Глава 1. Введение в информатизацию образования

Информационные технологии в образовании

Введение

Мы живем в нестабильном неспокойном мире. XXI век поставил ряд сложных глобальных проблем, от решения которых зависит будущее человечества. Эти проблемы часто называют вызовами XXI века.

Первый вызов — энергетический. Не за горами истощение ресурсов традиционных источников энергии в недрах земли. В то же время потребление энергии, особенно в индустриально развитых странах, продолжает расти. Мы надеемся на ученых, на то, что ими, с одной стороны, будут открыты новые пока неизвестные источники энергии, с другой стороны, разработаны новые энергосберегающие технологии.

Второй вызов — экологический. Человечество хотя и осознало необходимость охраны окружающей среды и использования экологически безопасных технологий, но разработка природоохранных мероприятий и безвредных технологий пока существенно отстает от потребностей экосистемы.

Следующий вызов — демографический. Доля людских ресурсов экономически развитых стран в численности населения планеты продолжает уменьшаться, что не способствует повышению общего культурного уровня населения, которому и предстоит решать проблемы XXI века. Демографические проблемы наиболее остро проявляют себя в России, где на фоне старения населения заметны демографические спады.

Еще один вызов — социальный. Социальные проблемы обостряются в связи с неравенством в распределении ресурсов как между слоями населения в масштабах России, так и между "золотым миллиардом" и остальным человечеством в глобальном масштабе.

Для решения этих проблем наметились следующие тенденции. Первая тенденция — постепенный переход к постиндустриальному обществу на основе развития и широкого применения информационных технологий. Вторая тенденция — повышение культурного и профессионального уровня большинства жителей Земли на основе развития и распространения методик, средств и технологий образования.

Следовательно, в современных условиях существенно возрастает роль образования, растут потребности общества в образовательных услугах.

По данным Юнеско число студентов в мире до сих пор имело тенденцию к росту. Спрос на образовательные услуги сегодня превышает предложение. Ограничение предложения образовательных услуг во многом определяется нехваткой высококвалифицированных преподавательских кадров. Среди других проблем образования — трудности сопровождения учебных материалов, их адаптации к потребностям обучаемых и к динамике развития областей знаний и новых технологий.

Чтобы система образования была готова принять вызовы XXI века, необходимы определенные преобразования системы на базе использования современных информационных технологий. Основные надежды возлагаются на создание и сопровождение информационно-образовательных сред (ИОС) открытого и дистанционного обучения, на развитие новых объектных технологий создания баз учебных материалов (БУМ), наряду с развитием традиционных технологий разработки электронных учебников и мультиагентных технологий образовательных порталов.

Итак, информационные технологии и образование — эти две тенденции в совокупности становятся теми сферами человеческих интересов и деятельности, которые знаменуют эпоху XXI века и должны стать основой для решения стоящих перед человечеством проблем.

В свете вышеизложенного начинает формироваться новая перспективная предметная область — "Информационные технологии в образовании". К этой области относится проблематика интеллектуальных обучающих систем, открытого образования, дистанционного обучения, информационных образовательных сред. Эта область тесно соприкасается, с одной стороны, с педагогическими и психологическими проблемами; с другой стороны, с результатами, достигнутыми в таких научно-технических направлениях, как телекоммуникационные технологии и сети; компьютерные системы обработки, визуализации информации и взаимодействия с человеком; искусственный интеллект; автоматизированные системы моделирования сложных процессов; автоматизированные системы принятия решений, структурного синтеза и многие другие.

Очевидно, что круг вопросов, составляющих предмет информационных технологий в образовании, чрезвычайно широк и попытка изложить все аспекты проблемы в одном пособии была бы обречена на неудачу. Поэтому в данном электронном издании сделан акцент на вопросы аппаратного, информационного, программного, лингвистического обеспечения автоматизированных обучающих систем, в ущерб изложению педагогических, психологических и социально-экономических вопросов.

Литература

1. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. — М.: "Филинъ", 2003.

2. Норенков И.П., Зимин А.М. Информационные технологии в образовании. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.

3. Информатизация образования: направления, средства, повышение квалификации / Под ред.С.И.Маслова. — М.: Изд-во МЭИ, 2004.

Глава 1. Введение в информатизацию образования

Всемирная паутина

WWW (World Wide Web — всемирная паутина) — гипертекстовая информационная система сети Internet. Ее краткое название — Web. Появление и развитие WWW стало одним из основных факторов научно-технической революции, порожденной информационными технологиями. Человечество получило новые уникальные средства связи и доступа к распределенным источникам информации.

История Web началась в 1990 г., когда британец Тим Бернерс Ли, работавший в Швейцарии, представил базовые компоненты Web-технологии, как технологии "клиент-сервер". Этими компонентами были протокол HTTP передачи данных между клиентами и сервером, язык разметки HTML для представления передаваемых данных и клиентская программа-браузер для просмотра документов на языке HTML. Дальнейшее развитие Web-технологий привело к созданию глобальной системы накопления, поиска, обработки и интеграции информации с использованием специально разработанных для Web языков, протоколов, программного обеспечения.

Информация, доступная с помощью Web-технологий, оформляется в виде Web-страниц и хранится на серверах сети Internet. Совокупность Web-страниц в определенном узле сети Internet называется сайтом. С помощью гипертекстовых ссылок можно переходить от одного Web-сервера к другому, "путешествуя" по Web-пространству, включающему миллионы сайтов сети Internet и охватывающему весь земной шар. Именно последнее оправдывает название "всемирная паутина".

На Web-страницах обычно размещаются необходимый текстовый материал и ссылки на графические иллюстрации. Пользователь может просматривать содержимое страницы или непосредственно с экрана дисплея, или в виде твердой копии после вывода страницы на печатающее устройство. Изображение можно анимировать, включать в него ссылки на мультимедийные фрагменты. Страницы с такими изображениями называют динамическими, в отличие от статических страниц с неподвижными текстом и рисунками. Можно сделать Web-страницы интерактивными с помощью специальных средств программирования, Web-страницы могут заполняться данными, являющимися результатом выполнения тех или иных вычислительных процедур.

