Історичний аспект створення та використання комп'ютерних мереж у навчанні
Розглянемо історичний аспект створення комп’ютерних мереж, провідні ідеї, що були покладені в основу глобальної комп’ютерної мережі Інтернет та локальних комп’ютерних мереж, що надасть можливість встановити форми та методи використання мережних технологій у навчанні, визначити загальні тенденції розвитку мережних технологій в освіті.
Процес перетворення комп’ютерних мереж у засіб навчання був досить складним і тривалим. Отже, розробка методики навчання мережних технологій потребує, з одного боку, науково-історичної оцінки форм і видів комп’ютерних мереж на різних етапах розвитку, а з іншого боку – аналізу під певним кутом зору ролі комп’ютерних мереж у навчанні, а також перспектив їх використання.
Історичний підхід до вивчення шляхів і форм використання комп’ютерних мереж має велике значення для комплексної розробки проблеми дослідження. При цьому необхідно порівняти особливості розвитку теорії та практики застосування комп’ютерних мереж. У наш час для дидактики, педагогічної психології і методики знову стає серйозною проблемою реалізація принципу наочності. Чимало сил і часу викладачі витрачають на пошук та виготовлення наочних посібників. Використання комп’ютерних мереж повинно значно полегшити вибір, пошук та використання наочності різного виду.
Як наголошує професор Н.Г. Салміна, знаки і символи оточують людину. Потрібно навчитися розуміти й оперувати знаками різного роду. Навчання, трудова та професійна діяльність широко використовують знаки і символи та потребують розвитку семіотичної функції людини. Використання комп’ютерних мереж перш за все базується на оперуванні різного роду знаками та символами. Ця проблема також має бути розв’язана у контексті використання мережних технологій.
Аналіз практики вищих навчальних закладів показує, що на сьогодні відсутня цілісна методика професійно спрямованого викладання дисциплін, пов’язаних із вивченням комп’ютерних мереж та мережних технологій з урахуванням сучасного етапу розвитку інформатики.
За останнє десятиліття обчислювальна техніка і форми її використання набули значних змін. Цей процес викликаний як появою нової елементної бази, що дозволяє робити високошвидкісні та відносно дешеві персональні комп’ютери, так і зближенням обчислювальної техніки і техніки зв'язку. Така ситуація забезпечує можливість створення систем, в яких збереження, оброблення і передавання інформації пов’язані настільки тісно, що стає неможливим здійснити адекватний поділ на складові такої інтегрованої системи, як комп’ютерна мережа. Як це нерідко відбувається з напрямками, що виникають на стику різних галузей техніки, комп’ютерні мережі зазнають період інтенсивного розвитку як з погляду практичного застосування, так і в плані розробки теоретичних питань.
Динамічний розвиток цієї галузі техніки знайшов своє відображення й у зміні значення, вкладеного у поняття комп’ютерної мережі. У середині 60-х років, коли комп’ютерні мережі почали вперше згадуватися у науковій літературі, ця назва була пов'язана в основному з використанням обчислювальних машин (як правило, універсальних ЕОМ) як комутаційних вузлів у мережах цифрового передавання даних. У процесі включення в такі мережі як кінцевих пристроїв комп’ютерів, що здійснюють інформаційний обчислювальний сервіс, під комп’ютерними мережами почали розуміти весь комплекс технічних засобів, програмного забезпечення й організаційної структури, що забезпечує можливість спільної роботи всіх елементів системи та їх експлуатацію географічно розподіленими користувачами.
З розвитком комп’ютерних мереж змінювалася й мета, яку ставили перед собою розробники. Не виправдалися міркування про те, що головна перевага комп’ютерних мереж полягає у можливості перерозподілу і вирівнювання обчислювального навантаження між комп’ютерами, підключеними до мережі. У той же час можливість спеціалізації обчислювальних центрів і, як наслідок, поділ праці, що здавався спочатку несуттєвим побічним ефектом, виявився, принаймні на даний період часу, одним із найбільш значних результатів використання комп’ютерних мереж. Можливість спеціалізації обчислювальних центрів дуже важлива у процесі навчання, зокрема технічних дисциплін, пов’язаних з використанням комп’ютерної техніки, а саме комп’ютерних мереж. Це вимагає поділу навчальної комп’ютерної мережі на окремі класи, та використання класу як окремої лабораторії.
Незважаючи на невідповідність початкової мети і досягнутих результатів, функціонування комп'ютерних мереж довело їх технічну життєздатність, економічну доцільність і педагогічну перспективність. Уключення комп’ютерів у мережі дозволило суттєво підвищити ефективність їх використання у різних галузях промисловості та науки. Навчальним закладам це дало змогу поліпшити наукову та методичну співпрацю між окремими кафедрами, факультетами та навчальними закладами взагалі.
