravené) nebo dynamicky generované (např. pomocí webového informačního systému). Pro zobrazení informací na WWW stránkách se používá internetový prohlížeč. Webový informační systém Každý informační systém je provozován v konkrétním uživatelském prostředí a má svá specifika. V poslední době většina významných výrobců přesunuje své aktivity do tvorby informačních systému v prostředí World Wide Web, které se souhrně označují jako webové informační systémy. Kolem webových IS postupem času vyrostla teorie webových informačních systémů, která definuje přesně tyto systémy a umožnuje stanovit analytické postupy, metodiku a nástroje realizace takovýchto systémů. Pedagogika Pedagogika je vědní disciplína, teorie výchovy jako záměrného formování lidské osobnosti. Zabývá se obsahem, metodami, formami i cíly výchovy zvláště v souvislosti se školním vzděláváním. Opírá se zejména o psychologii a empirii. Je to věda o podstatě a zákonitostech výchovy jedinců i skupin. Forma výuky Výuka je pojem zdůrazňující interaktivnost vyučovací činnosti učitele a učební činnosti žáka při dosahování výchovně-vzdělávacích cílů. A právě míra této interaktivnosti se odráží v různých formách výuky. Nejvíce interaktivní je prezenční forma, nejméně pak forma distanční, kde je přímá interaktivita nahrazena nepřímou komunikací. Škála rozlišující jednotlivé formy výuky může být velká, v oblasti našeho vysokého školství se používá třístupňové rozlišení prezenční, kombinovaná a distanční forma. Distanční vzdělávání Podle definice v obecné encyklopedii se jedná o druh externího studia zprostředkovaný médii (rozhlas, televize, počítač, telefon). Jeho předpokladem jsou předem připravené pro-
2
ZÁKLADNÍ POJMY
11
gramy a samostudium. Z našeho úhlu pohledu jde tedy o realizaci distanční formy výuky (vzdělávání) užitím příslušného média, přičemž jako klíčové body lze vystihnout rozsáhlou předchozí přípravu jak prezentace učiva, tak možností zpětné vazby (evaluace). Naopak od studentů tato forma očekává především samostatnou a odpovědnou práci při studiu. e-Learning Nejjednodušší definice podle [10] definuje e-learning jako přenos zkušeností a vědomostí v síťovém prostředí. Obvykle však do tohoto pojmu zahrnujeme vše, co souvisí s realizací distančního vzdělávání pomocí moderních informačních a komunikačních technologií. Edukace, prezentace učiva Jedná se o základní proces ve výuce – přenos informací od učitele ke studentovi. Tento přenos vyžaduje přípravu prezentovaného učiva a vlastní proces edukace – předávání tohoto učiva studentům. S tím, jak klesá míra možné komunikace mezi učitelem a studentem (posun od prezenční k distanční formě), roste náročnost přípravy prezentovaného učiva a zhoršuje se povědomí učitele o účinnosti prezentace. Examinace, evaluace studentů Tento proces je opačným procesem k prezentaci učiva, kdy se učitel snaží zjistit úroveň vědomostí studenta. Může jít o examinaci potřebnou k hodnocení (průběžná a závěrečná examinace naučeného) či pouze o průběžnou sebeevaluaci studenta nebo sledování postupu ve výuce. S přechodem k distančním formám se zhoršuje možnost využít klasické examinace ústní zkouškou, naopak roste důraz na užívání testů. Zpětná vazba Zpětná vazba se definuje jako informace o tom, zda uskutečněné chování dosáhlo svého cíle, popřípadě do jaké míry, tedy informace o souladu stavu „ jeÿ se stavem „má býtÿ, která je centrálně zpracována a vede k ukončení zacíleného chování nebo k jeho korekci a pokračování, aby bylo dosaženo cíle, na něž je zaměřeno. Jde tedy o korekci obou základních procesů výuky – prezentace učiva i examinace (evaluace) studentů. Zpětná vazba je důležitá jak pro učitele (postup studenta), tak pro studenta (do jaké míry jsem připraven, jak rozumím problematice). Strukturní značkování Moderním trendem v oblasti zpracování dokumentů je značkování – proces označování vybraných částí textu. Strukturní značkování potom označuje strukturní celky – tedy významové jednotky textu. Vizuální podoba je dodávána zvlášť pomocí předpisu pro vizuální zobrazení konkrétních struktur. Nejznámějším jazykem pro strukturní značkování je SGML. Vhledem k jeho velké obecnosti je dnes častěji využíván jeho derivát XML (extensible markup language). Ten označuje struktury pomocí značek nazývaných tagy (počáteční a koncový).
3
SOUČASNÁ ÚROVEŇ DISTANČNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ
3
12
Současná úroveň distančního vzdělávání
Abychom mohli posoudit distanční vzdělávání na našich i zahraničních vysokých školách, musíme nejprve popsat existující způsob vzdělávání v jednotlivých modelech vysokých škol. Právě odlišný druh způsobu vzdělávání vedl v různých kulturách k různému vývoji potřeb distančního vzdělávání a proto není možné jednoduše přebírat cizí vzory a systémy. Vzhledem k odlišnému kulturnímu vývoji lze v dnešní době nalézt velké množství různých modelů vzdělávání (ať již vysokoškolského nebo jiného), přičemž na naše vysoké školství má největší vliv evropský model vzdělávání, především pak česká škola představovaná významnými českými pedagogy (z nejvýznamnějších jmenujme např. Jana Ámose Komenského). V průběhu posledního století pronikají do evropského vzdělávacího systému prvky americké pedagogické školy, která je ovšem postavena na jiných principech a jiném kulturním zázemí. V souvislosti s jevy zvanými globalizace a internacionalizace se ovšem rozdíly jednotlivých škol ve světě stírají ve prospěch toho nejsilnějšího systému – amerického pedagogického systému. Využití moderních informačních technologií je nejvíce propracováno právě v tomto pedagogickém systému. Proto především v západní Evropě lze nalézt již dnes velké množství prvků amerického vzdělávání. Zejména v oblasti distančního vzdělávání, které je výrazně rozšířenější právě v záoceánské pedagogické škole, a které v evropském a především českém prostoru nemá významnější tradici, můžeme na evropských vysokých školách pozorovat až nekritické přejímání amerických vzorů. Vzhledem ke kulturní odlišnosti však toto přebírání přináší často více problémů než užitku. Nesmíme zapomenout ani na další pedagogické školy – např. asijskou školu – vycházející pro nás ze značně odlišných filozofií. Tyto školy sice významnou měrou evropské školství neovlivnily, ale v globalizujícím se světě se budou stále větší měrou střetávat právě absolventi českých a evropských vysokých škol s absolventy např. japonského školství. Střet kultur a odlišného vzdělávání může způsobit, že jedna z těchto stran získá významnou konkurenční výhodu. Je proto nutné dopředu studovat i tyto (pro nás mírně exotické) modely vzdělávání a poučit se z nich. V této kapitole si představíme několik základních modelů vzdělávání a dopady jejich základních principů (a mnohdy i historického vývoje) na distanční vzdělávání.
3.1
Evropský model
Současný evropský vzdělávací systém, který bychom mohli též nazvat tzv. „modelem třídyÿ (viz [2]), jsme zdědili z devatenáctého století a je tedy produktem doby industrializace. Jeho cílem je předávat všem dětem společný hodnotový systém a společný jazyk, tedy společnou kulturu. Tento model byl velmi úspěšný v minulosti, ale bohužel ve světě, kde získané znalosti velice rychle zastarávají, již vyčerpává své možnosti. Je třeba si ovšem uvědomit, že znalosti nejsou jediným faktorem, na kterém může být vzdělávání (nebo dokonce vzdělávací systém) postaven. Vzdělávání šlo vždy ruku v ruce s výchovou, která byla vždy interpretována jako předávání kulturních tradic a vzorů. Tedy učitel mimo předávání znalostí předával také kulturní, morální a etické principy, které vždy formovaly a nadále formují mladé evropské studenty. Zatímco aktuální případové studie ve vzdělávání indikují, že učení by měl být proces realizující se zejména v komunikaci, skutečné komunikace v modelu třídy najdeme jen
3.2
Český model
13
velmi málo. Jedná se o model, kde převládá jednosměrná komunikace, při níž hrají učitelé roli aktivní a žáci pouze reagují (přijímají prezentované učivo jako fakt, reagují pouze naučenými odpověďmi na dotazy pedagoga, tato forma zpětné vazby je volena především ze snahy vytvořit u studentů asociace mezi dříve prezentovaným a novou problematikou). Vzhledem k malým vzdálenostem mezi jednotlivými vzdělávacími středisky (většinou školami) v evropském prostoru, nebyla dosud výrazná potřeba vývoje distanční formy vzdělávání. Základní školství je v Evropě obvykle umístěno v místě bydliště potenciálních žáků, střední školu nalezneme v nejbližším větším městě a vysoké školy nejsou nikdy dál než několik desítek, maximálně stovek kilometrů. Jedinými faktory, které v evropském prostoru mohou nutit k zavádění distančního vzdělávání (protože vzdálenost v Evropě nehraje žádnou významnou roli), jsou vazby na rodinu či zaměstnavatele. Pouze nutnost setrvávat denně s rodinou a denní docházka do zaměstnání může u jednotlivých osob vést k potřebě jiné fromy studia než prezenční. Ale i tak je možné realizovat formu kombinovanou, protože vazba na rodinu či zaměstnavatele obvykle umožňuje účastnit se jednou za čas semináře či průběžného školení, které umožňuje studentovi střední či vysoké školy úspěšně studovat. Teprve nyní v souvislosti s novými faktory, jako je dostupnost informačních a komunikačních technologií, potřeba zvyšovat svou efektivitu v práci, potřeba významného navyšování kvalifikace, získávání nových znalostí souvisejících s překotným vědeckovýzkumným vývojem, mobilita pracovních sil (v Evropě existující dosud v minimálním měřítku) apod. nás nutí zavádět distanční formu vzdělávání, na kterou ani evropští učitelé (či evropské vzdělávácí instituce), ani evropští studenti nejsou připraveni.
