В высшей школе

ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.

Информационные системы и их приложения

Развитие информационных технологий началось с создания информационных технических средств (устройств) способных передавать информацию на большие расстояния, т.е. с изобретением С.Морзе телеграфного аппарата (см. п.2.8, рис.2.52 и рис.2.53). Современный этап развития информационных технологий характеризуется использованием информационных систем, под которыми понимают в широком смысле (SH) – совокупность технического, программного, организационного и других видов обеспечения, предназначенная для обслуживания информационных потребностей пользователей. В узком смысле (YS) информационную систему рассматривают как аппаратно-программный комплекс, предназначенный для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей. В любом случае основной задачей информационной системы является удовлетворение конкретных информационных потребностей в рамках конкретной предметной области. В нашем случае, в широком смысле, информационной системой является система высшей школы, основными элементами которой являются высшие учебные заведения с их организационно-технической структурой.

В узком смысле информационной системой является любой участник учебного процесса, использующий компьютер в учебных и воспитательных целях (см. рис.5.18).

Информационные системы классифицируются по нескольким признакам.

Классификация информационных систем по их архитектуре. В теории построения информационных систем различают два класса. Настольные и распределенные. Кроме того, информационные системы, построенные на базе вычислительных сетей, могут быть локальными, региональными и глобальными. На рис.5.18 показано, что вуз имеет сложную организационно-техническую структуру, которая содержит как настольные ПК, так и распределенные локальные вычислительные сети. Для системы высшей школы на региональном уровне (город, область) информационной системой является региональная вычислительная сеть, которая предназначена для решения задач управления высшими и другими учебными заведениями. Региональные вычислительные сети в совокупности можно считать глобальной информационной системой государства, решающей задачи образования и воспитания граждан.

Администрация вуза Преподаватель Студент

Обеспечение: математическое; программное; лингвистическое. техническое.

ВУЗ как информационная система в широком смысле (SH)

Организационная структура вуза

Техническая структура вуза

ПК

ПК

ПК

ПК

ПК сервер

…

Вход

Выход

Информационная система в узком смысле (YS)

Рис. 5.18. Иллюстрация вуза как информационной системы

Как правило, техническая часть, т.е. локальная вычислительная сеть, строится с учетом специфики организационной структуры вуза и с отдельными компьютерными классами и информационно-вычислительными центрами. Напомним основные топологические схемы архитектуры вычислительных сетей вуза (см. рис.5.19 – 5.22).

Топология «общая шина», как правило, используется в вузах для создания учебных компьютерных классов, так как обладает рядом преимуществ. Например, отказ одного из компьютеров не влияет на работу сети в целом; сеть легко настраивается и конфигурируется и устойчива к неисправностям отдельных компьютеров.

Топология «общая шина» позволяет создать компьютерный класс в составе до 30 компьютеров. К недостаткам топологии «общая шина» можно отнести следующие: разрыв кабеля может существенно повлиять на работу всей сети; существуют ограничения на длину кабеля и количество компьютеров в сети.

Рабочая станция D

Файл-сервер

Рабочая станция B

Рабочая станция C

Рабочая станция А

Заглушка  

Т-коннектор

Рис. 5.19. Фрагмент вычислительной сети топологии «общая шина»

На рис.5.20 и рис.5.21 проиллюстрированы фрагменты вычислительных сетей с топологией «кольцо» и «звезда», которые используются при создании вычислительных сетей кафедр, специальных лабораторий и обслуживающих подразделений вуза. Как правило, вычислительная сеть с топологией «кольцо» применяется редко, так как имеет существенный недостаток.

Рабочая станция В

Рабочая станция А

Файл-сервер

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ

Рабочая станция С

Рис. 5.20. Фрагмент вычислительной сети топологии «кольцо»

Неисправности одного компьютера сети или повреждения кабеля приводит сеть в неработоспособное состояние. Поэтому данная топология модифицируется и используется совместно с другими топологиями. Смешанная топология будет рассмотрена ниже.

Вычислительная сеть с топологией «звезда» также имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам относят следующие: легкое подключение новых компьютеров; имеется возможность централизованного управления сетью и устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров сети. Недостатком топологии «звезда» считают большой расход кабеля и возможность отказа всей сети в случае выхода из строя файл-сервера (хаба). Этих и других недостатков лишена вычислительная сеть, построенная по смешанной топологии (см. рис.5.22). Большинство локальных вычислительных сетей вузов построены именно с использованием смешанной топологии.

