Технологии электронного обучения

Курсовая работа
На тему
«Технологии электронного обучения»

Содержание
Введение
1. Общие сведения об электронном обучении
2. Технологии, необходимые для электронного самообучения
2.1 Сетевые технологии
2.2 Графические технологии
2.3 Средства управления базами данных
3. Управление транзакциями
4. Журнализация
5. Поддержка языков БД
Заключение
Литература
Введение
Еслиоценивать наиболее значимые изменения, произошедшие за последние десять лет вобразовательной индустрии, то абсолютное большинство из них связаны сповсеместным внедрением информационно — телекоммуникационных технологий вучебный процесс. Традиционное классическое обучение, веками практикуемое вовсём мире, стало всё менее отвечать современным потребностям общества вусловиях всеобщей мобильности и глобализации. Если ранее достаточно было одинраз получить хорошее образование и в дальнейшем использовать его практическивсю жизнь, то в наше время во многих отраслях обновление знаний должнопроисходить не реже, чем в пять лет, а в ряде случаев ежегодно. Но сам процессобучения в этом случае должен осуществляться без отрыва от работы, при гибкомграфике и по индивидуальной программе, соответствующей компетенциям конкретногоспециалиста.
Частично этизадачи должно было решить заочное (дистанционное) обучение, получившее широкоераспространение в ХХ веке. Сразу после его появления практически всемиэкспертами была отмечена низкая качественная составляющая такого обучения, чтоделало его малоэффективным и не воспринималось как достойная замена очномуобучению. Но при всех его недостатках, оно было доступно для широких слоёвнаселения. Основным источником знаний при такой форме обучения явилась книга (учебник,методическое пособие и т.д.) и редкие встречи с преподавателем, в основном присдаче контрольных мероприятий. Таким образом, практически отсутствовал диалог«преподаватель — обучаемый», постоянный мониторинг процесса обученияи другие элементы, присущие качественно построенному процессу обучения. Крометого, данная форма была малоприменима для задач корпоративного обучения,потребность в котором сегодня испытывают практически все организации.
Электронноеобучение (e-Learning) ужесегодня включает в себя достоинства обоих форм обучения. С одной стороны,предлагая унифицированную услугу вне зависимости от места и времени обучения, сдругой — включая интерактивные формы взаимодействия слушателя и преподавателя,а также прогрессивный (V) контроль обучения.
На сегодняшнийдень, проекты электронного обучения широко практикуемые в российских и зарубежныхкомпаниях, привлекают значительное число финансовых, технических, людскихресурсов.
К сожалению,сегодня при внедрении e — Learning проектов компании могут столкнуться и с рядомпроблем. И одна из них — дефицит хороших адаптированных готовых курсов, которыекомпания может купить и использовать. Часто предлагаемые курсы низкогокачества, и очень редко актуализированные. Ещё одна проблема заключена внедостаточной самомотивации и самоорганизации слушателей e-Learning программ.
Сегодня наповестке дня крупнейших международных организаций активно обсуждаются понятия«общество, построенное на знаниях» и «цифровое неравенство наций».Уже становится очевидным, что «знание» должно быть представлено вэлектронном виде. Только так оно будет доступно широкому кругу лиц, только вэтом случае возможен его эффективный поиск и обработка.
Сам по себе e-Learning является основой длятехнологий общества, построенного на знаниях. Людей нужно учить этимтехнологиям новыми инструментами, инструментами электронного обучения.
1. Общие сведения об электронном обучении
Электронноеобучение может быть определено в широком смысле слова как любое использование Web — и Интернет — технологий дляобучения. Такое незаконченное определение вряд ли поможет выбрать в выбореопределённых инструментов, необходимых для конкретного проекта. Чтобы сделатьправильный выбор, следует продумать конкретный тип используемого электронногообучения. Различные типы электронного обучения требуют применения различныхинструментов и технологий.
Существуетнесколько видов электронного обучения:
самообучение;
управляемоеобучение;
обучение,направленное инструктором;
встроенноеобучение;
теленаставничествои дистанционная подготовка.
Цельэлектронного обучения, управляемого обучаемым, заключается в передаче высокоэффективных образовательных знаний независимым учащимся. Иногда такой видназывается автономным или самоуправляемым электронным обучением. Содержимоекурса может состоять из Web-страниц, мультимедийныхпрезентаций и другой интерактивной обучающей информации, расположенной иподдерживаемой на Web — сервере.Доступ к содержимому обеспечивается через Web — сервер.
Для курсовэлектронного самообучения все инструкции должны предоставляться в материалахкурса. Ведь при ученике нет ни инструктора, ни консультанта, способных помочь,прояснить сложные моменты. Также нет каких — либо ограничений на то, где исколько учащийся должен учиться. Учащийся по — настоящему независим.