Проблема перенесення та сумісності програмного забезпечення, що є досить складним процесом у галузі масового застосування обчислювальної техніки, набула іншої форми – можливості доступу через комп’ютерну мережу до різних комп’ютерів і програм, а спеціалізація обчислювальних центрів призвела до підвищення продуктивності праці програмістів.
Така проблема також виникає та розв’язується у комп’ютерних методиках навчання. Існує багато видів та форм педагогічних програмних засобів, що ускладнює роботу педагога. Багато вчених висловлюють думки про необхідність стандартизації педагогічного програмного забезпечення. Це стосується їх зовнішнього вигляду, призначення, структури та змісту допомоги, вмонтованої у програмний засіб та ін.
Характерною властивістю створення й експлуатації комп’ютерних мереж є комплексність виникаючих проблем. Коло завдань, що підлягають розв’язанню, не обмежується тільки технічними задачами, а включає також організаційні, економічні, соціальні, педагогічні, юридичні, а інколи й політичні проблеми. Що стосується педагогічних проблем, то це перш за все проблеми використання комп’ютерних мереж у навчанні та дистанційній освіті.
Дослідженням та розробкою комп’ютерних мереж займалися у багатьох країнах, провідні вчені створювали власні стандарти та протоколи. Але лідерами в цих дослідженнях були СРСР та США.
Основні принципи побудови мереж ЕОМ у СРСР розроблені і викладені в працях В.М. Глушкова. Зокрема, ним уперше була висловлена ідея створення державної мережі обчислювальних центрів, обґрунтована доцільність її впровадження та розроблені методологічні і наукові основи її побудови. В.М. Глушков один із перших наголосив на необхідності використання комп’ютерних мереж як засобу навчання на всіх етапах: від дитячого садка до вищої школи.
Однією з перших у СРСР обчислювальних систем колективного користування, яка успішно функціонувала, була експериментальна обчислювальна мережа академічних інститутів АН Латвійської РСР, розроблена під керівництвом академіка Е.А. Якубайтиса в Інституті електроніки й обчислювальної техніки (м. Рига). Накопичений при її створенні досвід був успішно використаний при розробці проекту Академмережі, що була призначена для інформаційно-обчислювального та методичного обслуговування користувачів інститутів АН СРСР. До переліку інформаційно-обчислювальних мереж варто віднести мережу "Сирена" Міністерства цивільної авіації для автоматизованого бронювання місць на авіарейси.
Із середини 70-х років успішно функціонував обчислювальний центр колективного користування Сибірського відділення АН СРСР із розвиненою абонентською мережею, що надавала необхідні інформаційно-обчислювальні ресурси користувачам – науковим співробітникам інститутів АН СРСР. У Києві була введена в експлуатацію республіканська мережа обчислювальних центрів на базі обчислювальних центрів Держплану УРСР, центральної системи управління УРСР і Госснабу, пов'язаних між собою каналами зв'язку, які забезпечували оперативний обмін інформацією для розв’язування завдань планування та керування народним господарством республіки.
Таким чином, у СРСР було накопичений значний досвід для створення методики використання комп’ютерних мереж у навчанні.
Історія розробки комп’ютерних мереж у США починається з 1957 року. Поштовхом до цього став запуск Радянським Союзом першого штучного супутника Землі. Департамент оборони США створив Агентство дослідницьких проектів особливої складності – ARPA. Одним із напрямків роботи Агентства стало створення комп’ютерних технологій з військовою метою, особливо для зв’язку. Перед науковцями було поставлене завдання створити комп’ютерну мережу, яка може витримати ядерний удар СРСР.
Для виконання завдання була використана теорія Леонарда Кейнрока (висунута в 1961 році), яка ґрунтувалася на пакетній пересилці файлів. У 1962 році він запропонував концепцію, яка базується на двох основних ідеях:
• відсутність центрального комп’ютера – всі комп’ютери мережі рівноправні;
• пакетні засоби передачі файлів мережею.
Починаючи з 1962 року, доктор Ліклайдер керує дослідженнями ARPA з питань військового застосування комп’ютерних технологій. Для цієї мети він запропонував вивчати взаємодію вже існуючих державних комп’ютерів. Також ним була внесена пропозиція про залучення університетських учених, студентів та приватного сектора. Цього ж року працівник корпорації RAND Пол Баран на замовлення військово-повітряних сил зробив доповідь "On Distribution Communication", у якій були досліджені різні моделі комунікаційних систем та зроблені оцінки їх керованості та витривалості. У висновку доповіді вчений запропонував використовувати децентралізовану систему керування і зв’язку, яка продовжувала б функціонувати при виведенні з ладу великої частини системи.
