Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет информационных систем и технологий

Кафедра прикладной математики и вычислительной техники

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА

Направление подготовки

230400.68 - Информационные системы

на тему:

Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов в процессе курсового и дипломного проектирования

ВЫПОЛНИЛ: /М.В.Мигунов /

РУКОВОДИТЕЛЬ: /А.М. Штейнберг/

ПРОВЕРИЛ: нормоконтролер /З.Ф. Камальдинова /

Самара 2013 г.

Утверждаю

Зав. кафедрой ПМиВТ

Пиявский С.А.

_________2013 г.

Задание на магистерскую диссертацию

магистранта Мигунова Максима Владимировича группы № ГИП-М11.

Тема: Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов в процессе курсового и дипломного проектирования.

Аннотация: см. приложение 1.

Исходные данные для программного продукта: см. приложение 2.

Обязательные публикации в печати. В межвузовском сборнике научных трудов кафедры ПМиВТ.

График выполнения магистерской диссертации: см. приложение 3

Консультанты и кураторы от кафедры.

Срок представления на кафедру законченной диссертации. 11 июня 2013г.

Дата выдачи задания. 20.02.2013г.

Куратор _____________________________

(подпись) (дата) (должность, ФИО)

Руководитель _________________________

(подпись) (дата) (должность, ФИО)

Магистрант______________ _________________________

(подпись) (дата) (должность, ФИО)

Аннотация магистерской диссертации

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

весенний семестр 2012/13 учебного года

Магистрант: Мигунов М.В. тел.: 89277340163 E-mail: migunovmaksim@gmail.com

Группа М-11

Руководитель: Штейнберг А.М. тел.:_________ E-mail: _____________

Тема ДП: Информационная технология систематизации и анализа корпуса курсовых и квалификационных выпускных работ студентов. ИТ мониторинга формирования компетенций студентов при выполнении курсовых и квалификационных выпускных работ

РЕФЕРАТ

Магистерская диссертация 87 с., 19 рис., 3 табл.,3 приложения.

КОМПЕТЕНЦИЯ, ДИСЦИПЛИНА, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ, ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ.

Разработана и программно реализована ИТ хранения и анализа выполненных курсовых и квалификационных выпускных работ, которая обеспечивает мониторинг формирования профессиональных компетенций, позволяет хранить, просматривать, искать интересующие работы студентов, а также оценивать их внутри системы. БД содержит списки студентов, перечень общекультурных и профессиональных компетенций, дисциплин с компетенциями, тем курсовых и дипломных проектов с потребными и формируемыми компетенциями, оценки за выполнение проектов.

Разработана математическая модель для определения оптимального графика распределения курсовых проектов с позиции формирования компетенций. Даны рекомендации по корректировке графика курсового проектирования на ФИСТ (акт внедрения).

ОЦЕНКА УРОВНЯ ДИССЕРТАЦИИ

Квалификационный уровень (3,7 и выше) 5 Творческий уровень (10 и выше) 23

Оценка квалификационного уровня

Название характеристики	Содержание характеристики (удалить подсказки и записать текст)	Плановая оценка (2-5)
Реферат	Разработана информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов в процессе курсового и дипломного проектирования. Предложена математическая модель формирования структуры курсовых работ.	5
УДК с расшифровкой	004.622 - Подготовка данных	5
Новые научные результаты	Будет разработана методика компетентностной оценки курсовых работ и модель выбора оптимальных сроков выполнения этих работ в учебном графике.	5
Математический раздел	Модель формирования компетенций в ходе выполнения курсовых работ.	5
Исследование	Разработка математической модели для оптимизации процесса формирования компетенций.	5
Внедрение	СГАСУ, ФИСТ	5
Доклады на конференциях	Научная конференция СГАСУ. Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов при выполнении курсовых и квалификационных выпускных работ	5
Публикации	Межвузовский сборник. Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов при выполнении курсовых и квалификационных выпускных работ	5
Характеристика программного продукта:
Технология проектирования ИС	UML	5
Среда и язык программирования, СУБД	PHP, MySQL	5
Характеристики сложности БД	10 таблиц, со средним числом связанности 3 для каждой таблицы.	5
Перечень основных исходных данных	Списки группы студентов, учебный график (предметы, семестры, виды работ), текущие сведения о принятых работах и их электронные варианты.	5
Перечень основных отчетов	Ход выполнения работ в семестре, справка о выполненных работах в течении обучения.	5
Содержание контрольного примера	Данные по ФИСТ.	5
Ср. балл по всем разделам		5