Рабочая станция А

Файл-сервер (hub)

Рабочая станция В

Рабочая станция С

Рис. 5.21. Фрагмент вычислительной сети топологии «звезда»

Классификация информационных систем по характеру обработки данных. Здесь выделяют два крупных класса информационных систем. К первому классу относят информационно-справочные и информационно-поисковые системы. В крупных высших учебных заведениях такими системами оснащаются библиотеки, информационные центры и некоторые другие подразделения вузов, осуществляющие хранение и учет большого количества данных о личном составе, материальных ценностях и т.д. Ко второму классу относят автоматизированные системы управления учебными процессами и системы поддержки принятия педагогических решений. В этом классе многие вузы используют лицензионную систему Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Leaning Environment), что в переводе с английского языка обозначает – модульная объектно-ориентированная динамическая учебная среда, которая ориентирована на организацию взаимодействия между преподавателями и студентами. Она позволяет организовывать дистанционные курсы, а также поддержку очного обучения.

Высшее учебное заведение как информационную систему трудно отнести по рассматриваемому признаку к какому-либо из двух классов.

По характеру обработки данных вуз занимает особое место в данной классификации и может быть представлен некоторой интегральной информационно-управляющей системой. Понятие интегрированной системы стандартизовано (см. ДСТУ 2941-94). Здесь интегрированная система определена как совокупность двух или более взаимосвязанных систем, в которой функционирование одной из них зависит от результатов функционирования другой (других), поэтому эту совокупность можно рассматривать как единую систему.

Классификация информационных систем по сфере применения. По этому признаку, как высшее учебное заведение, так и систему высшей школы в целом, можно отнести к классу образовательных систем.

Классификация информационных систем по охвату задач (масштабности). Система высшей школы решает множество разнотипных задач, которые можно объединить в группы, и решение которых осуществляются на разных уровнях ее иерархии.

Рабочая станция D

Рабочая станция В

Рабочая станция E

Рабочая станция С

Рабочая станция А

Token Ring  

Интернет

Рис. 5.22. Вычислительная сеть со смешанной топологией

На высшем уровне системы «высшая школа» решаются стратегические и политические задачи управления высшим образованием в государстве. На региональном уровне системы «высшая школа», интегрируется информация о системах высшего образования городов и регионов. Для этого решаются задачи анализа и обобщения успешности работы высших учебных заведений и других образовательных подразделений регионального уровня. На уровне высших учебных заведений непосредственно решаются задачи обучения и воспитания студентов и другие задачи, связанные с научной деятельностью каждого научно-педагогического работника и вуза в целом.

С учетом сложности структуры и специфики задач, решаемых системой высшего образования, можно утверждать, что она представляет собой интегрированную информационно-управляющую систему и сама образует несколько классов систем. Она содержит класс менее масштабных интегрированных информационно-управляющих систем регионального уровня, которые решают задачи управления высшими учебными заведениями, а также научными и другими подразделениями системы высшей школы. В высших учебных заведениях доминируют процессы преобразования информации в знания и обратно (процессы обучения и воспитания), которые рассмотрены в п.п.5.3, поэтому они образуют класс информационных знаниеориентированных системам. Поясним сказанное рис.5.23.

Здесь приведена в обобщенном виде иерархическая структура интегрированной информационно-управляющей системы (ИИУС) высшего образования с соответствующей оценкой степени интеграции и информатизации. Низкая степень интеграции и информатизации в широком смысле рассматриваемой системы показана символом, а высокая степень информатизации в узком смысле показана символом. По аналогии степень интеграции и информатизации для интегрированных информационно-управляющих систем регионального уровня показана такими же символами. Информационные знаниеориентированные системы, т.е. высшие учебные заведения, имеют среднюю степень интеграции и информатизации как в широком смысле, так и в узком смысле

Интегрированная информационно-управляющая система высшего образования

Интегрированные информационно-управляющие системы регионального уровня

Информационные знаниеориентированные системы

Рис. 5.23. Обобщенная схема соответствия степени интеграции

и информатизации уровням управления в интегрированной информационно

- управляющей системе высшего образования

Иерархическая структура, вложенный характер систем и подсистем, а также представление информационных систем в широком и узком смысле обусловливают определенный порядок построения и организации основных элементов информационных систем – баз данных и баз знаний, если таковые используются для решения информационно-управленческих задач в системе высшей школы.

Воспользуемся стандартизованными терминами и определениями этих понятий (см. ДСТУ 28764-94).

База данных – совокупность взаимосвязанных данных, организованных согласно схеме базы данных так, чтобы с ними мог работать пользователь.

Распределенная база данных – база данных, физически распределенная на две или больше компьютерных системы.

Система управления базами данных(СУБД) – совокупность программных и языковых средств, которые обеспечивают управление базами данных.

