Інформаційна технологія моніторингу організації учбового процесу вищого навчального закладу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ МОНІТОРИНГУ ОРГАНІЗАЦІЇ УЧБОВОГО ПРОЦЕСУ ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ

Спеціальність: Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Сєркова Любов Едуардівна

Черкаси, 2006 рік



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Необхідність ефективної організації учбового процесу у вищих навчальних закладах (ВНЗ) висуває невідкладні проблеми його комп'ютеризації, впровадження сучасних інформаційних технологій, формування на їх основі якісно нових стратегій. Вплив Болонського процесу на освіту в Україні потребує вирішення важливих завдань забезпечення стабільної роботи вищих закладів освіти і розвитку нових освітніх програм у рамках існуючої системи управління вищими навчальними закладами. Для забезпечення ефективного функціонування вищих закладів освіти на Україні в цих умовах необхідно реорганізувати систему управління освітою.

Відповідно до національної програми "Освіта України ХХІ сторіччя" передбачено забезпечення розвитку освіти в країні на основі нових прогресивних концепцій, запровадження у навчально-виховний процес новітніх інформаційних технологій та науково-методичних досягнень.

Одним з напрямків реалізації даної програми є розробка та впровадження систем управління вищими навчальними закладами з використанням комп'ютерної техніки, що дасть змогу підвищити якість та оперативність рішення завдань, які виникають у системі управління ВНЗ.

Використання традиційних методів організації учбового процесу не може забезпечити підвищення ефективності управління ВНЗ, тому особливої цінності набувають інформаційні технології моніторингу організації учбового процесу.

Із вищевикладеного випливає, що задача побудови ефективних систем управління вищими навчальними закладами обумовила актуальність наукових досліджень і розробок, яким присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано на кафедрі комп'ютерних технологій Черкаського державного технологічного університету (ЧДТУ) відповідно до плану науково-дослідної роботи за темою "Еволюційні моделі, методи та засоби підтримки прийняття рішень при створенні віртуальних підприємств" №141-03, державна реєстрація №0103U003686.

Мета дисертаційної роботи полягає в підвищенні ефективності і якості навчання студентів за рахунок розробки і впровадження нових, орієнтованих на моніторинг організації учбового процесу, моделей і засобів інформаційної технології управління ВНЗ. Завданнями даного дослідження є:

- аналіз предметної області та існуючих автоматизованих систем управління ВНЗ;

- побудова ієрархічної моделі цілей ВНЗ;

- розробка та формалізація інформаційної моделі ВНЗ;

- розробка дворівневої моделі моніторингу організації учбового процесу;

- застосування методів координації управлінських рішень у дворівневій системі організації учбового процесу на рівні деканату та кафедр;

- розробка раціональної технології створення інформаційного ресурсу в процесі автоматизованого моніторингу системи управління учбовим процесом;

- розробка програмного забезпечення автоматизованої системи моніторингу організації учбового процесу.

Об'єктом дослідження в рамках цієї роботи є організація учбового процесу ВНЗ. Предметом дослідження є інформаційна технологія моніторингу організації учбового процесу вищого навчального закладу.

Методи дослідження ґрунтуються на використанні: теорії систем, теорії моделювання, системотехніки, методів системного аналізу, теорії графів, теорії алгоритмів, методів координації.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

- досліджено та розвинене ієрархічну модель цілей ВНЗ, що дає змогу акцентувати увагу на найважливіших проблемах розвитку вищого навчального закладу;

- запропоновано нове представлення інформаційної моделі управління вищим навчальним закладом та формалізацію взаємодії в цій моделі, що забезпечує раціональну структуризацію процесів організації учбового процесу з виділенням функції автоматизованого моніторингу;

- вперше розроблено дворівневу модель моніторингу організації учбового процесу, що дозволяє побудувати як алгоритми розв'язку функціональних задач на різних рівнях ієрархічної системи управління, так і вирішити проблеми міжрівневої координації;

- вперше застосовано методи координації формування управлінських рішень в дворівневій системі організації учбового процесу на рівні деканату та кафедр, що дозволяє створити раціональну технологію моніторингу організації учбового процесу ВНЗ.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що:

- розроблено раціональну технологію створення інформаційного ресурсу, яка забезпечує автоматизований моніторинг організації учбового процесу, що дозволяє підвищити ефективність управління ВНЗ;

- розроблені автором методи та засоби автоматизованого моніторингу організації учбового процесу сприяють формуванню методологічних засад підвищення ефективності управління ВНЗ;

- розроблено програмне забезпечення автоматизованого моніторингу організації учбового процесу, що забезпечує практичний інструментарій програмно-цільового підходу у заданій предметній області, який дозволяє мінімізувати час взаємодії деканату з кафедрами.