3.2
Český model
Český vzdělávací model je odvozen od evropského vzdělávacího modelu vzhledem k faktu, že Česká republika patří do evropského prostoru. Je přesto specifický především díky velmi rozsáhlé historii a množství významných pedagogů. Základy moderního českého (a u řady zásad i evropského) školství lze hledat u významného českého pedagoga Jana Ámose Komenského. Jeden z nejvýznamnějších počinů Komenského bylo rozdělení vzdělávání do jednotlivých stupňů – škola mateřská, škola základní, škola latinská (dnešní gymnázium), akademie (dnešní univerzita). Toto rozdělení do dnešních dnů existuje a v praxi se velmi osvědčuje. S tímto rozdělením (dílo Didaktica magna) souvisí i další požadavky na vzdělávání odpovídající věku dítěte, rovné vzdělání pro chlapce i dívky, vzdělávání na přímé zkušenosti a vnímání, vyučování v mateřském jazyce apod. Pro distanční vzdělávání jsou ale důležité především jiné principy stanovené Komenským. Jedná se především o didaktickou zásadu názornosti (úzce související se vzděláváním na základě přímé zkušenosti a smyslového vnímání). Právě Orbis pictus Jana Ámose Komenského můžeme pokládat za jednu z prvních učebnicí multimediálního charakteru, což je jeden z pilířů dnešního distančního vzdělávání. I když Orbis pictus je učebnicí jazykovou (konkrétně latiny), zásady prezentované v této učebnici byly vzorem pro většinu učebnic osmnáctého a devatenáctého století. I dnes v době multimédií a rozvinuté ICT můžeme řadu těchto zásad použít – strukturovaný text, názornost, užití obrázků (dnes všech multimediálních prvků, které nám moderní ICT systémy nabízejí).
3.3
Americký model
14
V oblasti distančního vzdělávání je český systém ještě více orientován na prezenční formy než evropský vzdělávácí systém. Proto u nás prakticky neexistuje žádná tradice ani zkušenosti s připravou distančních studijní opor ani s vedením distanční výuky. Existuje pouze malá historická zkušenost s kombinovanými formami v podobě dálkových studií na střední škole a kombinované formy studia na vysoké škole. České vysoké školy dnes velmi nekriticky přejímají evropský a především americký distanční způsob výuky. Vzhledem k absenci tradice tohoto stylu výuky však často celý pokus selže na učiteli či studentovi, kteří nepřijmou tento netradiční systém za svůj.
3.3
Americký model
Ve Spojených státech amerických i v Kanadě vychází prapůvodní kořeny vzdělávacího systému ze systému evropského, protože zejména evropští kolonizátoři tvořili nové obyvatelstvo severní Ameriky. Ovšem mnohonárodnostní složení a orientace ne na tradiční kulturu, ale především na industrializaci a obchod vedly ke značnému odklonu od tradičního evropského vzdělávacího modelu. Nově tvořený americký model vzdělávání nebyl produktem výzkumných prací ve vzdělávání, ale vycházel z potřeb praxe industrializované společnosti, podporované potřebami vojenského výcviku (podrobně viz [23]). Proto se zaměřil na řešení tří základních problémů – užití moderních technologií v didaktice, hledání moderní podoby prezentace učiva a zpětné vazby a v neposlední řadě pak na řešení problémů vzdělávání v místě zaměstnání (základy distančního vzdělávání). V oblasti užití moderních technologií ve vzdělávání měl americký model v severní Americe velkou výhodu prudkého vědeckotechnického rozvoje, takže bylo možné brzy využívat techniku zpětné projekce, uzavřeného televizního okruhu či epiprojektoru. Bohužel se ukázalo, že řada z těchto technik vede k pasivitě, což v moderním tržním (konkurenčním) prostředí zhoršuje postavení absolventů takové výuky na trhu práce. Proto bylo nutné hledat nové podoby prezentace učiva a metody zpětné vazby, které budou u studentů podněcovat aktivitu. To se podařilo přechodem od přenosu informací (předávání znalostí) na diskuzní způsob výuky, řešení případových studií, práci v týmu. Všechny tyto zásady přebírá nově vzniklý typ distančního vzdělávání, který vzhledem k tradiční mobilitě pracovních sil na americkém trhu musel vzniknout. Vzdálenosti v severní Americe mezi vzdělávacími středisky jsou podstatně větší a potřeba dalšího vzdělávání či rekvalifikace vzhledem k tlaku trhu práce je také rozsáhlá. Proto jsou lidé nucení absolvovat školy a kurzy často na velmi vzdálených institutech. Není možné navštěvovat tyto kurzy prezenčně a často ani kombinovanou formou. Jedinou možností je absolutní oddělení studenta od učitele a komunikace jen prostřednictvím média – distanční vzdělávání. Samozřejmě každý model s sebou musí přinášet i špatné stránky – právě rozvoj distančního vzdělávání v pojetí amerického modelu odstraňuje jednu z hlavních dimenzí vzdělávání, na kterou klade důraz evropský model – výchovu. Předávání kulturních tradic a vzorů se pak nemůže dít současně s procesem vzdělávání, ale musí být distribuován jiným způsobem – v americkém pojetí se jedná o předávání pomocí masmédii, což není způsob obvyklý v Evropě a toto je jeden z hlavních problémů při implementaci amerického modelu distančního vzdělávání u nás.
3.4
3.4
Asijské modely
15
Asijské modely
Je velmi obtížné pro Evropana pochopit mentalitu asijských národů, protože nejen systém vzdělávání, ale celá kultura se vyvíjela za zcela odlišných podmínek než kultura a vzdělávání evropského či amerického charakteru. Americký systém musí mít nutně kořeny v evropském systému, protože kolonizátoři Ameriky byli převážně Evropané. Asijské kultury byly naopak celá staletí velmi uzavřené. Celou kulturu asijských národů ovlivňují velmi významně především tři faktory – odlišné filozofické a náboženské tradice, velká izolace těchto národů (minimalizace obchodních a informačních styků) a vysoká přelidněnost. Právě vysoká přelidněnost je původní příčinnou asijské vytrvalosti, pečlivosti a snahy po dokonalosti. Jen ti nejlepší jsou později zaměstnáni u velkých společností a získají dobrou práci. Tito nejlepší potřebují kvalitní vzdělání a především diplom z prestižní školy. Velmi zajímavý popis situace ve dvou zcela odlišných asijských státech – Japonsku (viz [24]) a Tchajwanu (Číně – viz [19]) lze nalézt na Internetu. Jednoduše lze asijský model charakterizovat právě trojicí hesel – obrovská píle, vysoká míra konkurence, životní nutnost kvalitního vzdělání. Již od útlého věku jsou děti podrobeny náročnému každodennímu procesu, jehož cíl je jasný – dostat se na prestižní střední a vysokou školu. Asijské školství je známé snahou o absolutní rovnoprávnost, o maximálně rovné podmínky pro všechny. Přijímací zkoušky probíhají v jediný den a všichni studenti bez rozdílu podle oborů musí absolvovat univerzální obecné testy. Na základě těchto testů a průběhu dosavadního vzdělávání dostávají bodové ohodnocení. Právě hladina tohoto skóre určuje, na kterou školu se student dostane (prestižní školy vyžadují prestižní skóre) a tak děti musí absolvovat řadu soukromých večerních a prázdninových škol jen proto, aby si skóre zlepšily. Dobří studenti na asijských školách od začátku směřují na určitou univerzitu. Je v jejich zájmu dostavit se ke zkouškám a získat co nejvíce bodů, protože se průběžné bodování zaznamenává do přihlášky na univerzitu. Testy jsou opět standardizované, to znamená, že středoškolák vlastně soutěží se studenty z celého státu (platí pro Japonsko i Tchajwan), kteří chtějí na univerzitu. Podle pořadí se pak hlásí na tu, na kterou se s daným výsledkem může dostat. Rozhodující jsou sice přijímací zkoušky, ale výsledek lze takto s velkou pravděpodobností odhadnout. Téměř polovina středoškoláků přestupuje na univerzitu. Být přijat na jednu z předních univerzit je snem nejenom každého studenta příslušné země, ale i studentů ze všech asijských zemí (je možné studovat na školách v zahraničí). Mají totiž takové renomé, že jejich absolventi se mohou ucházet o dobře placené místo u největších japonských firem, jsou považováni za nejlepší mozky, jaké země má. Vzhledem k hustotě škol v Asii není rozvoj distančního vzdělávání tak rozsáhlý jako např. v Americe. Asijská důmyslnost dovedla k dokonalosti distanční administrativu, tzn. že pro vyřizování studijních záležitostí či přijímacího řízení nemusí student opustit domov. Vlastní studium je ovšem převážně prezenční. Vzhledem k obrovské píli, kterou student musel vynaložit pro ziskání místa na prestižní univerzitě, je přirozeností, že student dále věnuje denní čas prezenčnímu studiu a veškerý volný čas pak doplňování vědomostí či prací ve výzkumných centrech na univerzitách. Distanční vzdělávání zde tedy hraje spíše roli tvůrce distančních opor pro zisk dalších vědomostí ve volném čase.
