Обучение в сети

Современные сети достойны награды в сфере образования за наладку коммуникаций и предоставление информационных ресурсов учащимся, преподавателям и администрации.

АРИФМЕТИКА, АНАТОМИЯ И АРХИВЫ
Пособия для учителей

Совершенно необязательно иметь ученую степень по информатике, чтобы понять, насколько быстро сети становятся общим знаменателем в формуле образования. Несмотря на то что пока не каждый учебный класс располагает средствами связи, все больше и больше учащихся пользуются возможностью получать знания не только у преподавателей, но и через терминалы.

Сети широко используются как в процессе обучения, так и в целях учета успеваемости учащихся. Не менее важной сферой их применения является доступ к Internet, продолжающий будоражить воображение и преподавателей, и студентов.

КАНАДА ОБЪЕДИНЯЕТСЯ СЕТЯМИ

Самое крупное в Канаде Управление школьного образования в округе Пил, предъявляет ряд жестких требований к средствам коммуникации. Эта организация обслуживает более 100 тысяч учащихся, начиная с детского сада вплоть до двенадцатого класса (категория K-12).

Намаявшись с сетью X.25, объединяющей 10 тысяч компьютеров Wang VS, Управление образования решило перенести свои приложения в локальную сеть Ethernet на 10 Мбит/с, созданную на базе системы HP 9000 T500. Кроме того, Управление запустило опытную программу, цель которой - организация доступа в Internet преподавательского состава и учащихся.

До начала указанной миграции большинство пользователей располагало автономными ПК с программой эмуляции терминала Wang. Почти половина от 3500 пользователей из числа управленческого персонала перешла на локальную сеть с маршрутизаторами компании Cisco и операционной системы NetWare 3.1. Управление использует около 3000 ПК; кроме того, округ установил локальные сети в школьных классах и библиотеках.

Тем не менее, для осуществления перехода отдел образования должен был преодолеть два крупных препятствия. В приложениях, написанных для платформы Wang, применяется клавиатура с 32 функциональными клавишами. Помимо этого, в округе имелись клиенты и DOS, и Windows, подсоединенные асинхронно по сети X.25, а также через TCP/IP по сети с маршрутизаторами.

С целью унификации интерфейса, Управление образования округа Пил взяло на вооружение программу Tun EMUL компании Esker. Продукт осуществляет эмуляцию терминала на платформах Unix, Digital Equipment, Hewlett-Packard и IBM, благодаря чему пользователи могут настроить свои клиентские системы единообразно. Программа позволяет также редактировать последовательности переключения кода.

Несмотря на очевидные преимущества, миграция не обошлась без трудностей. В зависимости от используемой операционной системы и сетевого протокола требовались различные конфигурации ПО. Кроме того, в системе проявился дефект, выражающийся в периодической невозможности установления соединения пользователями DOS, работающими с протоколом TCP/IP, однако эта загвоздка была устранена довольно оперативно.

Администратор Управления школьного образования округа Пил по информационным услугам Джим Смит говорит, что новая система повысила производительность как приложений, так и самой сети, обеспечив дополнительную гибкость для наращивания мощности сети в будущем. "Поскольку инфраструктура уже создана, добавление в нее новых возможностей обойдется сравнительно недорого, - указывает он. - Мы будем продолжать использовать эту инфраструктуру для развертывания новых приложений по мере их появления".

Согласно планам Управления, все школы должны быть подключены к сети до 1998 года. Продолжится также перенос приложений, предназначенных для управленческого персонала, с компьютеров Wang на платформу Unix.

В ЛАБИРИНТЕ ШКОЛ

Еще одним примером школьного округа, сделавшего значительные успехи в наладке коммуникаций, является Объединенный школьный округ Val Verde, который обслуживает почти 7500 учащихся. Этот округ, штаб-квартира которого расположена в Перрисе (шт.Калифорния), что в десяти милях от Риверсайда, завершил весной 1995 года развертывание сети, состоящей из 500 рабочих станций. Созданная сеть объединяет 11 школ и одно административное здание округа, доставляя информацию в каждый учебный класс. Каналы T-1, два из которых были просто преобразованы из линий со скоростью передачи 56 Кбит/с, являются ответвлениями от магистрали сети Ethernet 10Base-Т. Центральный офис округа имеет файловый сервер NS5000 компании Auspex, а также локальную библиотеку, содержащую такую информацию, как, например, электронные формы и календари. (Конфигурация сети показана на Рис.1.)