2. Технологии, необходимые для электронного самообученияРазработчик Провайдер Учащийся  - Оборудование для видео — и аудиозаписи;
 - Серверное оборудование;
Операционная система сервера;  - Мультимедийный компьютер;  - Мультимедийные рабочие станции для сохдания и редактирования видео, аудио, графики и анимации;  - Быстрое Интернет — подключение; -Web — браузер;  - Сеть со средней скоростью передачи данных;  - Модемы для удалённых пользователей, если содержимое доставляется через брандмауэр; -Медиаплееры для воспроизведения тех типов медиа, которые не обрабатываются Web — браузером;  - Инструменты для создания Web — сайтов, отдельных Web — страниц, организации Web — сайтов и поддержки ссылок;  - Программное обеспечение Web — сервера;
 - Инструменты для создания курсов;
Мультимедийные инструменты для редактирования видео, аудио, фотографий и т.п.
 - Серверное программное обеспечение для обработки потокового медиасодержимого;
Система управления обучением для регистрации и отслеживания учащихся;
Система управления содержимым обучения для многократного использования модулей учебного материала.
Управляемыекурсы электронного обучения так же, как и курсы самообучения, основываются навебсодержимом, а также используют средства совместной работы, присущеэлектронным курсам, поддерживаемым инструктором. Они хорошо подходят учащимся,которые не могут соблюдать строгое расписание занятий, проводящихся ваудиториях, но хотят пройти обучение, дискутируя с другими учащимися, а такжеобщаясь с ведущим (facilitator). Задания обычно выдаютсяпутём «вывешивания» их в дискуссионном форуме, где, кроме того,учащиеся могут разместить свою выполненную домашнюю работу.
Технологии,необходимые для управляемого электронного обучения.Разработчик Провайдер Учащийся  - Оборудование для видео — и аудио запаси;
 - Серверное оборудование;
Быстрое Интернет — подключение;
 - Мультимедийный компьютер;
Подключение к Интернету;  - Мультимедийные рабочие станции для создания и редактирования видео, аудио, графики и анимации;  - Операционная система сервера;  - Web — браузер;  - Сеть со средней скоростью передачи данных;
 - Модемы для удалённых пользователей, если содержимое доставляется через брандмауэр;
Программное обеспечение Web — сервера;  - Медиаплееры для воспроизведения тех типов медиа, которые не обрабатываются Web — браузером;  - Инструменты для создания Web — сайтов, отдельных Web — страниц, организации Web — сайтов и поддержки ссылок;
 - Серверное программное обеспечение для обработки потокового медиасодержимого;
Система управления обучением для регистрации и отслеживания учащихся  - Программа электронной почты, такая как Outbook или Eudora;
 - Инструменты для создания курсов;
Мультимедийные инструменты для редактирования видео, аудио, фотографий и т.п.
 - Система управления содержимым обучения для многократного использования модулей учебного материала;
Программное обеспечение дискуссионного форума;
Серверное программное обеспечение электронной почты.
Припроведении электронных курсов, управляемых инструктором, Web — технологии используются для управления традиционнымизанятиями, ро для удалённых учащихся. На этих занятиях используютсяразнообразные технологии работы в режиме реального времени, такие какпроведение видео — и аудиоконференций, чаты, совместное использование приложений,опросы, белые доски и старый добрый телефон.
Инструкторобычно демонстрирует слайды и руководит показом дополнительного материала. Этипрезентации пересылаются с помощью потокового медиа вместе с голосоминструктора и, возможно, его видео изображением. Учащиеся могут использоватьиедиаплеер для просмотра презентации, и кроме того, они могут задавать вопросы,печатая их в окне чата или посылая по электронной почте. Если у всех студентовбыстрые сетевые подключения, то канал может использоваться для проведенияаудиоконференций. Подобно управляемой форме электронного обучения, задания«вывешиваются» на доске дискуссионного форума, где учащиеся такжеразмещают свои выполненные домашние работы. Электронные курсы, проводимыеинструктором, покажутся учащимся знакомыми. Они имеют такую же структуру иожидаемые результаты, как и при обучении, которое довелось проходитьбольшинству учащихся. Для переделки материалов требуется минимум усилий.
Технологии,необходимые для курсов электронного обучения, проводимых инструктором. Разработчик Провайдер Учащийся  - Мультимедийный компьютер, способный воспроизводить видео — и аудищзаписи;  - Серверное оборудование;
 - Мультимедийный компьютер;
Web — браузер;  - Микрофон и возможно видеокамера;  - Операционная система сервера;  - Клиент для онлайновых астреч, виртуальной школы или систем совместной работы;  - Сеть со средней скоростью передачи данных;  - Быстрое Интернет — подключение;  - Версия клиентского компонента онлайновых встреч для проводящего презентацию человека;  - Программное обеспечение Web — сервера;  - Подключение к Интернету;  - Программное обеспечение для презентаций, для подготовки сайтов (PowerPoint);  - Система организации онлайновых встреч, совместной работы или виртуальной школы, предоставляющая возможность показа слайдовых презентаций, проведение аудио — и видеоконференций, использование чата, совместного использования приложений, белой доски и дискуссионных форумов;  - Другое демонстрационное программное обеспечение;  - Другие авторские инструменты, такие как Adobe Acrobat, для создания содержимого, которое учащиеся смогут загружать;
Полосапропускания (сколько данных может быть переслано по линии связи в секунду) являетсяограничивающим фактором при определении того, какое медиасодержимое учащиесяполучат. Видео, которое требует широкой полосы пропускания, используется вИнтернет — классах нечасто, поскольку не все учащиеся имеют быстрое соединениес Интернетом. С другой стороны, если класс обучается через локальную сеть,видео может стать возможным вариантом — если внутренняя сеть работает быстро ине перегружена другим трафиком.