3.5
3.5
Soudobý model distančního vzdělávání u nás
16
Soudobý model distančního vzdělávání u nás
Česká společnost pro distanční vzdělávání přejímá (stějně jako ostatní evropské státy) velmi nekriticky především americký model distanční výuky. Do tohoto modelu pouze mírně zasahuje a přizpůsobuje ho specifickým národním podmínkám a zvyklostem. Pro podporu zavádění metod distančního vzdělávání do českého školství bylo v roce 1995 při Centru pro studium vysokého školství zřízeno Národní centrum pro distanční vzdělávání (NCDiV). Hlavním a dlouhodobým záměrem tohoto opatření je zajistit rozšíření nabídky vzdělávacích příležitostí a cest v rámci systému celoživotního vzdělávání, které budou alternativní k dosavadním formám studia. Distanční vzdělávání definované NCDiV je vzdělávací technologie, která je založena na maximálním využití všech možných technických i didaktických podpor a tutorského vedení, které umožní studujícímu studovat samostatně, ve svém volném čase a tempem, které odpovídá jeho aktuálním časovým možnostem. Je alternativou k prezenčnímu studiu, kdy student musí být ve stanovenou dobu osobně přítomen na studijních aktivitách. Podmínkou k úspěšnému distančnímu studiu je především vysoká motivace ke studiu a schopnost organizovat si svůj volný čas. Distančně lze studovat jak graduální vysokoškolské programy tak i různé krátkodobé či dlouhodobé vzdělávací kurzy. Většina vysokých škol v naší republice má akreditovány pouze prezenční studijní programy, příp. kombinovanou formu. Jako distanční studium bylo v podání vedení těchto škol dosud prezentováno především kombinované studium, příp. studium s větším či menším množstvím distančních opor. Před třemi lety se v několika regionech (Hradec Králové, Praha, Ostrava) objevily snahy po vytvoření distančních kurzů pro distanční studium v podobě definované NCDiV. V minulém roce se prvním vysokým školám (např. Vysoké škole ekonomické v Praze) podařilo akreditovat distanční studijní programy. Rozvoj distančního vzdělávání je velmi podporován i oběma velkými sdruženími českých vysokých škol – CESNET a EUNIS. Ve stávající podobě je distanční vzdělávání realizováno především online kurzy (podrobně definuje např. [10]), které jsou distribuovány prostřednictvím počítačové sítě (Internet, školní intranet) v prostředí World Wide Web. Hlavními prvky dnešního online vzdělávání je studující, učitel, studijní materiál, technologie a vzdělávací instituce. Způsob přípravy online výuky se ovšem dosti liší od přípravy klasické prezenční výuky. Role učitele ve stávající online výuce má více rolí. Učitel je především dobrým znalcem obsahu předmětu. Transformuje klasické učební texty do podoby online kurzů a připravuje tak studijní materiál pro studující. K této transformaci ovšem mimo znalosti obsahu potřebuje také základní znalosti o pedagogice distančního (online) vzdělávání a znalosti a zkušenosti s nástroji, kterých pro tvorbu těchto materiálů využívá. Další významnou rolí je role instruktora (tutora), který vede výuku v online kurzu. Je nutné získat nové zkušenosti a nové znalosti pro kvalitní vykonávání této role – např. v kurzu pedagogiky distančního vzdělávání (kurzy pořádá např. NCDiV). Na rozdíl od prezenční výuky není základem online výuky přednáška, ale především podpora vlastního učení se studijícího. Instruktor podává studujícím podnětné náměty k přemýšlení, náměty k diskuzi a organizuje týmovou spolupráci. Pomáhá studujícím také překonávat studijní obtíže, radí jim a hodnotí jejich výsledky. Vede současně administrativní agendu celého kurzu. Pro tvorbu kvalitního kurzu je zapotřebí využívat moderní technologie, především pak multimédia (grafiku, animace, zvuk). Ne každý dobrý pedagog
3.6
Kde může pomoci IS/ICT
17
(příp. pedagog distančního vzdělávání) musí nutně ovládat všechny moderní technologie, ale minimálně základy jejich využívání musí ovládat. Pro detailní práci při přípravě kurzu pak může pomoci tým specialistů na tvorbu multimediálních kurzů (umí výborně používat uvedené nástroje). Studijní materiály pro online kurzy vznikají sloučením textových materiálů připravených specialistou na obsah (učitelem) a multimediálních materiálů připravených specialisty na multimédia. Tyto online kurzy musí splňovat řadu pravidel, především zásady metodického vedení distančního kurzu. Tyto zásady stanovuje NCDiV, kdy základem je rozložení studijní látky do modulů (krátký ucelený kus). Tyto moduly jsou složeny z jasně definovaných částí – obsah, úvod, stať a závěr. Dalšími vhodnými částmi jsou slovníček, klíč k testům a seznam další doporučené literatury. Rovněž součástí modulu by měla být skupina úkolů a testů pro vytvoření zpětné vazby od studujícího k instruktorovi distančního vzdělávání. Vzdělávací instituce, která hodlá distanční vzdělávání provozovat, musí především připravit institucionální podmínky pro všechny zúčastněné (studenty, učitele, specialisty) a také technické zázemí pro realizaci všech distančních kurzů. Servisní služby nabízené těmito organizacemi musí zabezpečit přípravu, podporu a vyváženou funkci všech hlavních prvků online výuky – studujících, pedagogů, studijních materiálů i technologií.
3.6
Kde může pomoci IS/ICT
Studijní systém předpokládá kvalitní zvládnutí dvou základních složek automatizace – automatizace administrativní agendy a automatizace vlastního procesu vzdělávání. Zatímco první proces – administrativu – již dnes bez větších obtíží většina informačních systémů zvládá, druhý proces je již svou definicí velmi obtížný. Pomocí prostředků IS/ICT se tedy snažíme alespoň zjednodušit proces vzdělávání. Zejména v oblasti distančního vzdělávání nám počítače (a IS/ICT obecně) pomáhají překlenout velké vzdálenosti a dodávat všem studijícím aktuální studijní materiály a zajišťovat pružnou zpětnou vazbu mezi studujícími a instruktory online výuky. Rovněž studijní materiály mohou s využitím IS/ICT disponovat mnohem širší škálou multimediálních prvků než materiály klasické – učebnice, tištěné texty a obrázky. Dnešní multimediální distanční opory obsahují zvuk, animace, video. Umožňují zaznamenávat si do studijního materiálu poznámky a tyto poznámky sdílet s ostatními studujícími v rámci týmové práce nebo s instruktorem v rámci konzultace. Hledáme tedy vhodný (ne nutně ucelený) systém nástrojů, které nám pomohou podpořit celý proces distančního vzdělávání zahrnující vznik distančních opor, zajištění administrativní podpory procesu vzdělávání, distribuci studijních materiálů, evaluaci studentů, zpětnou vazbu a nástroje pro komunikaci a týmovou spolupráci. Tento systém navíc musí být velmi přizpůsobitelný individuálním potřebám studujících, učitelů, instruktorů i vzdělávací instituce.
4
SOUČASNÝ STAV IS/ICT PRO ŘEŠENÍ PROBLEMATIKY DIV
4
18
Současný stav IS/ICT pro řešení problematiky DiV
Systém podpory celého procesu distančního vzdělávání musí splňovat řadu kritérií, které na něj mohou klást všechny prvky online výuky. Navíc tento systém musí podporovat všechny procesy, které v distančním vzdělávání existují. Definicí obecně pracujícího systému pro distanční vzdělávání se zabývá závěrečná práce doplňujícího pedagogického studia [20] (autor Ing. Milan Šorm). Práce používá pro modelování formalismu objektově orientovaného přístupu a formalismu paralelně komunikujících procesů. V této kapitole popíšeme „ideálníÿ systém podpory distančního vzdělávání (slovo ideální zde představuje stav, který je dosažitelný pomocí současného stavu IS/ICT tak, jak je tento stav popsán v diplomové práci [21] (autor Ing. Milan Šorm). Dále rozebereme některé existující systémy pro podporu vybraných procesů distančního vzdělávání, které jsou užívány na českých vysokých školách. V závěru srovnáme tyto nástroje a ukážeme, které procesy nejsou vhodně podporovány a jakým způsobem je možné dosáhnout integrace jednotlivých nástrojů do uceleného informačního systému pro podporu distančního vzdělávání.
4.1
Ideální systém podpory distančního vzdělávání
Popis ideálních systémů se obvykle zakládá na představách, znalostech a estetickém cítění autora tohoto popisu. Já tento popis podložím navíc prací [10], která byla výchozím materiálem pro rokování na konferenci BELCOM’02, která se IS/ICT v procesu distančního vzdělávání zabývala. Dále podložím tento popis vědomostmi získanými na konferenci Zpětná vazba v e-learningu pořádané v Hradci Králové v letošním roce. Teoretickým modelem jsem se zabýval ve své závěrečné práci Doplňkového pedagogického studia [20]. Celý systém podpory distančního vzdělávání je nutné si představit jako informační systém maximálně integrovaný do stávajících univerzitních informačních systémů. Jen tak bude možné nabídnout studujícím prostředí, na které jsou již na univerzitách zvyklí a propojit agendy nového systému se stávajícími rozsáhlými datovými základnami a aplikační logikou, která většinu požadovaných nadstandardních funkcí ovládá (nástroje pro komunikaci, týmovou spolupráci, konzultace aj.). Jednotnost chování všech komponent je více než jen nutností – systém budou používat studující i učitelé, kteří nemusí být odborníky na počítače a moderní technologie. Pokud tito uživatelé zvládnou jednu sadu nástrojů, ovykle nebudou ochotní měnit své zvyklosti z důvodu užití jiného nástroje. Podpora rodného jazyka je u všech součástí samozřejmostí, protože vzdělávat se i tvořit v cizím jazyce sice možné je, ale efektivita procesu nebude maximální. Technologii pro online výuku lze dále rozdělit na tři základní části, které slouží pro • tvorbu multimediálních výukových materiálů, • distribuci multimediálních výukových materiálů a • komplexní řízení studia v online kurzech. Nástroj, který umožní tvorbu multimediálních výukových materiálů, musí být použitelný v mnoha operačních prostředích uživatelů – vzhledem k vysoké heterogenitě počítačových prostředí na českých vysokých školách musí tento nástroj pracovat jak v unixových systémech (Linux, Solaris, IRIX, FreeBSD, HP–UX aj.), tak v systémech Windows, příp. Apple Macintosh. Ideálním prostředím by byl buď webový klient (jednotný na všech platformách) nebo textový editor pro pořizování materiálů používající vhodného strukturního
4.2
Podpora tvorby studijních materiálů
19
značkování, příp. generování značkovacích šablon webovým klientem, následné značkování a shromažďování a validace materiálů na webu. Na tvorbě se podílí učitel (obsahem) a počítačoví odborníci (programátoři) nebo umělci (grafici, zvukaři, filmaři, animátoři). Pro tvorbu kurzu je nutné sestavit scénář, který složí jednotlivé prvky dohromady. Ten připravuje učitel znalý obsahu ve spolupráci se specialistou na scénáře. Výukové multimediální materiály se od vzdělávací instituce k studujícímu distribuují na nosičích, kterými mohou být jak tištěné učebnice, audio a video kazety, počítačové diskety a CD, tak i moderní síťové technologie distribuce, např. již výše zmíněná technologie World Wide Web. Užití počítačových sítí navíc umožňuje využít komunikace mezi jednotlivými účastníky, práci v týmu a diskuze. Distribuce materiálů může probíhat tedy pomocí offline spojení (předávání fyzických materiálů), online spojení (prostředí webu) a nebo hybridně – z webu se získá dostatek materiálů pro offline studování. Tento poslední způsob je velmi důležitý, protože v našich podmínkách je připojení k Internetu stále velmi drahé a není možné od distančních studentů vyžadovat trvalé připojení k Internetu. Postupem času začal být World Wide Web využíván nejen jako prostředí pro distribuci jednotlivých studijních materiálů, ale také jako komplexní prostředí pro provoz systémů pro řízení distančního studia či studia online kurzů. Moderní systém pro řízení studia (LMS – Learning Management System) umožňuje provozovat veškeré zázemí studijní administrativní agendy, poskytuje komunikační nástroje, distribuuje kurzy, provádí evaluace studentů a zajišťuje chod zpětné vazby jak od studenta k instruktorovi, tak opačně. Naší snahou je ovšem integrovat systém pro řízení distančního studia do univerzitního informačního systému, kde lze znovuvyužít již existujících nástrojů a celý systém nabídnout uživatelům v tom prostředí, které již znají a ovládají.