Оценка творческого уровня

В каждой клетке оставить строку, отвечающую планируемой оценке	Конкретно объяснить, на чем будет основана планируемая оценка
1 Тип работы 1 - носит исследовательский характер, т.е. в работе имеется результат, который был неочевиден до ее выполнения.	Будет разработана оригинальная математическая модель.
2 Работа является частью НИР руководителя, кафедры, лаборатории 2 - результаты достойны использования руководителем в докладах и статьях в центральной печати и/или отмечен как активный член научной группы	Создаваемая система может быть тиражирована для других факультетов и вузов. Опыт использования предполагается обобщить и опубликовать.
3 Работа относится к новому перспективному направлению развития ИКТ 3 - новое научное направление с повышенной частотой защит кандидатских диссертаций (интеллектуальные системы, имитационное моделирование, мультиагентные системы),
4 Направлена (подготовлена) публикация в печати 3 - статья в соавторстве направлена в печать, принята к публикации или опубликована	Межвузовский сборник на базе кафедры ПМиВТ. Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов в процессе курсового и дипломного проектирования.
5 Работа внедрена или подготовлена к внедрению в сторонних организациях 2 - работа уже используется в своем учебном заведении (есть справка о внедрении),	СГАСУ, ФИСТ
6 Имеется глубокий обзор проблематики по направлению науки и техники в сопоставлении с темой работы 5 - подробно знает о новых результатах российских и зарубежных ученых.	Будет разработан подробный обзор информационных систем, содержащих результаты учебного процесса и их возможности.
7 Автором используется формализованная постановка проблемы 2 - постановка, использующая традиционный сравнительно несложный математический аппарат, выполнена, в основном, самостоятельно,	Математическая модель распределения курсовых работ по компетентностям
8 Получены новые научные результаты 3 - получены, в основном, учащимся, не очень значительны,	Новая математическая модель
9 Имеются собственные оригинальные идеи автора 3 - использованы идеи, приемы, методы из других областей науки, неожиданные в контексте выполненной работы и имеющие существенное значение для работы в целом,	Предложена методика выбора «оптимальных точек» для курсовых работ
10 Имеется анализ литературы (по авторам и времени) по теме работы 4 - анализ проведен учащимся по Интернет-источникам и журнальным статьям (всего не менее 6) с перекрестным сопоставлением	Про курсовое и дипломное проектирование
11 Освоены новые информационно-коммуникационные технологии 3 - освоены средства программирования типа Delphi, C++, C#, PHP, Java,
12 Разработаны компьютерные программы, информационные системы и технологии 2 - сложные вычислительные программы, ИПС, интерактивные сайты; простые, но целостные ИТ
13 Проводится многопараметрическое качественное исследование объекта (процесса) 3 - проводится с помощью разработанных программных средств,
14 Качество оформления работы 3 - кроме 2, программный продукт работает безупречно,
15 Качество доклада и ответов на вопросы 4 - кроме 3, активно участвует в общем обсуждении с доброжелательных содержательных позиций или/и является «внутренним экспертом» при оценке выполненных работ

Куратор ________________________________

Руководитель ___________________________

Магистрант ____________________________

Бланк исходных данных к программному продукту (ПП)

студента Мигунова Максима Владимировича группы ГИП-М11

Тема проекта: Информационная технология мониторинга формирования компетенций студентов в процессе курсового и дипломного проектирования.

Исходные данные к проекту:

1. Характеристики объекта управления или автоматизации.

Объект автоматизации: процесс распределения курсовых проектов на основе развития компетенций.

Максимальная численность студентов - 500 человек.

Максимальная интенсивность поступления оперативной информации - 10 научных работ/сутки.

Максимальный объем регистрируемой информации по одной научной работе - 100 Мбайт.

Количество пользователей системы:

студентов - 500;

преподавателей - 40.