Сеть округа функционирует под управлением операционной системы NeXT STEP компании NeXT, а в каждом ее узле установлен компьютер NeXTstation, работающий как файловый сервер. Методист округа по вопросам технологии Джейк Миллер говорит, что выбранная ОС оказалась очень простой в управлении, но тем не менее в округе подумывают над возможностью перевода части или даже всей сети на платформу Windows NT, поскольку с операционной системой NeXT совместим сравнительно небольшой объем ПО для образования. Управление округа вынашивает также планы модернизации всех каналов связи с Internet со скоростью передачи 56 Кбит/с до уровня T-1.

Практически каждый учащийся округа, начиная с четвертого класса, имеет в сети собственный бюджет, что в целом составляет почти 5700 пользовательских бюджетов.

Преподаватели используют Internet в качестве эффективного средства обучения. По словам Миллера, один из преподавателей округа по естественным наукам недавно обнаружил узел Web, содержащий тысячи микроскопических слайдов с изображениями строения клеток. Теперь он может, выйдя на этот узел, демонстрировать изображения прямо на проекционном экране. (В Таблице 1 приведены данные о том, как некоторые школы используют информационные ресурсы.)

Миллер предостерегает от недооценки способностей младших школьников. Он рассказывает о своем недавнем разговоре с представителем фирмы по разработке образовательных программ, которая специализируется в области издательского ПО, предназначенного для детей. "Я объяснил ему, что не нуждаюсь в продукте его компании, - говорит Миллер. - Четыре моих ученика начальных классов выпускают школьную газету с помощью FrameMaker, профессионального издательского пакета с широкими возможностями".

Во врезке "Пособия для учителей" представлены примеры других образовательных программ.

ПОРА ВОЗМУЖАНИЯ VINES

Что касается сферы высшего образования, то Мичиганский университет (Энн Арбор) давно подготовил "питательную среду" для развертывания сетевых технологий, реализовав ряд новаторских проектов в области обработки данных. В течение последних восьми лет изменения не коснулись лишь сети VINES, которая в настоящее время поддерживает 4000 пользователей, преимущественно из состава администрации. (Доступ студентов осуществляется, главным образом, через сеть NetWare.)

Университетский городок имеет три кольцевых сети FDDI, приблизительно с 70 устройствами маршрутизации производства компании Cisco. Эти маршрутизаторы подключены к концентраторам компаний Cabletron или Asante, соединяющим все здания кампуса. Сеть VINES поддерживает 125 серверов и располагает каналами связи DS3 с Internet.

Несмотря на то что сеть VINES существует уже продолжительное время, последние перемены значительно улучшили ее функциональные возможности. Университетская VINES использует службу каталогов StreetTalk компании Banyan для адресации электронной почты и поиска в каталогах. Последние несколько лет учебное заведение использовало службу каталогов X.500 для обмена электронной почтой между профессорско-преподавательским составом, администрацией и студентами. В настоящее время каталог содержит примерно 70 тысяч фамилий, а также 30 тысяч других объектов, в том числе групп и списков устройств.

Прежде интерактивный доступ к каталогу X.500 через локальную сеть отсутствовал. Поэтому Мичиганский университет вынужден был разработать программу для доступа к 100 тысячам имен из каталога и извлечения фамилий 70 тысяч человек для обеспечения отправки им сообщений по электронной почте. Программа еженедельно импортирует эти данные в StreetTalk, давая возможность пользователям VINES отправлять электронную почту любому адресату, который числится в составе университета, без предварительного выяснения его адреса.

