الزامات آموزش الکترونیکی

| پنجشنبه, ۱۵ ارديبهشت ۱۳۸۴، ۱۱:۱۸ ق.ظ | ۲ نظر

تکفا - وقتی صحبت از زیرساخت های آموزش الکترونیکی به میان می آید عموماً اذهان به سمت زیرساخت های سخت افزاری و شبکه ای موردنیاز معطوف می گردند. گرایش سخت افزاری به امر فناوری ارتباطات و اطلاعات ریشه در تاریخ صنعت انفورماتیک این کشور دارد. از سوی دیگر عدم توجه کافی به مفاهیم بنیادین فناوری ها، باعث عدم کارآمدی در بخش های مختلف تصمیم گیری از جمله در زمینه آموزش الکترونیکی گردیده است
توجه به تجربیات صورت گرفته در جهان از جمله مواردی است که می تواند باعث افزایش بهره وری و هدایت صحیح سرمایه گذاری ها در جهت توسعه موزون و پایدار در تمام زمینه های آموزش الکترونیکی گردد. این تجربیات که مبتنی بر روند سعی و خطا و مطالعات صورت گرفته در سایر کشورها شکل گرفته اند منجر به ایجاد دیدگاه ها و استانداردهای مختلف در کلیه زمینه ها از امکان سنجی های اولیه تا تهیه متون درسی، روندهای تولید مواد آموزشی، ارایه دروس، ارزیابی تحصیلی و ... گردیده است.
مرکز تحقیقات مهندسی ثمین تراشه، با در نظر گرفتن استانداردهای موجود اقدام به طراحی و پیاده سازی یک چارچوب (Framework) نرم افزاری جهت به کارگیری در محیط های ارتباطی تحت Web با ماموریت آموزشی نموده است. هسته اصلی در بخش آموزشی این چارچوب نرم افزاری بسترسازی برای فعالیت و همکاری کلیه تولیدکنندگان محتوا و نرم افزارهای تحت Web در سطح ملی با نگرش به استانداردها و مفاهیم "در هم کنش " (Interoperability) و" قابلیت استفاده مجدد" (Reusability) می باشد.
این مقاله به طور خاص به تشریح فناوری های به کار رفته و نحوه ایجاد یک مخزن دیجیتالی قابل توزیع (distributed digital Repository) جهت سازماندهی و نگهداری ابرداده ها (Meta data) و سایر داده های آموزشی با استفاده از فناوری های open source مبتنی بر J2EE, XML و web service می پردازد و سعی می کند اهمیت این مخزن را در بقا و بروزسازی محتوا و نرم افزارهای آموزشی و همچنین برقراری ارتباط این نرم افزارها با مخازن بزرگ اطلاعات نظیر کتابخانه ها و ... روشن سازد.
1. منطق توسعه شبکه

زیرساخت شبکه‌ای سیستم آموزش الکترونیکی براساس پروتکل TCP/IP و روی هر شبکه‌ای که آنرا پشتیبانی کند قابل اجرا خواهد بود.

توصیه می‌گردد در این بخش از پروژه توسعه براساس نیاز واقعی صورت گیرد. تنها در صورتی شبکه مورد استفاده قرار خواهد گرفت که کاربران بصورت طبیعی و فطری به آن احساس نیاز نمایند. صرف گسترش شبکه و توزیع امکانات ارتباطی نظیر پست الکترونیکی بدون ایجاد زمینه‌های فرهنگی باعث ایجاد مطالباتی خواهد شد که مجموعه را در ادامه کار ملزم به انجام حرکات شتابزده خواهد کرد و بدون شک معضلات فرهنگی و اطلاعاتی به بار خواهد آورد.

این کار از طریق انجام عملیات کارگاهی و حتی تعریف واحد درسی جهت استفاده از شبکه آموزش و تدابیری از این دست قابل انجام خواهد بود.

لازم به ذکر است در کشورهای فراصنعتی(جوامع اطلاعاتی) پیش از انجام هرگونه پروژه آموزش الکترونیکی آزمون هایی را جهت بررسی آمادگی کاربران برای دریافت آموزش‌های الکترونیکی برگزار می‌نمایند تا از اتلاف وقت و سرمایه پیشگیری شود. برای نمونه می‌توان به آزمون E-Learning Readiness Assessment (tm) اشاره نمود که در آن محیط دریافت کننده آموزش از نقطه نظرات روانشناختی، جامعه شناسی، محیطی، آمادگی منابع انسانی، آمادگی اقتصادی، آمادگی فناوری، آمادگی ابزاری و آمادگی محتوایی بررسی می‌شوند. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به آدرس www.researchdog.com مراجعه فرمایید.

ضمناً سرمایه‌گذاری بیش از حد در زمینه های سخت‌افزاری محدود کننده سرمایه گذاری در بخش های محتوایی و نرم‌افزاری خواهد شد.

2. محتوا

در سیستم‌های آموزش الکترونیکی گسترده در حجم آموزش و پرورش و دانشگاه‌های بزرگ هزینه های زیرساخت کمتر از 20% هزینه ها را تشکیل می‌دهد و بیش از 80% از هزینه ها مربوط به محتوای تهیه شده است. لذا محتوا در این سیستم‌ها جزء دارایی(Asset) محسوب می‌گردد و در طراحی آن باید ملاحظاتی را در نظر گرفت که با تغییر شرایط زمانی و مکانی، تغییرات محتوا به حداقل ممکن برسد و قسمت عمده محتوا همواره قابل استفاده باشد.

در ارتباط با محتوا دو دیدگاه کلی وجود دارد، یکی دیدگاه Contained Self که در آن محتوای آموزشی به نحوی تفکیک ناپذیر به برنامه وابستگی دارد و دیگری دیدگاه شی‌گرا یا Object Oriented که در آن از مفاهیم طراحی شی‌گرا نظیر

Abstraction, Reusability, Aggregation و Inheritance استفاده می‌شود. این نوع محتوا امروزه دارای تقسیم بندی‌های استانداردی است که براساس آن کوچکترین جزء مستقل قابل دسترسی Reusable Learning Object یا RLO خوانده می‌شود. هر RLO در واقع یک پودمان درسی است که با قواعد خاصی تهیه می‌گردد و شامل اجزاء کوچکتری بنام Reusable Information Object (RIO) است.
اشیاء آموزشی با قابلیت استفاده مجدد (RLO)

RLO رهیافتی جدید را برای تولید محتوا بیان می‌کند.در این رهیافت محتوا به تکه‌های کوچکتر (Chunk) تقسیم می‌گردد. هرچقدر اندازه این تکه‌ها بزرگتر باشد، استفاده مجدد از آنها سخت‌تر است. اشیاء کوچکتر جهت استفاده مجدد نیاز به کار کمتری دارد.

