ГОСТ Р 57721-2017 Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Эксперимент виртуальный. Общие положения. Information and communication technologies in education. Virtual experiment. General. УДК 006.034:004:946:006.354 ОКС 35.240.99. Редакция от 28.01.2023.
ГОСТ Р 57721-2017 Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Эксперимент виртуальный. Общие положения
ГОСТ Р 57721-2017 Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Эксперимент виртуальный. Общие положения. Information and communication technologies in education. Virtual experiment. General. УДК 006.034:004:946:006.354 ОКС 35.240.99. Редакция от 28.01.2023.
1 Область применения ГОСТ Р 57721-2017
Настоящий стандарт устанавливает общие положения применительно к лабораторным исследованиям и экспериментам, проводимым с использованием виртуальной среды или в режиме удаленного доступа. Настоящий стандарт предназначен преимущественно для образовательных организаций, реализующих образовательные программы с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий, в т. ч. с учетом функционирования в составе электронных информационно-образовательных сред образовательных организаций и возможности корпоративного использования и информационного обмена между различными системами и средами.
Настоящий стандарт может быть использован в научно-исследовательских организациях и на предприятиях, применяющих методологию виртуального эксперимента (ВЭ) в исследовательских целях и для подготовки персонала.
Общие положения настоящего стандарта гармонизированы с основополагающими требованиями национальных, межгосударственных и национальных стандартов в области применения информационных технологий в образовании.
Общие положения настоящего стандарта применимы для ВЭ, проводимых в образовательных организациях высшего, среднего профессионального, общего и дополнительного образования, в т. ч. с учетом индивидуальных потребностей и предпочтений обучающихся с ограниченными возможностями. Общие положения могут быть использованы на этапах проектирования, разработки, внедрения, сопровождения и добровольной сертификации виртуальных лабораторий и экспериментов.
К ВЭ, выполняемым в электронных образовательных средах, применимы общие требования к электронным образовательным ресурсам в соответствии ГОСТ Р 53620, а также требования по обеспечению индивидуальных потребностей и предпочтений обучающихся с ограниченными возможностями в соответствии с ГОСТ 33248, ГОСТ 33249, ГОСТ Р 55769.
Выполнение основных положений настоящего стандарта является важным условием обеспечения качества, открытости и доступности в образовательных организациях и российской системе образования в целом [из 1 Область применения ГОСТ Р 57721-2017]
2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57721-2017
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
- ГОСТ 15971 Системы обработки информации. Термины и определения
- ГОСТ 33248 (ISO/IEC 24751-2:2008) Информационная технология. Индивидуализированные адаптируемость и доступность в обучении, образовании и подготовке. Часть 2. Индивидуальные потребности и предпочтения при цифровой доставке по системе «доступ для всех»
- ГОСТ 33249 (ISO/IEC 24751-3:2008) Информационная технология. Индивидуализированные адаптируемость и доступность в обучении, образовании и подготовке. Часть 3. Описание электронных ресурсов по системе «доступ для всех»
- ГОСТ ISO/IEC 12785-2 Информационные технологии. Обучение, образование и подготовка. Упаковка контента. Часть 2. XML привязка
- ГОСТ Р 53620 Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Электронные образовательные ресурсы. Общие положения
- ГОСТ Р 55769 1(ИСО/МЭК 24751-1:2008) Информационная технология. Индивидуализированные адаптируемость и доступность в обучении, образовании и подготовке. Часть 1. Основы и эталонная модель
- ГОСТ Р ИСО 9241-151 Эргономика взаимодействия человек - система. Часть 151. Руководство по проектированию пользовательских интерфейсов сети Интернет
- ГОСТ Р ИСО/МЭК 2382-36 Информационные технологии. Словарь. Часть 36. Обучение, образование и подготовка
[из 2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57721-2017]
3 Термины и определения ГОСТ Р 57721-2017
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 15971, ГОСТ Р ИСО 9241-151, ГОСТ Р ИСО/МЭК 2382-36, а также следующие термины с соответствующими определениями:
Виртуальный эксперимент по ГОСТ Р 57721-2017
Эксперимент, основанный на технологиях мультимедиа, эмуляции, виртуализации и виртуальной реальности и др., способный полностью или частично заменить аналогичный традиционный натурный эксперимент [из 3.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуальная среда по ГОСТ Р 57721-2017
Форма имитационного моделирования, использующая средства визуализации для формирования наглядных копий моделируемых систем (объектов, процессов, явлений) [из 3.2 ГОСТ Р 57721-2017]
Удаленный доступ по ГОСТ Р 57721-2017
Использование вычислительной системы для удаленного управления другой системой в режиме реального времени.