1.7. Характеристики ЛВС, в которой предполагается эксплуатация системы.

2. Функции, реализуемые системой:

· планирование и корректировка тем научной работы студентов на семестр;

· учет выполнения курсовых работ студентов;

· хранение и обеспечение доступа к курсовым и дипломным работам студентов;

· анализ курсовых и дипломных работ студентов на основе компетенций;

· выдача рекомендаций по распределению курсовых проектов на основе подхода развития компетентностей;

· формирование и выдача отчетов в соответствии с формами документов, указанных в п. 2.

3. Требования к информационному обеспечению.

Информационное обеспечение системы должно разрабатываться на основе следующих документов и информационных массивов:

· списка групп:

· списка тем работ студентов,

· сведений о времени выполнения работ, способов отчётности, отметки о выполнении;

· списка предметов;

· списка компетентностей;

· списка существующих запросов и отчётов.

4 . Требования к техническому обеспечению.

Состав комплекса технических средств системы определяется в результате дипломного проектирования.

5. Требования к программному обеспечению.

Состав программного обеспечения системы определяется в процессе дипломного проектирования.

6. Технические требования к проектируемой системе.

5.1.1. Режим работы - клиент-серверный с коллективным доступом к центральному серверу.

5.1.2. Время реакции системы при формировании отчетов не более 30 с без печати и не более 5 мин с печатью результатов.

5.1.3. Информационное обеспечение должно восстанавливаться в течение 2 часов после отказа НМД.

5.1.4. Условия работы:

· температура окружающего воздуха -15 **- 25° С;

· относительная влажность - 45 -г 75 %

· содержание вредных веществ, пыли и подвижного воздуха в рабочей зоне соответствует нормам ГОСТ 12.1.005, 12.1.007;

· система должна удовлетворять санитарным правилам и нормам СанПин 2.2.2/2.4.1340-03.

Куратор ________________________________

Руководитель ____________________________

Магистрант _____________________________

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

2012/13 учебный год

График выполнения магистерской диссертации

Магистрант: Мигунов М.В. тел.: 89277340163 E-mail: migunovmaksim@gmail.com

Группа М-11

Руководитель: Штейнберг А.М. тел.:__________ E-mail: _____________

Тема ДП: Информационная технология систематизации и анализа корпуса курсовых и квалификационных выпускных работ студентов.

Неделя с начала семестра	Материал, представленный на контрольную точку с подписью соответствующего консультанта	Процент от общей трудоемкости	Накопленный процент (план)	Подпись руководителя	Накопленный процент (факт)	Подпись куратора
2	Заполненный журнал и отчет по практике. Задание на диссертацию со всеми приложениями, подписью руководителя и консультантов	3
3	Введение и глава 1 Обзор проблематики и постановка задачи	5
4	Глава 2 Системные решения, математические модели и исходные данные	10
5	Модель анализа ПП (диаграмма вариантов использования, сценарии, диаграммы классов). Текст статьи о матмоделях	3
6	Утвержденная консультантом структура БД. Содержательный контрольный пример, включающий полный набор исходных данных и подробные эскизы (можно от руки) экранов и отчетов	3
7	Блок-схемы и описания основных алгоритмов и электронные эскизы всех экранов	5
10	Работающий программный продукт	10
11	Доработанный программный продукт. Текст статьи о программном продукте	10
12	Глава 3 Разработка программного продукта	10
14	Глава 4 Исследования, внедрение и анализ результатов Исследовательский раздел . Текст статьи о результатах исследования	15
15	Глава 5 Технология исследовательской и педагогической деятельности. Готовая пояснительная записка, эскизы листов для представления на нормоконтроль со всеми подписями, презентация	10
16	Все материалы с устраненными замечаниями	5
17	Предзащита, допуск к защите	8
18	Получение рецензий, сдача материалов на кафедру	3
20	Защита	0
	Всего	100

При появлении уважительных причин, препятствующих выполнению графика подготовки дипломного проекта (например, заболевание, служебная командировка по месту работы), магистрант обязан незамедлительно уведомить об этом деканат с приложением соответствующего документа и согласовать корректировку графика.