در رسانه‌های آموزشی طول مدت دریافت آموزش که یادگیرنده (Learner) با رضایت و میل شخصی از اطلاعات و نرم‌افزارهای CBT می‌تواند استفاده کند بطور متوسط 5 الی 15 دقیقه تخمین زده شده است.
این نگرش به محتوا تضمین کننده حداکثر استفاده از محتوای تهیه شده در مقاطع زمانی مختلف خواهد بود.

در این راستا استانداردهای گوناگونی در ارتباط با تهیه محتوا بوجود آمده است که از مهمترین آنها می‌توان به Cisco RLO Strategy اشاره کرد. البته این استانداردها باید با توجه به شرایط سنی و فرهنگی مخاطبین شبکه مورد بازبینی قرار گیرند.
هر RLO دارای این ویژگی‌ها است:

* دارای قابلیت ارتباط با سیستم آموزشی (LMS) است.

* چگونگی حرکت دانش‌آموز یا دانشجو بین RLO ها توسط LMS کنترل می‌گردد.

* رخدادهای درون هر RLO مربوط به خود اوست و درون RLO مدیریت می‌شود. هر RLO در اجرا موجودی مستقل به حساب می‌آید.

* از هر RLO توصیفی که به آن اصطلاحاً ابرداده یا Metadata گفته می‌شود تهیه می‌شود که طراحان با کمک آن می‌توانند RLO را جستجو کنند. این Metadata توسط سیستم مدیریت محتوا (CMS) مدیریت می‌شود.
جهت استفاده از اشیاء آموزشی (Learning Object) باید آنها را بازیابی کرد. بازیابی یک شی در یک محیط بزرگ توزیع شده Online شبیه Web یا یک اینترانت بزرگ، آسان نیست. جهت رفع مشکل بازیابی باید علاوه بر خود اشیاء آموزشی توصیفات آنها را نیز ذخیره کرد. اگر اشیاء آموزشی را به عنوان داده‌ها در نظر بگیریم توصیفات آنها داده‌هایی در مورد داده‌ها هستند که به آنها ابرداده یا Metadata گویند.
ابرداده اشیاء آموزشی شامل اطلاعاتی در مورد عنوان، نویسنده، شماره نسخه، تاریخ ایجاد، تجهیزات تکنیکی و محتوا و مفهوم آموزشی هستند. ابرداده شی آموزش با ابرداده که بصورت دیجیتالی و توسط انجمن کتابخانه های Online استفاده می‌شود سازگار است.

علت این سازگاری آن است که کتابخانه‌ها مرکز اسنادی بسیار غنی برای استفاده در سیستم آموزش می‌باشند و به همین جهت است که پیوندی محکم بین سیستم‌های آموزشی و نرم‌افزارهای آموزشی وجود دارد.
مراحل تولید محتوا به شرح زیر است:

الف)طراحی

که خود شامل مراحل زیر است:

1. نیاز سنجی

هر RLO و یا RIO باید در پاسخ به یک نیاز مشخص و قابل اندازه‌گیری طراحی شود در غیر اینصورت ارزیابی میزان یادگیری ممکن نخواهد بود.

2. تحلیل کارها

در این مرحله نویسنده در پاسخ به هر نیاز شناسایی شده کاری را مطابق با قابلیت‌های سیستم در نظر می‌گیرد و مطالبی را که ذکر آنها به عنوان پیش‌نیاز و یا مطالب کمکی و حاشیه ای لازم می داند اضافه می‌کند. در این مرحله تقریباً ساختار RLO و RIO های موردنیاز مشخص می‌گردند.

3. تعیین اهداف آموزشی

پس از انجام مرحله قبل اهداف آموزشی هر RIO, RLO شناسایی می‌شوند. این اهداف به دانشجو یا دانش‌آموز می گوید برای فراگیری مطلب چه کاری را باید انجام دهند و برای نویسنده مشخص می‌کند که چه نوع تمرین و یا آزمونی را برای ارزیابی اینکه یادگیرنده به هدف آموزشی دست یافته است یا خیر در نظر باید گرفت.

4. انواع RIO ها

معمولاً هر RLO از 2±7 RIO تشکیل شده است که این RIO ها حسب ضرورت می‌تواند یکی از این پنج نوع باشد:

* مفهوم (Concept)

* واقعیت (Fact)

* روال (Procedure)

* فرآیند (Process)

* اصل (Principle)

محصول مرحله اول یک سند طراحی جزئی (DDD) است که در مراحل بعد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ب)تهیه و نگارش (Development)

در این مرحله متون و سایر ملزومات آموزشی نظیر تصاویر، اصوات و سایر محتویات موردنیاز تهیه می‌شوند و یا در صورت وجود در مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1. اشیاء آموزشی (Learning Objects)

براساس مستند مرحله قبل (DDD) نویسنده اقدام به ساخت RLO های موردنیاز می‌کند. هر RLO از یک پیش درآمد (Overview)، 5 الی 9 RIO، یک بخش خلاصه و یک بخش ارزیابی تشکیل شده است.
2. RIO ها:

هر RIO از سه عنصر محتوایی (Content)، تمرین (Practice) و ارزیابی (Assessment) تشکیل شده است.

در پایان این مرحله RIO ها بصورت Beta Version مورد آزمایش قرار می‌گیرند.
ج)توزیع(Delivery)

محتوای تهیه شده در قالب لوح های فشرده آموزشی، سیستم های تحت وب و محتوای قابل ارایه در محیط کلاس‌های الکترونیکی (ILT) قابل اریه خواهد بود.
د)ارزیابی Evaluation

ارزیابی نیز در چهار سطح قابل انجام است جهت اطلاع بیشتر به مقاله

Evaluating Training Programs: The four levels (Kirkpatrick, 1996)

مراجعه فرمایید.
در اینجا لازم است مفاهیم زیر توضیح داده شوند.