Отримані в ході виконання дисертаційної роботи результати знайшли застосування в теорії та практиці створення автоматизованих інформаційних систем моніторингу організації учбового процесу в Черкаському державному технологічному університеті, Київському національному університеті технологій та дизайну та Київському національному економічному університеті, що підтверджено відповідними актами. Наукові положення, висновки, пропозиції та рекомендації, викладені в дисертації, статтях та інших публікаціях, використовуються в учбовому процесі при підготовці спеціалістів в галузі розробки й експлуатації автоматизованих систем управління і систем обробки інформації.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі існуючих і розробці нових методів, моделей та програмних засобів підвищення ефективності управління учбовим процесом. В роботах, що опубліковані в співавторстві, здобувачу належать: в роботі є підхід до проектування автоматизованої інформаційної системи управління ВНЗ, а також шляхи та технології реалізації, в роботі є розробка структурної схема контролю учбового процесу деканатом, функціональна схема інформаційної системи, блок-схема алгоритму рішення задачі контролю учбового процесу деканатом, в роботі є розробка інформаційної моделі управління ВНЗ і математична формалізація цієї моделі, в роботі є розробка моделі, що дозволяє формалізовано описати дворівневу ієрархічну систему організації учбового процесу, в роботі є розробка методів структурного опису складних систем, в роботі є технологія створення автоматизованої системи управління навчальним процесом, в роботі є інформаційна технологія моніторингу організації навчального процесу, в роботі є засоби підвищення ефективності процесів створення автоматизованих інформаційних систем управління, в роботі є розробка функціональної структури ВНЗ, в роботі є застосування методів координації в багаторівневій системі управління ВНЗ, в роботі є основні методи застосування CASE-технології в управлінні ВНЗ.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і отримали позитивну оцінку на таких науково-технічних конференціях і семінарах:

- "Наука і освіта'1999", Дніпропетровськ, 1999;

- "Роль комп'ютеризації учбового процесу в підготовці фахівців", Івано-Франківськ, 2000;

- "Автоматика-2000", Львів, 2000;

- "Наука і освіта'2000", Дніпропетровськ, 2000;

- "Наука і освіта'2001", Дніпропетровськ, 2001;

- "ІТОН-2002", Черкаси, 2002;

- "ХІІІ наукова сесія наукового товариства ім. Т. Шевченка", Черкаси, 2002;

- "Міжнародна науково-практична конференція", Київ, 2003;

- "Динаміка наукових досліджень", Дніпропетровськ, 2003.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 друкованих праць: статей у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України - 7, матеріалів конференцій - 9.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (129 найменувань) та додатків. Робота містить 120 сторінок основного тексту, що ілюстрований 17 рисунками та 38 таблицями.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, показана необхідність розробки інформаційної технології моніторингу організації учбового процесу, представлено перелік отриманих у дисертації результатів, розкрито їх новизну та практичне значення. Подано відомості про апробацію і впровадження результатів дисертації.

У першому розділі проводиться аналіз сучасного стану робіт в галузі створення автоматизованих систем управління ВНЗ. На основі проведеного аналізу існуючих вітчизняних та закордонних систем управління показано, що для підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем управління ВНЗ необхідно розглядати автоматизовані системи моніторингу як невід'ємну складову системи організації учбового процесу.

Проведений аналіз показав, що на даний момент існуючі автоматизовані системи не забезпечують зворотного зв'язку в системі організації учбового процесу у ВНЗ, особливо на рівні деканату та кафедр.

Проведений аналіз підтвердив актуальність побудови інформаційної технології і автоматизованої системи моніторингу організації учбового процесу. З цією метою слід розробити спеціальну інформаційну технологію автоматизованого моніторингу, а також організувати підготовку спеціалістів до ефективного застосування цієї технології в учбовому процесі.

У другому розділі визначено, що аналіз структури задач управління входить до основних заходів дослідження функціонування ВНЗ при розробці автоматизованої системи управління. На його основі визначається доцільний рівень автоматизації управління ВНЗ, структури підсистем автоматизованих систем управління (АСУ) ВНЗ.

