CC BY
522
Использование облачных вычислений в образовательном процессе
Голицына Ирина Николаевна доцент, к.ф.м.-н.
Казанский (Приволжский) Федеральный университет, ул. Кремлевская, 35, г. Казань, 420008, (843) 2337347 [email protected]. [email protected]
Афзалова Альфия Николаевна доцент, к.п.н.
Казанский (Приволжский) Федеральный университет, ул. Кремлевская, 35, г. Казань, 420008. (843) 2337347 [email protected]
Аннотация
В статье описывается опыт использования облачных вычислений в учебном процессе. Показано, что облачные вычисления предоставляют дополнительные возможности при обучении программированию. Обсуждается возможность формирования на основе облачных ресурсов контекстной образовательной среды, которая может продуктивно использоваться при выполнении творческих заданий.
The experience of using of cloud computing in the educational process is described. It is shown. that cloud computing provides the additional features for the teaching of programming. We discuss the possibility of forming of the cloud-based context-knowledge place. which can be used effectively in the creative tasks implementation.
Ключевые слова
облачные вычисления, модель SECI, контекстное пространство знаний ba, интегрированная среда обработки, обучение программированию, творческие задания
cloud computing. model SECI. context-knowledge place ba. Integrated Development Environment. the teaching of programming. creative tasks
Введение
Облачные вычисления (Cloud computing) представляют собой модель обработки информации, при которой как аппаратные, так и программные ресурсы, задействованные в процессе решения задачи, предоставляются пользователям как онлайн - сервис. Основным преимуществом использования облака является скрытие сложной инфраструктуры, обеспечивающей доступность информации и средств её обработки (программного обеспечения), от конечного пользователя. Это позволяет им сосредоточиться на выполнении своих функциональных обязанностей, не задумываясь о нюансах технологии обработки информации.
Облачные ресурсы могут быть эффективно использованы в образовательных целях, позволяя рационально организовать процесс обучения, как студентов, так и действующих сотрудников компаний. В качестве примеров использования облачных технологий в образовании можно назвать электронные дневники и журналы, личные кабинеты для учеников и преподавателей и т.д. Облачные технологии позволяют
организовать доступ к разным видам социального программного обеспечения, используя все достоинства этого вида информационных технологий в учебном процессе, они могут служить платформой для организации мобильного обучения[1.2]. При этом использование облачных технологий позволяет снизить затраты на процесс обучения, повысить качество подготовки за счёт оперативного изменения учебных планов, формирования и предоставления совместного доступа к обучающим материалам.
Исследователи выделяют следующие преимущества облачных вычислений в образовании [3]:
• Резервное копирование (в облаке данные сохраняются, даже если выходит из строя компьютер);
• Хранение (облако позволяет пользователям хранить все данные всех типов);
• Доступность (данные из облака доступны, в том числе и с мобильных устройств);
• Сотрудничество (облако позволяет работать нескольким пользователям одновременно, с помощью этой функции могут создаваться групповые проекты и оптимизироваться планы сотрудничества преподавателей и студентов на уроках);
• Сознательное отношение к ресурсам и времени (преподавателям нет необходимости тратить время и ресурсы на копирование учебных материалов, а студенты получают доступ к учебным материалам он-лайн);
• Задания (студенты могут хранить свои задания в облаке, а преподаватель имеет к ним доступ в любое удобное время).
Облачные вычисления реализуются в виде следующих моделей [4]:
Storage as a Serv^e (SaaS) - услуга предоставления дискового пространства по требованию.
Software-as-a-Service (SaaS) - предоставление доступа к программному обеспечению, которое развернуто на удаленных серверах, настраивается и управляется персоналом провайдера [5].
Platform as a Serv^e (PaaS) - набор услуг, реализуемых на пользовательском уровне в виде доступа к программному обеспечению различного назначения.