1) نگارش همزمان (Concurrent Development)

با توجه به اینکه RLO ها و RIO ها موجودیت مستقل دارند، می‌توانند بصورت همزمان نگاشته شوند.
2) محتوای محاوره ای(Interactive Content)

محتوایی که با استفاده از فناوری های Dynamic نظیر

DHTML , Macromedia Flash به همراه فناوری های وابسته به XML نظیر XSL ایجاد می‌شود و از قابلیت استفاده مجدد و انعطاف بالا برخوردار است. این نوع محتوا معمولاً برای تولید RIO های از نوع روال (Procedure)، تمرینات و ارزیابی‌ها به کار گرفته می‌شوند.

از مهمترین استفاده های این نوع محتوا ایجاد آزمایشگاه‌های مجازی برای انجام آزمایش‌های مختلف در محیط های نرم‌افزاری است.

سخت‌افزار

معماری نرم‌افزاری زیرساخت شبکه ارتباط مستقیمی با حجم خریدهای سخت‌افزاری شبکه دارد. قابلیت انتقال توان پردازش به دستگاه مرکزی در محیط‌های

خادم/مخدوم (Client/Server) و تولید نرم‌افزارهایی که در محیط مرورگر وب قابل اجرا هستند (Thin Client)، امکان استفاده گستره کاربران را از دستگاه های ارزان تر مهیا می‌کند. در یک الگوی کلی با توجه به نمودار می‌توان ساختار شبکه را بدین شرح توصیف نمود.

* مخازن محتوا

دیدگاه کلی در این طرح انتقال داده‌های حجیم مثل داده‌های چندرسانه‌ای و ... به نقاطی است که دسترسی بسیار پرسرعت به اینترنت وجود دارد. این نقاط می‌توانند بصورت Collocation در محل‌هایی نظیر سرور پارک‌های موجود در خارج از کشور باشند. البته شرایط حضور در این مراکز نباید محدودکننده دست اندرکاران در استفاده از امکانات سیستم به هر علتی باشد. راهبران سیستم باید بتوانند هر نرم‌افزار، سیستم عامل و یا سرویس دهنده‌ای را که لازم باشد، روی این سرورها نصب نمایند. تعداد این سرورها باید به تدریج و براساس توسعه گسترش کاربری شبکه تعیین شود. علاوه بر این می‌توان داده‌های پر حجم را به صورت محلی Local نیز مورد استفاده قرار داد.

* تحمل خطا و Redundancy

در صورت بروز اشکال در پهنای باند و یا سرورهای موجود در شبکه در هر لحظه می‌بایست امکان انتقال ترافیک از یک نقطه به نقطه دیگر وجود داشته باشد.

* نقاط دسترسی Access Points

نقاط دسترسی متنوعی برای شبکه متصور است. کاربرانی‌ که از خارج از شبکه آموزش و از طریق اینترنت به این شبکه متصل می‌شوند، اطلاعات آموزشی خود را از سریع‌ترین محل دسترسی که ممکن است دریافت خواهند نمود. این کار با استفاده از نرم‌افزار توزیع بار (Load Balancing) و نرم‌افزار هوشمند Content Cache مقدور خواهد بود.

گروه دوم که از طریق شبکه آموزشی به اینترنت دسترسی پیدا می کنند نیز در درون شبکه از این امکانات بهره مند خواهند شد ولی برای دسترسی به شبکه جهانی اینترنت نرم‌افزاری در سر راه آنها قرار می‌گیرد که درخواست‌ها را دریافت و آن‌ها را به صورت مقتضی از نظر ثبت عملکرد و کنترل دسترسی مدیریت خواهد نمود.
نمودار نحوه توزیع امکانات و تنوع نقاط دسترسی به شبکه

4. استانداردهای نرم‌افزاری

این استانداردها که شرح تفصیلی برخی از آنها در ادامه آمده است، تضمین کننده ارتباط امن و پایدار بین اجزای مختلف سیستم است. ضمناً امکان توسعه نرم‌افزار را در آینده فراهم نموده و امکان برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات بین این نرم‌افزار و نرم‌افزارهای آموزشی دیگر را که با استانداردهای بین المللی نظیر IEEE, IMS سازگار هستند، ممکن می‌سازد.
ضمناً در طراحی نرم‌افزار باید سعی شود تا ضمن طراحی آن بصورت کاملاً توزیع شده از الگوهایی نظیر پروژه SCORM که توسط موسسه

Advanced Distributed Learning وابسته به وزارت دفاع آمریکا طراحی و پیاده‌سازی شده است بهره برداری گردد.

این استانداردها در زمینه های مختلف مثل مخازن محتوا (Digital Repositories)، بسته بندی و تبادل محتوا (Content Packaging)، ابر داده‌ها (Metadata)، توالی دروس (Sequencing) و همچنین محتوای محاوره ای (Interactive Content) مورد بهره برداری قرار گرفته است.

با توجه به ویژگی‌های نرم‌افزاری طرح، هر یک از این ویژگی‌ها به تفصیل توضیح داده شده‌اند.
5. محیط ارتباطی

محیط ارتباطی این شبکه باید بصورت یک ابرسایت آموزشی (Learning Portal) طراحی ‌گردد که در آن هر کاربر پس از ورود به شبکه صفحه ای را برای انجام کلیه امور ارتباطی و کاری خود در اختیار خواهد داشت.

علاوه بر این برای کاربران خاص صفحاتی بصورت Template Based قابل طراحی هستند که می‌تواند به عنوان صفحه یا سایت اختصاصی کاربر مورد استفاده قرار گیرد.

علاوه بر این در این دفتر امکان تعریف نوع ارتباط بین گروه های مختلف کاربری وجود خواهد داشت.