4.2
Podpora tvorby studijních materiálů
Pro tvorbu studijních materiálů existuje celá řada komerčních nástrojů. Z nejznámějších světových nástrojů specializovaných na přípravu materiálů pro distanční výuku můžeme uvést ToolBook Instructor společnosti Click2Learn, Macromedia AuthorWare nebo Macromedia CourseBuilder společnosti Macromedia. Z českých nástrojů je pak velmi oblíbený např. Zoner Context společnosti Zoner nebo eDoceo Autor společnosti Trask solutions. Tyto nástroje ovšem většinou nedokáží spolupracovat mezi sebou a importovat či exportovat mezi uvedenými formáty. Mimo komerční nástroje existuje celá řada produktů umožňující tvořit dokument pomocí tzv. strukturního značkování (různé XML editory podporující řadu standardů, jako je např. Docbook). Výhodou strukturního značkování je jednoduchost přechodu mezi jednotlivými nástroji, protože podkladem je vždy strukturovaný označkovaný text. Na tento text se teprve v druhém kroku aplikují transformace a vzniká vhodný materiál určený pro prostředí World Wide Web (HTML prezentace) nebo pro offline prohlížení jeden přenositelný dokument (obvykle PDF pro prohlížeč Acrobat Reader). Jedním z produktů, který je velmi vhodný pro vytváření studijních materiálů, a který umožňuje výstup do XML podoby použitelné v jiných nástrojích, je výše zmíněný komerční produkt Zoner Context. Jedná se o výkonný univerzální hypertextový autorský nástroj pro elektronické publikování (kam lze zahrnout tvorbu studijních materiálů pro distanční vzdělávání). Ačkoliv jeho primární použití je v oblasti elektronického publikování a přenosu hotových celků pro vlastní samostatný prohlížeč, lze využít i vestavěného exportu publikací
4.3
Systémy řízení distančního vzdělávání
20
do formátu HTML. Právě specifickou možností exportu do HTML je i export datové struktury hypertextového dokumentu do formátu XML, která je přizpůsobena k importu do systémů elektronického vzdělávání (např. systému eDoceo). Zoner Context standardně podporuje vlastní pokročilou hypertextovou technologii, která umožňuje snadno prezentovat širokou škálu dat – text a tabulky, grafiku, kresby, obrázky a multimédia. Vedle možnosti přípravy podkladů pro výukové kurzy je možné zde najít vše, co lze využít pro tvorbu dalších druhů elektronických dokumentů – populárních a odborných publikací, skript, vnitrouniverzitních směrnic a předpisů, publikací zákonů a vyhlášek, elektronických časopisů, výkladových slovníků apod. Výsledná publikace, připravená v Zoner Context Designeru (hypertextovém editoru) může být zkompilována do speciálního formátu multimediální knihy určené pro Zoner Context Viewer. Zde se již bohužel ztratí platformová nezávislost formátu XML. V současné době je Zoner Context využit pro tvorbu všech distančních online kurzů na Vysoké škole ekonomické (více než pět desítek kurzů), které tvoří akreditovaný distanční studijní program Podniková ekonomika a management (Fakulta podnikohospodářská). Řadu zajímavých podrobností o těchto kurzech lze nalézt na distančním portálu této fakulty http://distancni.fph.vse.cz/.
4.3
Systémy řízení distančního vzdělávání
Systémů pro řízení distančního vzdělávání existuje celá řada především v komerční sféře. Nejznámějšími systémy jsou systémy WebCT (Web Course Tools), Tutor2000, LearningSpace, eDoceo, TopClass, Blackboard, Aspen, Docent, Saba a další. V současné době je využíván software WebCT na Českém vysokém učení technickém v Praze (je zde lokalizován do češtiny) a na Univerzitě Hradec Králové. Systém Tutor2000 je užíván na Ostravské univerzitě. Systém eDoceo je využíván na Vysoké škole ekonomické v Praze. Z hlediska celkové integrace systémů je důležité, aby byl systém řízení distančního vzdělávání schopen pracovat s co nejvíce formáty studijních materiálů. Jednotlivé školy totiž mohou kurzy mezi sebou nakupovat, příp. směňovat, čímž ušetří významné prostředky spotřebované na vytvoření vlastních kurzů. Pouze velmi flexibilní řídící systém dokáže pracovat s různými připravenými kurzy. Jako ideální se zde jeví opět užití formátů užívajících strukturní značkování, např. XML formátů. Z uvedených systémů např. systém eDoceo společnosti Trask solutions umožňuje import označkovaných XML zdrojů (a tedy i výstupů např. programu Zoner Context). Je zde tímto ukázána cesta spolupráce dvou naprosto rozdílných systémů, kdy není nutné užít nástroje pro tvorbu studijních materiálů od stejného výrobce jako systému řízení distančního vzdělávání. Další možností přenosu informací je užití standardního formátu AICC, který užívá např. ToolBook Instructor nebo Macromedia AuthorWare, a který rovněž podporuje např. eDoceo nebo systém Tutor2000. Jiný přístup volí systém řízení studia WebCT, který je velmi populární na řadě českých vysokých škol. Tento systém nepodporuje žádným způsobem tvorbu vlastních kurzů, ale již hotové kurzy nahrává do vzdělávacího portálu na úrovni souborů – a ponechává na uživateli jejich zobrazení. Pracuje tedy obecně s HTML, PDF nebo také s proprietárními Microsoft Office zdroji. Zajímavé informace o systému WebCT včetně návodu popisujícího základy práce s tímto nástrojem můžete najít na portálu online vzdělávání na Českém vysokém učení technickém v Praze na adrese http://www.cvut.cz/online/.
4.4
Evaluace a zpětná vazba v distančním vzdělávání
21
Informace o systému Tutor2000, který rovněž podporuje kurzy ve formátu AICC, lze nalézt např. u zajímavého projektu tří univezit Moravskoslovského regionu – Ostravské univerzity, Slezské univerzity a Technické univerzity v Ostravě nazvaného Virtuální univerzita na adrese http://virtualni.osu.cz/. Existují také open-source implementace systémů pro řízení vzdělávání – např. projekt claroline (http://www.claroline.net/) vyvíjený v Belgii nebo méně úspěšný projekt Educational Content Management System (jeho vývoj byl prakticky zastaven). Bohužel žádná česká vysoká škola nevyužívá open-source implementace v této oblasti.
4.4
Evaluace a zpětná vazba v distančním vzdělávání
Zvlášť stojícím problémem je problematika evaluace studentů (zkoušení) a získávání zpětné vazby v obou směrech (od studenta k instruktorovi a opačně). Problematika přesahuje rámec distančního vzdělávání, protože evaluační systémy lze užít i na ostatních formách studia a dokonce mimo studijní oblast např. při ověřování dosažených vědomostí v podnicích, při přijímacím řízení apod. Většina stávajících řešení na komerční bázi (často implementovaných do systémů řízení vzdělávání) obsahuje pouze možnost vytvářet sadu otázek, na které existuje nula, jedna či více odpovědí (testy s volenou odpovědí – tzv. a–b–c testy). Výsledkem těchto znalostních testů je pouze výsledek označující, kolik procent dotazů testovaný zodpověděl, přičemž není vůbec rozlišeno, z jaké oblasti jsou neznalosti (a tak mohou výborné znalosti jednoho oboru zajistit úspěch v celém testu). Pouze mírným vylepšením je zavedení vah pro jednotlivé otázky (a tudíž vhodným nastavením vah donutit testovaného vyřešit alespoň část úloh z každého tématu – problém je ale ve správném nastavení vah). Hledání řešení tohoto problému se může odvíjet ve dvou základních rovinách: • posouzení, zda je správná forma testu s volenou odpovědí a • problematika, zda jsou znalosti testovány rovnoměrně. Odpověď na první otázku může být velmi diskutabilní, ale je zcela zbytečné si tuto otázku zatím pokládat. Jiné druhy testu nelze pomocí dnešních počítačů exaktně vyhodnotit. Doplňovací otázky vyžadují na straně počítače provést lexikální a především sémantickou kontrolu zadané odpovědi. Můžeme se jednoduše ptát na jedno konkrétní slovo, ale např. v češtině existuje určitě řada synonym, které lze místo něj použít. Autor otázky si jistě na všechna správná řešení nevzpomene. Dokladem jsou televizní znalostní soutěže, kde je nutné zvážení odpovědi moderátorem. Na druhou otázku hledá odpověď řada prací, z nichž pro mou práci nejzajímavější je [5] vycházející ze základních myšlenek uvedených v [16], [17] a [18]. Tato práce definuje průběh testování jako pohyb v Petriho síti, kde jednotlivými uzly jsou testovací otázky. Tím přidává k jednotlivým otázkám možnost adaptace. Samozřejmě počet možností, jak reagovat na odpověď (ať již správnou nebo špatnou) je značná. Vždy se však bude jednat o jednu ze dvou základních možností – pohyb v rámci testovací sítě (k jiné sadě otázek – např. zaměřit se na důkladnější protestování uvedené oblasti) nebo pohyb mimo síť (a tedy ukončení testu – např. přesun v hypertextu na vysvětlení nepochopeného jevu apod.). Zatímco první způsob (pohyb v rámci sítě) běžně využívají komerční testovací nástroje (např. při skládání zkoušek na Microsoft Certified Professional je osoba podrobena adaptivnímu testu, který prověří detailní znalosti v oblastech, kde uživatel chybuje – očekává se, že správné odpovědi z vybrané oblasti jsou vhodným reprezentativním výka-
4.5
Integrace jednotlivých nástrojů
22
zem toho, že testovaný oblasti rozumí), druhý způsob používají právě systémy pro řízení distančního vzdělávání. Při volbě způsobu je důležité hledat efekt, kterého chceme dosáhnout. Komerční testy pro získání certifikátů potřebují provést důkladný test všech vědomostí, e-learningový systém naopak má uživatele vzdělávat. Podle způsobu práce příslušného testu lze ovšem nalézt prostředky, jak tento test lépe obejít 2 .
4.5
Integrace jednotlivých nástrojů
Předchozí kapitoly ukazují, že většina vyvíjených nástrojů je vyvíjena velmi nezávisle. Obvykle se spolu shodnou pouze výrobky stejného výrobce, které jsou potom nabízeny jako komplety (ToolBook Instructor a Tutor2000, Zoner Context s vlastním prohlížečem, WebCT a souborová koncepce, Autor a eDeceo). Většina nástrojů dnes začíná komunikovat pomocí obecného strukturovaného značkovacího formátu – XML dokumentu. Je definován AICC standard (DTD pro XML dokumenty) pro komunikaci mezi těmito nástroji, který umožňuje vytvářet a provozovat kurzy v nástrojích různých výrobců. Díky tomuto existujícímu standardu (a snaze o jeho podporování významnými výrobci) je možné vstupovat do řetězce výroba – distribuce – evaluace a zpětná vazba a nahrazovat jednotlivé nástroje vlastními. V rámci integračních snah na českých vysokých školách půjde především o tři základní tendence: • nahrazení systému řízení distančního studia vlastním portálem vybudovaným v rámci univerzitního informačního systému, • propojení evaluací a zpětné vazby na univerzitní informační systém (získání podkladů pro tvůrce kurzů) a • zapojení dalších nástrojů do výrobního řetězce z důvodů spolupráce univerzit, nákupu a směny kurzů apod. Modelováním vhodného systému řízení distančního studia plně integrovatelného se stávajícími webovými univerzitními informačními systémy a současně dostatečně modulárního pro budoucí rozšiřování se zabývá právě tato diplomová práce. V následujících kapitolách se při návrhu a analýze systému budeme řídit výše stanovenými třemi tendencemi, které vysoké školy nutí provádět integrace systémů podporujících distanční studium.