При отставании от графика более чем на 20% магистрнат незамедлительно будет представлен к отчислению из вуза за систематическое нарушение учебной дисциплины (пункт 3.23 Устава СГАСУ).

Куратор ________________________________

Руководитель _________________________

Магистрант______________ _________________________

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ПОДХОД К ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

1.1 Проблемы образования. Компетентностный подход, как возможный путь повышения качества образования

1.2 Цели и задачи разрабатываемого комплекса

1.3 Требования к разрабатываемой технологии распределения научных работ

1.4 Выводы по главе

2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМНЫХ РЕШЕНИЙ, МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1 Математическая модель

2.2 Системные решения

2.3 Исходные данные расчетной модели

2.4 Выводы по главе

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ.

3.1 Распределение обязанностей внутри системы

3.2 Требования к системным и аппаратным параметрам. Обоснование выбора средств разработки

3.2.1 Комплекс необходимых программных средств

3.2.2 Описание базы данных системы

3.2.3 Расчет объема ВЗУ

3.3 Выводы по главе

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Процесс разработки системы. Взаимодействие модулей системы

4.2 Алгоритм использования системы

4.3 Выводы по главе

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1 Объект исследования

5.2 Методы математического анализа

5.3 Результаты ручного расчета распределения научных работ

5.4 Рекомендации, полученные от системы

5.5 Выводы и новые научные результаты использования системы и технологии.

5.6 Выводы по главе

6. ТЕХНОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Руководство подшефными

6.2 Педагогическая деятельность

6.3 Публикации и награды

6.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

В XXI веке, в веке быстро развивающихся технологий и высокой социальной мобильности населения, огромную роль в жизни людей играет информация и усвоенные знания. Образованность и умение быстро подстраиваться под новые веяния времени помогает человеку найти хорошую работу и свое место в жизни. Наряду с развитием информационных технологий, многие признают и тот факт, что современное высшее образование во многом слабее того, которое было всего 20 с небольшим лет назад, во времена СССР. Многие выпускники выходят из ВУЗов слабо квалифицированными специалистами в своей отрасли. Полученные ими знания часто спутаны и отрывочны, во многом такая ситуация объясняется некоторой непоследовательностью в изложении и главное в усвоении материала. Осознание данной проблемы дало толчок к моей работе.

Начиная разбираться в проблематике, я узнал о сложностях составления рабочих планов, о требованиях к учебному процессу и главное к компетентностному развитию выпускников.

Цель работы: разработать информационную технологию, помогающую учащимся лучше усвоить знания и навыки, получаемые в высших учебных заведениях, а кафедрам эффективнее распределять трудовые ресурсы.

При проведении подготовительных работ было выяснено, что давать рекомендации по распределению учебной нагрузки не рентабельно, так как у каждого факультета, у каждой специальности свой преподавательский состав и свой перечень предметов. Кроме того корректировки расписания не позволят значительно повысить качество полученных знаний. намного лучше провести корректировки контрольных этапов обучения. В сфере высшего образования, чтобы не вводить дополнительные усложнения в систему, было решено проводить корректировку графика сдачи курсовых проектов на основе изученных и усвоенных компетенций.

За основную гипотезу было принято, что при обучении определенному предмету изучается набор новых компетенций, необходимых для дальнейшего обучения либо для полноценного высшего образования.

Более детально с технологией распределения можно ознакомиться в полной версии работы.

Важным этапом развития темы была необходимость получить исходные данные и способы работы с ними.

Если получить список компетенций не составляло труда, так как он предоставляется высшим учебным заведениям в виде требований к выпускникам, то для получения конкретных примеров было решено разработать систему, которая бы хранила курсовые проекты. Для более эффективного использования трудовых ресурсов в систему постепенно добавлялись дополнительные возможности, позволяющие эксплуатировать её в дальнейшем на базе факультета. На данный момент система способна не только хранить данные по работам, но и помогает младшим курсам в научной деятельности, разрешая искать и использовать интересуемые хранимые в ней материалы.

Для реализации поставленных целей требовалось решить ряд задач:

ѕ детально разобраться в проблеме;

ѕ определить наличие аналогов и проанализировать их эффективность;

ѕ разработать математическую модель технологии распределения;

ѕ собрать и систематизировать исходные данные;

ѕ разработать программный продукт для курсовых и дипломных работ и реализовать в нем математическую модель;

ѕ провести анализ полученных результатов и описать их в виде выводов по работе.