Встроенныекурсы (внедрённые) электронного обучения предоставляют подготовку по требованию.Они обычно внедряются в компьютерные программы, файлы справочной системы, Web — страницы или сетевые приложения.Такой курс даже может быть компонентом электронной системы поддержкипроизводительности (EPSS).
Внедрённаяпрограмма электронного обучения предназначена для одного учащегося, у котороговозникла проблема, которую необходимо решить немедленно. Она часторасполагается на компьютере учащегося и устанавливается вместе с программой, скоторой связана. Вложенные программы электронного обучения также могут бытьполностью расположены в Вебе. Например, у пользователя возникли проблемы спринтером. Из меню справки он получает доступ к процедуре решения проблем вИнтернете. После того, как проблема определена, пользователю будет предложенавозможность воспользоваться кратким учебным пособием для того, чтобы получитьобщее представление об этом вопросе и суметь избежать подобной проблемы вбудущем.
Технологии,необходимые для встроенных курсов электронного обучения. Разработчик Провайдер Учащийся  - Мультимедийные рабочие станции для создания и редактирования видео, аудио, графики и анимации;
 - Серверное оборудование;
Операционная система сервера;
 - Мультимедийный компьютер;
Подключение к Интернету;  - Сеть со средней скоростью передачи данных;  - Быстрое Интернет — подключение;  - Web — браузер;  - Инструменты для создания Web — сайтов, отдельных Web — страниц, организации Web — сайтов и поддержки ссылок;  - Модемы для удалённых пользователей, если содержимое доставляется через браундэр;  - Программа просмотра справки;  - Инструменты для создания курсов;  - Мультимедийные инструменты для редактирования видео, аудио, фотографий и т.п.  - Программное обеспечение Web — сервера;  - Инструменты для создания справочной системы.
Основнымтехнологическим вопросом, гарантирующим успех встроенного курса электронногообучения, является размер файла. Если этот курс должен располагаться накомпьютере учащегося, пользователь может решить не устанавливать файлы учебногопособия, если они значительно увеличивают объём занимаемого приложением места. Втом случае, если пользователь должен подключаться к материалу через Интернет,размер файла также важен.
Теленаставничествои дистанционная подготовка используют последние технологии для одной издревнейших форм обучения. В этих типах электронного обучения используютсявидеоконференции, мгновенный обмен сообщениями, Интернет — телефоны и другиеинструменты совместной работы, помогающие менторам руководить развитием своихпротеже.
Дистанционнаяподготовка имеет более кратковременные, определяемые проектом цели. Придистанционной подготовке контакт между человеком, дающим советы, и учащимсяопределён более точно. Он обычно ограничен определённой темой, такой, какрешение конкретной проблемы или выполнение конкретного проекта. Дистанционныйпедагог выступает в роли технического или делового консультанта, а не советникаили наперстника по личным вопросам и общему карьерному росту.
С точкизрения технологии теленаставничество может не требовать ничего больше, крометелефона и электронной почты. Но более совершенные системы теленаставничества идистанционной подготовки требуют наличия большего количества технологий.
Технологии,необходимые для теленаставничества.Разработчик Провайдер Учащийся  - Персональный компьютер;  - Серверное оборудование;  - Персональный компьютер  - Микрофон для проведения аудиконференций  - Операционная система сервера;  - Микрофон для участий в аудиконференциях;  - Видеокамера для прведения видеоконференций;  - Быстрое Интернет — подключение, особенно при использовании видео и аудио;  - Видеокамера для участия в видеоконференциях;  - Сеть со средней скоростью передачи данных для аудио, но с высокой скоростью для видео;  - Программное обеспечение Web — сервера;  - Сеть со средней скоростью передачи данных для аудио, но с высокой скоростью для видео;  - Клиентское программное обеспечение для системы онлайновых встреч;
 - Сервер онлайновых встреч или совместной работы;
Компоненты электронной коммерции для платных наставников;  - Клиентское программное обеспечение для системы онлайновых встреч. 2.1 Сетевые технологии
Какизвестно, понятие «современная информационная технология» связано сиспользованием персонального компьютера и телекоммуникационных средств.
Ранеерассматривались приложения — инструментарий информационных технологий,применяемых на автономных персональных компьютерах. Очевидно, что информация,накапливаемая на одном компьютере, доступна прежде всего работающему на нёмчеловеку. Конечно, есть возможность передачи информации другим пользователям спомощью магнитных или оптических дисков, но это не самый быстрый и удобныйспособ. Поэтому со временем возникла идея обмена информацией между компьютерамичерез линии связи.
Компьютернаясеть — группа компьютеров, объединённых между собой для обеспечения совместногодоступа к ресурсам и обмена информацией.
