Интерактивные информационные технологии на осно

Интерактивные информационные технологии на основе Web-серверов и систем компьютерной видеоконференцсвязи

А.Б. Никитин, доц., В.С. Синепол, проф., В.А. Сороцкий, доц.,
И.А. Цикин, проф., зав. кафедрой, директор Центра ДО


Санкт-Петербургский государственный технический университет
Тел. (812) 552-76-39, 552-61-89, E-mail: sinepol@twonet.stu.neva.ru,
sorotsky@twonet.stu.neva.ru, tsikin@twonet.stu.neva.ru


Системы видеоконференцсвязи

Главная особенность систем КВКС, которая предопределила интерес к их практическому использованию в дистанционном обучении, состоит в возможности реализации визуального интерактивного общения. Среди различных видов телекоммуникаций системы КВКС являются, по-видимому, одним из самых мощных средств повышения эффективности контактов между преподавателем и студентом, находящимися на значительном удалении друг от друга. Возможность естественного общения друг с другом, включая не только диалог “faсe-to-faсe”, но и совместную работу над учебными материалами, просмотр графических материалов и различных предметов, относящихся к теме беседы, видеовставок, репортажей (в том числе передаваемых непосредственно во время телеконференций) – все это определяет существенные преимущества КВКС по сравнению с другими видами дистанционных контактов. Если для телевизионных систем необходим канал с пропускной способностью в единицы мегабит в секунду даже в случае использования цифрового телевидения, то современные компьютерные видеоконференцтехнологии используют существенно меньшую скорость (вплоть до 128 Кбит/с) передачи мультимедиа-потока.

рис.1.

По этой причине системы КВКС становятся эффективным по стоимости, а следовательно, доступным средством коммуникаций, нашедшим достаточно широкое применение в дистанционном обучении за рубежом. В России внедрение систем КВКС в дистанционное обучение сдерживается в первую очередь отсутствием развитой телекоммуникационной инфраструктуры, особенно цифровых сетей. Однако в настоящее время наметились положительные сдвиги в преодолении этих трудностей, что связано с быстрым развитием технологии КВКС в Интернет, а также с развитием сетей ISDN в России.

Видеоконференцсвязь в Интернет

С учетом сравнительно высоких темпов роста числа пользователей Интернет и развития инфраструктуры этой сети в России технология КВКС имеет особое значение. Этому способствует также и то, что для реализации видеоконференцсвязи в Интернет необходим сравнительно недорогой набор дополнительного оборудования: видеокамера, микрофон, видеобластер и звуковая карта. При этом необходимое программное обеспечение распространяется некоторыми фирмами-производителями бесплатно.
Достаточно подробный обзор технических характеристик четырех систем КВКС в Интернет (CineVideo/Direct, Connectix VideoPhone, VDOPhone Internet, Enhanced CU-SeeMe) приведен в [2]. Вскоре после данной публикации к указанным продуктам добавилась система КВКС Microsoft NetMeeting. Обобщая сведения, приведенные в [2], а также результаты собственных исследований характеристик ряда подобных систем, проводившихся на протяжении последних двух лет в Центре дистанционного образования (ЦДО) Санкт-Петербургского государственного технического университета (СПбГТУ), можно отметить, что как по техническим характеристикам, так и по функциональным возможностям лучшей среди указанных пяти систем КВКС, с точки зрения использования в дистанционном обучении, несомненно, является система КВКС Microsoft NetMeeting (рис.1). Ее испытания проводились совместно с партнерами ЦДО СПбГТУ в Москве (Центр “Информика” Министерства общего и профессионального образования РФ), Финляндии (Миккели Политехник), Швеции (университет Chalmers в Гетеборге и университет г. Карлштад).
Основным недостатком систем КВКС в Интернет можно считать существенную зависимость качества видео- и аудиопотоков от загрузки сети. В проведенных экспериментах качество аудиопотока изменялось от близкого к качеству звука при телефонном разговоре до плохого, при котором наблюдались прерывания звука. Передача видеопотоков в условиях недостаточной пропускной способности канала сопровождалась уменьшением числа передаваемых кадров в секунду с 8-10 до 1-2, мозаичностью передаваемого подвижного изображения. Тем не менее в условиях неудовлетворительного качества звука интерактивность может эффективно поддерживаться путем обмена текстовыми сообщениями в режиме on-line (приложение Chat), а надежный режим обмена данными (в первую очередь, приложения Whiteboard и File transfer) позволяет считать такие системы достаточно эффективным средством поддержки процесса обучения в среде Интернет.