В работе были достигнуты новые научные результаты:

ѕ была разработана и программно реализована новая информационная технология компетентностного распределения курсовых работ на основе совокупности компетенций;

ѕ была предложена идея междисциплинарного проведения курсовых проектов;

ѕ была разработана система хранения работ студентов ФИСТ.

Практическая значимость проведенного исследования заключается в оптимизации распределения квалификационных работ студентов, влияющей на уровень сформированности компетенций личности, а также возможности использования хранимых в системе проектов для продолжения и развития научных работ кафедры.

При решении задач диссертации были использованы методы:

ѕ математического анализа предметной области;

ѕ объектно-ориентированного программирования;

ѕ методы анализа результатов исследований.

Подготовлена и направлена в печать публикация материалов данной работы в межвузовском сборнике научных трудов «Информационные системы и технологии».

В результате все задачи были решены, о способах их решения, новых идеях, полученных в процессе работы, и результатах использования во всех подробностях можно ознакомиться в полном тексте магистерской диссертации.

1. КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ПОДХОД К ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

1.1 Проблемы образования. Компетентностный подход, как возможный путь повышения качества образования

Огромную роль в жизни современного общества играет информация, чем она новее, чем своевременнее, тем выше она ценится. А раз ценится информация, то также высоко ценятся и кадры способные эту информацию получить, преподнести и изобрести. Фабрикой таких специалистов должны быть высшие учебные заведения, но, к сожалению, многими признано, что уровень профессионализма выпускников высших учебных заведений России падает от года к году. Несомненно, сфера образования является одной из наиболее важных и проблемных отраслей государственной политики. Отрасль образования имеет большое количество проблем, это и проблемы с финансированием, и проблемы с нехваткой кадров особенно в школах и многие другие. В своей работе я решил рассмотреть варианты решения проблемы качества получаемого образования и предложить свою технологию для данного направления. Заинтересованность государства в решении всех этих проблем объясняет актуальность и практическая значимость моей работы.

Повышение качества получаемого образования выбрано мною, так как я считаю её одной из самых основных проблем. По данным министерства образования РФ, ежегодно в высшие учебные заведения страны поступают более 1,5 миллионов человек. Причины поступления у всех разные кому-то нужны «корочки», кто-то косит от армии, а кто-то действительно хочет получить дополнительные знания и профессию, но всех их объединяет одно. Всех их нужно обучить в высококвалифицированных специалистов своей области. Эта задача утопична и невыполнима, но все больше ученых занимаются вариантами решения данного вопроса. При подготовке к выполнению работы я познакомился с трудами И.А.Зимней[1], Г.П.Савельевой, М.В.Артамоновой[2], Я.М.Нейматова[3], В.И.Байденко[4], С.А.Пиявского[5]. Для улучшения процесса образования они предлагают более эффективное использование имеющихся ресурсов как внутренних: аудитории, преподавательский состав, совмещение и углубленное обучение; так и внешних: субсидии государства, использование внеучебной, внеаудиторной деятельности с целью повышения заинтересованности к получению образованию и развития профессионально значимых качеств. К сожалению, в каждом из этих подходов существуют значительные проблемы с математическим и информационным обеспечением. По этой причине, к актуальным задачам можно отнести создание средств поддержки и контроля компетентностного развития студенческих групп.

Наиболее интересной мне показалась идея использования курсовых проектов для повышения качества образования. В процессе работы мне стало известно, что государство выдвигает список определенных компетенций к выпускникам вузов. Компетенция - это какие-то навыки или умения необходимые специалисту для выполнения определенных профессиональных работ.