محیط ارتباطی و امکانات کاربران
ویژگی‌های زیرساخت نرم‌افزاری

ویژگی‌های اصلی که هر زیرساخت آموزش مجازی باید دارا باشد بصورت خلاصه عبارتند از:

1. قابلیت استفاده مجدد از محتوا (Reusability)

با توجه به نگرش سرمایه‌ای به محتوای آموزشی تهیه شده برای شبکه، قابلیت استفاده مجدد فاکتوری است که هزینه ها و زمان توسعه و ایجاد محتوای آموزشی را به طرز چشمگیری کاهش می دهد. لازم است تا به هر محتوای آموزشی بصورت یک شی (Object) نگاه شود که در مورد آن یک ابرداده‌ی استاندارد وجود دارد. این ابرداده به کاربران و ایجادکنندگان این اشیاء اجازه می دهد تا منابع را به اشتراک بگذارند و تغییرات را به راحتی انجام دهند. براساس این اشیاء می‌توان اشیاء جدیدی ایجاد کرد که قابلیت ها و محتوای گسترده تر و یا عمیق تری را پوشش می دهند. همچنین می‌توان از ترکیب تعدادی از این اشیاء یک بسته آموزشی جدید ایجاد نمود.
2. قابلیت در هم کنش (Interoperability)

در یک شبکه گسترده آموزشی از ابزار و برنامه های کاربردی بسیار متنوعی بهره می بریم. همگی این ابزارها در یک شبکه اینترنتی نیازمند استفاده از محتوای آموزشی، اطلاعات کاربران و سایر اطلاعات تهیه شده هستند. یکی از مهمترین قابلیت هایی که باید در زیرساخت آموزش مجازی مد نظر قرار گیرد این است که تمامی این ابزارها باید بتوانند از طریق شبکه محتوای خود را مابین یکدیگر به اشتراک گذاشته و تبادل کنند. بنابراین میان ابزارها و برنامه های مختلف موجود در یک شبکه ارتباطات گسترده ای شکل خواهد گرفت که همگی این ارتباطات و تبادلات باید بصورت یکپارچه و براساس یک پروتکل استاندارد شکل پذیرد. در زیرساخت پیشنهادی تمامی تبادلات از طریق تبادل اطلاعات در قالب XML انجام می‌گیرد. همچنین در یک شبکه گسترده ابزارهای مختلف می‌توانند از قابلیت های یکدیگر بصورت فراخوانی از راه دور استفاده کنند. یعنی هر بخش نرم‌افزاری بصورت یک شی در نظر گرفته می‌شود که سرویس هایی را از طریق واسط خود در اختیار اشیای دیگر قرار می دهد. یکی از مناسب ترین پروتکل هایی که در این زمینه به کار گرفته می‌شود SOAP است که توضیحات تکمیلی در مورد آن ارائه خواهد شد.
3. قابلیت گسترش ابعاد (Scalability)

طراحی یک قالب مناسب نرم‌افزاری که بتواند توسعه کاربرد سیستم را همزمان با گسترش شبکه از نظر ابعاد جغرافیایی و سخت‌افزاری تضمین نماید، امکان خرید تدریجی سخت‌افزارها را متناسب با توسعه نیاز و فرهنگ کاربرد شبکه آموزشی با حفظ کارایی مناسب، مقدور خواهد ساخت. بدین طریق از ضرر میلیاردی حاصل از افت قیمت سخت‌افزارهای استفاده نشده نیز جلوگیری خواهد شد. به منظور دستیابی به کارایی مورد قبول در چنین شبکه‌ای به زیرساخت‌های مناسب سخت‌افزاری، نرم‌افزاری و ارتباطی نیاز است. امکان دستیابی به چنین زیرساخت‌هایی چه از بعد سخت‌افزاری و چه از بعد فن آوری‌های نرم‌افزاری در کشور وجود دارد. برای دستیابی به این منظور لازم است زیرساخت دارای قابلیت های زیر باشد:

* توزیع اطلاعات و محتوا در حجم‌های بسیار بزرگ در هنگام نیاز

* توزیع مدیریت سیستم و مدیریت محتوا

* توزیع خدمات و برنامه های کاربردی

* استفاده از فن‌آوری‌های قابل توسعه نرم‌افزاری
همانند شبکه گسترده اینترنت لازم است تا عدم تمرکز در شبکه آموزشی نیز مد نظر قرارگیرد. با توجه به چنین نگرشی استفاده از سخت‌افزارهای با قیمت مناسب عملی می‌گردد و به این ترتیب هزینه های کلی سخت‌افزاری کاهش یافته و سرمایه‌گذاری به سمت تهیه محتوا و نرم‌افزارها و ابزارهای سودمند و مناسب سوق می‌یابد. با توجه به گستردگی کاربران و طراحی یک سیستم غیرمتمرکز در ابعاد مختلف (محتوا، مدیریت آموزشی و ...) می‌توان به قابلیت گسترش مناسبی دست یافت.

توجه: نکته اساسی در این بحث وجود بستر ارتباطی مناسب و فعال است که سایر قسمت ها از این بستر برای پوشش وظیفه‌مندی کلی شبکه بهره می‌برند.
4. امنیت (Security)

توجه به امنیت در چنین زیرساختی بسیار حیاتی است. باید به امنیت در دو سطح کلی نگریست:

* امنیت ارتباطی (امنیت بستر سخت‌افزاری شبکه)

* امنیت کاربری سیستم (دسترسی در سطوح مختلف به محتوا و سرویس های مختلف آموزشی)

در بعد ارتباطی این امنیت با استفاده از پروتکل های امن، سخت‌افزارهای مناسب و مطمئن تامین خواهد شد.

در بعد کاربری سیستم از معماری امنیتی آشنای

/ Encryption Authentication / Authorization استفاده خواهد شد.

این معماری مبتنی بر شناسایی کاربر و تامین سطح دسترسی کاربر به خدمات و محتوا در هر نقطه از شبکه است. با توجه به معماری لایه‌ای زیرساخت آموزشی، بحث امنیت نیز به صورت توزیع شده و لایه لایه در نظر گرفته می‌شود.
5. سازگاری با استانداردها (Standards Compliance)

لزوم استفاده و تدوین استانداردهای مختلف در بخش های مختلف این سیستم با توجه به گستردگی و تنوع کاربری شبکه بر کسی پوشیده نیست. استفاده از استاندارد باعث رشد و توسعه و ایجاد همکاری مناسب بین سیستم های مختلف می‌گردد. عدم توجه به این موضوع باعث به هدر رفتن منابع زیادی در شبکه می‌گردد. با توجه به این که شرکت های مختلفی بعنوان تامین کننده محتوا و یا خدمات با شبکه آموزشی فعالیت خواهند کرد تهیه استاندارد ها می‌تواند خط مشی مشخصی را برای تمامی شرکت های همکار در تامین محتوا یا خدمات بوجود آورد.

استانداردها در بخش های زیر تدوین می‌گردند.