Чтобысоздать компьютерную сеть, нужны компьютеры, линии связи, а также специальныеустройства для подключения компьютеров к линиям связи.
Компьютеры всети могут выполнять различные роли.
Сервер — компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети,поставляющей ресурсы и услуги.
Клиент — компьютер, использующий ресурсы и услуги сервера.
Изопределения следует, что на компьютере — клиенте можно формировать и посылатьзапросы к серверу, получать информацию по запросу и предоставлять еёпользователю сети. Сервер, в свою очередь, хранит данные, обрабатывает запросыклиента и передаёт ему необходимую информацию или оказывает услуги. Подобнаясхема взаимодействия компьютеров получила название «технология клиент — сервер».
Следуетзаметить, что в серверной сети на компьютеры с разными ролевыми функциямиустанавливают различные операционные системы.
Естественно,что в локальной сети информационное пространство ограниченно ее ресурсами. Длявыхода в мировое информационное пространство необходимо подключиться кглобальной компьютерной сети, самой известной из которых является Internet.
Интернет (Internet) — всемирная информационная компьютерная сеть.
Насегодняшний день это самая большая в мире совокупность разнотипных компьютерныхсетей.
Internetможно эффективно использовать в сфере образовательных услуг. Во-первых, выможете найти материалы для диссертационной работы, курсовых и дипломныхпроектов. В отличие от зачастую ограниченных книжных ресурсов местнойбиблиотеки, к вашим услугам мировые информационные сокровища. Через Internetможно найти коллег по работе в разных странах и организовать совместный научныйпроект. Обратившись напрямую через представительство образовательных учрежденийв WWW, вы найдете информацию об интересующих научныхконференциях, а также о возможности обучения или стажировки за рубежом.
С появлениемInternet новый импульс приобрело заочное образование. Использование современныхсетевых технологий позволяет сейчас получить полноценное образование или пройтипереподготовку без отрыва от основного вида деятельности. В Internet появляетсявсе больше и больше виртуальных университетов, предлагающих образовательныеуслуги. Этот способ обучения называется дистанционным.
Применениесетевых компьютерных технологий в дистанционном образовании открывает новыевозможности:
организациясовместных международных исследовательских проектов;
расширениедоступа к учебно-методической информации;
организацияоперативной консультационной помощи;
организациясети дистанционного обучения;
формированиеу партнеров коммуникативных навыков, культуры общения, умения искать информацию;
моделированиенаучно-исследовательской деятельности;
проведениевиртуальных учебных занятий (семинаров, лекций) в реальном режиме времени.
Как и всерверной локальной сети, в Internet компьютеры могутвыполнять роль сервера или клиента.
Серверы — это мощные, надёжные компьютеры, работающие круглосуточно. Они постоянноподключены к Internet, способны хранить и пересылатьинформацию по запросам других компьютеров. Как правило, серверы имеют резервнуюсистему автономного питания.
Клиенты — это те персональные компьютеры пользователей Internet, на которых можносоставлять и посылать запросы к серверам, получать и отображать информацию. Частотакой компьютер не соединен с Internet постоянно, а подключается временно помере необходимости.
Технологияклиент\сервер напоминает посещение вами ресторана, где десять столиков склиентами обслуживает официант — сервер. Как и в ресторане, если вы назовётеофицианта неправильно (введете неправильный адрес сервера), администраторсообщит, что официанта с таким именем нет. Точно также в Internet служба DNSпришлет вам сообщение о неправильном имени сервера. Если официанта назвали правильно,но он в этой смене не работает, вам предложат позвать его в другое время. Аналогичнаяситуация будет с временно нетрудоспособным сервером. Если имя ввели правильно,сервер работает, но одновременно к нему обращается слишком много желающихполучить информацию, он попытается прислать вам все, что успеет за определенныйпромежуток времени. Однако сильно перегруженный сервер может предложитьобратиться в другое время.
Терминологияклиент/сервер применяется также для программного обеспечения ресурсов Internet.Это означает, что существует клиентское программное обеспечение, котороевзаимодействует с пользователем и формирует запрос, и серверное программноеобеспечение, которое отвечает на такие запросы.
Сервер — программное обеспечение, хранящее информацию и отвечающее на запросыклиентского программного обеспечения.
Клиент — программа, устанавливаемая на компьютере пользователя Internet для составленияи посылки запросов серверу, получения и отображения информации на компьютерепользователя.
Эти запросы формируютсяв соответствии с некоторым протоколом, причем протокол исполняет роль стандарта.Он позволяет корректно взаимодействовать программам, написанным разнымиавторами для разных типов компьютеров и операционных систем. Как упоминалосьвыше, для каждого ресурса Интернет существует свой прикладной протокол.
Рассматриваемаянами система управления обучением Moodle используетсетевые технологии в качестве фундаментальной основы обучения. Архитектураданной системы построена по клиент/серверному принципу, где в сервере хранятсяэлементы курсов, а клиент с помощью средств доступа к WEB — ресурсам обрабатывает предоставляемую информацию.