Понятие «компетентность» объединяет в себе интеллектуальную и навыковую составляющие образования, требует обновления содержания, формируемого «от результата», и обладает интегративной природой (вбирает в себя умения и знания, относящиеся к широким сферам культуры и деятельности: информационной, коммуникативной, бытовой и т.д.). Компетентность - уже состоявшееся личностное качество (совокупность качеств), позволяющее решать проблемы и типичные задачи, возникающие в реальных жизненных ситуациях, с использованием знаний, учебного и жизненного опыта, ценностей и наклонностей. Выделяются следующие сущностные признаки компетентности:

ѕ компетентность имеет деятельностный характер обобщенных умений в сочетании с предметными умениями и знаниями в конкретных областях;

ѕ компетентность проявляется в умении осуществлять выбор, исходя и адекватной оценки себя в конкретной ситуации.

Компетентность выступает в качестве ключевой, если она имеет характерные признаки:

ѕ многофункциональность. Овладение позволяет решать различные проблемы в повседневной, профессиональной или социальной жизни;

ѕ междисциплинарность;

ѕ многомерность. Сочетают различные умственные и психические процессы и интеллектуальные умения (абстрактное мышление, саморефлексия, определение своей собственной позиции, самооценка, критическое мышление и т.д.).

Ключевые компетентности необходимы в любом виде деятельности и связаны с успехом личности в быстро меняющемся мире. Они проявляются в способности решать разнообразные задачи на основе использования информации, коммуникации, социально-правовых основ поведения личности в гражданском обществе.

Формы проявления компетентностей достаточно многообразны, так как связаны с различными сферами жизни человека, с его особенностями. Все виды компетентностей необходимы и самоценны, в процессе взросления человека они обогащаются, взаимодействуют между собой. Существует огромное многообразие видов деятельности и отношений, каждый из которых требует определенных компетентностей для реализации на разных уровнях.

Ценностным основанием выделения компетентностей является ориентация на создание максимально благоприятных условий для саморазвития, самоопределения учащихся в образовательном процессе. Следует учитывать, что для каждого возраста характерна своя система ценностей, которая проявляется в позициях, социальных ролях, значимых проблемах.

Интерес представляет подход к пониманию компетентности британского психолога Дж. Равена. У Дж. Равена компетентность выступает в качестве ведущего содержательного основания, позволяющего сформулировать четыре следствия о необходимости:

ѕ пересмотра взглядов на возможности обучаемого, ибо все студенты могут стать компетентными, сделав свой выбор в широчайшем спектре занятий; соответственно нужно научиться видеть каждого студента с точки зрения наличия у него уникального набора качеств;

ѕ переформулировки целей образования: на первый план выходит задача развития личности с помощью индивидуализации обучения;

ѕ изменения методов обучения, которые должны содействовать выявлению и формированию компетентностей студентов в зависимости от их личных склонностей и интересов, важных для успеха в той или иной деятельности;

ѕ отказа от традиционных процедур оценивания учащихся и образовательных программ.

Эта идея захватила меня, и я решил объединить компетентностный подход к образованию и курсовое проектирование студентов. Так и появилась идея информационной системы компетентностного распределения курсовых проектов по периоду обучения. В основе лежит простая идея, что каждый изучаемый в университете предмет направлен на освоение нескольких компетенций обычно трех-пяти, кроме того некоторые из предметов, требуют начального набора компетенций, но общий их список и количество изначально известно и предоставлено в виде требований от органов государственной власти. В одном семестре обучения студенты изучают ни 1 дисциплину, а целый курс, следовательно, получают в среднем 15-20 компетенций. Важно отметить, что мозг человека не идеальное хранилище информации и с течением времени неиспользованные и не пригодившиеся на практике знания забываются, именно этим моментом обуславливается низкий уровень знаний выпускников. Для решения данной проблемы в модели решено использовать курсовые проекты с определенным набором обязательных параметров в них, таких как поиск информации, построение графиков и диаграмм или методы статистического анализа и многие другие. Каждый отдельный комплект позволяет применить знания определенных компетенций и тем самым закрепить их.

Информационная технология, предложенная мной, должна автоматизировано распределять курсовые проекты так, чтобы к окончанию обучения, были пройдены и главное наилучшим образом усвоены все компетентности, изложенные в требованиях к высшему образованию.

В данной работе основными используемыми понятиями модели являются:

Дисциплина - занятия студентов, развивающие те или иные компетенции в количестве 3-5 штук. Изучение новой дисциплины может требовать наличия определенных уже изученных компетенций или не требовать их.