У більшості літературних джерел, присвячених цьому питанню, наводяться різні переліки задач управління, що співвідносяться з тією чи іншою функціональною схемою ВНЗ. При цьому механізм відбору та класифікацій задач, що розглядаються, підсистем, функціональних комплексів не розкривається. Таке положення приводило до неоднорідності функціональних структур, розроблювальних АСУ ВНЗ.

Аналіз структур задач показав, що підхід до визначення задач управління ВНЗ безвідносно до його організаційної структури дозволяє класифікувати загальні для ВНЗ одного профілю задачі, їх зміст і місце у структурній схемі.

На підставі аналізу специфіки функціонування встановлено, що ВНЗ належить до класу великих і складних систем. Разом з тим він має ряд особливостей:

1. Домінуюче значення людського чинника сприяє збільшенню адаптивності системи і підвищує її стійкість, але в той же час є джерелом будь-яких випадковостей;

2. Перевага інформаційних процесів, яким властива складна, часто стохастична залежність між результатами праці і використаними ресурсами;

3. Багатоплановість процесів функціонування ВНЗ і їхня залежність від великої кількості факторів, як кількісних, так і якісних;

4. Вплив на діяльність ВНЗ факторних змін зовнішнього середовища.

З метою достатньо повного аналізу задач побудована ієрархічна модель цілей вищого навчального закладу.

Кінцевим продуктом ВНЗ є фахівці з вищою освітою, результати науково-дослідної роботи. Система цілей ВНЗ є основою побудови функціональної структури вищого навчального закладу та зображена у вигляді ієрархічної структури - графа цілей.

У третьому розділі представлена математична формалізація взаємодії в ієрархічній системі організації учбового процесу вищого навчального закладу. На основі аналізу структури задачі та дерева цілей будується функціональна структура ВНЗ.

Сукупність функціональних задач (останній рівень дерева цілей), об'єднаних за технологічною ознакою, утворює функціональну підсистему.

Функціональні підсистеми об'єднані в групи підсистем. Групи підсистем утворюють функціональні комплекси, що відображають основні види діяльності ВНЗ. Математичне представлення елементів функціональної структури викладено таким чином.

Функціональна структура FS представлена як скінченна множина функціональних комплексів FK, що відображають визначений вид діяльності ВНЗ:

Де:

n - кількість комплексів.

Кожен функціональний комплекс розбитий на групи підсистем FKL по етапах життєвого циклу кінцевого продукту у межах даного виду діяльності:



Де:

k - кількість етапів життєвого циклу кінцевого продукту.

В той же час функціональний комплекс складається з ряду функціональних підсистем FKC, що виділені по етапах циклу управління:

Де:

m - кількість етапів циклу управління.

Функціональна підсистема об'єднує функціональні задачі за ознакою:

Інформаційна модель управління ВНЗ будується з урахуванням трьох важливих аспектів.

Функції управління визначаються векторами Р, С, S. В даному випадку існує залежність:

Ефективність виконання кожної функції yi, визначається показником ефективності:

Інтегральна характеристика виконання ВНЗ свого призначення є критерієм ефективності, що має такий вигляд:



Побудова оптимальної інформаційної моделі потребує вирішення задачі знаходження:

В дисертаційній роботі представлено формалізований опис дворівневої моделі організації учбового процесу.

Позначено сукупність локальних вирішальних одиниць, що виробляють управлінські дії: с1, с2..., cN, при сi - дії на об'єкт локальної управляючої одиниці i (i-ї кафедри):

Де:

W - інформація про стан моніторингу керованої системи;

Wi - інформація про стан керованої системи, спостережувана при локальному відстежуванні;

V - координуюча дія верхньої одиниці;

Wс - спостереження координатора за станом системи.

Система моніторингу організації учбового процесу загалом є сукупністю підсистем, кожна з яких описується відношенням входу-виходу:

Де:

ui - вхід, може мати різну структуру залежно від структури даної системи загалом;

ci - управління (розв'язання);

zi - збурення (стан середовища);

yi - вихід.

Підсистеми моніторингу взаємозв'язані з матрицею взаємозв'язку Н1 та Н2. Функції виходу, як і функції входу, є функціями всіх рішень і всіх збурень:

Де:

K - визначається сукупністю і Н.

При описі локальних задач, що вирішуються на нижньому рівні, позначено локальну функцію корисності i вирішальної одиниці через Q.

З виразів (1) і (2) слідує, що:

При взаємозв'язаних підсистемах локальна функція корисності кожної підсистеми є функцією всіх управлінь C1 і всіх збурень Z.