Клиентские программы WWW называют браузерами (brousers). Для просмотра Web-страницы браузер обращается к Web-серверу с запросом. Web-сервер имеет программу, постоянно отслеживающую приход на определенный порт (обычно это порт 80) запросов от клиентов. Сервер, получив запрос от браузера, находит соответствующую запросу Web-страницу и передает содержимое запрошенных Web-страниц или результатов выполнения запрошенных процедур в браузер клиента для просмотра. Протокола HTTP, реализующий взаимодействие сервера и клиента в Web, функционирует на базе одного из транспортных протоколов, обычно это протокол TCP. Популярными серверными программами являются Apache Digital для ОС Unix, Netscape Enterprise Server и Microsoft Internet Information Server (IIS), которые могут работать как в Unix, так и в Windows NT, и Netware Web Server, предназначенный для работы в ОС Netware.

В браузерах имеются команды листания, перехода к предыдущему или последующему документу, печати полученного текста, перехода по гипертекстовой ссылке и т.п. Из браузеров также доступны различные сервисы — передача файлов, электронная почта, телеконференции. Наиболее широкое распространение получили браузеры Netscape Navigator фирмы Netscape Communications, Internet Explorer фирмы Microsoft, HotJava фирмы Sun Microsystems.

Подготовка материалов к включению в Web-страницы заключается в его структурировании и форматировании с помощью языков разметки HTML (Hypertext Markup Language) и/или XML (Extensible Markup Language). Для этого разработан ряд специальных HTML- и XML-редакторов.

Гипермедиа

Гипертекст представляет собой размеченный обычный текст. Разметка позволяет структурировать документ, ссылаться на элементы данного или других документов. Термин гипертекст был впервые использован Т.Нельсоном в 60-х годах прошлого века, хотя разметку еще раньше использовал В.Буш.

Гипермедиа — более широкое понятие, чем гипертекст, поскольку относится к разметке не только текстовых, но также графических и мультимедийных -документов, включающих звуковые или видео-фрагменты.

Гиперграфика (интерактивная графика) реализуется путем выделения в изображении контактных ("горячих") зон. Выбор мышкой некоторой зоны вызывает действия такие же, как и в случае обычных гиперссылок. Могут использоваться изображения как реальных, так и синтезируемых объектов. Каждое изображение может представлять собой одну гипертекстовую ссылку. Если нужно ссылаться на разные документы, то используется несколько изображений, объединяемых под названием карта изображений. При использовании карт изображений направление перехода по ссылке определяется выбором той или иной части изображения.

Карта изображений состоит из графического файла, содержащего собственно изображение, и текстового файла с расширением map в кодировке ASCII, содержащего список гиперссылок и соответствующих им координат областей изображения. Программа обработки карты изображения (обычно это программа CGI) находит по координатам URL документа и передает извлеченный документ браузеру.

Анимация осуществляется с помощью анимационных файлов, содержащих множество изображений. Загрузка очередного кадра происходит в момент демонстрации предыдущего кадра.

Видео- и звуковая информация обычно передается в форматах MPEG или AVI по протоколу UDP.

Языки разметки

Электронные документы в современных автоматизированных системах являются структурированными гипертекстовыми документами, оформляемыми с помощью языков разметки.

Одним из первых был разработан язык разметки SGML (Standard Generalized Markup Language), представленный в стандарте ISO 8879. Этот язык принят в качестве основного языка оформления технической документации, в том числе интерактивных электронных технических руководств на создаваемые изделия в CALS-технологиях.

В языке SGML определяется структура документов в виде последовательности объектов данных. Объекты данных, представляющие части документа, могут храниться в различных файлах. Стандарт SGML устанавливает такие множества символов и правил для представления информации, которые позволяют различным системам правильно распознавать и идентифицировать эту информацию. Названные множества описывают в отдельной части документа, называемой декларацией DTD (Document Type Decfinition), которую передают вместе с основным SGML-документом. В DTD указывают соответствие символов и их кодов, максимальные длины используемых идентификаторов, способ представления ограничителей для тегов, другие возможные соглашения, синтаксис DTD, а также тип и версию документа. Следовательно, SGML можно назвать метаязыком для семейства конкретных языков разметки. В частности, подмножествами SGML можно считать языки разметки XML и HTML.

Техническое описание в виде SGML-документа включает:

· основной файл с техническим руководством, размеченный SGML-тегами;

· описание сущностей, если документ относится к группе, в которой используются одни и те же сущности и подразумевается их известность;

· словарь для пояснения SGML-тегов;

· DTD.

Однако язык SGML сложен для освоения и применения. Поэтому для широкого применения разметки в документах, представляемых в WWW-технологиях, в 1991 г. на базе SGML был разработан упрощенный язык HTML (HyperText Markup Language), а в 1996 г. язык XML (eXtensible Markup Language), который становится в сочетании с HTML основным языком представления документов в различных приложениях.

Язык HTML разработан с целью широкого применения разметки в документах, представляемых в WWW-технологиях.

Описание на языке HTML представляет собой текст в формате ASCII и последовательность включенных в него команд (управляющих кодов), называемых также дескрипторами или тегами. Этот текст называют HTML-документом, или HTML-страницей, или после размещения на Web-сервере — Web-страницей. Теги расставляются в нужных местах исходного текста, они определяют шрифты, переносы, появление графических изображений, ссылки и т.п. При использовании WWW-редакторов вставка команд осуществляется простым нажатием соответствующих клавиш.

Язык XML, как и HTML, считается подмножеством языка SGML. В настоящее время язык XML претендует на роль основного языка представления документов в информационных технологиях, его можно рассматривать как метаязык, служащий основой для создания частных языков разметки в различных приложениях. При этом XML более удобен, чем SGML, что обеспечивается устранением в XML некоторых второстепенных особенностей SGML. Описания на XML легче воспринимаются, приспособлены для использования в современных браузерах при сохранении основных возможностей SGML.

Для конкретных приложений создаются свои варианты XML, называемые XML-словарями или XML-приложениями. Так, для описания текстов со специфической математической символикой разработано XML-приложение OSD (Open Software Description). Для CALS интерес представляет вариант Product Definition eXchange (PDX), посвященный обмену данными. Известны словари для химии (CML — Chemical Markup Language), биологии (BSML — Bioinformatic Sequence Markup Language) и др.

Язык HTML

Язык разметки HTML (HyperText Markup Language) разработан в 1991 г. с целью широкого применения разметки в документах, представляемых в WWW технологиях.

