CC BY
17С.Г. КЛИМАНОВ, М.О. ТАТАРОВ, А.Ю. ПУГАЧЕВ
S.G. KLIMANOV, M.O.TATAROV, A.YU. PUGACHEV
СОКРАЩАЯ ВРЕМЯ НА УСВОЕНИЕ
МАТЕРИАЛА
REDUCING THE TIME FOR MASTERING THE MATERIAL
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ВОЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ЯРОСЛАВСКОМ ВЫСШЕМ ВОЕННОМ УЧИЛИЩЕ ПРОТИВОВОЗДУШНОЙ ОБОРОНЫ INFORMATION OF MILITARY EDUCATION AT THE YAROSLAVL HIGHER
MILITARY INSTITUTE
Сведения об авторах: Климанов Сергей Геннадьевич - заместитель начальника Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны по учебной и научной работе, полковник, кандидат технических наук, доцент (г. Ярославль);
Татаров Максим Олегович - начальник научно-исследовательского отдела Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, полковник, кандидат технических наук, доцент (г. Ярославль);
Пугачев Алексей Юрьевич - заместитель начальника научно-исследовательского отдела Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, майор, кандидат технических наук (г. Ярославль).
Аннотация. В статье рассмотрены некоторые аспекты информатизации основных видов деятельности Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, дается описание ряда программных продуктов, используемых в повседневной деятельности училища.
Ключевые слова: информационно-образовательная среда, военное образование, электронное обучение, информационная система, обучаемые.
Information about the authors: Sergey Klimanov - Deputy Head of Yaroslavl Higher Military Institute of Air Defense for Academic and Scientific Work, colonel, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (Yaroslavl);
Maksim Tatarov - Chief of Research Section at the Yaroslavl Higher Military School of Air Defense (city of Yaroslavl), colonel, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (Yaroslavl);
Aleksei Pugachev - Deputy Chief of Research Section at the Yaroslavl Higher Military School of Air Defense (city of Yaroslavl), major, Candidate of Technical Sciences (Yaroslavl).
Summary. The article discusses some aspects of informatization of the main types of activities of the Yaroslavl Higher Military Institute of the Air Defense; a description of a number of software products used in the daily activities of the Military Institute is given.
Keywords: information and educational environment, military education, e-learning, information system, trainees.
В целях поддержания и повышения качества подготовки военных кадров в Министерстве обороны Российской Федерации
проводится комплекс мероприятий по внедрению современных информационно-коммуникационных технологий в образова-
тельную деятельность. Согласно действующей Концепции развития электронной информационно-образовательной среды
Рис. 1. Информационное пространство учебной и научной деятельности училища
Министерства обороны Российской Федерации, одной из важных задач, создающих условия для совершенствования деятельности образовательных организаций и профессиональных навыков личного состава Вооружённых Сил Российской Федерации, является внедрение в их повседневную деятельность элементов информационного управления, а также дистанционного и электронного обучения.
В настоящее время в Ярославском высшем военном училище противовоздушной обороны ведётся активная деятельность по двум основным направлениям:
1. Совершенствование информационно-образовательной среды (ИОС) с применением информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), позволяющей повысить эффективность не только образовательной деятельности, но и иных основных видов деятельности училища.
2. Совершенствование образовательного процесса с использованием электронных обучающих ресурсов, основными компонентами которых являются электронные учебники и обучающие курсы.
В ходе анализа основных видов деятельности училища разработана структура информационного пространства учебной и научной деятельности (см. рис. 1).
Усиление связей между элементами такой структуры может быть достигнуто за счёт организованного централизованного хранения данных, которые задействованы в различных процессах единого информационного пространства. При этом подобное пространство в инфраструктурном плане предполагает наличие системы управления базами данных, а в концептуальном плане - чётко формализованной (структурированной) информационной модели.
Эффективное применение такой модели работы ориентировано, кроме того, на детально проработанную распределённую клиент-серверную
архитектуру и бизнес-логику программной составляющей, что обеспечивает:
• беспрепятственное внедрение системы в сетевую инфраструктуру училища;
• высокую производительность обработки входной и выходной информации за счёт серверных мощностей и минимальных требований к клиентской аппаратной составляющей;
• сокращение объёма временных и трудовых затрат, требующихся при получении информации за счёт централизации данных.
Информационная система отвечает требованиям территориально распределённых систем, в которых отдельные вычислительные узлы отвечают за конкретный, более узкий функционал. Основываясь на этом, определены три основных инфраструктурных компонента: серверная часть, клиентская часть и коммуникационная часть.