Примечание - Примером удаленного доступа могут служить программные средства удаленного управления вычислительными системами, такие как Team viewer [из 3.4 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуальный стенд по ГОСТ Р 57721-2017
Лабораторный стенд, предназначенный для выполнения экспериментов в виртуальной среде [из 3.5 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуальная лаборатория по ГОСТ Р 57721-2017
Открытая сетевая экспериментальная среда, основанная на технологиях телекоммуникаций и виртуальной реальности, состоящая из виртуальных стендов [из 3.6 ГОСТ Р 57721-2017]
Эмуляция по ГОСТ Р 57721-2017
Комплекс программных, аппаратных средств или их сочетание, предназначенное для копирования функций одной вычислительной системы на другой, отличной от первой, вычислительной системе таким образом, чтобы эмулированное поведение как можно ближе соответствовало поведению оригинальной системы. Примечание - Целью эмуляции является максимально точное воспроизведение поведения в отличие от разных форм моделирования, в которых имитируется поведение некоторой абстрактной модели. Например, моделирование физического процесса или явления не является эмуляцией [из 3.7 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуализация по ГОСТ Р 57721-2017
Предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию друг от друга вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе. Примечание - Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких операционных систем на одном компьютере, при этом каждый из экземпляров таких гостевых операционных систем работает со своим набором логических ресурсов (процессорных, оперативной памяти, устройств хранения), предоставлением которых из общего пула, доступного на уровне оборудования, управляет хостовая операционная система - гипервизор. Также могут быть подвергнуты виртуализации сети передачи данных, сети хранения данных, платформенное и прикладное программное обеспечение и другие объекты [из 3.8 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуальная реальность по ГОСТ Р 57721-2017
Высокоразвитая форма виртуальной среды, обладающая высокой степенью достоверности визуализации, имитирующая как воздействие на изучаемый объект, так и реакции на это воздействие [из 3.9 ГОСТ Р 57721-2017]
Визуализация по ГОСТ Р 57721-2017
Совокупность методов и средств представления числовой информации или физического явления в виде, удобном для зрительного наблюдения и анализа, а также результат такого представления [из 3.11 ГОСТ Р 57721-2017]
Лаборатория удаленного доступа по ГОСТ Р 57721-2017
Лаборатория в реальном мире, к которой возможен удаленный доступ. Лаборатория удаленного доступа предоставляет обучаемым возможность выполнять эксперименты на физически удаленном оборудовании [из 3.13 ГОСТ Р 57721-2017]
Виртуальный тренажер по ГОСТ Р 57721-2017
Программно-аппаратный комплекс, предназначенный для формирования у обучающегося практико-ориентированных компетенций на основе виртуального эксперимента [из 3.14 ГОСТ Р 57721-2017]
4 Общие положения ГОСТ Р 57721-2017
4.1 Назначение виртуального эксперимента ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ предназначен для дополнения и (или) замены реального эксперимента в образовательном процессе в тех случаях, когда проведение последнего невозможно, небезопасно или экономически нецелесообразно [из 4.1.1 ГОСТ Р 57721-2017]
ВЭ позволяет получить удаленный доступ к лабораторной базе независимо от ее расположения или создать ее виртуальную копию, используя возможности современных информационно-коммуникационных технологий [из 4.1.2 ГОСТ Р 57721-2017]
ВЭ позволяет минимизировать риски и издержки, связанные с закупкой, транспортированием, хранением, эксплуатацией и утилизацией лабораторного оборудования и материалов. Выполнение экспериментов в виртуальной среде существенно снижает временные и финансовые затраты, повышая эффективность и качество образования [из 4.1.3 ГОСТ Р 57721-2017]
4.2 Классификация виртуальных экспериментов ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ классифицируются в зависимости от архитектуры виртуальной лаборатории (стенда), обеспечивающей их выполнение. Различают аппаратные, программно-аппаратные и программные виртуальные лаборатории и стенды:
- аппаратные - выполняются на реальном оборудовании с использованием технологии удаленного доступа, например коллективного пользования оборудованием лаборатории удаленного доступа;
- программно-аппаратные - выполняются на специализированных рабочих местах, например виртуальных тренажерах, и предназначены для развития практико-ориентированных компетенций по управлению сложными системами;
- программные - выполняются на компьютере и представляют собой специализированное программное обеспечение, которое может выполняться как непосредственно на компьютере пользователя, так и в облаке с доступом через веб-интерфейс или сеть Интернет.