2
U adaptivních testů na MCP stačí nastudovat důkladně jednu oblast a udělat záměrné chyby v několika otázkách z této oblasti – testovací software potom udržuje pozornost na oblasti, které rozumíme.
5
ARCHITEKTURA SYSTÉMU ŘÍDÍCÍHO DISTANČNÍ VZDĚLÁVÁNÍ
5
23
Architektura systému řídícího distanční vzdělávání
Návrh vlastního systému řídícího distanční vzdělávání vychází především z potřeby modularity řešení. Jakákoliv část tohoto systému musí být zaměnitelná kdykoliv v budoucnu za jinou část tak, jak budou potřeby užívání tohoto systému vznikat, příp. zanikat. Pro dosažení maximální modularity bude nutné využít třívrstvé architektury. Navrhovaná řešení se opírají o doporučení základní práce [9].
5.1
Třívrstvá architektura
Architekturu obecně chápeme (na základě [7]) jako dílo navrhovatele vytvářející funkční prostor pro další realizaci podle základních ideových představ a technických možností daných dobou. Jedná se o ideovou jednotu použitých prvků, má definovaný styl, smysl i poslání. Architektura může být otevřená změnám a přestavbám, ovšem pouze při zachování stanoveného stylu3 . Architektura informačních systémů je obecná definice platná v informatice a používá se již půl století. V současné době do pojmu architektura v oblasti informačních systémů patří jednak vnitřní systémová struktura (horizontální, vertikální i horizontálně-vertikální), tak struktura jednotlivých implementačních vrstev, které umožňují přenášet systém mezi různými prostředími (portování informačního systému na jinou platformu). Toto pojetí se nazývá vrstvená architektura. Nejstarší vrstvenou architekturou byla jednovstevná architektura systému, kdy příslušný systém řešil všechny operace na úrovni jediného subsystému. Pozdějí (v 80. letech) vznikají první dvouvrstvé systémy klient/server, které odlišují databázové operace (databázová vrstva) na straně serveru a klientské aplikační a prezentační operace (na aplikační vrstvě). Tato architektura byla dána poměrně standardizovaným prostředím klientů (řádkové prostředí, jednoduchá grafická prostředí, standardizovaná grafická API). S postupem času vznikala stále složitější grafická prostředí, vzrůstal počet operačních systémů, ze kterých bylo možné k informačnímu systému přistupovat a řada informačních systémů začala zpřístupňovat svá data i prostřednictvím jiných zařízení, než jsou klasické síťové terminály (kiosek, mobilní telefon, PDA, hlasové služby aj.). Tento posun si vyžádal vznik nového pojetí – třívrstvé architektury. Schématické znázornění této architektury je na obr. 5.1.
Obr. 5.1: Třívrstvá architektura
Nejnižší vrstvu zde tvoří vrstva datová, která zajišťuje nejen napojení na systém řízení báze dat, ale i základní datově–funkční operace zajišťující ukládání, výběr, agregace, 3
Na gotický chrám nelze přimontovat barokní věž.
5.2
Datová vrstva
24
předzpracování, integritu a audit dat. Tím je možné využívat společnou datovou vrstvu několika různými systémy v integrovaném informačním systému. V rámci systému řízení distančního vzdělávání představuje datová vrstva způsob uložení zejména studijních materiálů a případně informací o evaluaci, zpětné vazbě a o provozních údajích probíhajícího online kurzu. V širší souvislosti pak tato datová základna uchovává kompletní stav systému v příslušném okamžiku distančního vzdělávání. Prostřední vrstvou je vrstva aplikační (někdy též funkční), která zajišťuje veškeré výpočty a operace prováděné mezi vstupněvýstupními požadavky a daty. Je prostředníkem mezi obecnou prezentační vrstvou (tj. vstupy a výstupy uživatelů) a datovou vrstvou, která zajišťuje centrální správu dat. Tato vrstva je někdy označována za tzv. middleware, protože zajišťuje transformace dat. V komerční sféře jsou informační subsystémy této vrstvy označovány jako aplikační servery. Pro námi navrhovaný systém je tato vrstva nejdůležitější, protože umožňuje právě aplikační logiku (funkcionalitu) systému a zajišťuje potřebné transformace nad prezentací studijních materiálů, evaluacemi studentů (např. pohybem v Petriho síti) a vytváří zázemí pro systém zpětné vazby zajišťující zefektivňování celého systému distančního vzdělávání. Nejvyšší vrstvu představuje vrstva prezentační, která zajišťuje vstup požadavků uživatele a prezentaci výsledků (zobrazení, jednoduché datové transformace, filtry, výběry, třídění, agregace). Obvykle existuje několik prezentačních vrstev pro různé druhy zařízení, platformy a prostředí. U webových informačních systémů tato vrstva degraduje na transformační nástroje pro formátování výstupu (aplikaci designu) a zobrazovací nástroje (tenký klient – prohlížeč internetových stránek). V našem případě půjde o způsob prezentace údajů studentovi, kdy hledáme možnosti pro realizaci jak online studia, tak offline studia (tištěné materiálu), ale také hybridní formy studia tak, jak byly zmiňovány výše. V rámci třívrstvé architektury dochází k dalšímu podrobnému členění, které např. striktně odděluje základní datovou vrstvu od metadatové vrstvy (určené právě k předzpracování dat) nebo naopak vytváří dvě úrovně prezentační vrstvy (prezentační a zobrazovací vrstvu, kde prezentací je myšlena příprava výsledných údajů a zobrazením je myšlena vlastní aplikace pro zobrazení údajů). Základní smysl třívrstvé architektury však zůstává zachován.
5.2
Datová vrstva
Datová vrstva představuje jednotný sběrný bod všech údajů v celém systému. Pro navrhovaný systém řízení studia je datová vrstva umístěna nad centrálním univerzitním datovým skladem, který je představován relační nebo objektově orientovanou databází. V této databázi jsou umístěny potřebné databázové objekty pro práci systému řízení studia, tedy tabulky, pohledy, indexy, spouště a jednoduché procedury a funkce realizující základní zapouzdření dat (odstínění fyzického a logického datového modelu). Základní uchovávané údaje jsou • studijní materiály – jedná se o strukturně označkované dokumenty v jazyce XML uložené do databáze v podobě velkých objektů (binary nebo character large objects – BLOB, CLOB) rozložené do základních studijních celků – modulů; každý modul každého studijního kurzu je představován jedním velkým objektem v databázové tabulce,
5.3
Aplikační vrstva
25
• evaluační informace – jde o uložení podoby a aktuálního stavu Petriho sítě určené k realizaci evaluačního systému (jako datový model lze užít např. výsledný datový model práce [5], která se touto problematikou zabývá); aktuální stav sítě je třeba udržovat pro každého studujícího v návaznosti na studijní agendu, • provozní studijní agendu – ta je představována informacemi o tom, jaké kurzy jsou vypisovány, kdo kurzy studuje, kdo představuje instruktory (tutory) kurzů apod. – zde je vhodné užít stávající datové modely provozních studijních systémů v rámci univerzitních informačních systémů, které tuto agendu obvykle udržují pro prezenční a kombinované formy studia, • provozní informace pro e-learning – představuje všechny údaje, které je třeba uchovávat pro funkce systému řízení distančního vzdělávání, tedy např. údaje z komunikací v týmové spolupráci, kalendář a diář, poznámkový blok, záložky, sklad pro průběžná a domácí cvičení, ankety, domovské stránky studentů, pošta aj. – podrobně se této problematice věnuje např. [10], kde lze nalézt řadu užitečných tipů – je vhodné maximálně propojit tyto funkce s existujícími funkcemi ve stávajících univerzitních informačních systémech, kde je řada funkcí např. plně elektronické kanceláře již implementována, • informace pro zpětnou vazbu – představují informace, které získává především instruktor o postupu studujícího, tedy aktuální stav postupu studenta studijními materiály – může být reprezentován pouze seznamem prostudovaných modulů s časovými údaji o otvírání a zavírání modulů, nebo podronější podobou vyžadující spolupráci s aplikační a prezentační vrstvou (údaje o tom, kde konkrétně se studující v daný časový okamžik nacházel v příslušném modulu); nedílnou součástí jsou také informace pro diskuzi mezi studujícím a instruktorem (datový model je možné převzít z libovolného diskuzního fóra na Internetu) a • řídící informace pro distanční vzdělávání – vzhledem k tomu, že aplikační vrstva je navržena velmi modulárně, musí být i datová vrstva připravena ke změnám – řídící složka proto představuje především popis značkování studijních materiálů (DTD pro validaci, XSLT pro formátování) a informace o tom, které vlastnosti online výuky mají být použity, protože jsou již schváleny legislativou školy. Zdrojem dat pro datovou vrstvu bude především vrstva aplikační, ale může to být také nástroj přímého přístupu do datové vrstvy – SQL konzole, importní filtr apod. Značkovaná XML data musí být na vstupu zkonvertována podle standardizovaného DTD, které vychází z předpisu AICC, který podporuje většina systémů pro tvorbu studijních materiálů i systémů pro řízení distančního vzdělávání.