Основним напрямком досліджень, які проводило ARPA, стали комп’ютерні мережі. Головна мета полягала у побудові мережі з рівноправних вузлів, кожний з яких мусить мати власні блоки прийому, оброблення та формування повідомлень, що повинно було забезпечити високу витривалість мережі. До дослідження були залучені понад 50 університетів, фірм, державних науково-технічних організацій.
У 1962 році Управління перспективних досліджень ARPA закінчило роботу над проектом, який, з одного боку, мав привести до створення каналів, що не піддаються руйнуванню, а з іншого – повинен був полегшити співробітництво між розрізненими у всіх штатах дослідницькими організаціями, університетами та інститутами.
Цей принцип має своє відображення і в мережних технологіях навчання. Під час навчання, організованого за допомогою комп’ютерної мережі, вихід з ладу однієї робочої станції не впливає на процес навчання всіх студентів. Кожен використовує педагогічне програмне забезпечення незалежно від своїх товаришів, наприклад, користується базами даних, методичними матеріалами та ін.
Перші експерименти з об’єднання віддалених вузлів були проведені вже у 1965 році, коли були з’єднані комп’ютери TX-2 Массачусецького технологічного інституту і Q-32 корпорації SDC (System Development Corporation) у Санта-Моніці.
У 1967 році на симпозіумі ACM (Association for Computer Machinery) був представлений план створення національної мережі з пересилкою пакетів. Невдовзі після симпозіуму Робертс (Lawrence G. Roberts) опублікував план побудови такої мережі – Arpanet (Advanced research Projects Agency NETwork), і вже у 1969 році міністерство оборони затвердило ARPANET як провідну організацію для дослідження в галузі комп’ютерних мереж. Першим вузлом нової мережі став UCLA – Центр випробування мережі. А незабаром до нього приєднались Стенфордський дослідницький інститут (SRI), UCSB – Culler-Friend Interactive Mathematics (університет Санта-Барбари) та університету Юти. Були виконані перші передавання знаків з одних машин на інші. З'явився перший RFC (Request for Comments) – "Host Software" С.Крокера. Цей (1967) рік можна вважати роком початку мережної революції.
Перша черга мережі була введена в дію 1971 року. У 1972 році на міжнародній конференції з комп’ютерів та зв’язку було продемонстровано взаємодію TIP (Terminal Interface Processor) з 40 машинами у мережі. В цьому ж році була створена група INWG (Internetworking Working Group) під головуванням професора Стенфордського університету Вінтона Кірфа (Vinton Cerf) для розробки адресації, необхідної для узгодження різних протоколів. Кірфом разом з групою аспірантів була розроблена група протоколів обміну, які пізніше перетворилися в TCP/IP. У цьому ж році з’явилася перша комерційна версія операційної мережної системи Unix. На даний момент протокол TCP/IP широко використовується у комп’ютерних мережах навчальних закладів. Він простий у користуванні та налагодженні, дає змогу без ускладнень реалізовувати методичний та науковий потенціал мережі Інтернет та локальної комп’ютерної мережі навчального закладу.
Після досить успішного використання військовими комп’ютерних мереж, їх почали активно впроваджувати науковці для організації обміну інформацією між університетами. З жовтня по грудень 1969 року чотири університети центру США – Каліфорнійський університет Лос-Анджелеса, Каліфорнійський університет Санта-Барбари, Стенфордський дослідницький інститут і Університет штату Юта були об’єднані в одну комп’ютерну мережу, що дозволило збільшити зусилля та прискорити роботу над розробкою мережних стандартів та протоколів, а також дозволило поліпшити обмін методичною та науковою літературою.
У грудні 1970 року група під керівництвом Крокера закінчила роботу над першою версією протоколу, який отримав назву Протокол керування мережею – NCP (Network Control Protocol). Протягом 1971 – 1972 років протокол NCP був реалізований на всіх комп’ютерах які входили до мережі Arpanet, і тільки тоді було створено середовище, в якому стало можливо використовувати прикладне програмне забезпечення. У цей же час була апробована перша електронна пошта.
