Дистанционная подготовка биотехнологов: элементы виртуальной образовательной среды

ДИСТАНЦИОННАЯ 
ПОДГОТОВКА 
БИОТЕХНОЛОГОВ

ЭЛЕМЕНТЫ ВИРТУАЛЬНОЙ 
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ

Москва, 2014

С. В. Калёнов, В. И. Панфилов, А. Е. Кузнецов

Учебное пособие

УДК 681.142.2
ББК 32.97
 
К17

Рецензенты:
Чернышенко С. В., к.ф.-м.н., д.б.н., проф. каф. компьтерных техноло
гий, проф. фак-та информатики Университета Кобленц-Ландау, 
Германия.

Емельянов В. М., д.т.н., профессор, засл. деятель науки РТ, засл. дея
тель науки РФ, зам. директора Института пищевых производств и 
биотехнологии Казанского национального исследовательского технологического университета, зав. кафедрой химической кибернетики 
КНИТУ.

Калёнов С. В., Панфилов В. И., Кузнецов А. Е. 

К17
Дистанционная подготовка биотехнологов: элементы виртуальной образовательной среды. / под редакцией Чирковой Р. Г. – М.: ДМК Пресс, 
2014. – 94 с. : ил.

ISBN 978-5-97060-149-5

В пособии представлен вариант создания интерактивного многоуровнево
го дистанционного курса и лаборатории с удаленным доступом для студентов-биотехнологов.

Практический подход ориентирован на минимальную подготовку в об
ласти информационных технологий. Пошаговые инструкции по созданию 
элементов и организации курса в системе дистанционного обучения и управления учебным процессом Moodle 2.6 сопровождаются иллюстрациями и 
необходимыми пояснениями, компактно описан процесс подготовки материалов курса для последующего размещения на сервере.

Особое внимание уделено созданию виртуальных и дистанционных лабора
торий на базе инструментария системы LabVIEW, изучение которой доступно непрофессионалам в области программирования. На простых примерах 
демонстрируются принципы программирования и возможности LabVIEW, 
кратко описывается аппаратно-программная реализация более сложной системы – лабораторного биореактора с удаленным доступом.

Пособие предназначено для студентов, специализирующихся в области 

биотехнологии, аспирантов, преподавателей и научных работников, интересующихся автоматизацией эксперимента и системами дистанционного обучения, может быть полезно более широкому кругу читателей.

Подготовка и издание пособия профинансированы в рамках проекта 

«Реформа высшего образования по биотехнологии: разработка и усовершенствование стандартов и учебных планов по подготовке бакалавров и магистров» по образовательной программе Евросоюза Темпус.

© Калёнов С. В., Панфилов В. И.,  
    Кузнецов А. Е., 2014

ISBN 978-5-97060-149-5
      © Оформление, ДМК Пресс, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Сокращения, принятые в тексте ................................................. 4
Введение ......................................................................................... 7
1. Системы дистанционного обучения: а есть ли выбор? ..... 10
2. Практический подход к созданию курсов с помощью СДО .....13

2.1. Создание учетной записи пользователя, редактирование профиля, 
первое знакомство с интерфейсом .........................................................................15

2.2. Создание нового курса, его настройки и интерфейс .................................... 20

2.2.1. Режим редактирования курса ................................................................ 23

2.3. Предварительная подготовка материалов курса: структура, 
содержание, оформление .........................................................................................31

2.3.1. Набор формул в формате TeX ................................................................. 32
2.3.2. Подготовка рисунков и схем .................................................................. 34
2.3.3. Подготовка видео .................................................................................... 35
2.3.4. Подготовка вопросов .............................................................................. 35
2.3.5. Выкладка материалов лекции в Moodle ................................................37
2.3.6. Создание глоссария терминов, внешних ссылок на словари ............ 46
2.3.7. Веб-страницы ............................................................................................47
2.3.8. Форум и чат .............................................................................................. 48
2.3.9. Вебинар, видеоконференция ................................................................. 49
2.3.10. Задание .................................................................................................. 50
2.3.11. Особенности элемента «Тест» ............................................................... 52
2.3.12. Импорт/экспорт вопросов ................................................................... 55