* ابرداده‌های مربوط به اشیاء آموزشی

* بسته بندی و ارائه اشیاء مختلف آموزشی در کنار یکدیگر

* اطلاعات مدیریت کاربران

* ارتباط لایه های نرم‌افزاری

* ارتباطات مختلف در سیستم
6. بهره برداری بهینه از حداکثر امکانات موجود با حداقل هزینه ها

7. تجرید (Abstraction)

یکی از راهکارهای مناسب برای رسیدن به آنچه که گسترش ابعاد مختلف خوانده می‌شود، نگرش انتزاعی و صد البته شی‌گرا نسبت به کلیات زیرساخت نرم‌افزاری و ارتباطی است.

این نوع نگرش در ساختار محتوا (Content Structure) و خدمات و سایر قابلیت‌های سیستم در نظر گرفته می‌شود. در واقع انتزاعی ساختن مفاهیم و مبانی نوعی آینده نگری است که ریشه در توجه به اهداف طولانی مدت و عام و چشم پوشی از اهداف خاص و مقطعی دارد.

رعایت این اصل در شبکه‌ای که مخاطب آن عام و کاربران آن گستره زیادی از تولیدکنندگان محتوا و مصرف کنندگان آن است اجتناب ناپذیر و الزامی است.
معماری زیرساخت

در این بخش به معرفی راهبردهای اساسی در طراحی و پیاده‌سازی بستر نرم‌افزاری و فن‌آوریهای مورد استفاده می‌پردازیم.
1. توزیع شدگی (Distribution)

توزیع شدگی بعنوان یک اصل در طراحی و پیاده‌سازی زیرساخت آموزشی پیشنهادی در نظر گرفته شده است. این اصل زیربنای پروژه آموزش الکترونیک که با پشتیبانی وزارت دفاع آمریکا بنام SCORM انجام شده است نیز می‌باشد.

توزیع شدگی در سه سطح اتفاق می افتد:

* کاربران اعم از دانش‌آموزان، مدرسین و مدیران

* اطلاعات و محتوا

* برنامه های کاربردی و خدمات

از آنجایی که اطلاعات می‌توانند به صورت فیزیکی توزیع شده باشند، نرم‌افزارهایی که در شبکه فعالیت می کنند ممکن است با مجموعه‌ای از اطلاعات سر و کار داشته باشند که در نقاط دیگر قرار دارند و به این ترتیب لازم خواهد بود بخش‌های مختلف یک برنامه از نقاط مختلف شبکه انجام شوند.

این توزیع شدگی‌ها در زیرساختی نرم‌افزاری که ابعاد ملی و همه جانبه دارد بسیار ضروری می‌نماید.

امروزه فناوری‌های نرم‌افزاری پاسخی مناسب و در خور برای این مسئله ارائه نموده‌اند که علاوه بر فائق آمدن بر این مشکل امکانات و مزایای متعددی را نیز در اختیار کاربران قرار داده اند.

این مزایا عبارتند از:

* توزیع اطلاعات و بانک های اطلاعاتی در سطح شبکه

* استقلال از ساختار بانک اطلاعاتی

* قابلیت توسعه و گسترش هر بخش از نرم‌افزارها بدون اثرگذاری روی سایر بخش‌ها (Distributed Applications)

* امنیت بالا و طبقه بندی دسترسی به خدمات و اطلاعات توزیع شده

* کارایی و بهینه سازی عملکرد نرم‌افزارها و سخت‌افزارها از طریق کاهش ترافیک شبکه‌ای و حجم پردازش های نرم‌افزاری که این خود باعث می‌شود تا هزینه های سخت‌افزاری و ارتباطی کاهش یابد.

نمودار صفحه بعد کاربرد توزیع شدگی را در آموزش الکترونیکی نمایش می‌دهد.

نمودار توزیع شدگی برنامه‌ها در شبکه

2. طراحی چند لایه

با توجه به بحث های انجام شده در خصوص توزیع کاربران، محتوا و برنامه ها در شبکه و اهمیت راهبردی نگرش توزیع شده، روش مناسب و مقبول برای پیاده‌سازی این معماری از جایگاه حائز اهمیتی برخوردار می‌گردد.

این معماری و پیاده‌سازی آن ویژگی های خاصی دارد که به مهمترین آنها اشاره می‌شود.

نخستین ویژگی لایه لایه بودن بخش های مختلف است. در حقیقت نگرش ما مبتنی بر معماری N-Tier است. هرکدام از اجزای سیستم در یکی از این لایه ها قرار می‌گیرند. در این معماری لایه های پایین تر و زیرین، سرویس هایی را برای لایه های بالاتر خود فراهم می کنند. با طراحی صحیح یک معماری لایه بندی شده می‌توان انتظار داشت تا قابلیت ارتقاء و گسترش به نحو چشمگیری افزایش یابد.

در این طرح سه لایه منطقی اصلی وجود دارد که به شرح زیرند:

* لایه تدارک اطلاعات (Provision Tier)

وظیفه اصلی این لایه ارتباط با بانک های اطلاعاتی و نگهداری و ارائه ابرداده‌های مرتبط با محتواست.

* لایه منطق کار (Business Tier)

این لایه شامل خدماتی است که توجیه کننده منطق کاری برنامه‌هاست. در این لایه خصوصیات و روش عملیاتی مرتبط با وظیفه مندی موردنظر سیستم آموزش مجازی پیاده‌سازی می‌گردد. این لایه واسطی بین کاربران و لایه ارائه و نگهداری محتوا است.

* لایه ارائه و نمایش (Presentation Tier)

وظیفه اصلی این لایه ارتباط با کاربر، دریافت درخواست ها و ارائه پاسخ ها است. عملیات دریافت اطلاعات ورودی، نمایش اطلاعات خروجی و گزارشات در این لایه شکل می پذیرد. در این لایه ارتباط کاربران از طریق Web Service ها یا نرم‌افزارهای قابل نصب به سیستم آموزشی تامین می‌گردد.
هر یک از این لایه ها بصورت مستقل طراحی می‌شوند و ارتباطات بین آنها از طریق یک لایه ارتباطی استاندارد شکل می‌گیرد.