Серверная часть состоит из сервера баз данных и сервера при-
ложений, обеспечивает хранение данных, разграничение доступа, защиту, резервное копирование, отслеживание целостности данных в соответствии с набором правил и обслуживание информационных запросов клиента. При этом сервером базы данных выступает Microsoft SQL Server, сервером приложений - IIS Web Server.
Клиентская часть предоставляет пользователям интерфейс, двунаправленно связанный с логикой приложения, проверяет допустимость данных, посылает запросы к серверу, а также получает ответы от него.
Коммуникационная (сетевая) часть обеспечивает взаимодействие между клиентской и серверной частями на аппаратном и программном уровнях, описанных в сетевых протоколах OSI.
Взаимодействие компонентов распределённой клиент-серверной архитектуры разрабатываемой информационной системы отображено на рис. 2.
Рис. 2. Клиент-серверная архитектура информационной системы
¡ГЩр 1 штаг
Эффективность использования вышеописанной архитектуры состоит в относительно низких временных затратах на получение требуемой информации за счёт централизации данных, а также сниженных требований к производительности клиентского оборудования с учётом использования вычислительных мощностей сервера.
В результате анализа рассматриваемого информационного пространства с учётом сведений, которые необходимо обрабатывать автоматизированно, получена модель работы системы с выделением нескольких программных модулей и типов пользователей, взаимодействующих с этими модулями. На рис. 3 представлена диаграмма информационной системы, которая отображает взаимодействие пользователей с программными модулями, обозначая при этом ролевую модель доступа.
В настоящее время информационная система модульно состоит из шести программных модулей, позволяющих полностью охватить рассматриваемое информационное пространство военной образовательной организации и консолидировать его элементы. Особенностью информационной системы является постоянное взаимодействие между собой программных модулей, необходимое для исключения избыточности хранимых сведений.
Информационная система включает:
• программный модуль «Информационная подсистема учёта курсантов высшего военного учебного заведения»;
• программный модуль «Информационная подсистема учёта научно-педагогических работников высшего военного учебного заведения»;
• программный модуль «Информационная подсистема учёта деятельности адъюнктов»;
• программный модуль «Информационная подсистема учёта
научной деятельности высшего военного учебного заведения»;
• программный модуль «Информационная подсистема обеспечения учебной деятельности военной образовательной организации»;
• программный модуль «Информационная подсистема исследования качеств физической подготовленности военнослужащих».
Важное значение в процессе проектирования системы уделено сегментированию предоставляемой информации для пользователей. Определение типов пользователей реализовано в соответствии с требованиями к ИОС военной образовательной организации Министерства обороны Российской Федерации. Основываясь
на этих требованиях, сегментирование ИОС проводится в целях разделения информационной системы на сегменты, имеющие различные классы защищённости информационной системы. При сегментировании ИОС обеспечена защита периметров сегментов информационной системы в соответствии с требованиями по защите информации. ИОС обеспечивает функционирование трёх сегментов: открытого (общедоступного), конфиденциального и закрытого. В настоящее время в системе реализован только открытый (общедоступный) сегмент, предназначен для работы с материалами, не содержащими информацию ограниченного доступа и служебную информацию ограниченного рас-
Рис. 3. Диаграмма информационной системы
пространения. Вопрос обработки данных, имеющих ограничительную пометку или не подлежащих открытому распространению, в настоящее время прорабатывается в организационном аспекте.
Исходя из этих условий, а также учитывая особенности рассматриваемого информационного пространства, определены следующие роли пользователей системы:
• неавторизованный пользователь (гость);
• авторизованный пользователь (курсант, адъюнкт, научно-педагогический работник);
• модератор научной деятельности;
• модератор учебной деятельности;
• модератор спортивной деятельности;
• администратор.
Каждой роли определены свои права просмотру и добавлению (изменению) информации.
Разработанная информационная система имеет интерфейс, отвечающий определённому заранее набору задач, для которых она предназначена. Полное ориентирование эргономичного интерфейса на пользователя позволяет в малые сроки обучить его особенностям по работе с системой, которые учте-
ны в архитектуре программного обеспечения. Интерфейс системы выполнен с помощью адаптивного к различным разрешениям экранов фреймворка, с помощью которого повышен уровень удобства работы с системой, а наглядное отображение статистической информации обеспечивает для руководящего состава военной образовательной организации отображение состояния дел по основным видам деятельности.
Функционирование системы основано на использовании сведений из базы данных, в которой фиксируется необходимая информация о научно-педагогических работниках, об обучающихся, их результатах и достижениях по учебной, научной и спортивной деятельности, при этом в системе реализован функционал логиро-вания (журналирования) записей о внесённых изменениях.