Infrastructure as a Servke (IaaS) - набор физических устройств (серверы, жесткие диски и т.д.) обработки данных, на базе которых выстраивается платформа Примером образовательного облачного сервиса PaaS является портал «Образовательное облако» (http://ooblako.ru/). Образовательное Облако (Облако) представляет собой средство создания электронных обучающих ресурсов (ЭОР) для организации сетевого и дистанционного обучения. Основная цель Облака -предоставление пользователям возможностей осуществления образовательной деятельности без необходимости использования дополнительных аппаратно -программных средств и привлечения специалистов в области информационных технологий.
Возможности Облака:
1. Создание электронных обучающих ресурсов;
2. Создание учебных курсов на основе электронных учебных модулей (ЭУМ);
3. Осуществление образовательной деятельности с использованием ЭУМ, ЭОР;
4. Обучение студентов и учащихся с применением разработанных элементов;
5. Обмен опытом между преподавателями.
Правила использования Облака допускают его применение в образовательном процессе в любом из образовательных учреждений бесплатно. Основой для Облака является система управления образовательным процессом (LMS, Learning Management System) Moodle.
Перспективными для решения задач образования представляются также модели облачных технологий SaaS. В настоящей статье описывается опыт
применения облачных вычислений для решения образовательных задач на занятиях в Казанском федеральном университете.
Формирование образовательного пространства на базе облачных сервисов
Использование онлайн-сервисов в образовании привело к росту популярности модели SECI (Socialisation. Externalisation. Combination. Internalisation). разработанной Ikujiro Nonaka с соавторами [6] при исследованиях создания информации в инновационных компаниях.
В рамках модели были определены четыре фазы преобразования знаний: Социализация (Socialisation) -обмен неявными знаниями, которые могут быть приобретены только через обмен опытом.
Экстернализация (Externalisation) - процесс актуализации неявных знаний в явные знания, которые становятся основой для нового знания.
Комбинация (Combination) - процесс преобразования явного знания в более сложные и систематизированные комбинации явного знания.
Интернализация (Internalisation) - процесс воплощения явного знания в неявные знания. Через интернализацию созданные явные знания через организацию конвертируются в индивидуальные неявные знания.
Условием развития нового знания в рамках модели SECI является существование пространства контекстных знаний ba, которое является:
• Платформой для преобразования знаний;
• Пространством для саморазвития;
• Мультиконтекстным пространством.
Рис. 1. Три элемента процесса создания знания, согласно [6].
На рисунке 1 представлена схема процесса создания нового знания согласно [6]. Схема содержит три ключевых элемента: пространство контекстных знаний Ьа, 8БСІ: процесс преобразования знаний, который должен управляться модератором.
Модератор регулирует рост и сдвиг через процесс непрерывного преобразования знаний и определяет, как Ьа используется в качестве платформы для 8БС1.
Современное киберпространство может быть использовано для формирования Ьа, как среды обучения и формирования субъективно нового для учащихся знания. Преподаватель может выступить как модератор процесса создания знания.
Предоставляемые облачными вычислениями сервисы 8аа8 могут использоваться как прототип Ьа в рамках учебного процесса.
Использование дискового пространства облачных сервисов создает среду, обладающую свойствами, характерными для Ьа:
• Возможность совместного доступа для участников учебного процесса: преподавателя и студентов.
• Возможность совместного редактирования текстов позволяет преобразовывать информацию по мере ее накопления и развития.
• Выход к персональным информационным ресурсам студентов и преподавателя (социальные сети, электронная почта) позволяет сделать ресурс персонально ориентированным для каждого участника учебного процесса.
• Выход в интернет предоставляет доступ ко всем необходимым информационным ресурсам в необходимом контексте.
Таким образом, облачные сервисы могут стать инструментом для создания контекстной образовательной среды, в которой можно создать условия для формирования нового знания. Поскольку создание субъективно нового для студентов знания происходит при выполнении творческих заданий, мы использовали облачные сервисы, в том числе и при управлении выполнением творческих заданий.