در هر لایه اجزای مختلفی قرار می‌گیرند که می‌توانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند. این اجزا بصورت شی‌گرا تحلیل و طراحی شده‌اند. ارتباط بین این اجزا نیز از طریق یک لایه ارتباطی استاندارد صورت می‌پذیرد. نمودار صفحه بعد این لایه‌ها را به‌صورت نمادین توصیف می‌کند

نمودار لایه‌های مختلف معماری نرم‌افزاری و ارتباطات بین لایه‌ها

فن آوری ها و استانداردهای نرم‌افزاری

برای انتقال و نگهداری اطلاعات با قالب متنی از استاندارد Unicode (تصویب شده توسط کنسرسیوم Unicode) استفاده خواهد شد. استفاده از این استاندارد، همگام شدن و سازگاری سیستم را با استانداردهای تایید شده جهانی (همچون JAVA , XML) به همراه دارد.

تبادل، ارایه و در پاره‌ای از موارد نگهداری (به خصوص Metadata) مبتنی بر فن آوری XML و فن‌آوری های وابسته به آن همچون FOP, XSLT , XSL , XQL و XQuery می‌باشد. انتخاب این فن‌آوری به این علت انجام گرفته است که XML مکانیزمی انعطاف پذیر، قابل تبدیل و انتزاعی است که همگی در جهت تحقق نیازمندی‌ها و قابلیت‌های زیرساخت به خدمت گرفته خواهند شد.

پیاده‌سازی لایه های نرم‌افزاری بر مبنای تکنولوژی‌های J2EE انجام می‌پذیرد. Java قابلیت‌های بسیاری را در اختیار طراحان و برنامه نویسان و نهایتاً نرم‌افزار قرار می‌دهد. قابلیت‌هایی نظیر، ساختار کاملاً شی‌گرا، معماری همبند داخلی و استوار، قابلیت انتقال بر روی هر سخت‌افزار و سیستم عامل و استقلال از محیط اجرایی و ... .

برای لایه ارتباطی از فن آوری SOAP,EJB استفاده می‌شود. SOAPیک پروتکل ارتباطی مبتنی بر XML است.

نمودار ارتباط بین اجزاء سیستم
شرح اجزای سیستم

1. لایه ارائه اطلاعات (Provision Tier)

1.1. مخزن دیجیتال (Digital Repository)

به هر مجموعه از منابع قابل دسترسی روی شبکه بدون دانستن اطلاعات اولیه در مورد ساختار آن مجموعه، یک مخزن دیجیتال گفته می‌شود. به عبارت دیگر در مخزن دیجیتال منابع مختلف با ساختار اطلاعاتی متفاوت قابل ذخیره و بازیابی می باشند این منابع می‌توانند از طریق واسطی روی شبکه در اختیار اجزای دیگر قرار گیرند. به صورت پیش فرض مخازن دیجیتال (بخصوص در بحث مخازنی که اطلاعات محتوای آموزشی را نگهداری و بازیابی می‌کنند) در مورد هر محتوای آموزشی ابرداده‌های مربوط به آن را در خود نگهداری می‌کنند (Metadata). معمولاً ابرداده بصورت استاندارد تعریف شده است و بصورت یک فایل XML عرضه می‌شود. اما مخازن دیجیتال می‌توانند منابع مختلفی غیر از محتوای آموزشی را نیز در خود نگهداری کنند. در حقیقت مخازن دیجیتال هسته و موتور اصلی نگهداری و بازیافت اطلاعات و محتوا برای سایر اجزای نرم‌افزاری شبکه آموزشی می‌باشند. وظایف اصلی(Core Functions) یک مخزن دیجیتال به صورت خلاصه عبارتند از:

* جستجو و ارائه به صورت یک ابرداده‌ی استاندارد

* ذخیره یا بروز رسانی ابرداده‌ی ارسالی، به فرم پایگاه داده‌ای که با مخزن دیجیتال در ارتباط است

* بازیابی اطلاعات درخواستی از پایگاه داده و تحویل آن به صورت یک ابرداده‌ی استاندارد

* اعلان تغییر حاصله در یک ابرداده‌ی خاص و ارائه آن به کاربر
یک مخزن دیجیتال باید بتواند با انواع پایگاه داده‌های مرسوم بعنوان موتور ذخیره و بازیابی کار کند.
این پایگاه داده‌ها به صورت مرسوم به سه بخش کلی زیر تقسیم می‌گردند.

* پایگاه داده‌های رابطه ای مرسوم مانند SQLServer و ...

(SQL Repository).

* مخازنی که عملیات نگهداری و ارائه را از طریق فایل‌های XML انجام می‌دهند.(XML Repository).

* مخازن کتابخانه ای که بسیار گسترده هستند و امروزه در نگهداری اطلاعات کتابخانه‌ای بکار می‌روند (Repository Z39.50). اگرچه این فناوری‌ به تدریج جای خود را به فن‌آوری‌های جدیدتر خواهد داد ولی امروزه هزاران کتابخانه در سراسر جهان روزانه میلیون‌ها مورد تبادل اطلاعات بین خود را از این طریق انجام می‌دهند. لازم به ذکر است با توجه به عدم استفاده از این پروتکل در ایران ضرورتی برای پیاده‌سازی ابزار راه اندازی و مدیریت مربوط به آن وجود ندارد؛ اگر چه این امکان در طراحی دیده شده‌است.

مزایای عمده این موتور ذخیره و بازیابی عبارتند از

* عدم وابستگی به نوع خاصی از پایگاه داده

* انعطاف بخاطر استفاده از ابرداده

* قابلیت به اشتراک گذاشتن و عملیات درهم کنش (Interoperability) با سایر مخازن دیجیتال

* مدیریت و نگهداری و ارائه محتوا و اطلاعات به صورت توزیع شده

از مخازن دیجیتال می‌توان برای نگهداری اطلاعات اسناد و مدارک کتابخانه‌ای، ابرداده محتوای آموزشی و ... استفاده کرد.

در کنار این مخازن، مخازن دیگری نگهداری می‌شوند که حاوی محتوای ابرداده‌های آموزشی کاربران شامل اساتید، فراگیران و ... می‌باشند.