Учитывая приведенные определения и сложную иерархическую структуру высшей школы можно утверждать, что в основе ИИУС должна лежать распределенная база данных, структура которой показана на рис.5.24.

В базах данных информация может храниться в трех видах. При проектировании баз данных используют следующие модели представления данных: модель данных с иерархической, сетевой и реляционной структурами. В случае построения распределенных баз данных используются комбинированные модели представления данных. Например, данные об образовательных стандартах (см. п.п.3.6, рис.3.19) имеют иерархическую структуру и должны размещаться в соответствии с их уровнями иерархии. Такую же структуру могут иметь данные при проектировании информационно-управляющей системы вуза «учебный отдел» → «деканаты» → «кафедры». Наиболее распространенной моделью представления данных является реляционная модель, т.е. представление данных в виде двумерных таблиц, которые часто используются при выполнении лабораторных работ, практических заданий, курсового и дипломного проектирования.

БДИИУС высшим образованием

БДИИУС регионального уровня

БДИИУС регионального уровня

…

…

…

…

Министерский уровень

Региональный уровень

…

Уровень вузов

Исходные данные о состоянии процессов обучения, воспитания и науки в системе высшего образования

Рис. 5.24. Обобщенная схема распределенной базы данных интегрированной

информационно-управляющей системы высшим образованием

Реляционная модель данных использована корпорацией Microsoft Office при создания программы для работы с электронными таблицами Excel, которая позволяет, обеспечивает при необходимости экономико-статистические расчеты, и строить соответствующие графики. Эта же корпорация разработала реляционную СУБД Access, которая имеет широкий спектр функций, включая связанные запросы, связь с внешними таблицами и базами данных, что позволяет ее использовать не только в учебном процессе, но и для информатизации и автоматизации различных видов обеспечения системы высшей школы.

Многие преподаватели на основе самостоятельно полученных знаний в области информатики создают информационные системы в виде экспертно-обучающих систем, автоматизированных учебных курсов, автоматизированных тестирующих программ, интеллектуальных словарно-справочных средств и т.д. С одной стороны, создание таких автономных информационных систем повышает качество и эффективность деятельности педагогов, с другой стороны, их разнотипность и структурное многообразие создает проблемы, связанные с унификацией и стандартизацией программного обеспечения информационных систем в сфере образования. Кроме того, разнотипность информационных систем затрудняет их использование в распределенной базе данных, обобщенная структура которой показана на рис.5.24. Вместе с тем, отдельные обучающие информационные системы обладают интеллектуальными свойствами и представляют собой модель профессиональных знаний преподавателя. Такие системы называются интеллектуальными и в ДСТУ 2481 – 94 определены как системы, обеспечивающие решение неформа­ли­зо­ва­н­ных задач пользователя в некоторой предметной области и орга­ни­зу­ющие их взаимодействие с компьютером в привычных понятиях, терминах, образах. В этом же стандарте определены следующие понятия интеллектуальных систем.

База знаний (БЗ) -упорядоченная совокупность правил, фактов,механизмов вывода и программных средств, описывающая некоторую пред­метную область и предназна­ченная для представления на­копленных в ней знаний.

Система управления базой знаний (СУБЗ) – совокупность программных и аппаратурных средств для организации и ведения базы знаний.

Интеллектуальный интерфейс – совокупность аппаратурных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие интеллектуальной системы с пользователем на основе привычных понятий, терминов, образов, присущих определенной сфере интеллектуальной деятельности человека.

Основываясь на приведенных выше определениях, представим в самом общем виде структуру интеллектуальной системы, ориентированной на управление учебными процессами, в которой центральное место занимает база знаний (см. рис.5.25). Здесь показаны основные компоненты интеллектуальной системы и отношения между ними. Видно, что неотъемлемым элементом базы знаний является база данных. Такая обобщенная структура интеллектуальной системы может быть использована как при построении информационных систем настольного типа, так и для масштабных информационных систем распределенного типа (см. рис.5.24).

БЗ

СУБЗ

Ученые-эксперты

Администраторы системы

Участники образовательного процесса

Инженеры- программисты, когнитологи

Интеллектуальный интерфейс

СУБЗ

БЗ

БД

Рис.5.25. Обобщенная схема интеллектуальной системы управления

учебными процессами

Особенностью такой системы является наличие в ней многопользовательского интеллектуального интерфейса. Кроме того, пользователями данной системы являются не только непосредственные участники учебного процесса, но и администраторы системы, следящие за ее состоянием, инженеры-программисты и когнитологи, которые модернизируют систему и заполняют базу знаний соответствующими моделями знаний ученых-экспертов.

Дата добавления: 2014-01-05