Использование интегрированных сред обработки при обучении программированию
Для учебных заведений все большее значение приобретает информационное наполнение и функциональность систем управления виртуальной учебной средой (УЬБ). УЬБ-системы критикуют за слабые возможности генерации и хранения создаваемого пользователями контента и низкий уровень интеграции с социальными сетями. Некоторые преподаватели пытаются избежать ограничений, которые эти системы накладывают на пользователей. Объединяя различные общедоступные интернет- инструменты, они формируют более современные условия для сотрудничества студентов, создания и совместного использования ими собственного учебного контента. В контексте обучения это возможно с маленькими группами студентов, которым помогают преподаватели с высоким уровнем подготовки в ГГ -сфере. Возникает также множество проблем при создании каждым студентом своей персональной учебной среды (PLE), в особенности, когда электронный учебный курс включает в себя инструменты для совместной работы и оценки.
Как пример использования облачных технологий в образовании, можно назвать тематические форумы, где студенты могут осуществлять обсуждения кода программ на любом языке программирования, обмениваться интересными алгоритмами решений различных задач и поиском информации для самостоятельной подготовки к занятиям.
В век мобильных технологий, когда компилятора нет под рукой, можно воспользоваться интегрированными системами программирования в облаке для проверки остаточных знаний студентов по программированию, например на языке С++, с помощью планшетов или смартфонов. В данной статье ноутбуки и компьютеры не рассматриваются, так как их характеристики позволяют установить соответствующее программное обеспечение для программирования и
компилирования кода любого языка программирования. Большинство планшетов или смартфонов не приспособлено для данной работы. Они работают на разных платформах и имеют "слабые" характеристики для установки "серьезной" программы для редактирования и компилирования кода. Однако, все эти устройства имеют выход в интернет и позволяют воспользоваться облачными технологиями.
Приведем пример работы с Web-сервисом, позволяющим создавать и отлаживать учебные программы на любом языке программирования с помощью облачного сервиса сайта http ://ideone.com. На сегодняшний день ideone является одной из популярных специализированных интегрированных средств разработки (IDE - Integrated Development Environment). IDE ideone обеспечивает подсветку синтаксиса и возможность сохранять и обмениваться фрагментами кода.
Однако, в отличие от многих других IDE, ideone поддерживает более чем 20 различных языков, включая C, C++, C#, Java, JavaScript, Go, Groovy, Objective-C, Perl, Python и Ruby. ideone стремится быть универсальным средством для тестирования фрагментов кода. На рис. 2 показано окно интегрированной среды обработки ideone в режиме отладки (редактирования) кода программы.
esc to close </> source code
1 «include <iostream>
2 #include<stdlib, hf>
3 using namespace std;
4 struct node
5- {
6 int data;
node* next;
5 }J
close fullscreen
□
///
10 bool empty_list(node* top)
11- {
12 return top==MULLj
13 }
14 ///////////////////////////////////////
15 void create_list(node* &top.,int n) 16- {
a input! Og Output| Окно вывода
И syntax highlighi
Успешно time: 0 memory: 3436 signal:C enter p->data= enter p~>data= enter p->data= enter p->data= enter p->data= list =63957 datal = 9
insert data2 before datal enter data2= list =638957 insert data3 ater datal
list = 6389 10 57 отправить данные на
delete data4 исполнение
Save ИРШ
Рис.2. Окно интегрированной среды обработки ideone в режиме отладки (редактирования) кода программы
Другим примером интегрированный среды обработки является compileonline.com. compileonline.com — сайт, позволяющий скомпилировать и выполнить простую программу (http://www.wikireality.ru/wiki/Compileonline.com). Сайт поддерживает огромное количество различных языков программирования, компилируемых (Си и подобные, Java, Асм, Erlang, Forth и др.) и интерпертируемых (Perl, Python, PHP и др.), а также языков разметки (CSS, HTML) и иных специфических языков (таких как знаменитый язык описания аппаратуры Verilog). Всего языков более 80. Для каждого языка есть страничка, на которой в левой части можно ввести свой код, а в правой отображаются результаты компиляции и исполнения.