Для доступак необходимым ресурсам Moodle используются следующиесетевые инструменты:
локальныекомпоненты сети;
браузер (программадля просмотра гипертекстового документа);
базовыесредства языка HTML.2.2 Графические технологии
Нарисоватьпростой рисунок, отретушировать фотографию, добавить иллюстрацию в статью — вотзадачи, которые встают ежедневно перед пользователями компьютеров. Болееподготовленные пользователи создают рисунки для Интернета, иллюстрации длякниг, открытки, визитные карточки и многие другие графические произведения.
Существуетвеликое множество программ для работы с графикой, от простейших программпросмотра до профессиональных графических редакторов. Некоторые задачи можнорешить без использования специальных программ, т.к в последние версии Windows встроена поддержка работы с изображениями.
Длянесложного редактирования графических файлов можно использовать графическийредактор Paint, поставляемый вместе с Widows.
Еслипользователь использует текстовый редактор Word илиэлектронные таблицы Excel, то в своей работе онпользуется пакетом программ Microsoft Office. В этот пакет входит простой редактор рисунков ифотографий Microsoft Photo Editor,что переводится как «Редактор фотографий».
Графическиередакторы для работы с векторной графикой лучше всего использовать при созданииплакатов, листовок, объявлений и других изображений, в которых требуетсявысококонтрастная графика. Среди редакторов векторной графики популярностьюпользуются программы CorelDraw, Adobe Illustrator и Macromedia FreeHand. Все они достаточно мощныеи удобные, и выбор одной из них обусловлен личными пристрастиями.
Растровыеграфические редакторы удобнее использовать при выполнении таких видовдеятельности, как редактирование фотоснимков, создание фотоколлажей и ретуши. Живописьв стиле реализма с имитацией традиционной техники, создание произведений встиле импрессионизма или им подобных, рисование логотипов и эмблем с нечеткимикраями, бликами, отражениями, полутонами и тенями тоже выполняется с помощьюрастровых графических редакторов. Среди программ редактирования растровойграфики наибольшей популярностью пользуется Adobe Photoshop.
Какизвестно, основной объём информации, доступной в сети Интернет, размещается во«всемирной паутине» — World Wide Web (WWW) — информационной системе, подобной гигантской библиотеке.В этой библиотеке информация представлена в виде связанных между собойдокументов, которые называются Web — страницами. Каждая Web — страница может содержать текст, рисунки, видео, звукозаписи, объёмные миры и др.
Просмотретьлюбую Web — страницу можно спомощью специальных программ — браузеров, наиболее популярные из которых — Internet Explorer,Opera, Mozilla, Netscape. На Web — страницах обычно, кроме основного текста, всегда присутствуют выделенные другимцветом и подчеркнутые слова или фразы и активные изображения, которыеизменяются при установке на них указателя мыши. Например, кнопка может статьрельефной или изменить цвет. Это достигается путем использования гипертекстовыхссылок, предназначенные для связи с другими страницами, раскрывающие содержаниессылок.
На каждую Web — страницу можно поместить любоеколичество рисунков. Можно использовать готовые графические изображения илисоздать самостоятельно. Графические изображения должны быть созданы в такомграфическом формате, который поддерживается браузером. Стандартные форматы Web — графики — GIF,JPG, PNG. Размеры их файловминимальны по сравнению с другими форматами, что значительно сокращает времязагрузки из сети.
Врассматриваемой нами системе управления обучением Moodleможно увидеть практически все виды графических объектов, составляющиеграфические технологии Web — страниц.
Выделяютследующие виды объектов:
статическиеизображения;
анимационныеизображения;
Flash — изображения.
Статическиеграфические изображения внедряются в элементы Moodleобычными средствами: «вставка объектов» как в Microsoft Word.
Мы отдельновыделяем графические изображения, на которых представлены математическиеобъекты, формулы. Они также могут внедряться как статические изображения, так ис помощью встроенного интерпретатора языка математических текстов TeX.
Для того,чтобы внедрить анимационные и Flash — изображения, необходимо перевести их в специальные форматы Gifи Jpg, а затем использовать обычные средства, как привнедрении статических изображений.
Вообще, длятого, чтобы работать с любыми изображениями, необходимо представить их вуказанных форматах. Для этого используются дополнительные графические средства,такие как фотошоп, Acdsee, Gif — аниматор, Paint и т.д.2.3 Средства управления базами данных
Рассмотримобщий смысл понятий БД и СУБД. Начнем с того, что с самого начала развитиявычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первоенаправление — применение вычислительной техники для выполнения численныхрасчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную.
Второенаправление — это использование средств вычислительной техники в автоматическихили автоматизированных информационных системах. В самом широком смыслеинформационная система представляет собой программный комплекс, функциикоторого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера,выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/иливычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемогоинтерфейса. Классическими примерами информационных систем являются банковскиесистемы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест вгостиницах и т.д.
Основныефункции СУБД:
1. Непосредственноеуправление данными во внешней памяти
Эта функциявключает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для храненияданных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, дляубыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используютсяиндексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможностисуществующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровняустройств внешней памяти. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователи влюбом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и еслииспользует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживаетсобственную систему именования объектов БД.