5.3
Aplikační vrstva
Tato vrstva představuje výkonné jádro (zajišťování všech funkcí) celého systému řízení distančního vzdělávání. Vzhledem k faktu, že distanční vzdělávání a zejména jeho online podoba (e-learning) procházejí velmi častými proměnami, nelze navrhnout aplikační vrstvu jako stálé a trvalé řešení. Naopak musí být představována velmi flexibilní strukturou, která umožňuje jednoduše modifikovat její chování. K zajištění tohoto faktu pomohou především dvě základní vlastnosti – modularita a důsledné používání metadat. Modularita představuje rozčlenění všech funkčních prvků do samostatných modulů, které mají jednotně definované rozhraní oběma přípustnými směry – k datové i prezentační
5.3
Aplikační vrstva
26
vrstvě. Jednotlivé moduly jsou izolované části, které spolu spolupracují jedině prostřednictvím jiných vrstev (komunikace daty přes vrstvu datovou, komunikace odkazováním se přes vrstvu prezentační). Aby bylo možné dosáhnout požadované modularity, je nutné definovat jednotné rozhraní jednolivých modulů v obou směrech. Jako ideálním prostředníkem se zde jeví komunikační standard XML, ve kterém jsou uloženy data v databázi (datová vrstva bude mít jednodušší práci), a který je dobře transformovatelný na XHTML standard určený k zobrazování tenkým klientem (webovým prohlížečem). Pro zajištění komunikace směrem k prezentační vrstvě je vhodné zajistit doručování jak vlastních XML dat, tak příslušných formátovacích XSLT stylů, které jsou obsaženy na datové vrstvě v řídících informacích pro distanční vzdělávání. Naopak přijímané údaje z prezentační vrstvy je třeba na vstupu kontrolovat pomocí příslušných DTD stylů opět obsažených v datové vrstvě v části řídících informací pro distanční vzdělávání. Tato vrstva realizuje především tyto základní procesy (realizovatelné pomocí jednoho či více modulů): • portál distančního vzdělávání – toto je základní navigační služba, která zpřístupňuje všechny ostatní funkce e-learningového systému; patří sem navigační systém (nabídky, ikony, orientační prvky) a základní funkce webového informačního systému (bude rozebráno později v této diplomové práci), • distribuci studijních materiálů – prioritní funkcí online výuky je předávání informací – tento modul zajišťuje průchod studenta kurzem, transformaci a předávání studijních materiálů (a samozřejmě příslušných formátovacích stylů) z datové vrstvy do prezentační vrstvy; tento modul je také neocenitelným zdrojem informací pro zpětnou vazbu od studujícího k instruktorovi, kde produkuje informace o postupu studenta v rámci kurzu (a jeho částí – modulů, kapitol, sekcí, . . . ); v neposlední řadě je modul propojen přes prezentační vrstvu s dalšími moduly pro zajištění komunikace, týmové spolupráce, poznámek apod., • zajištění evaluací – evaluace by mohla být pokládána pouze za jednu z možných forem zpětné vazby, ovšem můžeme ji řadit mezi základní funkce systému řízení distančního vzdělávání; jejím úkolem je zobrazit aktuální stav Petriho sítě zaznamenané v datové vrstvě a zajistit korektní postup touto Petriho sítí podle informací přijatých z prezentační vrstvy – modul je neocenitelným zdrojem informací jak pro zpětnou vazby od studujícího k učiteli (ověření vědomostí), tak pro zpětnou vazbu studenta od studijních materiálů (testování vědomostí v testech „nanečistoÿ, přičemž tento druh vazby je sekundárním zdrojem pro zpětnou vazbu od studujícího k instruktorovi (zpřesňuje informace o postupu studijícího kurzem), • portál instruktora – tento portál sumarizuje jednotlivé existující funkce provozní studijní agendy ze stávajících univerzitních informačních systémů, prezentuje výsledky jednotlivých zpětných vazeb popsaných výše a jednoduše zpřístupňuje ostatní nástroje užívané při e-learningu, tzn. především komunikační nástroje, nástroje pro týmovou spolupráci, kontrolu úkolů, bodování studentů apod., • portál učitele – učitel je osoba sestavující studijní materiály, tento portál může představovat několik odlišných modulů pro různě pokročilé uživatele – od jednoduchého sběru údajů pomocí umísťování hotových XML a multimediálních souborů se studijními materiály do systému (přenos údajů z prezentační do datové vrstvy s aplikací kontrolního DTD stylu) až po komplexní aplikaci pro údržbu studijních materiálů,
5.4
Prezentační vrstva
27
• administrace e-learningového systému – tento modul je určen administrátorům vzdělávací instituce pro definice podmínek distančního vzdělávání na konkrétní univerzitě (příp. zanášení změn schválených legislativou příslušné univerzity) a k řešení nestandardních situací v e-learningovém systému a • portál studujícího – nejhůře definovatelná složka systému, která poskytuje všechny doplňkové funkce k výše uvedeným primárním modulům určeným pro studujícího (distribuce, evaluace) – tedy komunikační nástroje, nástroje pro týmovou spolupráci, odevzdávání projektů a prací, informace ze zpětné vazby a další v této práci zmíněné nástroje určené studujícímu pro kvalitní zázemí pro vzdělávání. Vzhledem k faktu, že většinu prvků takto navržených modulů je možné popsat formalismem objektově orientovaného přístupu, budeme dále rozebírat tuto vrstvu v sekci zabývající se architekturou jednotlivých prvků systému řízení distančního vzdělávání. Podrobně se komunikací s využitím XML a především značkováním studijních materiálů zabývá kapitola Modelová realizace předmětu „Databázové systémyÿ.
5.4
Prezentační vrstva
Úkolem prezentační vrstvy je vhodným způsobem transformovat XML údaje získané od aplikační vrstvy a uživatelovu odezvu převést do formátu XML, které bude odesláno zpět do aplikační vrstvy. Jsou požadovány minimálně tři základní druhy práce se systémem řízení distančního vzdělávání: • online podoba na WWW – v této podobě budou s portálem nejčastěji pracovat především instruktoři a studující, kteří mají trvalý dlouhodobý a levný přístup k Internetu – výstupním formátem bude XHTML (přísnější varianta HTML) a uživatelé budou používat webový prohlížeč pro zobrazování výsledků i vstup údajů, • offline podoba v tištěné variantě – opačným způsobem užívání systému (především části distribuce studijních materiálů, ostatní části jsou založeny na online komunikaci) je varianta tištěná, kde výstup musí být na požádání vygenerován do vhodného tištitelného (nebo elektronicky staticky prohlížitelného) formátu, jako je např. formát PDF (Portable Document Format) společnosti Adobe; zpětná vazba je u tištěných výstupů nerealizovatelná a • hybridní offline podoba – uživatelé, kteří upřednostňují studium v multimediální a hypertextové podobě, ale nemohou si dovolit trvalé, dlouhodobé a levné připojení k Internetu, potřebují hromadně stažitelné informace zobrazitelné v jednoduchém nástroji – stažení celé prezentace (komprese např. do běžného formátu ZIP) ve formátu XHTML a prohlížení webovým klientem; zadávání údajů není nutné, protože zpětná vazba nemůže v offline podobě fungovat. Pro dosažení jednotnosti všech výstupů je třeba nalézt vhodný transformační mechanismus pro převod formátu XML interně užívaného na datové i aplikační vrstvě do příslušných výstupních formátů. K tomuto účelu existují popisné XSLT styly (XSL transformation), které mohou popsat způsob generování jiného formátu z XML (řádně zkontrolovaného pomocí DTD stylu). Protože ale XML pracuje na principu strukturního značkování, bude výsledkem transformace (XSLT) sled fyzických sázecích objektů (FO). Tím je zajištěno, že XML nemusí vědět nic o sazbě, XSLT definuje transformace strukturního značkování na fyzické a vlastní sazba je oddělena od prvotní transformace. Výhodou pak bude snížení potřeby konverze do výsledného formátu v okamžiku převodu logické
5.5
Architektura jednotlivých prvků
28
stavby textu na fyzickou. Druhou fází je transformace FO procesorem z formátovacích objektů (FO) na výsledný formát (XHTML, PDF apod.). Přehledně tento postup znázorňuje obr. 5.2 (obrázek převzat z práce o užití XSLT a FO [8]).
Obr. 5.2: Generování výstupu z XML pomocí XSLT a FO procesoru
Realizace prezentační vrstvy je obvykle prováděna pomocí vhodného mechanismu publikace na World Wide Web, např. užitím webových informačních systémů, které jsou podrobněji rozebrány v samostatné kapitole v této práci.
5.5
Architektura jednotlivých prvků
Vzhledem k tomu, že jednotlivé moduly aplikační vrstvy i logické součásti obou ostatních vrstev představují samostatné jednotky komunikující s okolím pomocí jasně definovaného rozhraní, je logické užít formalismu objektově orientovaného přístupu k modelování těchto částí. V této části práce je toto objektové paradigma popsáno ve své obecné podobě na základě autorovy práce [20]. Objektově orientovaný přístup Objektově orientovaný přístup je velmi silný formalismus využitelný především k modelování reálné situace. Tento formalismus se pokouší přesně odrážet reálný stav věcí se zanedbáním všeho nepodstatného pro řešení příslušného problému. Objektem nazveme libovolnou reálnou věc, kterou chceme modelovat. Nemusí se jednat jen o věci konkrétní (jako je např. jablko, dům, osoba, napařovací žehlička, . . . ), ale mohou to být i věci abstraktní (např. logické myšlení je abstraktní věc, kterou můžeme chtít namodelovat nějakým objektem tak, aby ji jiné objekty mohly využít).
5.5
Architektura jednotlivých prvků
29
Každý objekt si pak lze představit jako určitou množinu vlastností spolu s definovanou určitou množinou činností, které lze s tímto objektem provádět. Obvykle o těchto činnostech hovoříme ve smyslu „objekt provádí činnostÿ nebo ve smyslu antropomorfizace objektu4 . Souhrn všech činností jednoho objektu nazýváme chováním objektu 5 . Chování (jednotlivé činnosti) obvykle provádí změnu stavu objektu (modifikaci jeho vlastností). Komunikace mezi objekty je pak sled činností, které mají za následek změnu stavu jednotlivých objektů. Veškerá komunikace je potom prováděna za účelem změny vlastností, což přesně odpovídá reálnému světu (provádíme činnosti pro změnu našeho stavu – nasycení, zahřátí se, uspokojení vlastních potřeb, . . . ). Objekty získávají své vlastnosti a chování díky tomu, že jsou instancí nějaké třídy objektů. Třída objektů tak definuje chování a strukturu vlastností pro všechny objekty, které k této třídě patří. V objektové terminologii se jednotlivým činnostem říká metody a toto chování odrážejí tzv. metody instancí. Uvedený formalismus přesně odráží reálnou situaci – třída objektů s názvem jablko má konkrétní instance – mé jablko, sousedovo jablko, třetí jablko na stole zleva apod. Tyto instance jsou konkrétní fyzické objekty – jablka. Mají své vlastnosti – barvu, vzhled, vůni, chuť aj. Každé má specifické hodnoty vlastností, ale strukturu vlastností mají všechny jablka stejnou. Všechna jablka mají také stejné chování – mezi jejich základní činnost patří růst, roztrušování semen, produkce vůně, výroba cukru apod. Tyto metody jsou prováděny nad konkrétní instancí (roste konkrétní jablko), ale jsou všechny stejné pro celou třídu objektů (všechna jablka mají toto chování). V obecném formalismu objektového přístupu jsou definovány i další druhy metod (a tedy chování) – jedná se o metody třídy (pracují nad všemi instancemi příslušné třídy – např. vyhledání objektu), přičemž některé metody tříd jsou specifické – metody konstruktorů (vytvářejí nové instance – např. metoda početí dítěte apod.). Tento formalismus je velmi užitečný v teorii objektově orientovaného programování, ovšem nemá přesný odraz v reálném světě (snad s výjimkou metod konstruktorů). Nad objekty jsou dále definovány tři základní vlastnosti objektově orientovaného přístupu: • dědičnost, • zapouzdření a • polymorfismus. Vlastnost dědičnosti představuje přesně to, co její název napovídá. Pokud některá třída dědí z jiné třídy, znamená to, že přejímá všechny vlastnosti a chování rodičovské třídy. Pojem dědičnosti lze rozšířit na více předků – vícenásobná dědičnost – pak ovšem dědí třída vlastnosti a chování od všech rodičovských tříd. Používáme zde pojmů nadtřída (předchůdce) a podtřída (následník). Opět tato vlastnost odráží reálný svět (syn dědí 4
Říkáme, že např. objekt obdélník „víÿ, jak má spočítat svou plochu apod. Celý tento formalismus lze samozřejmě zapsat formálně např. jako O = (P, B), kde P je množina vlastností (z angl. properties) a B množina relací představujících chování objektu (z angl. behaviour). Vzhledem k tomu, že smyslem této práce není provádět precizní důkazy nad přesnou formální specifikací, omezíme se na slovní popis užívaných metod. 5
5.5
30
Architektura jednotlivých prvků
vlastnosti a chování od matky i otce, jde tedy o vícenásobnou dědičnost mezi nadtřídami otec a matka a podtřídou syn)6 . Zapouzdření umožňuje skrýt vnitřní vlastnosti objektu a vnitřní chování před vnějším světem. Představme si objekt podle obr. 5.3.