Помимо кода также можно задать содержимое файла input.txt, в который заносятся входные данные для программы (рис.3).
Рассмотренные IDE позволили рассмотреть задачи с массивами, создать и обработать линейные списки, очереди, стеки, использовать подпрограммы, создавать классы, однако подключить свои библиотеки не получится. Значения переменных вводятся не с консоли, а с выделенного "текстового" файла input, вывод результата производится в окно output.
COmpileOnline</>COm - Сиомпилируйге и выполните с—11 Online (GNU GCC версии 4.7.2) * ^ ^Р'«”ЧР» ’ ®° в Спроа
Аргументы Командной Строки: в Ввод STDIN: й
_______________________________________________________________________________
Рис. 3. Интегрированная среда обработки compileonline.com
Пользователь может зарегистрировать в интегрированных системах программирования или воспользоваться своей учетной записью на Facebook или Google. Данная возможность крайне ценна при организации учебного процесса. Благодаря социальной сети Facebook и возможностью коллективной работы в Google у преподавателя появится возможность сделать процесс работы с программой коллективным, имеется возможность переслать студентам ссылку для ознакомления с результатом работы демонстрационной программы, либо сами студенты могут выслать подобную ссылку преподавателю в качестве отчёта о проделанной работе. Зарегистрированные студенты могут осуществлять обсуждения кода программ, обмениваться интересными алгоритмами решений заданий. Таким образом, создается возможность совместной разработки и отладки программы в режиме, удобном для всех участников учебного процесса.
Использование интегрированных сред обработки при обучении программированию:
• создает дополнительные возможности взаимодействия для всех участников образовательного процесса;
• студенты учатся совместно работать с облачными приложениями, не только хранить данные, но и создавать новые продукты в облаке, осваивая новые технологии;
• позволяет преподавателю использовать различные формы учебной деятельности в рамках аудиторных занятий;
• позволяет более эффективно организовывать самостоятельную работу студентов, используя достоинства мобильного обучения [7].
Использование модели облачных вычислений 8аа8 для формирования контекстной образовательной среды
На занятиях по курсу «Компьютерные технологии в педагогической и инновационной деятельности» для студентов направления «Педагогическое образование» мы использовали облачный ресурс Диск Google (https://drive.google.com/). Помимо предоставления дискового пространства, Диск Google - это инструмент, который дает возможность создавать, редактировать и сохранять документы, не прибегая к средствам настольных приложений. Документы на Диске Google можно открыть с помощью приложения Google Документы. Для того чтобы работать с Google Документы, не нужен текстовый редактор, достаточно только браузера и подключения к интернету. Напечатать текст, создать электронную таблицу, выполнить форматирование и сохранить файл в один из многочисленных форматов (PDF, DOC, ODF) - все это можно сделать без помощи сторонних приложений.
Использование облачного ресурса позволило:
• Организовать общее дисковое пространство, к которому есть доступ у преподавателя и студентов, что позволило организовать новые формы работы на занятиях:
• Организовать свободный обмен документами, необходимыми для проведения занятий, в частности, учебно-методическими ресурсами и отчетами студентов о выполнении практических заданий.
• Организовать общую контекстную среду для выполнения творческих заданий. В качестве примера можно привести задание, в котором студентам было
предложено провести творческую лабораторную работу на тему «Использование возможностей социальных сетей в преподавании учебных дисциплин».
Целью лабораторной работы является выбор способа использования социальной сети для преподавания учебной дисциплины. Задания были сформулированы следующим образом:
1. Перед выполнением работы выберите социальную сеть, которую вы будете использовать в учебном процессе по выбранной Вами дисциплине.
2. Найдите в социальной сети группы, которые могут быть полезны для преподавания дисциплины.