Особенностями информационной системы являются:
• исключение избыточности входных данных, что позволяет в перспективе масштабировать и развивать систему с уже существующими сведениями;
• автоматизированное формирование электронных документов с возможностью вывода их
на печать, что повышает уровень качества системы электронного документооборота;
• периодическое сохранение резервной копии сведений с совокупностью электронных документов;
• наличие функционала вали-дации вводимых данных;
• возможность сопряжения с иными приложениями за счёт концепции REST.
Опыт совершенствования образовательного процесса с использованием электронных обучающих ресурсов свидетельствует о повышении уровня вовлеченности обучающихся в образовательный процесс, а также о стабильно высоком уровне адаптации и мотивации обучающихся и преподавателей к новым организационным технологиям и условиям обучения. Эти факторы в совокупности с санитарно-эпидемиологической ситуацией в стране позволяют отметить актуальность деятельности, направленной на дальнейшее совершенствование элементов дистанционного и электронного обучения.
В качестве одного из перспективных направлений развития ИОС с точки зрения расширения спектра используемых электронных образовательных ресурсов следует рассмотреть применение
¡гщр
1 штаг
интерактивных мультимедийных информационных систем (ИМИС) в процессе дистанционного и электронного обучения. Системы такого типа осуществляют активное изменение мультимедийного информационного контента в ответ на воздействие пользователя, получаемое от традиционных средств ввода (мышь, клавиатура, сенсорная панель) или от специальных аппаратных средств (аудиогарни-тура, шлем УИ, то^оп-контрол-лер). Эти системы находят широкое применение в игровой индустрии, тренажёрах управления сложными техническими комплексами и системами и пр.
Основным и универсальным преимуществом ИМИС следует определить высокую мотивацию пользователя по применению таких систем по назначению, что в значительной степени обусловлено наличием интуитивно понятных средств создания конкретной учебной или игровой ситуации. В таких условиях пользователь ИМИС относительно быстро уясняет условия задачи, требуемый результат и набор используемых виртуальных инструментов для её решения. При этом одним из главных недостатков ИМИС следует признать технологическую сложность и экономическую затратность разработки подобных систем.
Вместе с тем применение ИМИС в учебных целях значительно расширяет спектр методических приёмов и средств для проведения различных видов занятий (групповых, практических, лекционных), что позволяет более эффективно формировать у обучающихся набор требуемых компетенций. Использование ИМИС по военно-техническим (военно-специальным) дисциплинам позволит обучающимся сконцентрироваться на материальной части изучаемых образцов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) - быть вовлечённым в демонстрацию схем и трёхмерных визуализаций,
отображающих принципы функционирования, конструктивного исполнения изделий военного назначения, решать аналитические задачи по определению и устранению причин неисправностей, производить специальные расчёты и производить моделирование.
Следует отметить, что в настоящее время использование информационных систем подобного класса в дистанционном и электронном обучении в рамках ИОС Министерства обороны Российской Федерации носит разрозненный характер, а опыт разработки ИМИС и контента для них не систематизируется. Это приводит к тому, что Методические рекомендации по созданию интерактивных электронных учебников и обучающих курсов не отражают особенностей разработки интерактивного мультимедийного информационного контента для ИМИС ввиду отсутствия соответствующего научно-методического аппарата. Вместе с тем имеется опыт решения смежных научно-практических задач по формированию аналогичного контента для интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) на продукцию военного назначения на основе имеющейся конструкторской документации, что позволяет значительно сократить временные характеристики разработки информационной системы, а также выработать единый научно-методический подход к формированию ИМИС и контента к ним по исходным данным, предоставляемым разработчиком образца ВВСТ.
С методической точки зрения организация обучения военно-техническим (военно-специальным) дисциплинам реализуется преимущественно в форме групповых занятий с учебными группами по 10-30 человек.
В ходе основной части занятия значительное аудиторное время отводится на последовательное изложение преподавателем теоре-
тических сведений о назначении, составе, принципе функционирования изучаемой аппаратуры, её узлов и агрегатов в соответствии с иерархической структурой образца ВВСТ. В дальнейшем в ходе закрепления полученных знаний занятия основываются на групповой или индивидуальной практической отработке навыков эксплуатации, технического обслуживания, настройки и текущего ремонта ВВСТ или её составных частей.