Кроме того, недавно университет развернул клиентские системы компании Banyan на базе TCP/IP, позволяющие устанавливать соединение по протоколу TCP/IP и обеспечивать удаленный доступ. Как заметил руководитель подразделения университета по информационной технологии Ларри Готье, раньше такой доступ потребовал бы различных подходов для платформ NetWare, VINES, AppleTalk и IP. Теперь же производители переходят на коммутируемый доступ с помощью TCP/IP и PPP. "Мы можем использовать один входной пул для обслуживания всех наших клиентов, - константирует Готье. - Этот пул содержит почти 800 модемов".

По словам Готье, недавно проведенная модернизация принесла многочисленные плоды. "В настоящее время сеть VINES обслуживает всю администрацию при небольших затратах на эксплуатацию, - замечает он. - Эта сеть дает нам такие преимущества при работе с каталогами, которые сегодня не может предоставить ни одна другая сетевая ОС".

Как и в любой сети, здесь, считает Готье, существуют свои трудности, требующие преодоления. "Университеты - достаточно демократичные структуры, - поясняет он. - Каждый факультет обладает свободой выбора продуктов, с которыми ему хочется работать, поэтому сквозную обработку данных реализовать довольно трудно в связи с этим часто возникает ситуация, когда приобретенная кем-то программа не работает с имеющимися версиями".

Для устранения этого препятствия, университет старается иметь самые современные версии существующих продуктов или, по крайней мере, стремится к этому. "Мы не можем тратить много денег на эти цели, однако обычно каждая новая версия располагает некоторыми дополнительными возможностями, которые нам просто необходимы", - добавляет Готье.

Он полагает, что еще одной целью является исследование возможностей использования Internet и Web как части сетевой инфраструктуры университета. Этот аспект связан с интеграцией ряда технологий, в том числе Kerberos для аутентификации, X.500 для обеспечения безопасности, TCP/IP для передачи информации и AFS для доступа к файлам.

РАВНОПРАВИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ

Другое учебное заведение получило бесценный урок относительно обеспечения равных возможностей доступа к информации. Бостонский колледж, ставший на путь коренных преобразований, предоставил бесплатный доступ в Internet и к другим источникам данных, включая речевую и видеоинформацию, примерно трем тысячам студентов и такому же количеству административных работников. Эта инициатива, получившая название "Агора" (по-гречески "место собрания"), особенно примечательна из-за широкого использования кабельных модемов для обеспечения перечисленных услуг. Сеть была введена в эксплуатацию в сентябре 1995 года.

Через пул, состоящий из 90 кабельных модемов компании LANcity, комната каждого учащегося подсоединена с помощью канала Ethernet на 10 Мбит/с к магистрали ATM между тремя кампусами Бостонского колледжа. Расположенная в Бостоне компания Continental Cablevision помогла создать инфраструктуру сети, предоставляющей услуги учащимся, живущим в кампусе, а также 30 пользователям, находящимся за пределами учебного городка и получающим доступ к системе со своих домашних компьютеров. Модернизированная волоконно-оптическая кольцевая сеть обеспечивает соединение отдельных частей системы между собой.

Руководитель сетевой службы Бостонского колледжа Джефф Джефферс говорит, что это учебное заведение выбрало кабельные модемы, поскольку использование повторителей и приобретение услуг у местного провайдера для организации связи с удаленными узлами обошлись бы дороже.

Бостонский колледж применяет устройства LANRover компании Shiva для обеспечения доступа учащихся в университетскую сеть и в Internet из своих жилых комнат. "Этот продукт компании Shiva позволил нам объединить все имеющиеся у нас модемные пулы в единый пул", - замечает Джефферс.

По его словам, самым большим преимуществом программы является пре-доставление всем студентам равноправного доступа к университетской информации, независимо от того, живут ли они в кампусе или за его пределами. Бостонский колледж собирается продолжить развитие этой программы, планируя, в конечном итоге, полностью перейти на технологию ATM. C помощью кабельных модемов колледж также предполагает создать сеть в масштабах Бостона с целью обеспечения доступа профессорско-преподавательскому составу, студентам и административному персоналу, а также выпускникам, живущим в пределах этой зоны.

ЛОКАЛИЗОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ

Ясно, что в век мобильных работников студенты тоже должны извлекать преимущества от исчезновения самого понятия "расстояние" в отношении доступа к источникам информации. У многих студентов появилась теперь дополнительная возможность "посещать" курсы, проводимые в разных местах, избегая при этом транспортных проблемх и нестыковки в расписании занятий.

Государственный университет штата Нью-Йорк, методическое управление которого (Office of Educational Technology, OET) находится в Олбани, занимается экспериментами с дистанционным обучением в рамках проекта исследования возможностей передачи видеоконференций в сжатом цифровом виде. Университетская система, охватывающая 64 кампуса, обслуживает 380 тысяч студентов. Сеть университета SUNYNet, построенная на базе двойной кольцевой магистрали T-1, связывает эти городки, тем самым предоставляя пользователям связь с учебными заведениями всех уровней, независимо от того, в какой точке штата они находятся.

"Дистанционное обучение начинает распространяться в университете повсеместно", - рассказывает Теодор Фелпс, менеджер SUNY по сетевому планированию для OET. Задача OET состоит в предоставлении технической помощи учебным заведениям, уже имеющим программы дистанционного обучения, и содействии в реализации подобных программ тем, у кого их еще нет.

На данный момент OET занята экспериментами с оборудованием компании RADVision; с помощью экспериментов OET надеется выяснить, как поведут себя системы конкретного производителя при подключении к Internet или к корпоративной университетской сети Intranet. Эта программа проводится при содействии провайдера услуг Internet - компании Nysernet.

Сеть имеет интерфейсный блок для видео и шлюз для видеоконференций OnLAN компании RADVision - систему, совместимую со стандартом H.320, обеспечивающую до четырех соединений ISDN или четырех каналов со скоростью передачи 384 Кбит/с для связи с глобальными сетями. Система, оснащенная утилитой настройки и управления по протоколу SNMP, обеспечивает преобразование адресов, контроль за доступом и управление пропускной способностью.

По словам Фелпса, одним из основных факторов, которые он хотел оценить в ходе эксперимента, была способность системы предоставлять требуемую пропускную способность. "Для меня основной вопрос стоял так: что произойдет, когда я стану использовать систему в среде, где конкуренция велика, - поясняет он. - Мы увидели, что наша система устанавливает соединение и поддерживает его, однако оно оказывается нестабильным при отсутствии свободной полосы пропускания. Поэтому мы ждем появления протокола резервирования ресурсов (Resourse Reservation Protocol, RSVP)". Проект OET-Nysernet включает программу дистанционного обучения. Эксперименты с учебными курсами для техников и санитаров уже идут, а в дальнейшем намечено разработать и другие программы.

Несмотря на очевидные преимущества, Фелпс не считает дистанционное обучение панацеей от всех бед. Наоборот, он рассматривает его как технологию, заполняющую конкретную нишу в системе образования. "Дистанционное обучение не обязательно лучше, чем то, что студент или учащийся получает при общении с педагогом, - замечает он. - Оно предоставит вам курс, который в другом виде просто не существует".

НОВЫЕ ИНИЦИАТИВЫ

Конечные пользователи боролись за развертывание сетей в учебных заведениях не в одиночку. Ряд инициатив, предложенных как правительством, так и представителями промышленности, продемонстрировал, что они включились в реализацию концепции интерактивного обучения.

В 1994 году президент Клинтон подписал законопроект "Рубежи 2000 года: Закон об образовании в Америке", благодаря которому движение по оснащению школ средствами коммуникаций получило дополнительный импульс. Этот закон обещает содействие со стороны Федерального правительства штатам и отдельным округам в совершенствовании академического обра-зования учащихся.