3. Определите, какие формы учебной деятельности Вы можете организовать с помощью этих групп:
1. Самостоятельную работу учащихся
2. Индивидуальную работу
3. Групповое обучение
4. Коллективное взаимодействие
5. Внеклассную работу
4. Составьте отчет, в котором опишите
• Выбранные в социальной сети группы и
• виды учебной деятельности, которые можно организовать с их помощью.
Студенты размещали отчеты в общей папке, так что каждый из студентов мог ознакомиться с отчетами своих однокурсников, использовать их идеи для решения задачи, развить их и предложить свои варианты. В результате выполнения работы студентами были предложены различные варианты использования ресурсов социальных сетей для преподавания конкретных тем по биологии, химии, иностранному языку. Студенты предложили использовать различные виды представления информации (аудио- и видеоролики, таблицы, схемы), актуальные новости в соответствующих направлениях науки для организации различных форм
учебной деятельности на уроках (контроль, самостоятельная работа, изучение теоретического материала, выполнение практических заданий).
На рисунке 4 приведен фрагмент отчета студентки Хайруллиной P.M., выложенного на облачном ресурсе Диск Google, по использованию социальных сетей в преподавании английского языка. В отчете предлагается использование ресурсов нескольких групп социальных сети «В контакте» (http://vk.com/) для организации различных форм учебной деятельности на уроке английского языка в средней школе.
Рис. 4. Фрагмент отчета по использованию социальных сетей в преподавании
английского языка
Анализ результатов творческой работы студентов с точки зрения модели 8БС1
позволяет заключить:
1. предложив студентам творческие задания, преподаватель на занятиях может выступать в роли модератора формирования нового знания;
2. облачный ресурс является прототипом пространства контекстных знаний Ьа, обладая всеми свойствами такого пространства;
3. используя свои навыки общения в социальных сетях, в результате выполнения работы студенты сформировали новые знания о методике использования их ресурсов для преподавания конкретных тем школьной программы. А существование общего дискового пространства позволило им поделиться своими находками с другими участниками группы. Таким образом, был сформирован новый интеллектуальный продукт, который может использоваться, развиваться и изменяться всеми участниками группы. Студенты, участвующие в использовании облачных сервисов на учебных
занятиях, оценили такие их достоинства, как:
• возможность организовать различные виды деятельности учащихся (индивидуальная, групповая, коллективная, самостоятельная);
• использование наглядных источников информации (рисунков, аудио- и видеофайлов), в том числе возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов (картин, рукописей, видеофрагментов, звукозаписей и др.);
• возможность работы с моделями изучаемых объектов и процессов (в том числе тех, с которыми сложно познакомиться на практике), возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;
• возможность учителя контролировать своевременное выполнение самостоятельных работ, возможность автоматизированного контроля и более объективного оценивания знаний и умений, возможность создания интерактивных заданий;
• учащиеся могут создавать презентации, видео-, редактировать их, в режиме общего доступа задавать вопросы и обсуждать различные темы, возможно определение путем голосования лучшей работы;
• учитель получает возможность отслеживать этапы совершенствования каждого задания по мере того, как учащиеся выполняют задания, и анализировать полученные результаты.
• простота в использовании, возможность входа в облачный ресурс с любого компьютера, планшета, мобильного телефона;
• хранение любого количества информации без внешних накопителей;
• удобный интерфейс, возможность делиться файлами, просматривать их в любое время и с любого устройства.
Приведем некоторые из их оценок:
«при выполнении творческих работ без облачных технологий просто уже не обойтись, кроме того, совместное редактирование дает возможность сделать процесс выполнения заданий более увлекательным и интересным»;
«облачные ресурсы становятся удобным средством для развития учащихся в образовательном процессе»;
«считаю, что это удобно для преподавателей. Если пойду работать в школу, обязательно буду работать с облачными технологиями».