Obr. 5.3: Zapouzdření objektu
Je vidět, že vlastnosti objektu jsou vnějšímu světu skryty a jediná možnost komunikace zůstává prostřednictvím definovaného rozhraní pomocí vybraných metod instance. Na obrázku je tato komunikace znázorněna šipkami. Navenek se tedy každý objekt chová jako černá skříňka. Manipulovat s vlastnostmi smíme jen pomocí volání metod (provádění činností objektu). V některých programovacích jazycích je možné manipulovat také přímo s vlastnostmi (slabší definice zapouzdření objektu). Vlastnost zapouzdření tak umožňuje jednoduše zachovávat stav konzistence všech vlastností objektu. To ovšem přesně odpovídá reálnému světu – aby mohlo dojít ke změně vlastnosti (hnědnutí jablka), musí dojít k určité činnosti (např. oxidace povrchu jablka), tedy k vyvolání metody. Vlastnost polymorfismu si nejlépe představíme na příkladu. Představme si ošatku, do které lze vkládat ovoce. Pak nezáleží příliš na tom, zda se jedná o jablka či hrušky, můžeme vždy provést činnosti jako snězení ovoce, cítíme vůni ovoce či můžeme ovoce použít jako surovinu pro výrobu šťávy pomocí činnosti lisování ovoce. Polymorfismus tedy znamená využitelnost různých objektů stejným způsobem, pokud mají tyto objekty společného předka (viz dědičnost objektů), který má definovánu příslušnou činnost. Přitom tento předek má příslušnou činnost definovánu často velmi abstraktně – ostatně těžko určit, jakou vůni má ovoce. Konkrétní instance ovoce – např. jablko – má pak již vůni velmi reálnou. Výhoda polymorfismu je především v mechanismu, kterému se říká pozdní vazba. Představme si model světa, ve kterém modelujeme proces člověka, jehož úkolem je sníst ovoce, pokud mu toto ovoce voní. Bez polymorfismu by bylo nutné definovat, že člověk má sníst jablko, pokud mu jablko voní (protože víme, jak voní jablko). Podobně musíme totéž definovat pro hrušky, třešně, švestky, meruňky a mnoho dalšího přípustného ovoce. Přidáním dalšího druhu ovoce pak musíme proces člověk doplnit o reakci na novou vůni7 . 6
V reálném světě ovšem není dědičnost dokonalá, řídí se zákony dědičnosti a dochází k mutacím – vlivu nežádoucích faktorů do procesu dědičnosti – tyto zvláštnosti nelze ovšem formalismem objektově orientovaného přístupu jednoduše modelovat. 7 Uvedená metoda se nazývá brzká vazba a nevyužívá polymorfismu.
5.5
Architektura jednotlivých prvků
31
S využitím polymorfismu naučíme člověka reagovat na vůni ovoce vykonáním činnosti snězení ovoce – bez ohledu na to, zda se jedná o granátová jablka nebo kubánské pomeranče. Vzhledem k tomu, že každé ovoce má definovánu vůni a činnost snězení ovoce (byť abstraktně), je možnost tohoto stylu výuky člověka reálná. Člověk má vůči ovoci tzv. pozdní vazbu, protože do posledního okamžiku (před testem na vůni) není známo, o jaké ovoce půjde. Máme tedy definovány objekty jako instance tříd objektů, tyto objekty mají své vlastnosti a chování a splňují vlastnosti dědičnosti, zapouzdření a polymorfismu. Pro úplnost našeho objektového popisu přidáme ještě dvě nové definice. Konstruktorem objektu nazveme tu činnost, která způsobuje vznik objektu (jedná se o metodu třídy objektu tak, jak již byla popsána výše). Naopak destruktorem objektu nazveme tu činnost, která způsobuje zánik objektu (to je naopak metoda instance, protože pracuje nad konkrétním objektem). Více o objektech a formalismu objektově orientovaného přístupu lze nalézt např. v knihách [13] a [14] a v dalších učebnicích programovacích jazyků. Užití formalismu na konkrétním příkladě Pro názornou představu užití tohoto formalismu můžeme použít typizované moduly aplikační vrstvy. Všechny tyto moduly obsahují jednoho abstraktního předka, který definuje následující metody rozhraní: • konstruktor() – založení objektu modulu aplikační vrstvy, • destruktor() – ukončení činnosti objektu modulu aplikační vrstvy, • propojení na prezentační vrstvu() – předá odkaz na instanci prezentační vrstvy, se kterou může být komunikováno (informace o zpracování události), • propojení na datovou vrstvu() – předá odkaz na instanci datové vrstvy, se kterou může být komunikováno (žádosti o data) a • událost k řešení() – prezentační vrstva předává získanou událost k řešení, parametrem je XML podoba informací, které má prezentační vrstva k dispozici od uživatele. Kokrétní instance modulu aplikační vrstvy je potom inicializována konstruktorem, jsou na ni napojeny prezentační i datová vrstva (směrem k prezentační vrstvě může být definována řada operací pro zjištění podrobností o události, směrem k datové vrstvě operace na získání dat) a jednotlivé události jsou do modulu předávány z prezentační vrstvy (události vznikají konkrétní operací uživatele) a jako výsledek metody je předán XML výsledek odezvy konkrétního modulu. Všechny ostatní vnitřní reprezentace modulu zůstávají před zbytkem systému skryty, ale mohou být využity např. definované metody předka v potomkovi (transformace, kontrola DTD apod.). Polymorfismu je pak užito k volání všech metod událost k řešení() z prezentační vrstvy bez ohledu na to, o jaký modul se jedná (všechny jsou potomky jedné takto definované abstraktní třídy).
6
MODELOVÁ REALIZACE PŘEDMĚTU „DATABÁZOVÉ SYSTÉMYÿ
6
32
Modelová realizace předmětu „Databázové systémyÿ
Nejjednodušší vysvětlení používaných technik je na konkrétním příkladě. Jako přednášející předmětu Databázové systémy na Provozně ekonomické fakultě Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně si autor zpracovává řadu poznámek a prezentací na jednotlivé přednášky. Trend vede k přípravě komplexních podkladů jak pro prezenční formu, tak jejich využití jako studijní opory pro kombinovanou formu (kde je tato problematika součástí předmětu Informatika pro ekonomy). V této kapitole je připraveno několik ukázek ze zpracovávaného textu, na kterých budou demonstrovány některé zajímavé prvky přípravy elektronických studijních materiálů. Kapitola je metodicky rozčleněna na několik částí popisujících odlišné části připravovaných materiálů.
6.1
Obecná struktura materiálů
Každý studijní materiál je představován strukturním XML dokumentem. DTD tohoto XML dokumentu je založeno na standardy DocBook, který lze snadno konvertovat do jiných XML formátů, jako je výše zmíněné AICC pro práci s komerčními e-learningovými nástroji. Definici DTD rozšíříme o další prvky podle diplomové práce [15], především o prvky pro práci s multimédii. Pro rozšíření možností strukturního značkování přidáme několik nových atributů k existujícím značkám (tagům), při jejichž návrhu budeme vycházet z doporučení uvedených v teoretické práci [1]. Základní kostra tohoto dokumentu je tato: Databázové systémuMilan <secondname>Šorm ... vlastní strukturovaný obsah kurzu ... Členění studijního materiálu v základním sledu (tak, jak je materiál následně tisknut pro offline prohlížení bez přihlédnutí k hypertextovosti) je na kapitoly a dále postupně zanořené sekce. Kapitolou můžeme rozumět významový modul. Podrobnosti jsou uvedeny v dalších sekcích, zde je pouze ukázka značkování jednotlivých bloků textu hladké sazby: Úvod do jazyka SQL <section>
6.2
Motivace
33
Jazyk pro definici dat <para>Jazykem pro definici dat (DDL, z angl. data definition language) myslíme souhrn všech příkazů SQL, které nám umožňují definovat nebo měnit metadata datového modelu. Mezi nejznámější operace patří zakládání a rušení tabulek, definice indexů či integritních omezení. <section> Zakládání tabulek (CREATE TABLE) <para>Základní podoba příkazu pro zakládání tabulek obsahuje jméno nové tabulky, popis její struktury a popis integritních omezení. V uvedené ukázce si můžeme všimnout použití entity pro označení nezlomitelné mezery ( ).