Основой материально-технического обеспечения таких занятий выступают:
• образцы ВВСТ, развёрнутые в учебных аудиториях, используемые преимущественно в выключенном, редко - во включённом состоянии;
• образцы ВВСТ, находящиеся на учебно-технической территории, используемые преимущественно во включённом состоянии и готовые к применению по назначению;
• настенные плакаты, наглядные макеты, стенды и приспособления, позволяющие продемонстрировать упрощённый принцип функционирования или имитирующие работу отдельных узлов и агрегатов изучаемых образцов ВВСТ;
• программы для ЭВМ, электронные презентации, электронные учебники и обучающие курсы, содержащие контент, который непосредственно связан с изучаемой темой на занятии.
По виду информационных материалов на занятиях представлены:
• текстовые сведения, представляющие собой переработанные и систематизированные материалы, полученные из эксплуатационной, нормативно-технической документации, дополнительных информационных источников, опыта эксплуатации образцов ВВСТ в боевых условиях, на полигонах;
• табличные сведения, формируемые преимущественно из
эксплуатационной документации и отражающие технические характеристики изучаемых образцов ВВСТ;
• графические иллюстрации, формируемые на основе эксплуатационной, конструкторской, нормативной, научно-технической литературы, в том числе электрические схемы различного типа;
• видеоматериалы, накопленные и систематизированные на основе опыта эксплуатации образцов ВВСТ в боевых условиях, на полигонах.
Использование ИМИС призвано повысить информативность приводимых графических иллюстраций и видеоматериалов за счёт возможностей динамически изменяемого мультимедийного контента, используемого в таких системах. Это обеспечивается благодаря решению следующих частных задач:
• формирование единого концептуального представления предметной области описания изделий ВВСТ и их составных частей в терминах и понятиях, определяемых в нормативно-технической документации, с целью обеспечения единства применяемой терминологии, что позволяет эффективно организовать перекрёстное использование гиперссылок (по типу электронной энциклопедии «Википедия»);
• формирование многоаспектного формализованного концептуального представления аппаратуры изделий ВВСТ и их составных частей для выделения множества параметров, функциональных задач, структурных компонентов, цепей электрических сигналов, а также других сущностей, используемых для реализации динамически изменяемого контента;
• формализованное концептуальное схемно-графическое представление аппаратуры изделий ВВСТ и их составных частей для визуализации электрических схем различного уровня - структурных, функциональных, принципиальных, эквивалентных, монтажных
и др. в целях отображения (подсвета) на них подмножества сущностей, определяемых в запросах пользователя;
• формализованное концептуальное пространственно-позиционное представление аппаратуры изделий ВВСТ и их составных частей для трёхмерной визуализации конструктивных особенностей её исполнения в целях отображения (подсвета) на них подмножества сущностей, определяемых в запросах пользователя, а также в целях отождествления двух различных аспектов представления узлов аппаратуры - на схемах и в виде трехмерных моделей.
В связи с этим одним из важных технических требований к интерфейсу пользователя ИМИС является необходимость формирования требуемой информации по его запросу. При этом запрос пользователя на практике, как правило, не связан ни с одним используемым принципом упорядочивания информационных ресурсов (по алфавиту, по иерархической структуре образца ВВСТ, по порядку изложения в эксплуатационной документации, по порядку следования тем в учебной программе). Такой запрос часто является относительно абстрактным и ориентирован на описание условий запрашиваемой информации в виде множества свойств.
Примерами таких запросов являются предложения, формируемые на естественно-подобном (русском) языке, например:
• «показать на схеме цепь сигнала, проходящего через разъём 1Ш1»;
• «показать на схеме блок, выполняющий функцию управления ракетным каналом»;
• «показать на модели прохождение сигнала Синхронизация»;
• «ответить, на какую ячейку приходит сигнал Строб ПН»;
• «показать на схеме работу устройства в режиме БР»;
• «ответить, какую функцию выполняет блок ЮТ-38».
Такой способ формирования запросов определяет вид человеко-машинного взаимодействия по принципу вопросно-ответной системы, при котором пользователь вступает с ИМИС в виртуальный диалог. Запросы к системе могут формироваться при помощи клавиатуры, а также посредством голосового ввода (с последующим распознаванием).
В качестве ответа система, в зависимости от типа запроса пользователя, возвращает один из нескольких скомпонованных ответов:
• текстовое и голосовое (аудио-) сообщение, содержащее ответ на вопрос типа «ответить»;
• фрагмент электрической схемы, на котором выделена цепь прохождения электрического сигнала, с текстовыми и голосовыми (аудио-) пояснениями - при ответе на вопрос типа «показать на схеме»;
• трёхмерную визуализацию электронной геометрической модели изделия ВВСТ, на котором выделена цепь сигнала или подсвечен структурный компонент, с текстовыми и голосовыми (аудио-) пояснениями - при ответе на вопрос типа «показать на модели».