Перша система обміну текстовими повідомленням була створена Дугом Енгельбартом з Стенфорду. Вся наступна робота над першою версією поштового клієнта продовжувалася півроку Реєм Томлінсоном. Він надав їй вигляду поштового конверта з грифом "куди", "кому" і самим текстом листа. Також для зручності автор запропонував розташувати на кожному комп’ютері віртуальну поштову скриньку. Однак знайомий нам вигляд електронна пошта набула тільки після серйозного доопрацювання програми Лоуренсом Робертсом. Робертс передбачив перегляд списку всіх листів, вибірковий перегляд потрібного повідомлення, збереження листа в окремому файлі, пересилку іншому адресату й можливість автоматичної підготовки відповіді. Після виникнення електронної пошти її почали активно використовувати для дистанційної освіти у багатьох навчальних закладах, як більш дешевий та швидкий засіб спілкування студентів та викладачів.
Перші міжнародні підключення до комп’ютерної мережі Arpanet були здійснені у 1973 році, коли до мережі приєдналися локальні мережі навчальних закладів різних країн: Англії, Норвегії, Франції, ФРН. У цьому ж році було розпочато використання супутникової лінії зв’язку з Гавайським університетом.
У 1975 році експериментальна програма експлуатації мережі була завершена і в травні того ж року проект було передано під пряме керівництво відділу передавання даних міністерства оборони США.
У цей час з’являється велика кількість різноманітних комп’ютерних мереж. Так, у 1977 році починає функціонувати мережа TheoryNet, розробником якої став Л. Ландвебер, професор Вісконсинського університету. Ця мережа об’єднувала більше 100 спеціалістів з обчислювальної техніки, використовувалась електронна пошта та Telnet. Відбулась демонстрація взаємодії Arpanet, PrNet (Packet Radio Net), Ethernet та SatNet (Satellite Network) на основі протоколів TCP/IP.
На початку 80-х років у практиці навчання з’являються перші важливі спроби використовувати у викладанні не тільки персональний комп’ютер, а й мережі персональних комп’ютерів. Такі спроби мали місце в багатьох країнах світу. Наприклад, у Бердянському державному педагогічному інституті під час навчання студентів використовувалися мережі комп’ютерів УКНЦ, Yamaha та інші.
У Західній Європі, незважаючи на окремі спроби розробки комп’ютерних мереж, їх розвиток було затриманий до початку 70-х років, коли було нагромаджено перший досвід використання мережі ARPA. Необхідно зауважити, що виникненню проектів національних комп'ютерних мереж передувала розробка двох міжнародних мереж – Європейської інформаційної мережі (EIN) та EuroNet. Домовленості про утворення Європейської комп’ютерної мережі були підписані 23 листопада 1971 року Італією, Францією, Югославією, Норвегією, Швейцарією, Швецією та Англією.
Проект передбачав розробку експериментальної мережі пакетної комутації з п’ятьма комутаційними вузлами. Завдання мережі були сформульовані таким чином:
• сприяти обміну ідеями між обчислювальними центрами, а також розробці координованої програми;
• забезпечити форму для дискусій і порівняння запропонованих схем національних мереж, а також сприяти розробці європейських стандартів обміну інформацією між комп'ютерами;
• створити потенційну модель для майбутніх мереж, які використовуватимуться як для комерційних, так і інших цілей, зменшити невідповідність між системами обробки інформації, які перебувають на стадії планування.
З 1989 року починається масове підключення до комп’ютерної мережі NSFNet різних країн світу. В першу чергу до комп’ютерної мережі Інтернет підключалися навчальні заклади. Україна була підключена до всесвітньої комп’ютерної мережі у 1993 році.
Розглянемо більш детально, в чому полягають переваги використання комп’ютерної мережі у навчанні. Навчання з використанням комп’ютерних мереж дає можливість викладачеві оперативно публікувати методичні матеріали. Студенти можуть разом виконувати один навчальний проект. Головними перевагами використання комп’ютерних мереж у навчанні є:
– гнучкість навчального процесу (незалежність від місцезнаходження учня, студента);
– легкість обслуговування й оновлення методичного матеріалу та навчальних комп’ютерних програм;
– можливість для співробітництва, яке є дуже необхідним при колективному навчанні.
Існують й інші переваги використання комп’ютерних мереж у навчанні. Це середовище, яке повністю відповідає вимогам повномасштабної системи навчання, що інтегрує в собі управління навчальним матеріалом, діяльністю студентів, розробкою інформаційного змісту (навчальний план, авторські матеріали), механізм доставки методичних матеріалів, довідників, словників, тестування та зворотній зв’язок, а також засоби для моніторингу та збору статистики роботи студентів.
У наступних дослідженнях будуть розглянуті такі питання:
1. проблеми моделювання логічної структури курсу "Комп’ютерні мережі";
2. розробка технології навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей, що має в основі використання програмування як методу навчання.