Видеоконференцсвязь в ISDN

Основным недостатком систем ВКС, функционирующих в Интернет, является неизохронность трафика сетей пакетной коммутации, совершенно несущественная для передачи данных, но крайне неблагоприятно влияющая на передачу аудио-, видеопотоков. Эта проблема полностью снимается в сетях ISDN. Поэтому системы КВКС с качественными показателями, приемлемыми для использования в ДО и бизнес-приложениях, в основном ориентированы на сети ISDN. Стоимость таких комплектов КВКС может в несколько раз превышать начальные затраты на оборудование одного рабочего места в сравнении с Интернет-системами. Однако эти затраты вполне компенсируются повышением качества аудио-, видеообмена. К числу наиболее известных и относительно недорогих средств КВКС этого класса следует отнести системы PictureTell Live200p и Intel ProShare200.
Применение этих, несомненно, перспективных технических средств телекоммуникаций в условиях России ограничивается недостаточным развитием сетей ISDN. Отрадным исключением являются Москва, Санкт-Петербург, некоторые крупные города Сибири. Но даже в этих центрах получение доступа к таким сетям часто сопряжено с нестандартными техническими решениями. Так, например, при реализации проекта доступа к сети EuroISDN нам пришлось использовать волоконно-оптическую линию связи протяженностью почти 20 км для доступа к провайдеру услуги ISDN – российско-финской компании LEIVO.
Проведенные испытания системы КВКС на базе PictureTell Live200p дали хороший результат в части организации связи и ее качества при работе с европейскими странами и обнаружили трудности при установлении сеансов ВКС с партнерами в США. Преодоление последних требует тесного сотрудничества с операторами сетей ISDN, обеспечивающих трансконтинентальный канал, ибо проблема стандартизации оборудования этих сетей еще решена не в полной мере. Одним из возможных путей установления сеансов ВКС в таких условиях является использование услуг специализированных многопортовых мостов (MCU), имеющихся во многих странах Европы. Их сервис также позволяет решить проблему конференций со многими участниками. В целом, судя по широкому распространению ISDN-систем в странах Скандинавии, а также по высоким темпам их развития в США, Германии и Японии, можно утверждать, что в ближайшей перспективе ISDN-системы КВКС будут одним из наиболее удобных средств аудио-, видеокоммуникаций.

Интерактивные Web-приложения

Мощный импульс формированию глобальной гипермедиа информационной среды был придан широким развитием Web-технологии. Применение ее в среде как бизнеса, так и образования тем эффективнее, чем выше степень реализуемой интерактивности. Стандартные средства HTML в сочетании с возможностями программ CGI (Common Gateway Interface) являются достаточно надежным и хорошо зарекомендовавшим себя инструментом придания Web-документам указанного свойства. На этой базе могут создаваться электронные учебные пособия, доступные из Интернет и позволяющие преподавателю и студенту активно взаимодействовать в ходе образовательного процесса. Опыт использования таких технологий в СПбГТУ в процессе обучения, тестирования и контроля знаний дал обнадеживающие результаты. В частности, данные технологии дистанционного образования уже опробованы в СПбГТУ при реализации дистанционных форм преподавания курса “Высшая математика” (рис. 2), приема вступительных экзаменов (тестов) по математике, обучения русскому языку иностранных граждан.


рис.2.

Одним из последних результатов использования рассматриваемой технологии стал эксперимент по дистанционному тестированию знаний абитуриентов по математике. Тестирование проводилось на базе подготовительного факультета Псковского политехнического института, имеющего доступ к Интернет. При этом использовалась следующая методика проведения теста. Абитуриенты с терминального пункта в Псковском политехническом институте (ППИ) получали доступ к Web-странице сервера ЦДО СПбГТУ, где в определенное время были открыты варианты экзаменационного теста (рис.3). На выполнение варианта, содержащего 20 заданий, отводилось 2 часа. После завершения работы абитуриенты с клавиатуры вносили ответы в специально отведенные поля на открытой перед ними на экране компьютера странице экзаменационного теста. Использование при пересылке результатов вступительного теста технологии Web-форм позволило получать их в СПбГТУ без заметной задержки. Ответы размещались на специальной странице сервера ЦДО, к которой имели доступ преподаватели экзаменационной комиссии университета. После проверки полученных ответов результаты тестирования помещались с помощью Web-форм на другой странице cервера, где они становились доступными для тестируемых в Пскове.