[из 4.2.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Основные виды целевого назначения ВЭ определяются по уровням образования в соответствии с нормативными документами, регламентирующими образовательную деятельность [1]-[3]:
- дошкольное образование;
- начальное общее образование;
- основное общее образование;
- среднее общее образование;
- среднее профессиональное образование;
- высшее образование - бакалавриат;
- высшее образование - специалитет, магистратура;
- высшее образование - подготовка кадров высшей квалификации;
- дополнительное образование детей;
- дополнительное образование взрослых;
- дополнительное профессиональное образование.
[из 4.2.2 ГОСТ Р 57721-2017]
4.3 Обеспечение виртуального эксперимента ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ требует серьезной подготовки, поэтому имитационная система характеризуется наличием математического, программного, информационного, технического, эргономического и других видов обеспечения [4] [из 4.3.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Математическое обеспечение ВЭ включает в себя совокупность математических соотношений, описывающих поведение реального объекта, совокупность алгоритмов, обеспечивающих как подготовку, так и работу с моделью. Сюда могут быть отнесены алгоритмы: ввода исходных данных, имитации, вывода, обработки [из 4.3.2 ГОСТ Р 57721-2017]
Программное обеспечение по своему содержанию включает в себя совокупность программ: планирование эксперимента, имитационной модели, проведения эксперимента, обработки и интерпретации результатов. Кроме того, программное обеспечение имитационной системы должно обеспечивать синхронизацию процессов в модели, то есть необходим блок, организующий псевдопараллельное выполнение процессов в модели. Машинные эксперименты с имитационными моделями не могут проходить без хорошо разработанного и реализованного информационного обеспечения [из 4.3.3 ГОСТ Р 57721-2017]
Информационное обеспечение включает в себя средства и технологию организации и реорганизации базы данных моделирования, методы логической и физической организации массивов, формы документов, описывающих процесс моделирования и его результаты. Информационное обеспечение ВЭ является наименее разработанной частью, поскольку только в настоящее время наблюдается переход к созданию сложных имитационных моделей и разрабатывается методология их использования при анализе и синтезе сложных систем с использованием концепции баз данных и знаний [из 4.3.4 ГОСТ Р 57721-2017]
Техническое обеспечение ВЭ включает в себя средства вычислительной техники, связи и обмена между человеком и сетью ЭВМ, ввода и вывода информации, управления проведением эксперимента и формирования виртуальной среды. К техническому обеспечению предъявляются весьма серьезные требования по надежности функционирования, так как сбои и отказы технических средств, ошибки человека-экспериментатора при работе на ЭВМ могут резко увеличить время работы с имитационной моделью и даже привести к неверным конечным результатам [из 4.3.5 ГОСТ Р 57721-2017]
Эргономическое обеспечение имитационной системы представляет собой совокупность научных и прикладных методик и методов, а также нормативно-технических и организационно-методических требований, используемых на всех этапах взаимодействия человека-экспериментатора с инструментальными средствами. Эти требования, используемые на всех стадиях разработки и эксплуатации ВЭ и их элементов, предназначены для формирования и поддержания эргономического качества путем обоснования и выбора организационно-проектных решений, которые создают оптимальные условия для высокоэффективной деятельности человека во взаимодействии с моделирующим комплексом [из 4.3.6 ГОСТ Р 57721-2017]
Таким образом, выполнение ВЭ можно рассматривать как машинный аналог сложного реального процесса. Оно позволяет заменить эксперимент с реальным процессом функционирования системы экспериментом с математической моделью этого процесса в ЭВМ. В настоящее время имитационные эксперименты широко используют в практике проектирования сложных систем, когда реальный эксперимент невозможен [из 4.3.7 ГОСТ Р 57721-2017]
5 Эталонная модель виртуального эксперимента ГОСТ Р 57721-2017
Эталонная модель определяет общую структуру описания ВЭ и лабораторий, а также определяет взаимосвязи между ними. Кроме этого, она закладывает основы для стандартизации смежных областей. Структура эталонной модели приведена на рисунке 1. Она состоит из четырех основных частей:
- описание основ концепции;
- описание методов и средств обработки данных;
- описание приложений и сервисов;
- описание процедур управления и оценки.