2.4. Организация образовательного процесса ..................................................... 56
3. Дистанционные практические работы и виртуальные 
лаборатории .................................................................................. 60

3.1. Графическое программирование, виртуальные инструменты LabView ..... 62

3.1.1. Принципы программирования и возможности LabVIEW ................... 63

3.2. Лабораторный биореактор с системой удаленного доступа, как часть 
дистанционного практикума .................................................................................... 70

3.2.1. Возможности лабораторного комплекса ...............................................71
3.2.2. Оборудование и аппаратно-программное обеспечение ................... 73
Приложение ................................................................................... 81
Литература ..................................................................................... 92

СОКРАЩЕНИЯ, 
принятые в тексте

E-learning – электронное обучение;
ДО      – дистанционное обучение/образование;
СДО   – система дистанционного обучения;
Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Enviroment), 
в русском варианте – Моодус (Модульная Объектно-Ориентированная Динамическая Учебная Среда/Система);
Темпус (Tempus) – программа Европейского Союза, направленная на содействие развитию систем высшего обра-
зования, основная задача – расширение сотрудничества 
в области высшего образования между Европейским Союзом и странами-партнерами в контексте реализации 
Лиссабонской стратегии и Болонского процесса;
LMS – Learning Management System (система управления обучением);
LTI (Learning Tool Interoperability ) – стандарт взаимодействия, 
обмена данными между системами обучения, приложениями;
SaaS (Software As A Service – программное обеспечение как 
услуга) – аренда приложений, модель предоставления 
приложений на основе веб-доступа, при которой программное обеспечение размещается и обновляется на 
стороне провайдера без установки на пользовательских 
компьютерах;
HTML (HyperText Markup Language) – язык гипертекстовой 
разметки, используется для организации структуры 
веб-страниц, HTML5 – новая версия и новая платформа 
с улучшенной поддержкой мультимедиа-технологий;
CSS (Cascading Style Sheets) – каскадные таблицы стилей, используются для оформления, описания стилей HTMLстраниц, CSS3 – новая версия с расширенными возможностями в том числе в области анимации;

PDF (Portable Document Format) – формат файлов, разработанный Adobe Systems, используется в полиграфии для качественного воспроизведения документов;
RSS – (Really Simple Syndication – очень простой обмен новостями) лента – система анонсирования новостей;
TeX – язык разметки для единообразного представления документов, используется также для набора формул;
ОПБП – Основы Проектирования и оборудование предприятий Биотехнологической Промышленности;
PHP (Personal Home Page Tools) – специальный язык программирования для веб-приложений;
GIFT-формат – текстовый формат, применяемый для импорта/экспорта вопросов;
Flash (флеш) – специальная технология для анимирования и 
управления изображениями, флеш-файл – воспроизводится в проигрывателе Flash Player, предназначен для 
хранения векторной графики и интерактивной анимации, может содержать звук;
ЦЕРН (CERN) – Европейский центр ядерных исследований;
MAX  – (Measurement & Automation Explorer);
ПО     – программное обеспечение;
ВИ     – виртуальный инструмент;
ВП     – виртуальный прибор;
IP-адрес – уникальный идентификатор компьютера в сети;
LVRTE (LabVIEW Run-Time Engine) – свободно распространяемый компонент, позволяющая выполнять приложения 
LabVIEW без запуска основной системы;
IMAQ Vision – библиотека обработки и анализа изображений;
IMAQ-модуль – плата ввода и обработки видеоинформации;
DLL (Dynamic Link Library) – динамически подключаемая библиотека, библиотека функций;
АЦП    – аналого-цифровое преобразование;
ЦАП    – цифро-аналоговое преобразование;
СУБД – система управления базами данных;
БД       – база данных;

Сокращения, принятые в тексте

Дистанционная подготовка биотехнологов

SQL (Structured Query Language) – язык запросов, применяемый для управления содержимым базы данных;
PL/SQL (Procedural Language/Structured Query Language) – 
процедурное расширение SQL;
НТД   – научно-техническая документация.