Описание на языке HTML представляет собой текст в формате ASCII и последовательность включенных в него команд (управляющих кодов), называемых также дескрипторами или тегами. Этот текст называют HTML-документом, или HTML-страницей, или после размещения на Web-сервере — Web-страницей. Теги расставляются в нужных местах исходного текста, они определяют шрифты, переносы, появление графических изображений, ссылки и т.п. При использовании WWW-редакторов вставка команд осуществляется простым нажатием соответствующих клавиш.

Собственно команды имеют форму <команда>, где вместо слова "команда" записывается имя команды.

Структура текста в HTML-странице имеет вид:

В клиентской области окна при просмотре появляется только текст, помещенный между тегами <BODY> и </BODY>. Заголовок между тегами <TITLE> и </TITLE> выполняет лишь служебные функции.

Приведем примеры HTML-тегов. К тегам форматирования текста (тегам компоновки) относятся:

· <P> — конец абзаца;

· <BR> — перевод строки;

· <HR> — перевод строки с печатью горизонтальной линии, разделяющей части текста;

· <CENTER> — выравнивание изображения по центру страницы;

· <LISTING> Текст </LISTING> — представление листингов программ;

· <BLOCKQUOTE> Текст </BLOCKQUOTE> — выделение цитат;

· <FONT> — задание типа, размера и цвета используемого шрифта, имена этих параметров (атрибутов) FACE, SIZE и COLOR соответственно.

Теги форматирования символов имеют вид <B>, <I>, <U>; текст между открывающем и закрывающем тегами будет выделен соответственно полужирным шрифтом, курсивом, подчеркиванием.

Для форматирования заголовков используются теги <H1> ... <H6>:

· <H1> Текст </H1> — текст печатается наиболее крупным шрифтом, используется для заголовков верхнего уровня;

· <H2> Текст </H2> — для заголовков следующего уровня и т.д. вплоть до <H6>;

· <PRE> Текст </PRE> — указанный текст представлен заданным при его записи шрифтом.

В HTML имеются теги форматирования списка. Это теги <OL> и <UL>, используемые для выделения пунктов списков с нумерацией или с пометкой специальным символом (например, *) соответственно. Каждый пункт в списке должен начинаться с тега <LI>. В словарях и глоссариях удобно применять тег <DL>, отмечающий начало списка, теги <DT> и <DD>, отмечающие очередной новый термин словаря и определяющий его текст соответственно.

В командах вставки графики и гипертекстовых ссылок используются адреса вставляемого или ссылочного материала, называемые URL (Uniform Resourse Locator). Ссылаться можно как на определенные места в том же документе, в котором поставлена ссылка, так и на другие файлы, находящиеся в любом месте сети. Перед простановкой внутренней ссылки, т.е. ссылки на некоторую позицию в данном файле, нужно разместить метку в этой позиции. Тогда URL есть указание этой метки, например, URL=#a35 есть ссылка на метку a35. URL может представлять собой имя файла в данном узле сети или IP-имя другого узла с указанием местоположения файла в этом узле и, возможно, также метки внутри этого файла.

Строка гипертекстовой ссылки в HTML-документе имеет вид:

<A HREF="URL">Текст</A>

Текст, указанный в этой строке и отображаемый на экране дисплея, будет выделен цветом или подчеркиванием. Можно ссылаться на определенное место в документе. Тогда ссылка имеет вид:

<A HREF="URL#метка">Текст</A>

Сама метка в документе имеет вид:

<A NAME="метка">Текст</A>

Ссылки на фрагменты данного документа можно упростить:

<A HREF="#метка">Текст</A>

Тег вставки графического изображения:

<IMG SRC="URL" [ALIGN=TOP|MIDDLE|BOTTOM] [ALT="Текст"]>

Здесь URL указывает адрес графического изображения, ALIGN — параметр выравнивания, указывает место в окне для расположения рисунка; ALT — параметр, задающий текст, который выводится на экран вместо рисунка в текстовых браузерах. Например:

Кроме параметров ALIGN и ALT можно использовать параметры HEIGHT и WIDTH, задающие высоту и ширину изображения (в пикселах), HSPACE и VSPACE, определяющие размер промежутка между изображением и границами страницы в горизонтальном и вертикальном направлениях, BORDER, задающий рамку вокруг изображения. Сами изображения должны быть в определенном формате (обычно это форматы GIF или JPEG).

Экран может быть разделен на несколько окон (областей, фреймов) с помощью парного тега <FRAMESET>. В каждом окне помещается содержимое файла (текст, изображение) указанием источника в теге <FRAME>, например:

<FRAME SRC="имя_файла">

Представление таблиц выполняется с помощью тегов формирования таблиц. Парные теги <TABLE> и </TABLE> служат для указания начала и конца таблицы; <TH> и </TH> — то же для шапки таблицы; <TR> и </TR> — для строки таблицы; <TD> и </TD> — для элемента таблицы. Для форматирования таблиц используются параметры, записываемые в открывающих тегах и задающие цвет фона, ширину таблицы, расположение текста в ячейках.

Имеются возможности создания на Web-странице формы, в которую пользователи могут заносить информацию, передаваемую браузером на сервер (тег <FORM>) или управляющую выбором из меню (тег <INPUT>).

Поскольку в языке HTML множество тегов ограниченное и фиксированное, действия, предусматриваемые ими, в частности, операции форматирования, реализованы в браузерах. При этом тегам, подобным <H1>, соответствует определенный стиль (тип, размер, цвет шрифта). Чтобы дать возможность пользователям устанавливать желаемый стиль изображения, разрабатывают таблицы стилей, представляющие информацию о параметрах стиля, и способы связывания таких таблиц с HTML-документом. Большинство браузеров поддерживают каскадные таблицы стилей CSS (Cascading Style Sheet).

Таблица CSS состоит из правил форматирования. В каждом правиле указываются тип элемента, к которому относится форматирование, и список объявлений. Список обрамляется фигурными скобками, объявления в списке разделяются точками с запятой. Каждое объявление задает значение одного из свойств отображения элемента в виде свойство:значение. К свойствам относятся тип (гарнитура), размер, цвет, способ выравнивания и стиль (обычный, полужирный, курсив) шрифта, цвет или рисунок фона, межстрочные интервалы, наличие рамок, взаимное расположение блоков текста и другие характеристики, обычные для управления видом изображения в текстовых редакторах. Можно вместо типа элемента указать имя оригинального вводимого стиля, имя стиля должно начинаться с точки.