Нехай Q - функція корисності управляючої одиниці (координатора). Вона може бути задана або змінюватися залежно від локальних цілей, результатів спостережень тощо.

Глобальна ціль всього ВНЗ може бути представлена як функція корисності, що залежна від всіх локальних змінних:

В дисертації представлено два методи координації в дворівневій системі моніторингу організації учбового процесу: прямий метод та метод штрафів.

Координація прямим методом полягає в тому, що координатор, вирішуючи власну задачу оптимізації, призначує певні значення всім взаємозв'язаним змінним для i =1,..., N. В такому разі локально вирішувані задачі нижнього рівня представлені в такому вигляді:

При цьому задача, що вирішується на верхньому рівні, представлена у вигляді:

Де:

r - загальний використовуваний ресурс.

Основна складність методу прямої координації полягає в тому, що для деяких, що формуються координатором, локально вирішувані задачі нижнього рівня можуть не мати розв'язання з урахуванням їх локальних обмежень. Крім того, великі складнощі зв'язані з визначенням множини можливих рішень координатора:

оскільки вона істотно залежить від локальних обмежень підсистем нижнього рівня.

Процес розв'язання задач (6), (7) і (8), (9) може здійснюватися як послідовна реалізація двох кроків. Координація методом штрафів полягає в організації ітеративної процедури між одиницями керівників верхнього (деканат) та нижнього (кафедра) рівнів. При цьому координатор формує деякі значення yd і одержує відгуки підсистем нижнього рівня у формі значень їх функцій корисності Q, не знаючи ані виду функцій Q, ані значень Zi. Крім того, координатор повинен мати деяку модель допустимої множини, формування якої повинне також забезпечуватися даною ітеративною процедурою шляхом отримання відповідної інформації від локальних підсистем нижнього рівня.

Такий спосіб координації може бути реалізований шляхом використання відповідних функцій штрафу при порушенні вимог координатора в локальних задачах нижнього рівня.

Функція штрафу використовується для забезпечення умови. Аналогічно введенням відповідних функцій штрафу можна врахувати обмеження по ресурсах і умову Ui.

Вирішувана координатором задача зводиться до оптимізації функції Qp. Якщо локальні функції корисності менші, ніж значення штрафів, то цим забезпечується аналіз відсутності рішень, що допускаються в системі. Ітераційний процес координації направлений на зменшення значень штрафів.

Якщо в описаному ітераційному процесі досягаються рішення, в яких штраф виявляється рівним нулю, то такі значення є допустимими і оптимальними.

У четвертому розділі представлені технологія формування інформаційного ресурсу моніторингу, програмна реалізація та експериментальне дослідження автоматизованої системи моніторингу організації учбового процесу.

Представлені три модулі структури інформаційної бази: "Деканат", "Кафедра", "Моніторинг". Інформаційна база дає можливість організувати ефективну технологію автоматизованого моніторингу, який приведе до підвищення ефективності системи організації учбового процесу.

Програмне забезпечення реалізовано мовою С та складається з 22 модулів: Main.cs, Cart.cs, CartStart.cs, CartFinish.cs, CartNFinish.cs, CartEdit.cs, GroupList.cs, EmpList.cs, TaskType.cs, DocInfo.cs, Support.cs, Conditions.cs, EDayRating.cs, CDayRating.cs, ECartInfo.cs, CCartInfo.cs, Warning.cs, CartReport.cs, EDReport.cs, ADCReport.cs, RatingReport.cs, WReport.cs.

Представлені результати експериментального дослідження автоматизованої системи моніторингу, які свідчать про її ефективність і дозволяють підійти до рішення задач управління учбовим процесом на якісно новому рівні.

Розроблені програмні комплекси впроваджені в Черкаському державному технологічному університеті, Київському національному університеті технологій та дизайну та Київському національному економічному університеті.



ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача - розробка і впровадження нових, орієнтованих на моніторинг організації навчального процесу, моделей і засобів інформаційної технології управління ВНЗ.