ВВЕДЕНИЕ

Стремление объединить наработки в сфере науки и образования с новейшими информационными технологиями вызвано 
желанием сформировать в РФ открытое образовательное пространство и потребностями отечественной промышленности 
в переходе на новые системы управления качеством продукции и производством в целом.
Меняющиеся концепции образования приводят к новым 
формам обучения, зачастую экспериментальным, но доказывающим свое право на существование в практической реализации. Непрерывное образование и открытое образовательное пространство стали новыми трендами в мировой системе 
образования, жизнеспособность которых невозможна без современных электронных образовательных технологий, обозначаемых общим термином «e-learning».
Возрастающий в мире интерес к дистанционному образованию/обучению (ДО) в полной мере подготовлен развитием 
сетей телекоммуникаций и современных информационных 
технологий. Внедрение сетевой технологии дистанционного 
обучения дополняет существующую очную систему и вытесняет формы заочного обучения, практиковавшиеся ранее и 
обоснованно вызывавшие опасения относительно качества 
получаемого образования. Интерактивная сетевая технология ДО не убирает недостатки, связанные с обучением практическим навыкам во многих специализациях, но существенно 
минимизирует их, практически полностью устраняя другие 
проблемы заочного обучения.
Преимуществами дистанционной формы обучения, которые стараются реализовать, принято считать доступность 
информации, модульность, высокую степень интерактивности, возможность самоконтроля, усиление мотивации, высокую наглядность изложения, развитие в процессе обучения, 
отсутствие «боязни ошибок», выбор личной образовательной 
траектории и возможность прохождения материала в индивидуальном темпе, без отрыва от работы при минимальных 
затратах на обучение.

Введение
8

К сожалению, на практике дистанционные курсы, разрабатываемые преподавателями, в массе своей представляют 
лишь выкладки того или иного лекционного материала и никак не отображают разнообразные возможности, которые 
предоставляют современные системы ДО. Интеллектуальное же, а не формально-описательное построение курса ДО 
включает не только иллюстрированные лекции, но и систему 
тематических тестов, семинаров, контрольных работ, позволяет учащемуся самостоятельно прорабатывать изучаемый 
материал от простого к сложному на различных уровнях обучения, каждый из которых должен фиксировать учащегося на 
доступном для восприятия материале, выявляет недостатки в 
усвоении материала и предоставляет вспомогательный материал, помогающий усвоить содержимое. На базе таких «продвинутых» курсов могут быть организованы тренинги, тесты 
для самоконтроля, практические занятия в форме виртуальных, удаленных лабораторий, итоговый контроль, мониторинг, обобщение и оценка учебной деятельности как студента, 
так и преподавателя. Усвоению материала на разных уровнях 
обучения могут способствовать интерактивные онлайн-лекции 
с применением мультимедийных комплексов, виртуальных, 
удаленных лабораторий, процесс «живого» общения с преподавателем в условиях видеоконференции и интерактивной среды. 
Все это предоставляет студенту не только заочной, но и очной 
форм обучения дополнительные инструменты для усвоения материала изучаемых курсов и развития практических навыков, 
помогает студентам восполнить пробелы в знаниях, углубленно изучить материал, дополнительно проконсультироваться 
с преподавателем. Система дистанционного обучения (СДО) 
позволяет создать условия для формирования соответствующих компетенций, а также проводить комплексную проверку 
их сформированности.
Однако построение таких интеллектуальных дистанционных курсов требует от преподавателя некоторой базовой подготовки и весьма трудоемкой кропотливой подготовительной 
работы. Вместе с тем, современные системы дистанционного 
обучения вполне дружественны широкому кругу пользователей и не требуют от них специальной профессиональной подготовки. Возможностям и практической реализации элементов дистанционной формы обучения на примере подготовки 

Введение

студентов-биотехнологов силами типичного преподавателя 
высшей школы и посвящено настоящее учебное пособие.
Основное внимание уделяется использованию платформы 
Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Enviroment) – сертифицированной LTI (Learning Tool Interoperability) 
среде, объединяющей в себе систему управления содержимым сайта, систему управления обучением и виртуальную 
образовательную среду. Преимуществом системы является 
модульность, открытость кода, бесплатное распространение 
и постоянное развитие. Система обеспечивает разнообразные способы представления учебного материала, проверки 
знаний и контроля успеваемости.
Подготовка и издание пособия профинансированы в рамках проекта 511426 «Реформа высшего образования по биотехнологии: разработка и усовершенствование стандартов 
и учебных планов по подготовке бакалавров и магистров» по 
образовательной программе Евросоюза Темпус.