Использование таблицы стилей подразумевает указание типа таблицы в разделе <HEAD> HTML-документа. Там же между тегами <STYLE> и </STYLE> записываются правила форматирования. Можно все правила форматирования записать в отдельном файле и тогда в HTML-документе достаточно сослаться на этот файл в специальном теге <LINK>. Если вводимый стиль относится лишь к части документа, используется тег <SPAN> с параметром CLASS, например:

<SPAN CLASS="имя_вводимого_стиля">Часть документа</SPAN>

Первые версии языка HTML были достаточно простыми, но не лишенными ряда недостатков. Прежде всего нужно отметить ограниченность набора тегов, что не соответствует потребностям многих приложений. Кроме того, в тегах HTML не отделены данные, задающие структуру документа, от данных по его изображению (форматированию) на экране дисплея при просмотре с помощью браузера, что затрудняет работу с документами. В результате в новые версии языка стали вводится усовершенствования, что заметно усложнило язык, но не устранило основные недостатки. Наиболее существенными недостатками HTML являются, во-первых, невозможность отделить информацию о структуре документа от информации о форматировании, во-вторых, отсутствие в языке HTML средств, позволяющих производить такие операции обработки текста, как сортировка, поиск фрагментов по определенным признакам и т.п.

Поэтому в 1996 г. был предложен новый язык разметки — язык XML (eXtensible Markup Language).

Кроме того, было разработано расширение DHTML (Dynamic Hyper Text Markup Language) языка HTML, названное динамическим языком разметки гипертекста. С помощью DHTML можно создавать Web-страницы, включающие интерактивные элементы, анимацию, движущиеся объекты и фон, расположенный под основным содержимым документа, выпадающие меню и т.п. Стандарт DHTML используется для создания скриплетов -- сценариев, обрабатываемых браузером совместно с кодом HTML.

Язык XML

Язык разметки XML (eXtensible Markup Language) разработан в 1996 г. Он, как и HTML, считается подмножеством языка SGML.

В настоящее время язык XML претендует на роль основного языка представления документов в информационных технологиях, его можно рассматривать как метаязык, служащий основой для создания частных языков разметки в различных приложениях. При этом XML более удобен, чем SGML, что обеспечивается устранением в XML некоторых второстепенных особенностей SGML. Описания на XML легче воспринимаются, приспособлены для использования в современных WWW-браузерах при сохранении основных возможностей SGML.

Для конкретных приложений создаются свои варианты XML, называемые XML-словарями или XML-приложениями. Известны словари для химии (CML — Chemical Markup Language), географии GML (Geography Markup Language), математичеких текстов MathML (Mathematical Markup Language), синтаксиса и семантики естественных языков LGML (Linguistics Markup Language), обмена данными по аутентификации и авторизации между системами безопасности SAML (Security Assertion Markup Language), описания голосоввых диалогов между человеком и компьютером VoiceXML и др. Для CALS интерес представляют варианты Product Definition eXchange (PDX) и 3D XML, посвященные обмену данными в CAE/CAD/CAM системах.

XML-документ состоит из пролога, корневого элемента "Документ", собственно и являющегося размеченным документом, таблицы определения типов (декларации DTD) и сведений по форматированию. Документ, сформированный в соответствии с синтаксическими правилами языка XML, при отсутствии DTD называют корректным, а при наличии DTD — валидным. Процессор отказывается от обработки некорректных документов. Отсутствие DTD в корректном документе считается ошибкой, но не препятствует обработке документа.

Пролог начинается со строки:

Эта строка указывает используемую версию языка XML (в данном случае версия 1.0). В эту строку можно в качестве дополнения включить также объявление автономности документа, если не предполагается связывать с документом какие-либо внешние файлы:

В дополнениях (или в отдельной команде) может быть указана используемая кодировка, например, encoding='ISO 8859-1'. В пролог могут входить также одна или несколько пустых строк, строки комментария и командные строки. Форма комментария:

Текст комментария может включать любые символы, кроме двух дефисов.

Командные строки являются указанием XML-процессору на обработку документа. Они имеют вид:

Элемент "Документ" представляет собой иерархически организованное множество элементов, являющихся размеченными фрагментами исходного документа. Фрагменты документа помещаются в контейнеры XML, обрамленные каждый открывающим <тип> и закрывающим </тип> тегами, где вместо слова "тип" записывается конкретный тип элемента. Типы элементов задаются в декларации DTD. Фрагменты могут иметь те или иные атрибуты (параметры), значения которых записываются внутри открывающего тега, т.е. тег имеет вид <тип атрибуты>.

Декларация DTD выполняет ту же роль, что и в языке SGML. В ней указываются средства разметки, с помощью которых структурируют исходный документ. Декларация может быть помещена в отдельный файл и тогда в прологе нужно указать XML-процессору имя этого файла с помощью строки

Но можно декларацию DTD записать непосредственно в эту строку вместо служебного слова SYSTEM и имени файла DTD, заключив ее в квадратные скобки. Возможно также разделение DTD на внешнюю и внутреннюю части, когда адрес первой из них записывается в поле имя файла DTD, а вторая часть помещается после этого в квадратных скобках.

Инструкции по форматированию документа, необходимые для его визуализации с помощью браузера, могут быть заданы несколькими способами. Один из них — использование каскадных таблиц стилей CSS, таких же, какие используют для HTML-документов. В этих таблицах для каждого типа элемента указаны способы визуализации — тип, размер, цвет шрифта, расположение на экране дисплея при просмотре. Таблица CSS помещается в отдельный файл. Ссылка на этот файл в XML-документе размещается в прологе и имеет вид:

Здесь имя_файла — имя файла с таблицей CSS, это имя должно иметь расширение .css.