[из 5.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Основы концепции включают различные профили требований совместимости к платформам и инструментам для ВЭ. Терминология задает единое семантическое поле, необходимое для эффективного управления платформой. Описание схемы данных определяет требования к передаче и обработке потоков данных для интеграции с другими системам [из 5.2 ГОСТ Р 57721-2017]
Описание приложений и сервисов определяет требования к интерфейсам информационнообучающих систем для повышения эффективности управления такими системами. Требования этой группы обеспечивают мобильность и интероперабельность сервисов на основе единого стандарта интерфейсов. Методические рекомендации формулируют требования к работе с платформой, форматам и интерфейсам данных, а также рекомендации по оцениванию результатов ВЭ. Спецификация сервисов описывает сервисы, реализуемые обучающей системой, для последующего управления этими сервисами. Реестр и указатель сервисов необходимы для создания веб-ориентированной сервисной архитектуры платформы и для поиска сервисов, соответствующих требованиям стандартов ВЭ.
Рисунок 1 - Эталонная модель виртуального эксперимента
[из 5.3 ГОСТ Р 57721-2017]
Описание методов и средств обработки данных образует ядро концепции, определяя схему и элементы метаданных для описания платформы ВЭ и ее компонентов. Схема метаданных создает поле для описания и классификации компонентов, обеспечивая возможность импорта и экспорта ресурсов ВЭ. Спецификации описания и инкапсуляции компонентов предназначены для поиска, управления и движения компонентов между различными платформами. Таким образом, создается стандартизованный способ упаковки ресурсов, благодаря которому обеспечивается мобильность систем ВЭ. Для этого могут быть использованы, например, спецификации метаданных LOM и упаковки контента согласно ГОСТ Р ISO/IEC 12785-2 [из 5.4 ГОСТ Р 57721-2017]
Описание процедур управления и оценки предназначено для определения требований к единому способу управления и контроля ВЭ, помогая обучающемуся успешно завершить его, реагируя на действия обучающегося и предлагая соответствующую обратную связь [из 5.5 ГОСТ Р 57721-2017]
Приложение А (справочное) - Лучшие практики применения виртуальных экспериментов ГОСТ Р 57721-2017
Рисунок A.1 - Виртуальный эксперимент по маршрутизации в информационно-телекоммуникационных сетях [5]
Рисунок А.2 - Виртуальный тренажер по отработке навыков по предотвращению и локализации аварийных ситуаций на химическом производстве (на примере установки синтеза монометиланилина) [6]
Рисунок A.3 - Виртуальный тренажер для обучения оператора химического производства [6]
Рисунок A.4 - Платформа для проведения виртуальных экспериментов в области электротехники
[из Приложение А (справочное) - Лучшие практики применения виртуальных экспериментов ГОСТ Р 57721-2017]
Библиография ГОСТ Р 57721-2017
[1] Федеральный закон от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЭ «Об образовании в Российской Федерации»
[2] Федеральный закон от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»
[3] Федеральный закон от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЭ «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию»
[4] Соловов А.В. Электронное обучение: проблематика, дидактика, технология. - Самара: «Новая техника». 2006. - 464 с.: ил. - 1000 экз. - ISBN 978-5-88940-086-8
[5] Сосенушкин С.Е., Назаров Д.Т. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Моделирование компьютерных сетей: лабораторный практикум. - М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». 2012. - 85 с. - 200 экз.
[6] Немтинов В.А. и др. Прототип виртуальной модели учебно-материальных ресурсов университета химико-технологического профиля: монография. - М-во обр. и науки РФ, ФГБОУ ВПО «Тамб. гос. техн. ун-т». Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р Державина. 2012. - 436 с. - 500 экз. - ISBN 978-5-89016-844-3
[из Библиография ГОСТ Р 57721-2017]