2. Управлениебуферами оперативной памяти
СУБД обычноработают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существеннобольше доступного объема оперативной памяти. В развитых СУБД поддерживаетсясобственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной заменыбуферов.
Заметим, чтосуществует отдельное направление СУБД, которое ориентировано на постоянноеприсутствие в оперативной памяти всей БД.
3. Управление транзакциями
Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либотранзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД,произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этихизменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимодля поддержания логической целостности БД. Таким образом, поддержание механизматранзакций является обязательным условием даже однопользовательских СУБД (если,конечно, такая система заслуживает названия СУБД). Но понятие транзакциигораздо более важно в многопользовательских СУБД.
Суправлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятиясериализации транзакций и сериального плана выполнения смеси транзакций. Подсериализаций параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядокпланирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакцийэквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения. Сериальныйплан выполнения смеси транзакций — это такой план, который приводит ксериализации транзакций.
4. Журнализация
Одним изосновных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешнейпамяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть всостоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любогоаппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных видааппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать каквнезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания),и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти.Примерами программных сбоев могут быть: аварийное завершение работы СУБД (попричине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) илиаварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некотораятранзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать какособый вид мягкого аппаратного сбоя; при возникновении последней требуетсяликвидировать последствия только одной транзакции.
Журнал — этоособая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особойтщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разныхфизических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основнойчасти БД. В разных СУБД изменения БД журнализуются на разных уровнях: иногдазапись в журнале соответствует некоторой логической операции изменения БД (например,операции удаления строки из таблицы реляционной БД), иногда — минимальнойвнутренней операции модификации страницы внешней памяти; в некоторых системаходновременно используются оба подхода.
Во всехслучаях придерживаются стратегии «упреждающей» записи в журнал (такназываемого протокола Write Ahead Log — WAL).
5. Поддержка языков БД
Для работы сбазами данных используются специальные языки, в целом называемые языками базданных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своимфункциям языков. Чаще всего выделялись два языка — язык определения схемы БД (SDL- Schema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML — DataManipulation Language). SDL служил главным образом для определения логическойструктуры БД, т.е. той структуры БД, какой она представляется пользователям. DMLсодержал набор операторов манипулирования данными, т.е. операторов, позволяющихзаносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.
Всовременных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащийвсе необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, иобеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартнымязыком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД являетсяязык SQL (Structured Query Language). В нескольких лекциях этого курса язык SQLбудет рассматриваться достаточно подробно, а пока мы перечислим основныефункции реляционной СУБД, поддерживаемые на «языковом» уровне (т.е. функции,поддерживаемые при реализации интерфейса SQL).
Преждевсего, язык SQL сочетает средства SDL и DML, т.е. позволяет определять схемуреляционной БД и манипулировать данными. При этом именование объектов БД (дляреляционной БД — именование таблиц и их столбцов) поддерживается на языковомуровне в том смысле, что компилятор языка SQL производит преобразование именобъектов в их внутренние идентификаторы на основании специально поддерживаемыхслужебных таблиц-каталогов. Внутренняя часть СУБД (ядро) вообще не работает сименами таблиц и их столбцов.
Язык SQLсодержит специальные средства определения ограничений целостности БД. Специальныеоператоры языка SQL позволяют определять так называемые представления БД,фактически являющиеся хранимыми в БД запросами (результатом любого запроса креляционной БД является таблица) с именованными столбцами. Для пользователяпредставление является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая вБД, но с помощью представлений можно ограничить или наоборот расширитьвидимость БД для конкретного пользователя. Поддержание представленийпроизводится также на языковом уровне.
Наконец,авторизация доступа к объектам БД производится также на основе специальногонабора операторов SQL. Идея состоит в том, что для выполнения операторов SQLразного вида пользователь должен обладать различными полномочиями. Пользователь,создавший таблицу БД, обладает полным набором полномочий для работы с этойтаблицей. В число этих полномочий входит полномочие на передачу всех или частиполномочий другим пользователям, включая полномочие на передачу полномочий. Полномочияпользователей описываются в специальных таблицах-каталогах, контроль полномочийподдерживается на языковом уровне.
Естественно,организация типичной СУБД и состав ее компонентов соответствует рассмотренномувыше набору функций:
управлениеданными во внешней памяти;
управлениебуферами оперативной памяти;
управлениетранзакциями;
журнализацияи восстановление БД после сбоев;
поддержаниеязыков БД.
Логически всовременной реляционной СУБД можно выделить наиболее внутреннюю часть — ядроСУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL),подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах этичасти выделяются явно, в других — нет, но логически такое разделение можнопровести во всех СУБД.
Ядро СУБДотвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферамиоперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно,можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя внекоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных,менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Как можно было понятьиз первой части этой лекции, функции этих компонентов взаимосвязаны, и дляобеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимодействоватьпо тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро СУБД обладаетсобственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым впрограммах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержкивыполнения таких программ) и утилитах БД. Ядро СУБД является основнойрезидентной частью СУБД. При использовании архитектуры «клиент-сервер»ядро является основной составляющей серверной части системы.
Основнойфункцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД внекоторую выполняемую программу.
Рассмотримреляционные базы данных и системы управления реляционными базами данных. Этотподход является наиболее распространенным в настоящее время, хотя наряду собщепризнанными достоинствами обладает и рядом недостатков. К числу достоинствреляционного подхода можно отнести:
наличиенебольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно простомоделировать большую часть распространенных предметных областей и допускаютточные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными;
наличиепростого и в то же время мощного математического аппарата, опирающегося главнымобразом на теорию множеств и математическую логику и обеспечивающеготеоретический базис реляционного подхода к организации баз данных;
возможностьненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретнойфизической организации баз данных во внешней памяти.
Основнымипонятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж,первичный ключ и отношение.
/>
1. Типданных.
Понятие типданных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных вязыках программирования. Обычно в современных реляционных БД допускаетсяхранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированныхчисловых данных (таких как «деньги»), а также специальных «темпоральных»данных (дата, время, временной интервал). Достаточно активно развивается подходк расширению возможностей реляционных систем абстрактными типами данных (соответствующимивозможностями обладают, например, системы семейства Ingres/Postgres). В нашемпримере мы имеем дело с данными трех типов: строки символов, целые числа и«деньги».
2. Домен.
Понятиедомена более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые аналогии сподтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде доменопределяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятсяэлементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементутипа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина»,то элемент данных является элементом домена.
Наиболееправильной интуитивной трактовкой понятия домена является понимание домена какдопустимого потенциального множества значений данного типа. Например, домен«Имена» в нашем примере определен на базовом типе строк символов, нов число его значений могут входить только те строки, которые могут изображатьимя (в частности, такие строки не могут начинаться с мягкого знака).
3. Схемаотношения, схема базы данных.
Схемаотношения — это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена (или типа,если понятие домена не поддерживается) }. Степень или «арность» схемыотношения — мощность этого множества. Если все атрибуты одного отношенияопределены на разных доменах, осмысленно использовать для именования атрибутовимена соответствующих доменов (не забывая, конечно, о том, что это являетсявсего лишь удобным способом именования и не устраняет различия между понятиямидомена и атрибута).
Схема БД (вструктурном смысле) — это набор именованных схем отношений.
4. Кортеж,отношение.
Кортеж,соответствующий данной схеме отношения, — это множество пар {имя атрибута,значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута,принадлежащего схеме отношения. «Значение» является допустимымзначением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена неподдерживается). Тем самым, степень или «арность» кортежа, т.е. числоэлементов в нем, совпадает с «арностью» соответствующей схемыотношения. Попросту говоря, кортеж — это набор именованных значений заданноготипа.
Отношение — этомножество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы непутаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр»,иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как наборкортежей — телом отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всегок понятию структурного типа данных в языках программирования. Было бы вполнелогично разрешать отдельно определять схему отношения, а затем одно илинесколько отношений с данной схемой.
Однако вреляционных базах данных это не принято. Имя схемы отношения в таких базахданных всегда совпадает с именем соответствующего отношения-экземпляра. Вклассических реляционных базах данных после определения схемы базы данныхизменяются только отношения-экземпляры. В них могут появляться новые иудаляться или модифицироваться существующие кортежи. Однако во многихреализациях допускается и изменение схемы базы данных: определение новых иизменение существующих схем отношения. Это принято называть эволюцией схемыбазы данных.
Реляционнаябаза данных — это набор отношений, имена которых совпадают с именами схемотношений в схеме БД.
Проектированиереляционных баз данных с использованием нормализации.
Сначалабудет рассмотрен классический подход, при котором весь процесс проектированияпроизводится в терминах реляционной модели данных методом последовательныхприближений к удовлетворительному набору схем отношений. Исходной точкойявляется представление предметной области в виде одного или несколькихотношений, и на каждом шаге проектирования производится некоторый набор схем отношений,обладающих лучшими свойствами. Процесс проектирования представляет собойпроцесс нормализации схем отношений, причем каждая следующая нормальная формаобладает свойствами лучшими, чем предыдущая.
Каждойнормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, иотношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяетсвойственному ей набору ограничений. Примером набора ограничений являетсяограничение первой нормальной формы — значения всех атрибутов отношенияатомарны. Поскольку требование первой нормальной формы является базовымтребованием классической реляционной модели данных, считается, что исходныйнабор отношений уже соответствует этому требованию.
В теорииреляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательностьнормальных форм:
перваянормальная форма (1NF);
втораянормальная форма (2NF);
третьянормальная форма (3NF);
нормальнаяформа Бойса-Кодда (BCNF);
четвертаянормальная форма (4NF);
пятаянормальная форма, или нормальная форма проекции-соединения (5NF или PJ/NF).
Основныесвойства нормальных форм:
каждаяследующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей;
при переходек следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных свойств сохраняются.