Пример пролога XML-документа:

В заголовке записаны номер используемой версии языка XML (version="1.0"), имя документа (в нашем примере dictionary), ссылки на файлы, в которых размещены таблицы CSS (файл dict.css) и DTD (файл dict.dtd):

Основные рассмотренные свойства XML-документов поясним следующим примером. Пусть исходный неразмеченный документ представляет собой фрагмент словаря, состоящий из трех пунктов (в нашем примере названия пунктов CALS, Ethernet, PDM). Каждый пункт относится к одному из понятий определенной предметной области и включает название понятия, его краткое определение и возможно некоторые поясняющие примеры.

Целесообразно использовать иерархическую структуру документа: верхний уровень относится к пунктам словаря, нижний уровень относится к элементам пункта. Принятая структура отражается в DTD.

После разметки исходного текста получаем XML-документ следующего вида:

В приведенном примере XML-документа атрибут number относится к маркерному типу. Его идентификатор ID означает, что этот атрибут должен иметь уникальные значения для каждого элемента termin, т.е. number является ключевым атрибутом (значения типа ID не должны начинаться с цифры, поэтому в примере используется знак подчеркивания).

В нашем примере XML-документа dictionary используются каскадные таблицы стилей. Пусть мы хотим элементы типа termin выделить полужирным шрифтом (bold) 12-го размера с отступом первой строки на 5 мм, а элементы типа examples — курсивом (italic) 10-го размера с отступом на 10 мм. Тогда таблица CSS, помещаемая в файл dict.css, должна быть задана в виде:

Обращение к браузеру для просмотра нашего документа позволит увидеть текст, представленный на рис. 1.

Рис. 1. Пример XML-документа

Часто возникает необходимость включения в XML-документ символов, отсутствующих на клавиатуре компьютера (например, буквы греческого алфавита) или на символы, относящиеся к служебным символам языка. На них следует ссылаться с помощью записи &#код_символа_по_ISO/IEC10646;.

Кроме того, для символов &, <, >, ', " можно использовать ссылки &amp;, &lt;, &gt;, &apos;, &quot; соответственно.

В языке XML расширены возможности гиперсвязей. Механизм связей в XML изложен в спецификациях XLink и XPointer.

Программная поддержка языка XML обеспечивается XML-процессорами. В состав XML-процессора входит синтаксический анализатор, который проверяет правильность соблюдения правил языка, но не производит форматирования. Для форматирования документа используется другая компонента XML-процессора, поддерживающая каскадные таблицы стилей или язык форматирования XSL.

К функциям программного обеспечения, поддерживающего XML, кроме синтаксического анализа и визуализации, относятся поиск заданных фрагментов, создание, удаление, модификация элементов в XML-документе. Для поддержки этих функций в рабочей группе W3C, занимающейся вопросами Web-технологий, разрабатывается объектная модель HTML и XML-документов DOM (Document Object Model), предназначенная для создания прикладного интерфейса API (Application Program Interface) к XML-документам, и соответствующие языки запросов XPath (XML Path Language), XQuery, XSLT, позволяющие ссылаться на части XML-документов..

Электронная почта

Электронная почта (E-mail) — средство обмена сообщениями по электронным коммуникациям (в режиме off-line). Можно пересылать текстовые сообщения, архивированные и присоединенные файлы. В этих файлах могут содержаться данные (например, тексты программ, графические данные) в различных форматах. В случае архивирования изображений возникает проблема выбора форматов кодирования. Функции клиента — составление, отправление, архивирование сообщений, ведение адресной книги (файла со списком многократно используемых адресов), перенаправление приходящих сообщений другим адресатам и др.

Разработан ряд альтернативных протоколов электронной почты для прикладного уровня, например протоколы SMTP в стеке протоколов TCP/IP и протокол X.400 в модели ISO.

Наиболее широко используется протокол SMTP. Первоначально он был рассчитан на передачу только текстовых файлов в 7-битной кодировке. Расширение числа возможных кодировок и форматов данных по сравнению с SMTP сделано в протоколе MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions). Применение MIME упрощает пересылку графических и звуковых файлов, реализацию шифрования и электронной подписи.

Программное обеспечение E-mail включает программы почтовых серверов и клиентов. На ЭВМ пользователя должна быть установлена программа-клиент, поддерживающая названные выше функции создания, передачи и приема сообщений. На почтовом сервере, выделяемом в корпоративной или локальной сети, организуется промежуточное хранение поступающих сообщений.

Протокол SMTP служит для связей сервер-сервер, а связь индивидуальных пользователей с почтовым сервером осуществляется по протоколам IMAP или POP3. В протоколе IMAP (Internet Message Access Protocol) сначала клиенту передается заголовок, а текст остается на сервере, затем пользователь при желании может получить и весь текст. В протоколе POP3 при обращении к почтовому серверу на клиентский узел переписывается все сообщение. Для индивидуального пользователя, общающегося с другими абонентами по телефонной сети общего пользования, такое промежуточное хранение возможно в собственном компьютере, но тогда требуется либо круглосуточное включение компьютера, либо предварительная договоренность о времени связи.

В территориальных сетях почтовые сообщения проходят через ряд промежуточных федеральных или региональных узлов. В таких узлах устанавливается программное обеспечение (так называемый агент передачи сообщений), выполняющее функции сортировки и маршрутизации сообщений.

Примером программы электронной почты, выполняющей все отмеченные функции E-mail, является Outlook Express. Она позволяет адресовать сообщения индивидуальному пользователю; на доску объявлений; на последовательный просмотр несколькими исполнителями с возможностями коррекции сообщения; осуществлять поиск сообщений, пришедших в почтовый сервер, по контексту, по адресу, по времени отправки.

В большинстве современных корпоративных программных систем управления, проектирования, документооборота имеется интерфейс со средствами электронной почты, клиентские программы E-mail, как правило, включают в Web-браузеры сети Internet.

В структуре сообщений, пересылаемых по электронной почте, выделяют заголовок и собственно содержательную часть. В заголовке указывается от кого и кому направлено письмо, когда оно отправлено и поступило к получателю, кому посланы копии, указывается ключ, с помощью которого пользователь может декодировать текст.

Конференц-связь

Телеконференции — доступ к информации, предназначенной для группового использования в отдельных конференциях (newsgroups).

Возможны глобальные и локальные телеконференции. Включение материалов в newsgroups, рассылка извещений о новых поступивших материалах, выполнение заказов — основные функции программного обеспечения телеконференций. Возможны режимы E-mail и on-line.