СИСТЕМЫ 
ДИСТАНЦИОННОГО 
ОБУЧЕНИЯ: 
А ЕСТЬ ЛИ ВЫБОР?

Впервые изучая обзоры систем дистанционного обучения 
(ДО), будущие преподаватели курса ДО сталкиваются с массой информации маркетингового характера, разобраться в 
которой становится практически невозможно: фирмы активно продвигают свои продукты, устраивая агрессивные рекламные компании и демонстрируя преимущества собственных разработок. Кажущаяся обещанная »легкость в освоении 
и установке» оборачивается иногда потраченным временем, 
средствами и переходами с одной платформы ДО на другую 
и т. д.
В процессе выбора системы ДО участвуют несколько сторон. Кроме фирмы-поставщика коммерческого продукта и 
потенциальных преподавателей в этом мероприятии принимает участие руководство компании, ВУЗа, отдел информационных технологий (IT-отдел) учреждения. Руководство обычно 
зависит от различного рода планов и целевых программ с четко определенным бюджетом и рекомендациями по его использованию. IT-отдел помимо будущего бюджета должен иметь 
штат сотрудников с высокой квалификацией, аппаратно-программное обеспечение, соответствующее выбранной платформе ДО, и канал связи с хорошей пропускной способностью. Преподаватели, посещающие конференции различных 
фирм-поставщиков, также имеющие собственное мнение, 
начинают разрабатывать курсы на разнотипных системах, 
которые затем трудно объединить и поддерживать.

Системы дистанционного обучения: а есть ли выбор?

Некоторые учреждения при запуске дистанционных проектов пытаются поддерживать одновременно несколько 
платформ ДО или арендовать их по SaaS-модели (Software 
As A Service – программное обеспечение как услуга), что дает 
некоторый отбор необходимой в каждом конкретном случае 
платформы, но такие подходы также имеют ряд недостатков. 
В первом варианте к недостаткам можно отнести распыление 
ресурсов и необоснованные трудозатраты, во втором – трудности самостоятельного администрирования, изменения компонентов платформы.
Чаще всего при выборе платформы ДО, помимо ее возможностей и устойчивости при эксплуатации, в конкретном применении ориентируются на распространенность, анализ 
рынка, перспективность. При современном развитии технологий по этим показателям выделяют три платформы ДО: 
LMS (Learning Management System – система управления обучением) Blackboard Learn, Moodle и Sakai.
Blackboard Learn – коммерческая система с закрытым исходным кодом, которую используют по разным данным около 
10 000 учреждений в полусотне стран мира, занимает около 
40% мирового рынка электронного обучения.
Moodle – система с открытым исходным кодом, мультиплатформенна (функционирует в разных операционных системах), 
использует PHP (специальный скриптовый язык программирования, применяемый в веб-приложениях) и SQL-базу данных 
(специфически организованная структура с возможностью выборки данных по запросу пользователя). Гибкая модульная архитектура системы позволяет последовательно расширять ее 
функциональные возможности. Текущая статистика показывает о доле этой платформы в более чем 50% рынка электронного 
обучения, приблизительно 64 тысячах сайтов с этой системой 
и примерно 70 миллионах пользователей в 235 странах.
Sakai – система с открытым исходным кодом, использует Java-технологию (специальный язык программирования, 
применяемый в веб-приложениях), которая считается более 
универсальной и защищенной чем PHP, также мультиплатформенна. Занимает около 1% рынка электронного обучения, 
считается до сих пор недооцененной по своим возможностям. 
В ее пользу и дальнейшую экспансию говорит использование 
Sakai в Кембридже и Йельском университете.