Описанный механизм в ИМИС обеспечивается благодаря модульной организации её структуры, в которой выделяются следующие основные компоненты:
• модуль распознавания речи - функционирует автономно и осуществляет преобразование речи, полученной от пользователя посредством микрофона, в текст в виде строки;
• модуль языкового анализа -основан на многоступенчатом анализе текста, использовании лексики и грамматики естественно-подобного языка запросов с выделением семантических и синтаксических групп правил;
• модуль взаимодействия с формализованной концептуальной моделью изделия - обеспечивает преобразование лексем естественно-подобного языка в математиче-
ские конструкции для их хранения в базе данных, и обратное преобразование формализованных данных в лексемы;
• диалоговый модуль - непосредственно осуществляет подбор сценария виртуального диалога по одному из нескольких сценариев, позволяет выделить в запросе его тип и условия, а также сформировать шаблон ответа информационной системы;
• ссылочно-навигационный модуль - по перекрёстным ссылкам внутри и между электронными мультимедийными статьями, представленными по принципу электронной энциклопедии «Ви-кипедия».
В качестве примера работы с ИМИС можно рассмотреть групповое занятие по дисциплине «Устройство и эксплуатация стартового, технического и энергетического оборудования», тема «Устройство и принцип функционирования аппаратуры подготовки и пуска ракет 83Ф6Е2». Эта аппаратура, входящая в состав пусковой установки 5П85ТЕ, описывается предприятием-разработчиком в формате электронной документации, в состав которой входят техническое описание, руководство по эксплуатации, а также комплект электрических схем. Из дополнительных информационных ресурсов используются электронная геометрическая модель пусковой установки, модель аппаратуры подготовки и пуска
ракет 83Ф6Е2, а также двух блоков и 38 ячеек, входящих в состав указанной аппаратуры.
В результате подготовки контента к использованию ИМИС сформирована формализованная концептуальная модель изделия 83Ф6Е2, которая обеспечивает взаимосвязь текстового описания, табличных сведений, графических иллюстраций, а также схемно-гра-фического и пространственно-позиционного представления изделия на уровне предметных терминов и понятий.
Модель такого типа позволяет по указанным в запросах условиям предоставлять информацию в виде свойств аппаратуры, каждое из которых имеет одновременно текстовое, графическое и трёхмерное представление, что может быть использовано для формирования конкретного ответа с использованием указанных мультимедийных ресурсов.
Исходя из вышесказанного, видно, что использование ИМИС позволит не только повысить наглядность проводимых дисциплин, но позволит сократить время усвоения требуемого материала обучаемыми.
Таким образом, рассмотренные выше примеры использования информационно-коммуникационных технологий в военном образовании доказывают актуальность необходимости развития информационной-образовательной
среды училища, что подтверждается курсом, заданным Главным управлением кадров Министерства обороны Российской Федерации, которое организовало проведение тематического раздела «Военное образование - передовые технологии и цифровая трансформация» на Международном военно-технического форуме «Армия-2021».
ЛИТЕРАТУРА
1. Российская Федерация. Министр обороны. О мерах по реализации отдельных положений статьи 81 Федерального закона от 29 декабря 2012 г. № 273-Ф3 «Об образовании в Российской Федерации»: Приказ Министра обороны Российской Федерации от 15 сентября 2014 г. № 670. Текст: непосредственный // Российская газета, 2014. № 298.
2. ГОСТ Р 52294-2004. Информационная технология. Управление организацией. Электронный регламент административной и служебной деятельности: дата введения 2004-12-29.- М.: ИПК Издательство стандартов, 2005. 31 с. Текст: непосредственный.
3. Татаров, М.О. Применение современных технологий информационного обеспечения учебной и научной деятельности в военной образовательной организации / А.Ю. Пугачев, К.А. Пушкин. Текст: непосредственный // Военная мысль, 2021. № 1. С. 133-151.
НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ
А.А Грушка, А.Б. Белов и др. «Водолазная подготовка»
В основе учебника рассмотрены материалы, содержащие основные сведения о физических и физиологических особенностях пребывания человека под водой. Даны характеристика водолазного снаряжения, порядок и правила его использования. Изложены основные водолазные заболевания и меры их предупреждения. Рассмотрены способы спасения и выживания подводников при аварии, организации их выхода из подводной лодки.