Самая крупная система телеконференций — USENET. В USENET информация организована иерархически. Сообщения рассылаются или лавинообразно, или через списки рассылки. В режиме on-line можно прочитать список сообщений, а затем и выбранное сообщение. В режиме off-line из списка выбирается сообщение и на него посылается заказ.

Примеры телеконференций: работа коллектива авторов над книгой по спискам рассылки, обсуждение проектов и других документов, представление и обсуждение научных докладов и т.п.

Электронная "доска объявлений" BBS (Bulletin Board System) — технология, близкая по функциональному назначению к телеконференции, позволяет централизованно и оперативно направлять сообщения для многих пользователей. Программное обеспечение BBS сочетает в себе средства электронной почты, телеконференций и обмена файлами. Примеры программ, в которых имеются средства BBS, — Lotus Notes, World-group.

В системах принудительной доставки информации (push-технология) подписчики без дополнительных запросов снабжаются часто обновляемой информацией.

В настоящее время интенсивно развиваются технологии конференц-связи.

В зависимости от вида разделяемой пользователями информации различают несколько уровней настольной конференц-связи. На нижнем уровне находится обычная E-mail сессия обмена документами. На следующем уровне обеспечивается оперативный доступ к совместно разрабатываемому документу. Это режим "разделяемой доски" (shared whiteboard). Организация совместной работы возможна без голосовой связи и с голосовой связью. В последнем случае имеем разновидность голосовых телеконференций (аудиоконференций). В аудиоконференциях используются достижения Internet-телефонии. В Internet-телефонии вызов, соединение, разговор происходят для пользователя как в обычном телефоне, но связь идет через Internet. К верхнему уровню конференц-связи относят видеоконференции.

По мере повышения уровня возрастают требования к пропускной способности используемых каналов передачи данных. Для простых видов конференц-связи, а также и для аудиоконференций (конечно, при применении современных эффективных способов сжатия информации) можно использовать даже обычные телефонные линии, начиная с 10 кбит/с. Но лучше использовать в качестве "последней мили" цифровую ISDN или xDSL линию.

В зависимости от числа участников и способа интерактивной связи между ними различают двухточечную (unicast), широковещательную (broadcast) и многоточечную (multicast) конференции. Если в широковещательной конференции информация от центрального узла доставляется всем участникам, то в многоточечной конференции она рассылается избирательно, т.е. одновременно может идти обмен разной информацией внутри нескольких подгрупп одной группы пользователей.

Наиболее очевидные области применения настольной конференц-связи — это дистанционное обучение, медицинские консультации, различные бизнес-приложения.

Программное обеспечение телеконференций включает серверную и клиентскую части.

В клиентской программе должны быть, как минимум, средства E-mail, многооконный текстовый редактор (так, принимаемый и отправляемый партнеру тексты помещаются в разные окна, отдельное окно может быть выделено для видео в случае видеоконференций), средства файлового обмена. Наиболее известными клиентскими программами являются ProShare (Intel) и NetMeeting (Microsoft). В системе дистанционного обучения Class Point клиентская часть включает отдельные программы для инструктора и студента.

Серверная часть (MCU — Multipoint Control Unit) служит для распределения потока данных между пользователями с согласованием форматов окон с видеоинформацией, способов сжатия данных, скоростей потоков, идущих от разных сетей (пользователей). Примеры серверов: Whute Pine's Meeting Point для видеоконференций, DataBeam's Learning Server для систем дистанционного обучения.

Видеоконференции

Особое место среди видов конференц-связи занимают видеоконференции. Видеоконференция — способ связи, включающий передачу видеоизображений по телекоммуникационным каналам связи с возможностями интерактивного общения. Очевидно, что требования к пропускной способности каналов передачи данных в видеоконференциях существенно выше, чем в обычных телеконференциях. Видеоконференции стали доступными (для достаточно крупных организаций) после развития высокоскоростных каналов связи и эффективных алгоритмов сжатия данных при их передаче. Широко используются сравнительно недорогие настольные системы видеоконференц-связи.

Аналоговое телевидение — самый дорогой вид видеоконференций при высоком качестве передачи динамических изображений. Требуется полоса около 5 МГц, что при кодово-импульсной модуляции и кодировании отсчетов восьмибитовыми комбинациями эквивалентно пропускной способности каналов 80 Мбит/с.

В остальных способах требования к пропускной способности существенно снижены благодаря сжатию информации с помощью устройств кодирования, называемых кодеки (кодек — совокупность первых слогов слов кодирование и декодирование).

Цифровые видеотелефоны используются для оперативного делового общения. Состав комплекта аппаратуры: видеокамера, монитор, микрофон, динамик, кодек. Связь чаще всего организуется по цифровым каналам (ISDN). Не требуется высокого качества изображения, этот способ обходится значительно дешевле аналогового телевидения.

Различают двухточечные и многоточечные видеоконференции. Многоточечный связывают более двух узлов.

Персональные системы видеоконференцсвязи проектируются для индивидуального использования. Как правило, они выполнены в корпусе для установки на монитор или непосредственно интегрированы в монитор. Подключаются к IP сетям, но встречаются модели, поддерживающие соединения по ISDN. Если требуется применение мультимедийных средств, то используются компьютер с аудио-, видео- и сетевой платами, микрофон, динамик, видеокамера. Иногда используется дополнительное оборудование, например, документ-камера. Ориентировочная стоимость: от 300 до 5000$.

Большинство видеоконференций обеспечивают передачу изображений и звука невысокого качества при наличии сетевого подключения на скорости 64 -128 Кбит/с, удовлетворительное качество обеспечивается при скорости соединения порядка 2 Мбит/с, что требует соответствующей оплаты.

Специализированная видеоконференц-система для средних и больших аудиторий включает в себя дистанционно управляемую Web-камеру, мультимедийный проектор, экран, микрофоны, динамики, устройство для считывания графических документов, кодеки. Передается поток от одного узла в аудиторию (напромер, выступление лектора) и в обратном направлении (вопросы).

Для организации конференц-связи имеется группа стандартов серии T.12х, разработанных ITU. Стандарты T.122/125 относятся к службе многоточечных соединений, T.126 — к whiteboard технологии, T.127 — к передаче файлов при многоточечной связи. Стандарт T.123 содержит описание транспортных протоколов, которые могут использоваться в системах конференц-связи. Не забыты и пользователи с недостатками слуха или речи — для них в стандарте T.124 разработан соответствующий язык диаграмм.