В основепроцесса проектирования лежит метод нормализации, декомпозиция отношения,находящегося в предыдущей нормальной форме, в два или более отношения,удовлетворяющих требованиям следующей нормальной формы.
Врассматриваемой нами системе управления Moodle используется СУБД MySQL.
MySQL разработалМихаэль Видениус. MySQL является относительно небольшой и быстрой реляционнойСУБД основанной на традициях Hughes Technologies Mini SQL (mSQL). СУБД MySQL используется в качестве управления языком SQL. Чтобыпоказать основные преимущества SQL, приведем основные компоненты этого языка.
СУБД MySQLпредоставляет в Ваше распоряжение подмножество языка SQL, соответствующееспецификации ANSI SQL 92.
Основныецели MySQL — быстродействие и ошибкоустойчивость. Добавление транзакцийпринесет значительное быстродействие и повышение сложности. В настоящее времяимеется проект, который должен дать подобные функциональные Это, вероятно,будет выполнено, с помощью введения атомарной модификации нескольких таблицсразу.
Ядро, накотором сформирован MySQL — набор подпрограмм, которые использовались ввысокотребовательном окружении много лет. В то время, как MySQL все ещенаходится в разработке, это уже предоставляет богатый и полезный функциональныйнабор.
MySQLтаблица может иметь до 16 ключей, каждый из которых может иметь до 15 полей. Максимальнаяподдерживаемая длина ключа 120 байт. Вы можете увеличить длину ключа, изменяяN_MAX_KEY_LENGTH в файле nisam. h и перекомпилировав пакет. Обратите внимание,что длинные ключи могут привести к низкой эффективности.
Ключи могутиметь имена. В случае первичного ключа имя будет всегда PRIMARY. Если имя ключане задано в процессе создания таблицы, то заданное по умолчанию имя ключа — первоеимя столбца с факультативным суффиксом (_2, _3, и т.д.) чтобы сделать это имяуникальным. Имя ключа может использоваться с командой ALTER TABLE, чтобыудалить ключ.
При созданииключа Вы можете факультативно определить, что только первые N символов полябудут использоваться.
Заключение
Несмотря на то,что E-learning в чистом виде подразумевает самостоятельное изучение материалов,как и при дистанционном обучении, он имеет ряд преимуществ перед традиционнойочной формой:
Большая свобода доступа — учащийсяимеет возможность доступа через Интернет к электронным курсам из любого места,где есть выход в глобальную информационную сеть.
Более низкие цены на доставку обучения — в электронном обучении процесс доставки образования включает в себя толькообмен информацией через Интернет без затрат со стороны учащегося на покупкуучебно-методической литературы.
Возможность разделения содержания электронного курсана модули — небольшие блоки информации позволяют сделатьизучение предмета более гибким и упрощают поиск нужных материалов.
Гибкость обучения — продолжительностьи последовательность изучения материалов слушатель выбирает сам, полностьюадаптируя весь процесс обучения под свои возможности и потребности.
Возможность обучения на рабочем месте — учащиеся имеют возможность получать образование без отрыва от работы, а такжедома, в пути с использованием мобильного Интернета.
Возможность развиваться в ногу со временем — пользователи электронных курсов, и преподаватели, и студенты, развивают своинавыки и знания в соответствии с современными, новейшими технологиями и стандартами.Электронные курсы также позволяют своевременно и оперативно обновлять учебныематериалы.
Возможность определять критерии оценки знаний — в электронном обучении имеется возможность выставлять четкие критерии, по которымоцениваются знания, полученные студентом в процессе обучения. Это позволяетисключить необъективность и предвзятость.
Электронныеучебные курсы — высокотехнологичный продукт, создаваемый на основе и с применениемсамых современных IT-решений.
Литература
1.        Загидуллин Р.Р., Зориктуев В.Ц. Концептуальные вопросы дистанционногообразования. — Информационные технологии, № 5, 1997.
2.        Лемех Р.М. Совершенствование методических подходов к организациидистанционного обучения в условиях функционирования информационной среды. М,2005.
3.        Норенков И.П. По WWW-страницам учебных серверов. — Информационныетехнологии, № 3, 1997.
4.        Открытое образование: предпосылки, проблемы, тенденции развития / Подред.В.П. Тихомирова // М: Изд-во МЭСИ, 2000.
5.        Путилов Г.П. Концепция построения информационно-образовательной средытехнического вуза/ М.: МГИЭМ, 1999.
6.        Теория и практика дистанционного обучения / под ред. Полат Е.С., М: Академия,2004.
7.        Усков В.Л. Дистанционное инженерное образование на базеInternet/Библиотечка журнала «Информационные технологии», № 3, 2000
8.        Электронное обучение: инструменты и технологии/ У. Хортон, К. Хортон, М:Кудиш-образ, 2006.
9.        J. Cross, I. Hamilton, The DNA of e-Learning. InternetTime Group, www.internettime. com, 2002.
10.     Learning Management Systems and Learning ContentManagement Systems demystified. www.brandonhall. com.
11.     Content & Collaboration Strategies 2004/05 METATrends. META Group, January 2004.