С той поры были выдвинуты и начали внедряться новые инициативы. Раздел 254 "Закона о реформе телекоммуникаций" 1996 года касается универсальной службы телекоммуникаций. Для многих ситуаций он оговаривает льготные тарифы на услуги для пользующихся местной связью. Закон также предусматривает другие изменения, благодаря которым школы и библиотеки получили бы наибольший выигрыш от таких скидок.

В соответствии с новым законом, Федеральная комиссия по связи (FCC - Federal Communications Commission) и соответствующие службы штатов обязаны частично пересмотреть тарифы, исходя из того, что школы и библиотеки должны получить доступ к современным телекоммуникационным службам. Постановление, поддержанное сенаторами Олимпией Сноу, Джеем Рокфеллером, Джеймсом Эксоном и Бобом Керри, определяет, что, в ответ на просьбу школ и библиотек, компании, обеспечивающие связь, должны предоставить им необходимые услуги по доступным тарифам.

В мае 1996 года комиссия FCC издала специальный документ в ответ на просьбу компании Apple Computer и Форума по беспроводным информационным сетям (Wireless Information Networks Forum - WINForum), просивших расширить спектр частот, доступный для использования в устройствах SuperNet. Эти устройства помогут подключить учебные классы к Internet при помощи технологий беспроводной связи.

По словам старшего директора Apple Тима Бургера, его компания предложила, чтобы для этих целей был выделен диапазон в 300 МГц. "Это довольно дерзкое предложение, если учесть, что частотный диапазон распродается с аукциона по цене 384 млн. долларов за один мегагерц", - отметил он.

"Недостаточно просто протянуть кабель до школьной стены и присоединить его к Internet, - говорит Бургер. - Надо обязательно подключить его к учебным классам. Однако оснастить школы кабельными сетями, даже если речь идет о современных зданиях, нелегко. Беспроводная связь позволяет создавать локальные сети с относительно высокой скоростью передачи данных без особых проблем".

Другой аспект предложения Apple, по словам Бургера, связан с использованием направленной антенны, которая может применяться, например, для передачи сигнала из здания, расположенного в центре, в отдаленные школьные строения. Это послужило бы основой создания сетей в масштабе округа, связывающих удаленные школы, которые не имеют высокоскоростной кабельной связи с Internet.

При условии сохранения темпов технологического развития наверняка возникнут новые проблемы аналогичного характера. По мнению Бургера, главная задача состоит в обеспечении соединений со школами, независимо от их расположения. "Региональные телефонные компании и другие фирмы, предоставляющие школам услуги кабельной инфраструктуры, должны придумать какое-нибудь простое решение, обеспечивающее школам, пользующимся их услугами, значительную скидку, - делает вывод Бургер. - Сделать так, чтобы такое решение было найдено, в интересах каждого жителя страны".

ОБУЧЕНИЕ В INTERNET

Ясно, что Internet становится все более важным средством для школы будущего. Тем не менее нынешний уровень коммуникаций оказывается не настолько высоким, как это может показаться на первый взгляд. По словам руководителя маркетинговой службы компании Bay Networks Брюса Линскея, в настоящее время лишь от 35 до 40 процентов государственных школ США имеет прямой доступ к Internet. (Линскей работает с множеством заказчиков на рынке образования.) Он предсказывает очень высокие темпы роста, но по прошествии трех-пяти лет.

Независимо от того, когда проявится этот бурный рост, сеть Internet уже стала обыденным явлением с образовательными средствами и увлекательными возможностями для новых программ и проектов. В качестве примера тут можно сослаться на программу NASA под названием "Технология информационной инфраструктуры и приложения" (IITA - Information Infrastructure Technology and Applications). Программа учреждена c целью ускорить реализацию проекта NII (National Information Infrastructure) за счет внедрения достижений NASA в технологии.

Программы в области образования и обучения разработаны для того, чтобы обеспечить учителей и студентов средствами, помогающими реализовать цели обучения. Работы по программам проводятся в исследовательских центрах NASA, расположенных по всей территории США, в том числе в Центре космических полетов им. Годара, Лаборатории реактивного движения и Центре космических полетов им. Джонсона. Разработанная NASA программа IITA получила более 7 миллионов долларов на нужды разработки новых методик преподавания научных и технических дисциплин.