Системы дистанционного обучения: а есть ли выбор?
12

Если Sakai выделяют за продуманную технологию и перспективы дальнейшего развития, то Moodle завоевал свои позиции в мире, помимо прочих достоинств, своей философией 
педагогики социального конструкционизма – организационной составляющей практически всех элементов системы, 
обеспечивающей взаимодействие между преподавателем и 
обучающимися.
Наряду со статистикой в пользу системы Moodle и вообще 
систем с открытым кодом добавляется наличие отзывчивого сообщества разработчиков и пользователей, которые при 
большом количестве одинаковых систем быстро выявляют и 
исправляют ошибки, являясь своеобразной техподдержкой.
Если сравнить коммерческую Blackboard со свободно распространяемой Moodle по нарастанию версий, то можно 
удивится насколько быстро происходит обмен идеями и их 
внедрение в программные продукты – разработчики начинают говорить о достижении порога развития систем ДО и отсутствии альтернатив. Несколько улучшенный интерфейс и 
некоторые концепции в коммерческом продукте привлекают 
внимание, но не делают погоды. Имея те же функциональные 
возможности, что и свободно распространяемая, коммерческая система дорого стоит, требует платного продления подписки и имеет массу нюансов платного сопровождения.
Выбор системы с открытым исходным кодом имеет только 
два существенных недостатка: первый – установку и локальное сопровождение должны осуществлять IT-профессионалы, 
второй – обучение преподавателей становится в определенной мере задачей самих преподавателей. В последнем аспекте 
призвано помочь настоящее пособие.

⇒ Небольшой экскурс в сравнение доминирующих систем ДО можно продолжить расширенными обзорами, 
приведенными в литературе [1–3]. Результаты сравнения по многим параметрам выводят Moodle на первое 
место среди самых разнообразных систем ДО.

Большинство литературы, посвященной созданию курсов в 
СДО, ориентировано на очень «продвинутых» пользователей, 
а на самом деле – на уровень веб-дизайнера и программиста, которые знают, что скрывается за объектами, ресурсами 
СДО. Поэтому во многих, если не во всех, пособиях авторы 
действуют с вершины своего практического опыта, описывая 
максимальное количество параметров, вводя множество малопонятных терминов, что моментально отпугивает потенциальных преподавателей ДО. Рассматриваются отдельные 
элементы курса, не приводится их взаимосвязь и структура 
излагаемого материала, совершенно не уделяется внимание 
процессу подготовки материала для выкладки на сервер.
В настоящем пособии решено отойти от подобного формального подхода. Опыт изучения и обучения языкам программирования подсказывает, что наилучшие учебники в данных 
областях сплошь ориентируются на пошаговые примеры, которые излагаются последовательно «от простого к сложному» и 
понятны начинающему. Пользователь должен видеть результат деятельности от произведенных манипуляций, который 
также схематически необходимо привести в издании.
Освоение методологии и инструментария Moodle, как и других СДО, широким кругом преподавателей возможно при рассмотрении минимального шаблона курса, затрагивающего 
основные ресурсы и настройки – постепенно приобретаются 
практические навыки, становится понятным интерфейс, ухо
ПРАКТИЧЕСКИЙ 
ПОДХОД 
К СОЗДАНИЮ 
КУРСОВ 
С ПОМОЩЬЮ СДО

Практический подход к созданию курсов с помощью СДО
14

дит пугающая на первых порах неопределенность в применении ресурсов в связи с логической структурой курса.
Шаблон курса, принятый за основу в настоящем пособии 
(схема 1) включает достаточно элементов для реализации интерактивного подхода к обучению, основным звеном его является элемент «Лекция», с помощью которого реализуется 
многоуровневый нелинейный подход к обучению. С помощью 
«Лекции» реализуется разветвленная структура, индивидуальный маршрут обучения студента, успехи которого наглядно преподносятся преподавателю. И, конечно, приведенный 
на схеме 1 шаблон – пример, минимальная основа для дальнейшего развития с помощью фантазии преподавателя, конструирующего собственный курс ДО.

Раздел 1 

Разделы 2, 3, … 

Лекция 1 
Секция 1:

Текст, схемы, видео

Кластер вопросов 1

Текст, схемы, видео

Вопрос(ы) итоговый(е) секции 1 

Секция 2:

… 
Лекция 2 

…

Дополнительные материалы

Хор. ответ(ы) 
Неуд. ответ(ы) 

Углубленный 
материал 

Подробное 
объяснение 

Новости

Консультации

Глоссарий

Опросы

Задания

Итоговое задание 
Журнал оценок 

Типы вопросов:
На соответствие
Вычисляемый

Множественный
Короткий ответ

Вложенные ответы

Эссе

Схема 1. Шаблон курса ДО