В мультимедийных приложениях может потребоваться передача данных по сети как в режиме реального времени (например в видеоконференции), так и в отложенном режиме (например при передаче видеофрагментов, записанных на CD-ROM). Эти два режима носят названия потоковая передача и прогрессивная загрузка соответственно. В первом из них воспроизведение информации осуществляется одновременно с приемом данных, во втором происходит запоминание данных в памяти компьютера с последующим воспроизведением.

Для передачи мультимедийной информации через сети используют группу стандартов конференц-связи H.32х. Стандарты H.320, H.321, H.322, H.323 и H.324 ориентированны соответственно на узкополосные каналы ISDN, широкополосные B-ISDN, локальные сети с гарантированной пропускной способностью, то же без гарантированной полосы пропускания и телефонные линии с коммутацией каналов. Стандарт H.310 относится к мультимедийным приложениям с высоким разрешением. Высокие требования к сетям, предъявляемые протоколом H.320, ограничивают его применение. Поэтому в локальных и корпоративных сетях часто применяют протокол H.323, исполняемый вместе с транспортным протоколом реального времени RTP поверх протокола UDP или с транспортным протоколом RTCP, дополняющим TCP. В стандартах H.32х устанавливаются требования к сжатию информации, к протоколу передачи, к синхронизации видео и звука. Так, для сжатия данных предназначено дополнение H.261, реализующее алгоритмы MPEG, в рамках протокола H.320.

Мультимедиа

Под мультимедиа понимают совокупность визуальных и аудиоэффектов, воспроизводимых с помощью компьютера и управляемых с помощью интерактивных программ.

Существует совет по маркетингу мультимедийных персональных компьютеров, который разработал стандарт МРС (Multimedia Personal Computer) на характеристики мультимедийного персонального компьютера (ПК). Ведущие производители ПК и их программного обеспечения, включая Microsoft и Intel, также представили спецификации на МРС, в соответствии с которыми для мультимедиа необходимы процессор с тактовой частотой не ниже 300 МГц, кэш-память второго уровня объемом в 128 Кбайт, оперативная память объемом не менее 64 Мбайт, 2 порта USB, порт AGP, ТВ-выход и вход, внутренний модем с пропускной способностью 56 Кбит/с, внешний накопитель на шине 1394. Очевидно, что характеристики компьютеров постоянно улучшаются, и в настоящее время приведенные данные соответствующим образом скорректированы.

Ряд компаний разрабатывает программы для реализации мультимедиа. Например, компанией Microsoft создано программное обеспечение API DirectX для обработки 3D-графики и звуковых эффектов.

Дополнительно к обычным функциям ПК мультимедийный компьютер должен быть способен выполнять следующие функции:

· ввод звуковой информации от аналоговых микрофонов и магнитофонов;

· ввод видеосигналов от телевизионных устройств, видеокамер, магнитофонов;

· воспроизведение звуковой информации с помощью внешней акустической системы, в том числе с компакт-дисков;

· сохранение видеосигналов в памяти, воспроизведение видеосигналов в реальном времени на экране монитора, "замораживание" кадров оцифрованного видео;

· смешение (микширование) звуковых сигналов от нескольких источников;

· редактирование звуковой информации для стереофонического звучания;

· генерирование звуковой информации.

Для выполнения этих функций в состав мультимедийного компьютера включают специальные звуковая система и видеосистема.

Портал

Концепция порталов появилась в процессе развития Web-сайтов. Портал есть ориентированная на пользователя информационная Web-система с единой для каждого конкретного пользователя точкой доступа к разнообразной информации, относящейся к определенному приложению. Порталы, в основном, базируются на технологиях Web-приложений, таких как Web-серверы и Java 2 Platform Enterprise Edition (J2EE). Если Web-сайты в большинстве случаев представляют собой наборы статических Web-страниц, то порталы являются совокупностями программных средств и заранее неструктурированной информации, которую эти средства превращают в структурированные данные по запросу конкретных пользователей.

Типы порталов варьируются в зависимости от пользователей, которым они адресованы, и служб, которые они предлагают.

Общедоступные порталы, такие как Yahoo, открыты для всех и объединяют информацию из различных источников и приложений и поступающую от разных людей, предлагая персонифицированные Web-сайты для произвольных категорий посетителей.

Корпоративные порталы предоставляют сотрудникам предприятий доступ к характерным приложениям и информации, используемым внутри организации.

Порталы в сфере образования создают в образовательных учреждениях. Различают порталы университетские, образовательные, административные, приложений и др. Университетские порталы содержат наиболее общую информацию о вузе, обеспечивают доступ к информации о кафедрах, специальностях, учебных планах, условиях приема абитуриентов и т.п. Другие порталы образовательных учреждений можно рассматривать как части университетского портала. Так, образовательные порталы содержат электронные учебные материалы, методические указания, расписания занятий и консультаций и другие данные, относящиеся непосредственно к учебному процессу.

Торговые порталы, такие как eBay и ChemWeb, — это торговые площадки, которые связывают продавцов и покупателей.

Специализированные порталы, такие как портал MySAP.com, предлагают путь доступа к приложениям определенного вида.

Названные типы порталов предполагают различные сценарии работы, однако все они обладают некоторыми общими характеристиками. Технология сервера порталов предусматривает реализацию порталов с общим набором служб.

Особенности порталов, отличающие их от обычных Web-сайтов:

· Программное обеспечение портала позволяет настраивать портал. В порталах обеспечивается автоматическая настройка, заключающаяся в запоминании маршрутов предыдущих обращений пользователя к информационным ресурсам и на этой основе в сокращении числа поисковых шагов при последующих обращениях к аналогичным ресурсам, т.е. автоматическая настройка сокращает путь к неоднократно используемым источникам данных. Ссылки на нужные источники как в базах данных своей корпоративной системы, так и во внешних Web-серверах сохраняются на странице пользователя. Средства портала автоматически собирают информацию из разных источников по результатам настройки и предоставляют ее пользователю. Настройка экрана и фильтров для получения релевантной информации называется кастомизацией (при настройке на потребности конкретного пользователя) или персонализацией (при настройке на класс пользователей).