рис.3.

Проведенный эксперимент, в котором участвовало около 130 выпускников школ Пскова, показал принципиальную осуществимость и работоспособность данной модели дистанционного приема экзаменов. Количество принявших участие в эксперименте абитуриентов, с одной стороны, является достаточной статистической базой для анализа его результатов, а с другой – свидетельствует о перспективности данной формы дистанционного тестирования знаний с использованием сети Интернет.

рис.4.

Серьезной проблемой при использовании Web-технологий в области образования является реализация возможности создания виртуальных лабораторий и совместной работы над техническими проектами в распределенных группах. Перспективным решением этой проблемы представляется объединение достоинств Web- и JAVA-технологий. Их синтез позволяет включать в WWW-материалы динамические модели процессов и устройств, необходимые для изучения физических явлений или для управления определенными процессами. Проблемы применения JAVA-апплетов в учебных материалах и как элементов коллективно используемых сетевых библиотек динамических моделей являются предметом активных исследований, проводимых в СПбГТУ. На этой основе в настоящее время создаются учебные пособия по курсам “Численные методы”, “Грамматика русского языка для иностранных граждан”, “Радиотехнические системы и устройства” (рис.4 ).
В образовательной и деловой сферах существует ряд задач, которые не могут быть решены без обеспечения столь высокой степени интерактивности взаимодействия распределенных групп, которую в состоянии обеспечить лишь средства компьютерной видеоконференцсвязи. Эффективность их применения существенно зависит от возможностей участников конференции получить доступ к текстовым, графическим и т.п. материалам по обсуждаемой теме. В качестве последних с успехом могут быть использованы, в частности, и Web-документы. Таким образом, системы КВКС могут быть использованы не только “по назначению” как средство непосредственного интерактивного общения с использованием аудио-, видеосредств и обмена данными, но и как мощный инструмент повышения интерактивности Web-приложений.

Педагогические аспекты использования интерактивных информационных технологий в ДО

В процессе исследования различных аспектов использования КВКС в дистанционном обучении стала очевидной необходимость определить ее место среди других средств обучения. На основании опыта использования средств КВКС для реализации технологий дистанционного обучения, накопленного в СПбГТУ, можно определить два варианта их применения в реальном учебном процессе:

1. Применение КВКС в сочетании с другими средствами ДО. При этом КВКС выступает как одно из средств интерактивного взаимодействия преподавателя и обучаемого (примером такого применения КВКС может быть проведение консультаций, лекции по фрагментам курсов, вызывающим повышенные трудности, и т.п.);
2. Автономное использование КВКС как основного средства учебного процесса (например, чтение лекций, проведение семинаров).

Наиболее перспективным является, по нашему мнению, первый вариант.
Использование в учебном процессе только КВКС, несмотря на все достоинства этого средства коммуникаций, не позволяет создать эффективную среду обучения. Вместе с тем, будучи подкрепленной другими средствами (печатными и электронными учебниками, аудио-, видеокассетами с учебными материалами, учебными материалами, распространяемыми в среде WWW-серверов, общением преподавателя и обучаемого посредством электронной почты и т.д.), КВКС может заметно повысить эффективность ДО, увеличить дидактический потенциал такого комплекса. Если говорить об оптимальном соотношении различных средств ДО, то оно, по нашему мнению, выглядит следующим образом: печатные материалы – 40-50%, учебные материалы на WWW-серверах – 30-35%, КВКС – 10-15%, другие средства – 5-20%.

Литература:

1. Soula J.-P., Barron C., Nestor C. A Shift from Chalk: Multimedia and Instruction// IEEE Multimedia, v.4, No.2, 1997, p. 5-9.
2. PC Magazine,Russian Edition, №1, 1997.