نمودار ارتباط مخزن دیجیتال با پایگاه داده‌های مختلف
نمودار توزیع شدگی مخازن دیجیتال و استفاده موتورهای دیگر مانند مخازن تجمعی از آنها
1.2. مخزن تجمعی (Aggregated Repository)

وظیفه‌مندی و تعریف اصلی یک مخزن تجمعی شبیه مخزن دیجیتال است. با این تفاوت که مخزن تجمعی امکانات مجموعه‌ای از مخازن دیگر دیجیتالی را بصورت یک واسط واحد (یک مخزن دیجیتال) در اختیار اجزای دیگر قرار می‌دهد. در حقیقت یک مخزن تجمعی از ترکیب و تجمیع اطلاعات چند مخزن دیجیتال دیگر تشکیل می‌شود. این مخازن می‌توانند روی شبکه توزیع شده باشند. یک مخزن تجمعی در شبکه می‌تواند بخشی از یک مخزن تجمعی دیگر در شبکه باشد. به این صورت اطلاعات بصورت یک ساختار درختی گسترده و توزیع شده روی شبکه در دسترس قرار می‌گیرند.

الزامی وجود ندارد که اطلاعات مخازن تشکیل دهنده یک مخزن تجمعی بصورت محلی در مخزن ذخیره شوند. چراکه در این صورت افزونگی داده‌ای پیش خواهد آمد. اما مخزن تجمعی بخاطر بحث کارائی و بهبود آن می‌تواند قسمتی از اطلاعات را بصورت محلی Cache کند تا با سرعت بیشتری در دسترس قرار گیرند. کاربران این مخازن دیگر درگیر محل واقعی نگهداری و ارائه اطلاعات نمی‌شوند و مخزن تجمعی مانند یک مخزن دیجیتال برای آنان عمل می‌کند.

وظایف اصلی یک مخزن تجمعی به صورت خلاصه عبارتند از:

* واسطی برای مدیریت مخازن دیجیتال و مخازن تجمعی لایه پایین تر

* نگهداری قسمتی از اطلاعات به صورت محلی برای افزایش سرعت و کارایی

مزایای عمده یک مخزن تجمعی:

* ارائه یک واسط واحد.

* بهبود سرعت دسترسی به اطلاعات پرمصرف
ساختار توزیع شده و درختی مخازن دیجیتال و مخازن تجمعی

لایه منطق کار (Business Tier)

خط مشی کلی در ایجاد نرم‌افزارهای این لایه نگارش یک موتور اصلی (Engine) برای هر نرم‌افزار اصلی است که واسط کاربری آن در لایه ارائه

(Presentation Tier) قرار دارد و ارتباط آن با موتور اصلی از طریق لایه ارتباطی مانند SOAP انجام می‌شود.

در این لایه با این نگرش موتورهای(Engine) زیر تعبیه می‌گردند :

* موتور جستجو (Search Intermediary)

* موتور مدیریت محتوا؛ (CMS)

* موتور مدیریت آموزشی؛ (LMS)

* موتور کلاس مجازی؛ (ILT)

* موتور ابزار نگارش؛ (Authoring Tool)

* موتور کتابخانه الکترونیکی؛ (Digital Library)

* موتور دفتر کار مجازی ؛ (Virtual Office)

3. لایه ارائه و نمایش (Presentation Tier)

نرم‌افزارهای کاربردی متعدد با استفاده از موتورهای نصب شده در لایه پایین‌تر می‌توانند خدمات بسیاری را به کاربران سیستم‌های نرم‌افزاری ارایه ‌کنند. این خدمات باعث جذب مخاطبان و رضایت آنها از استفاده از این سیستم می‌گردد.

این واسط می‌تواند هم به صورت Desktop و هم به صورت Web Based با استفاده از روشها و محیطهای مختلف که از لایه ارتباطی پشتیبانی می‌کنند پیاده سازی گردد.

این روش باعث می‌شود تا بتوان محیط های کاربری Customized و Personalized برای سطوح مختلف کاربران و مطابق با نیازهای آنان ایجاد نمود. با توجه به اینکه در این لایه فقط مسایل نمایشی حل میشوند و اصل برنامه در لایه پایینی بوده و قابل دسترسی برای نرم‌افزار‌های نوشته شده به زبان‌های مختلف می‌باشد، هزینه‌های تهیه نرم‌افزار به حداقل خواهد رسید؛ چرا که نیازی به بازنویسی بخش منطق کار برنامه‌ها وجود نخواهد داشت.

ضمناً این معماری زمینه مشارکت شرکت‌ها و افراد علاقه‌مند را با مهارت‌های مختلف در شبکه‌آموزشی فراهم می‌نماید.

نمودار نگرش کلی در طراحی لایه‌ای و فن‌آوری‌های به کار رفته

بخش‌های کلی سیستم آموزش مجازی E-Learning
1. مدیریت آموزشی (LMS)

این بخش شامل تعریف درس, تخصیص کلاس, انتخاب واحد, معرفی اساتید, گزارشات آماری، سطح بندی و رتبه بندی و موضوعات مشابه دیگری است. ارتباط سیستم مدیریت آموزشی با مخزن تجمعی که شرح آن در ادامه آمده است، تهیه گزارشاتی را در سطح ملی ظرف چند ساعت ممکن می‌سازد که برای تهیه هر یک به طور عادی در بهترین حالت حداقل یک ماه وقت لازم است.

نرم‌افزاری که مدیریت رخدادهای آموزشی را بر عهده دارد((LMS اطلاعات کاربران را ثبت کرده و مراحل طی دوره آموزشی تعریف شده برای هر یک را پیگیری کرده و داده‌های مرتبط را نیز ثبت می‌کند.

نمودار ارایه توزیع شده محتوای آموزش

این سیستم اصلی ترین جزء مجموعه آموزش الکترونیکی بوده و سایر بخش‌ها نیز از امکانات این بخش استفاده می‌نمایند.

2. ابزار نگارش (Authoring Tool)

این ابزار قابلیت طراحی صفحات جدید و درج متن و محتوای چندرسانه ای در این صفحات را دارد علاوه بر آن قابلیت جستجوی مخازن محتوای موجود و درج محتوای موجود در این مخازن در محتوای درسی تهیه شده را دارد. علاوه بر این قابلیت ثبت توالی محتوای دروس(Sequence) در سیستم مدیریت آموزشی(LMS) را نیز داراست.
3. کلاس الکترونیکی ( مجازی )

ابزار ارتباطی Online است که در آن امکان برقراری ارتباط بین دانشجو و مدرس وجود دارد و قابلیت‌هایی نظیر Document Sharing و Whiteboard Sharing و محیط Chat کنترل شده و ... را داراست.
4. کتابخانه دیجیتال

کتابخانه‌های دیجیتال پیوند بسیار محکمی با سیستم‌های آموزش الکترونیکی دارند و به همین علت است که از ابرداده‌های سازگار با هم استفاده می‌کنند. به علت عدم وجود یک کتابخانه دیجیتال استاندارد که از قابلیت‌های لازم برای ارتباطات توزیع شده برخوردار باشد، به نظر می‌رسد که تهیه یک نرم‌افزار کتابخانه‌ای در ابعاد ملی و با سیاستهای ذکر شده از ضروریات آینده ICT کشور باشد.
5. سرگرمی ها و آزمایشگاه ها

در سرگرمی‌ها و آزمایشگاه ها سعی بر این است که حتی الامکان نیاز به برقراری ارتباط Online با شبکه نباشد (به غیر از مواردی که کار گروهی بصورت Online مورد نیاز است).