· Пользователю предоставляются удобные средства для настройки (конфигурирования) вида личной страницы в соответствии с его предпочтениями.

· Программное обеспечение портала обеспечивает необходимую защиту данных, доступ к приложениям, возможность совместной работы нескольких пользователей и др.

Возможности порталов определяются следующими основными функциями и сервисами (рис. 1):

1. Поиск как по атрибутам (например, предмет, тип материала, уровень образования), так и по ключевым словам.

2. Средства публикации и рубрикации материалов.

3. Персонализация и кастомизация. Служба настройки (customization) распознает различных пользователей и предлагает им информационное наполнение, сконфигурированное с учетом их специфических требований. Эта служба основана на сборе информации о пользователях и сообществах пользователей и должна предоставлять нужное информационное наполнение в нужное время.

4. Наличие раздела новостей, списков рассылки, средства опроса

5. Доступ к форумам, справочным базам данных, телеконференциям.

6. Служба агрегирования информационного наполнения (content aggregation) готовит информацию, полученную из различных источников для различных пользователей. Она учитывает ориентированный на конкретного человека контекст, идентифицируя пользователя с помощью службы защиты и службы настройки.

7. Служба получения информационного наполнения (content syndication) накапливает информацию из различных источников. Поставщики коммерческого информационного наполнения часто предоставляют информацию в стандартизованных форматах, например, распространенная операция — "клиппировать" (вырезать) копирует информацию с существующих Web-сайтов в формате HTML. Портал для сотрудников, к примеру, может вырезать информацию из внутрикорпоративной интранет-сети.

8. Служба поддержки устройств (multidevice support) готовит информационное наполнение для различных каналов коммуникаций (например, проводные и беспроводные телефоны, пейджеры и факсы), анализируя их характеристические особенности. Как правило, для этого необходимо фильтровать информационное наполнение (скажем, из информации, предназначенной для беспроводного телефона, при этом удаляют все изображения, а для беспроводных соединений WML — преобразуют HTML в нужный язык разметки).

Рис. 1. Основные части и функции порталов

Пользовательский портал должен предоставлять средства коммуникации такие, как электронная почта, файловый обмен, различные виды конференц-связи, участие в телеконференциях и т.п. В образовательных порталах эти средства успешно используются при реализации связей "студент-преподаватель", "студент-деканат", "студент-студент". Особенно они необходимы при дистанционном обучении.

Дополнительно подразумевается наличие в порталах средств индикации изменений, происходящих в источнике используемой информации. В частности, необходимы средства постоянного контроля доступности ресурсов, расположенных на разных серверах в распределенной ИОС. В образовательном портале необходимо также иметь средства ведения каталога учебных ресурсов, специфического интерфейса авторов и редакторов учебных материалов, фиксируемых в каталоге.

Среда для корректного выполнения и взаимодействия всех сервисов портала обеспечивается ядром – сервером приложений (Application Server). В ядро системы интегрированы функции поддержки авторизации и персональной настройки сервисов портала. Логика работы всех сервисов портала реализуется на основе портлетов – специализированных программных модулей на языке Java (преимущество которого – многоплатформность). Портлетами могут являться как самостоятельные компоненты портала, реализующие конкретный сервис, так и интерфейсы (коннекторы) к интегрированным в портал приложениям и источникам данных. Портал может представлять собой мультиагентную систему, тогда функции управления порталом выполняют программные агенты.

В основе портала лежит концепция разделения внутренних и внешних функций системы по блокам и модулям. Любой запрос пользователя к порталу проходит через блок, ответственный за авторизацию, аутентификацию и персонализацию. Далее он поступает в блок маршрутизации, где определяется, с какими параметрами должен быть вызван соответствующий функциональный модуль (портлет). Портлет интерпретирует запрос пользователя и выполняет его, обращаясь к программным подсистемам, базам данных, внешним приложениям и другим источникам через DCOM, JDBC, API, CORBA, HTTP и т. д. Так как в качестве входных данных портлет использует информацию о клиенте и его правах доступа, работа происходит с учетом разделения прав доступа.

Результаты работы портлета представляют собой описание сведений на расширяемом языке разметки данных XML, которое передается блоку, ответственному за их предоставление. Последний форматирует результаты работы портлета с использованием XSL-трансформации на основе различных XSL-шаблонов с учетом персональных предпочтений и типа используемого им клиента: Web-браузер, карманный компьютер, мобильный телефон с поддержкой WAP или какое-либо другое устройство.

Каждый портлет помимо модуля, отвечающего за взаимодействие с пользователями, содержит также административную компоненту, которая позволяет администратору системы определять режимы работы, информационное наполнение и права доступа на работу с конкретным сервисом.

Физически различные портлеты могут выполняться на разных серверах в единой программной среде. Это позволяет балансировать нагрузку и обеспечить высокий уровень безопасности. "Открытые" сервисы портала, к защищенности которых не предъявляются высокие требования, выделяются в одну группу и размещаются на сервере, включенном в общую корпоративную сеть. Сервисы, которые нуждаются в большей защищенности от несанкционированного доступа, устанавливаются на выделенном сервере со специальными мерами безопасности на нем.

Аутентификация пользователей при входе в систему и их авторизация при доступе к различным ресурсам выполняется отдельными компонентами портала, служащими элементами системы безопасности. Аутентификация основывается на информации LDAP-сервера. Для обеспечения доступа через Web-интерфейс к корпоративной Интранет-сети может учитываться информация о правах доступа домена Windows NT.

Примером системы создания и поддержки порталов может служить система WebSphere Portal Server, предлагаемая корпорацией IBM. В IBM разработан также продукт под названием WebSphere Portal — Express Plus. Дополнительно к типичным функциям пакета WebSphere Portal Server, таким как индивидуальная настройка интерфейса, однократная регистрация для доступа к нескольким приложениям, единый механизм аутентификации и взаимодействия для всех компонентов портала, пакет WebSphere Portal-Express Plus поддерживает коллективное обсуждение вопросов (чат), виртуальные комнаты для семинаров, ведение архива различных материалов с возможностями обмена ими и совместной работы над документами.

Список литературы

1. Выпуски сборников научных статей "Интернет-порталы: содержание и технологии", подготовленные ГНИИ ИТТ "Информика" и публикуемые изд. "Просвещение".