Например, согласно программе Центра космических полетов им. Годара, для участия в программе повышения квалификации продолжительностью четыре недели, две из которых прошли в самом Центре, было отобрано по одному преподавателю из всех 24 школьных округов Мэрилэнда. Каждый педагог прошел обучение по курсу естественных наук, компьютерам и работе с Internet, а также получил консультации у научных специалистов Центра и доступ к справочной системе. Преподаватели-участники программы затем вернулись в свои школьные округа, где поделились полученными знаниями с сослуживцами.

В другом проекте Добровольное объединение педагогов помогает своим коллегам освоить применение Internet в качестве обучающего средства. Группа по изучению национальной информационной инфраструктуры (GENII - Group Exploring the National Information Infrastructure) была учреждена в целях содействия этому процессу, с тем чтобы преподаватели могли включать в свои учебные планы сведения, полученные ими в процессе собственного обучения. В планах GENII создание виртуального факультета, который будет служить источником информации для школьных педагогов, желающих заняться повышением своей квалификации. Этот же виртуальный факультет займется изданием справочника, содержащего, в частности, основные сведения, необходимые для доступа к Internet.

Всего лишь два года назад трудно было предположить, что учащиеся и педагоги получат интерактивный доступ к накопленному запасу знаний. Однако компьютерное образование в будущем будет, несомненно, иметь гораздо большие возможности. А поскольку информационная инфраструктура страны постоянно развивается и становится все более разветвленной, она сможет предоставлять массу новых возможностей. Сети, входящие в эту инфраструктуру, продолжат свое развитие в сторону усложнения, что придаст интерактивному обучению новые качества.

ТАБЛИЦА 1 - ИСТОЧНИКИ ДЛЯ ИНТЕРАКТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ

---

АРИФМЕТИКА, АНАТОМИЯ И АРХИВЫ

Пособия для учителей

Поскольку количество школ и университетов, использующих компьютеры в качестве важного средства обучения, продолжает расти, поставщики ПО не остаются в стороне. Продукт Scholar Series компании A.D.A.M. Software является комплектом мультимедийных программ, предназначенных для изучения анатомии. Эти программы различаются по сложности и предназначены различным категориям учащихся - от начальных до специализированных школ с медицинским уклоном. Отдельные части программ, например модуль с описанием сердечно-сосудистой системы, концентрируют внимание обучаемого на конкретной области. Пользователь может также создавать для себя настраиваемые архивы, состоящие из интерактивных изображений. Содержание архивов, типа фотографий, текстовой информации, слайдов, видеосюжетов и изображений МР-интраскопии, может быть связано с существующей базой данных по медицинской информации. В число пользователей продукта компании A.D.A.M. входит Северо-Западный университет, Колледж бенедиктинцев в Иллинойсе и Окружной колледж Портленда.

Переходя к другой дисциплине, ПО MATLAB компании MathWorks выполняет технические расчеты (в сочетании с визуализацией) для инженеров, научных работников и студентов. Несмотря на то что вначале это программное средство разрабатывалось для учебных целей, студенты могут использовать его и для сокращения рутинных расчетов, чтобы сконцентрироваться на теоретических вопросах и задачах. А это куда продуктивнее, чем изучать тонкости программирования.

ПО Simulink компании MathWorks предоставляет интерактивную среду для моделирования, анализа и имитации систем процессорной обработки управляющих и цифровых сигналов, а также других физических и математических систем. В MATLAB, помимо всего прочего, имеется набор средств, ориентированных на другие аспекты нейронных сетей, нечеткой логики и обработки сигналов.

Компания MathWorks поддерживает также ряд услуг в сети Internet, например электронную библиотеку программного обеспечения, графику и архивы из MATLAB Digest, а также группу новостей MATLAB (comp.soft-sys.matlab). Среди пользователей продукта MATLAB - Университет штата Джорджия (Афины) и Университет штата Колорадо (Боулдер).