نحوه طراحی بازی ها و سرگرمی ها به گونه ای خواهند بود که اولاً اهداف آموزشی مربوطه را تامین نموده ثانیاً بر مبنای دانسته های روانشناختی سنین مختلف دانش‌آموز تامین کننده نیازهای علمی , روحی و تربیتی آنان باشد , ثالثاً نیازهای عاطفی و هنری آنان را نیز مد نظر داشته باشند, رابعاً برقراری ارتباط مجازی دو طرفه (تعاملی Interactive ) با دانش‌آموز مفاهیم علمی مربوط را عمق بخشد.

لازم به ذکر است سرگرمیهای طراحی شده در غرب بدلیل نوع نگاه تربیتی آنان اغلب سبب تهییج کاذب دانش‌آموز و تقویت روحیه تهاجمی در آنان می‌گردد که اساسا با فضای تعلیم و تربیت اسلامی سازگاری ندارد.

دربحث آزمایشگاهها ،بدلیل بالابودن هزینه های واقعی و محدودیت های دیگر ضرورت استفاده از شبیه سازی پدیده های علمی بسیار مشهود ومنطقی است. اگرچه امکان پیاده‌سازی هر پدیده ای بصورت نرم‌افزاری وجود ندارد لیکن در حد مقدورات تکنولوژیک می‌توان از این نوع امکانات استفاده های مناسب و قابل توجهی بعمل آورد.
6. مدیریت مالی- اداری

این بخش شامل مراحل مقدماتی ثبت نام, اخذ شهریه یا تنظیم اعتبارمالی سیستم و پرداخت حق الزحمه اساتید , صدور گواهینامه الکترونیکی , حضور و غیاب اساتید و سایر موارد خواهد بود .
7. انجمن های علمی و فرهنگی

انجمن مکانی برای تبادل عقاید و پرسش و پاسخ بین دانش‌آموزان , دبیران و ... است . البته انجمن مورد استفاده در این سیستم باید دارای ویژگی های خاص فرهنگی باشد که در نرم‌افزار های موجود همه آنها در نظر گرفته نشده است .

8. دفتر کار الکترونیکی ((Virtual Office

با توجه به محدودیت های دسترسی فیزیکی, کلیه دست اندرکاران می‌توانند دارای دفاتر مجازی روی شبکه باشند که دسترسی به آنها را در هر لحظه میسر خواهد ساخت. این نرم‌افزار در واقع یک Organizer Online است که شرح تفصیلی آن به پیوست آمده است .

همانگونه که در بخش ارتباطی ذکر گردید، نقطه حضور همه کاربران در شبکه و استفاده از امکانات مختلف، از طریق این دفتر شکل می‌پذیرد. هر گروه از کاربران بسته به امکاناتی که در اختیار دارند، صفحه خاص خود را مشاهده می‌کنند.

این دفتر دو وجه دارد:

* یک قسمت از امکانات برای مدیریت کارها فقط در اختیار صاحب دفتر قرار می‌گیرد. مانند چک کردن نامه‌های الکترونیکی، زمانبندی کارها و ....

* قسمتی از امکانات برای مشاهده و استفاده در اختیار بازدید کنندگان از دفترقرار می‌گیرد مانند مشاهده مشخصات صاحب دفتر، ارسال پیام و ....

فقط بخشی از کاربران (به عنوان مثال معلمان و مدیران مدارس ) دارای صفحه دوم هستند که از طریق آن، دیگران با آنها در ارتباط خواهند بود.

9. موتور جستجو (Search Intermediary)

موتور جستجوی میانی درخواست کاربران را جهت جستجو دریافت کرده و عمل جستجو را بطور همزمان بین مخازن دیجیتال توزیع شده انجام می‌دهد. نتیجه هر یک از جستجوها در مخازن دیجیتال به این لایه برگردانده می‌شود. این لایه نتایج رسیده را بررسی کرده و با اعمال تغییراتی از جمله (حذف بعضی داده‌ها، فیلتر کردن آنها و همچنین مرتب کردن براساس معیاری خاص) آنها را ادغام کرده و به کاربر بر می‌گرداند.
قابلیت های موتور جستجو عبارتند از:

* عمل جستجو در مخازن دیجیتال که به صورت توزیع شده می‌باشند صورت می‌پذیرد.

* جستجو بطور همزمان بین مخازن دیجیتال توزیع شده صورت می‌پذیرد.

* تمام ارتباطات بین موتور جستجوی میانی و کاربر از طریق XML صورت می‌گیرد. این ارتباطات شامل درخواست های کاربر و نتایج جستجو می‌باشند.

* قابلیت اعتبار سنجی کاربر در موتور جستجو بدین گونه است که قبل از عمل جستجو، دسترسی کاربر به مخازن دیجیتال و داده‌ها مورد بررسی قرار گرفته و عمل جستجو طبق آن دسترسی ها صورت می‌پذیرد.
عمل اعتبار سنجی با توجه به اطلاعات ذخیره شده در یک پایگاه داده‌های عملی درون این موتور صورت می‌پذیرد که این اطلاعات شامل سطح دسترسی کاربران به مخازن دیجیتال و نوع دسترسی آنها به داده‌ها است.
10. موتور مدیریت محتوا (CMS)

به طور خلاصه قابلیتهای اصلی این موتور عبارتند از

* تهیه فرآیند آموزشی مبتنی بر محتوا

* سازماندهی داده‌ها برای ارایه مناسب در قالب ابرداده‌ها

* طراحی انواع آزمون‌های مختلف وارسال نتایج
منابع و ماخذ

1: IMS Global Learning Consortium,Inc. (2002).

"IMS Digital Repositories Interoperability-Core Functions XML Binding".