Заключение
Эффективность использования облачных сервисов в образовательном процессе зависит от двух составляющих: технической и организационно-педагогической. Техническая составляющая связана с преимуществами и недостатками самих облачных вычислений, которые перечислены в табл. 1.
Таблица 1.
Достоинства и недостатки облачных технологий________________
Преимущество Недостаток
Доступ к информации с любого компьютера, подключённого к Интернет Необходимость постоянного высокоскоростного соединения с Интернет
Возможность работы с информацией с различных устройств (в том числе мобильных) Ограничения на ПО, которое может быть развернуто на облаках в возможностях его настройки и функциональности для пользователей
Возможность работы в любой операционной системе Сложности при обеспечении конфиденциальности информации
Совместное использование данных пользователями, размещенными на больших расстояниях друг от друга Зависимость клиентов от ценовой и маркетинговой политики провайдера облачных сервисов
Снижение затрат на приобретение, использование и обновление программного обеспечения
Более высокий уровень актуальности информации
Организационно-педагогическая составляющая эффективности использования облачных вычислений на современном уровне развития электронного обучения определяется, прежде всего, заинтересованностью и желанием преподавателей, которые в той или иной степени стимулируются руководством образовательных учреждений.
Облачные вычисления предлагают учебным заведениям новые возможности для предоставления динамичных и актуальных, основанных на интернет -технологиях приложений для электронного образования. Данная технология оказала влияние на архитектуру, предоставляемые сервисы и логистику внедрения учебных курсов. Облачные технологии несут с собой новые риски, но также и возможности для учебных заведений и учащихся, соответственно, предоставлять и получать лучшие сервисы за меньшие деньги.
Использование современных облачных технологий подразумевает под собой работу абсолютно со всеми устройствами с разными архитектурами и операционными системами. Основное требование - наличие интернет - соединения.
Облачные вычисления может быть использованы в различных формах и на разных уровнях образовательного процесса. В том числе с помощью облачных ресурсов можно сформировать контекстную образовательную среду, которая может продуктивно использоваться при выполнении творческих заданий, служить основой для организации различных форм образовательной деятельности.
Литература
1. Голицына И.Н. Социальное программное обеспечение в современном профессиональном образовании // Международный электронный журнал “ Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society) “ -2012. - V.15. - №4. - С.515-526. URL:
http://grouper.ieee.org/groups/ifets/russian/depository/v15 i4/pdf/11.pdf (дата обращения: 28.04.14)
2. И.Н. Голицына, Н.Л. Половникова Мобильное обучение как новая технология в образовании // Международный электронный журнал “ Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society) “ - 2011. - V.14. - №1. -С.241-252. URL: http://ifets.ieee.org/russian/depository/v14 i1/html/1.htm (дата обращения: 28.04.14)
3. Diane Weaver. Six Advantages of Cloud Computing in Education. - 2013. - URL: http://www.pearsonschoolsystems.com/blog/?p=1507#sthash.y61nwp0j.dpbs (дата обращения: 28.04.14)
4. Соснин В.В. Облачные вычисления в образовании. - URL: http://www.intuit.ru/goods store/ebooks/9155 (дата обращения: 28.04.14)
5. Программное обеспечение как услуга. - URL: http://www.tadviser.ru/index.php/SaaS - Программное обеспечение как услуга (дата обращения: 28.04.14)
6. Nonaka, I., Toyama, R. and Konno, N. (2000). ‘SECI, Ba, and leadership: a unified model of dynamic knowledge creation’. Long Range Planning, 33, pp 5-34. URL: http://www.ai.wu.ac.at/~kaiser/literatur/nonaka-seci-ba-leadership.pdf (дата обращения: 28.04.14)
7. Афзалова А.Н. Использование мобильных технологий для организации самостоятельной работы студентов// Международный электронный журнал “ Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society) “ -2012. - V.15. - №4. - С.497-505. URL:
http://grouper.ieee.org/groups/ifets/russian/depository/v15 i4/pdf/9.pdf (дата обращения: 28.04.14)