Основними результатами дисертаційної роботи є:

1. Отриманий на основі аналізу літературних джерел висновок показав, що існуючі автоматизовані системи управління ВНЗ розроблені без урахування моніторингу організації учбового процесу, який має проводитись з використанням методів координації;

2. На основі системного аналізу докладно досліджено проблеми організації учбового процесу у ВНЗ. Представлено "дерево цілей", що є основою формування комплексу задач ефективного управління учбовим процесом;

3. Аналіз показав, що структури задач управління належать до основних заходів дослідження функціонування ВНЗ при розробці АСУ. На цій основі визначається доцільний рівень автоматизації управління ВНЗ, структура підсистем;

4. Висновок, що організаційна структура ВНЗ повністю повинна визначатися, виходячи із складу та структури його графа цілей, а отже, структуру задач управління ВНЗ в умовах АСУ потрібно прив'язувати не до існуючої структури підрозділів, а до структури цілей його функціонування;

5. На основі дослідження розвинене ієрархічну модель цілей ВНЗ, що акцентує увагу на найважливіших проблемах розвитку вищого навчального закладу;

6. Розробка на основі моделі цілей ВНЗ формалізованої інформаційної моделі ВНЗ як об'єкта багатоаспектної ієрархічної структури;

7. Розроблена дворівнева модель (деканат - кафедра) організації учбового процесу, що дозволяє мінімізувати час взаємодії та підвищити ефективність управління ВНЗ;

8. Подальший розвиток методів міжрівневої координації в ієрархічній системі управління ВНЗ;

9. Структурна схема інформаційної технології моніторингу організації учбового процесу на рівні деканату та кафедр;

10. Структура інформаційної бази автоматизованої системи моніторингу організації учбового процесу, що складається з контурів: "Деканат", "Кафедра", "Моніторинг";

11. Програмна реалізація моніторингу організації учбового процесу ВНЗ, у складі якої подано структурну схему програмної системи, перелік модулів системи, їх структуру та функції;

12. Аналіз результатів промислової експлуатації автоматизованого моніторингу організації учбового процесу ВНЗ, який дозволяє підійти до вирішення задач управління на якісно новому рівні. Проведене експериментальне дослідження ефективності автоматизованої системи моніторингу.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Сєркова Л.Е. Дослідження особливостей інформаційного моделювання управління вузом // Вісник ЧІТІ. - 2000. - №3. - С. 85-90.

2. Сєркова Л.Е. Математична модель системи автоматизованого проектування ІАСУ "Вищий навчальний заклад" // Вісник ЧІТІ. - 2001. - №3. - С. 116-119.

3. Подчасова Т.П., Серкова Л.Э. Инструментальные средства разработки технологий в учебном процессе // Вісник ЧІТІ. - 1999. - №3. - С. 100-105.

4. Подчасова Т.П., Данченко О.Б., Сєркова Л.Е. Інформаційна технологія контролю навчального процесу деканатом // Вісник ЧІТІ. - 2001. - №1. - С. 112-117.

5. Сєркова Л.Е., Снитюк В.Є. Структурний аналіз інформаційної моделі управління вищим навчальним закладом // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики: Сб. науч. тр. Вып. 114. - Харьков, 2001. - С. 49-54. інформаційний комп'ютерний моніторинг

6. Подчасова Т.П., Серкова Л.Э. Математическая формализация взаимодействия в иерархической системе организации учебного процесса // Вісник ЧДТУ. - 2005. - №2. - С. 49-55.

7. Сытник А.А., Тимченко А.А., Серкова Л.Э., Охапова Л.В. Один из подходов математического описания сложных информационных систем // Актуальні проблеми автоматизації та інформаційних технологій: Зб. наук. пр. - Д.: Вид-во Дніпропетр. ун-ту, 2002. - Т. 6. - С. 108-113.

8. Подчасова Т.П., Серкова Л.Э. Автоматизированная система управления учебным процессом // Тези доповіді на другій Міжнар. конф. "Наука і освіта'99". Т. 19. - Дніпропетровськ, 1999. - С. 11.

9. Данченко О.Б., Сєркова Л.Е. Інформаційна технологія моніторингу учбового процесу // Тези доповіді на VII наук. - метод. конф. “Роль комп'ютеризації навчального процесу в підготовці фахівців”. - Івано-Франківськ, 2000. - С. 126-127.

10. Тимченко А.А., Сєркова Л.Э. Пути и средства повышения эффективности процессов создания автоматизированных информационных систем управления // Тези доповіді на міжнародній конференції з управління "Автоматика 2000". - Львів, 2000. - С. 257-261.

11. Тимченко А.А., Серкова Л.Э. Использование структурного подхода при построении моделей автоматизированных информационных систем // Тези доповіді на Міжнар. наук. практ. конф. "Наука і освіта'2000". - Дніпропетровськ, 2000. - С. 31.

Размещено на Allbest.ru

...