6.2
Motivace
Nejdůležitější částí každého kurzu (ať již prezenčního nebo distančního) je důkladně motivovat studujícího pro další učení. Tato motivace může být • předběžná – naší snahou je upoutat zájemce a získat studující pro náš kurz, tato motivace je obvykle publikována mimo hlavní studijní materiály, • úvodní – studující již studuje náš kurz a naším úkolem je ho motivovat, aby u kurzu vydržel – na motivaci pak bezprostředně navazuje úvod a základní principy práce s elektronickými studijními materiály, • průběžná – pozornost studujícího v průběhu studia ochabuje a klesá také jeho zájem, je zapotřebí zvyšovat jeho motivaci, aby proces učení probíhal bez zbytečných výchylek v pozornosti (častá chyba při klasickém memorování rozsáhlých textových celků, např. skript – osoba čte stránky skript, ale nepamatuje si z nich žádné údaje, její pozornost v důsledku malé motivace poklesla) a • závěrečná – chceme studujícího přesvědčit, že studijní materiál nevyčerpal veškerou problematiku, je dále možné pokračovat řadou zdrojů, odkazů na Internet, příp. vytyčit aktuální milníky vědeckovýzkumného rozvoje v této oblasti a tím motivovat studujícího pro další rozvoj jeho vědomostí i po ukončení příslušného online kurzu. Předběžná motivace je určena k nalákání a jako taková musí být realizována s vhodnou mírou multimediálních efektů, aby upoutala pozornost. Nesmí obsahovat technické detaily ani podrobnosti, protože potom se studující problematiky zalekne. Dobrou metodou je realizace motivačního textu otázkami typu „Zajímá vás, jak efektivně ukládat získané informace? Jak v těchto informacích vyhledávat? Používáte databáze, ale netušíte, jak pracují? Kurz Databázové systémy vám dá odpovědi na vaše otázky.ÿ. Motivace je de facto reklama na připravovaný kurz. Vhodná délka předběžné motivace je jeden až dva odstavce, protože delší text nebude studující vybírající si z desítek či stovek kurzů ochoten akceptovat.
6.3
Výuka, prezentace učiva, opakování
34
Úvodní motivace je určena studujícím, kteří si již kurz zapsali. Nemá tedy reklamní charakter, ale pouze uvádí studujícího do problematiky a představuje probíranou tématiku z nejširšího úhlu pohledu, včetně přesahů a aplikací problematiky v jiných disciplínách či praxi. Tato motivace by měla být realizována jako odstavcový text o velikosti maximálně jedné tištěné strany. Informace z úvodní motivace slouží studujícímu pro upřesnění rozsahu kurzu a pro získání prvotního nadšení pro studium kurzu. Motivace může mít částečně technický charakter, který povzbudí zájem studujícího (nesmí jej ale odradit). Na tuto motivaci musí bezprostředně navazovat stručný a jednoduchý kurz základního ovládání e-learningového systému, aby studující získal pocit jistoty v navigaci v systému a mohl se plně soustředit na proces vzdělávání se. Průběžná motivace bývá velmi nenápadně včleněna do běžného textu. Obvykle má podobu jedné věty, která naznačuje, co bude později rozebráno. Typickými příklady jsou věty „Dále bude rozebrána problematika triggerů pracujících nad mutujícími tabulkami.ÿ nebo „Později si práci s množinovými operacemi UNION, INTERSECT a MINUS zobecníme.ÿ. Úkolem průběžné motivace je pozvednout zájem studujícího. Obvykle je možné tento zájem podpořit obrázkem, multimediálním klipem, příp. vhodným vtipem (pedagog při prezenční formě často užívá vtipu k připodobení vysvětlované látky realitě). V průběžné motivaci můžeme použít technické termíny, pokud ovšem není stejnými termíny studující unaven v témže odstavci. Závěrečná motivace je obvykle technickou záležitostí popisující, kde nalezne uživatel další zdroje (Internet), materiály (knihy, články) nebo konzultace (seznam osob ze vzdělávací instituce). Její délka by neměla přesáhnout jednu tištěnou stranu a úkolem motivace je pouze navést studujícího k dalšímu zkoumání problematiky proběhnuvšího kurzu. Motivační texty strukturujeme do příslušných sekcí a kapitol s dodatečnou informací, že se jedná o motivační text pomocí přidaného atributu type, tzn. <section type="motivation"> Proč studovat databázové systémy <para>Zajímá Vás, jak efektivně ukládat získané informace? Jak v těchto informacích vyhledávat? Používáte databáze, ale netušíte, jak pracují? Kurz Databázové systémy Vám dá odpovědi na Vaše otázky. Jedná-li se pouze o průběžnou motivaci v podobě jedné věty, použijeme jednodušší definici motivačního textu Později si práci s množinovými operacemi UNION, INTERSECT a MINUS zobecníme.
6.3
Výuka, prezentace učiva, opakování
Při prezentaci učiva musíme vycházet ze stejných postupů, jaké používáme při prezenční výuce. Tedy postupovat od jednoduššího ke složitějšímu, držet se jedné tématické větve, uvádět názorné příklady, využívat didaktické pomůcky, strukturovat podávané informace do menších celků a kontrolovat reakce našich posluchačů. V distančním vzděláváním ovšem řada těchto postupů probíhá mírně odlišným způsobem. Především posluchač zde není v procesu výuky omezen časem, který byl jemu i přednášejícímu přidělen. Studující si sám volí své vlastní tempo výuky, časový rozsah, po který
6.3
Výuka, prezentace učiva, opakování
35
se bude studiu věnovat a v předem definovaných mezích je mu ponechána možnost volby látky, kterou chce studovat. Není proto možné strukturovat učivo podle standardních přednášek, ale je třeba vytvořit detailní dělení jednotlivých učebních celků (modulů, kapitol) na hierarchickou strukturu sekcí. I v rámci jednotlivých sekcí je dále vhodné rozlišit smysl jednotlivých bloků učiva – úvod, nové poznatky, názorný příklad, upevňování učiva, opakování, sumarizace poznatků, závěry, otázky k rozšíření učiva, doplňující informace. Každý blok textu je nutné strukturně vyznačit a opatřit jej vhodným strukturním atributem určujícím typ učiva. Jednotlivé bloky se mohou navzájem kombinovat – obvykle nalezneme uvnitř nových poznatků řadu definic a pojmů. Příklad tohoto značkování je uveden níže. <para type="new-information"> <para type="definition"> Tabulka je v druhé normální formě, jestliže je v první a navíc platí, že existuje klíč a všechna neklíčová pole jsou funkcí celého klíče. <para type="comment"> Tato definice splňuje požadavek, že vyšší normální forma znamená kvalitnější návrh tabulky, protože požaduje splnění první normální formy pro tabulku ve druhé normální formě. Požadavek je nutný vzhledem k existenci klíče, který je mj. definován jako nedělitelný atribut. Nad vhodně strukturně označkovaným dokumentem lze poté provádět řadu transformací, které umožňují vytvářet další automatizované učební pomůcky – především navigační systém ve výuce. Nejde jen o vytváření rejstříku pojmů (v uvedené ukázce definováno jako objekty typu term, v případě definice jako new-term), ale také pro tvorbu stromů souvislostí (který termín předchází jinému termínu, která část učebního textu musí být tedy studována dříve než jiná – omezení studenta ve volbě studované látky). Je třeba si uvědomit specifické vlastnosti českého jazyka (skloňování, časování) a naznačit jiným strukturním atributem definovaný termín ve stejném jazykovém tvaru u všech užitých strukturních značek (atribut linked). Strukturní značkování lze využít i pro zpětnou kontrolu vytvořeného studijního materiálu – porováním termínů definovaných objektem typu new-term (definice) a podobných termínů definovaných objektem typu term (užití již definovaného pojmu) lze nalézt chyby, jako je užití pojmu před jeho definicí nebo užívání pojmů bez definice. Podobně lze kontrolovat definice pojmů, které dále nejsou ve studijním materiálu využity (nemusí být nutně chyba, ale příliš velké množství pojmů bez využití vytváří ze studijního materiálu slovník).
6.4
Hypertexty, multimédia, odkazy na další zdroje
36
V nespolední řadě může být typizovaných strukturních značek využito pro generování různých pohledů na studijní materiály – seznam definic pojmů, závěrečné shrnutí modulu pomocí sumace závěrů jednotlivých sekcí apod. Čím podrobněji budeme strukturně značkovat, tím více dalších informací (metainformací) lze z napsaného textu zpětně získat. Ovšem nadměrné značkování velmi zpomaluje tvorbu studijních materiálů a je nutné vzít v úvahu, zda čas strávený strukturním značkováním se nám nebo studujícím dodatečně vyplatí. Pozornost studijícího v průběhu studia upadá (při soustavném studiu přichází stereotyp čtení a studijící materiál čte, aniž by jej vnímal). Existuje několik běžně používaných možností, kterými lze udržet kontakt se studijícím, i když studuje distančně. Jedná se především o • řečnické otázky – tento typ zpětné vazby využívá většina prezenčních přednášejících zcela automaticky, ovšem ve studijních materiálech není příliš vhodný, protože narušuje plynulý tok vykládaného textu a student při přemýšlení nad otázkou ztrácí kontext; pomocí strukturního značkování lze řečnickou otázku vyznačit a ponechat na systémů řízení distančního vzdělávání, jak tuto otázku zobrazí (je možné studentovi nabídnout potlačení řečnických otázek, umístění do textu, do samostatného odstavce, na konec sekce s vysvětlovanou problematikou apod.), • otázky k opakování – představují mnohem zásadnější množinu problémů, které má student řešit; je možné užít jak jednoduchou metodu vyznačení části studijního materiálu jako sekce otázek k opakování, nebo je možné použít některou z metod evaluace zmíňovanou níže v textu; při použití sebeevaluačních metod navíc můžeme studenta při špatné odpovědi nasměrovat přímo do té části textu, kde je příslušný jev vysvětlován (hypertext), nebo pro každou špatnou odpověď připravit vysvětlení, proč právě tato odpověď je špatná (toto je velmi vhodná forma, která ovšem vyžaduje detailní přípravu i špatných odpovědí na otázky s volenou odpovědí – podrobněji rozebereme v části věnované evaluacím studentů) a • úkoly k řešení – řadu problémů nelze převést do podoby jednoduché otázky – může jít o matematické, fyzikální či chemické výpočty, přípravu eseje, případové studie, počítačového programu nebo rysu; ve studijním materiálu je vhodné strukturně vyznačit jak příslušnost úkolů k jednotlivým sekcím učebního textu (studenti zpracovávají úkoly průběžně), tak zadání úkolu a administrativní podmínky jeho vypracování (termín, způsob odevzdání a hodnocení); strukturního značkování lze potom využít k tvorbě cvičebnice, seznamu úkolů či jako podklad pro další evaluace studentů.
6.4
Hypertexty, multimédia, odkazy na další zdroje
Používáním moderních informačních a komunikačních médií nejsme omezeni jen na pasivní učební text (elektronická skripta), ale můžeme využít dvou pokročilých technik – hypertextu a multimédií. Vhodným užitím těchto technik lze zároveň vytvořit ucelený systém navigace ve studijním materiálu, který studujícímu umožní lépe a rychleji se v celém materiálu orientovat. Hypertext umožňuje propojit jednotlivé části textu pomocí odkazů. Vhodným označením pojmu jako odkaz (ať již implicitně pomocí definice transformace významu objektu typu term jako odkazu na stejný objekt typu new-term, tj. odkaz na definici, tak explicitním definováním) můžeme studujícímu umožnit přechod na podrobnější vysvětlení