Компетенция - в данной математической модели основная единица расчета полученных знаний. Компетенции развиваются при прохождении курса по дисциплине и закрепляются в процессе курсового и дипломного проектирования;

Курсовое и дипломное проектирование - способ закрепления 8-12 компетенций. Без курсового проекта компетенция не может быть усвоена;

Компетентность - критерий оценки полученных знаний. Рассчитывается как отношение числа усвоенных компетенций к общему числу компетенций, развиваемых за весь курс обучения.

Период обучения и семестр - временные рамки прохождения полного обучения и до определенного момента соответственно.

1.2 Цели и задачи разрабатываемого комплекса

Быстро развивающееся информационное общество наших дней требует от людей хорошо развитых профессиональных качеств, высокого уровня образованности и адаптивности (умения быстро разбираться в сложных системах и ситуация и подстраиваться под новые условия). Задача развивать такие качества личности возложена на институт высшего профессионального образования. Главным критерием качества образования, получаемого в высшем учебном заведении, является формирование у студента компетенций, в том числе и характеризующих его личность.

Цель работы - разработать технологию распределения курсовых и дипломных работ по всему периоду обучения на основе компетентностного подхода, а также применить эту технологи в системе учета и хранения выпускных и квалификационных работ.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

ѕ ознакомиться с основами компетентностного подхода к обучению;

ѕ изучить основные нормативные документы, описывающие требования к курсовым и дипломным работам студентов;

ѕ изучить труды ученых, занимавшихся данной проблемой;

ѕ постараться найти аналоги создаваемой информационной технологии,

ѕ разработать математическую модель зависимости компетенций необходимых и развиваемых той или иной курсовой работой;

ѕ разработать систему хранения и анализа курсовых работ, позволяющую хранить, искать, просматривать и оценивать на основе компетентностного подхода эти работы;

ѕ провести пробный запуск системы;

ѕ проанализировать с учетом средств математического анализа результаты работ системы;

ѕ сформировать рекомендации по формированию учебного процесса и распределению нагрузки курсового проектирования.

1.3 Требования к разрабатываемой технологии распределения научных работ

Определившись с основными идеями работы, я приступил к разработке требований к информационной технологии распределения курсовых и дипломных работ. Первым делом был проведен анализ содержимого интернета в попытке найти аналогичные системы и технологии. Результаты этих поисков оказались скудны и достаточно отрывочны, мне удалось найти комплекс рекомендаций по распределению курсовых проектов, а также одну систему позволяющую отслеживать компетентностное развитие учащихся, для каждого по отдельности. По полученным результатам был сделан вывод, что планируемая технология не имеет аналогов, а, следовательно, требования нужно разрабатывать с нуля.

Важным моментом проекта является система хранения и учета курсовых работ. Данная система призвана выполнить ряд важных функций. Во-первых, она должна обеспечить проект исходными данными, уже готовыми работами студентов с оценками и компетентностным анализом. Во-вторых, на эту же систему было решено возложить обязанности по расчету и распределению курсовых проектов. В-третьих, данная система должна позволять студентам использовать труды их предыдущих трудов и труды их предшественников.

Появление данного информационного решения призвано:

ѕ упростить процесс поиска тематик курсовых работ;

ѕ создать преемственность поколений по интересным для вуза работам;

ѕ систематизировать и хранить данные всех курсовых проектов факультета.

Исходя из вышеописанных заявленных возможностей и необходимых условий составлен список требований к проекту. Проект должен:

ѕ поддерживать многопользовательский режим работы;

ѕ быть доступен через интернет;

ѕ хранить большое количество информации и расчетных данных;

ѕ иметь достаточную скорость быстродействия;

ѕ иметь удобную поисковую систему внутри себя;

ѕ быть простым в эксплуатации.

1.4 Выводы по главе

В данной главе удалось объединить исходные данные для разработки технологии распределения и системы хранения курсовых работ. Познакомиться с основными проблемами образования и трудами ученых, занимающихся данными вопросами. Получилось объяснить, почему была выбрана именно эта тематика и пройти путь от зарождения идеи до составления конкретного плана решения поставленных задач, также в первой главе удалось составить список требований ко всему проекту.

Получив все необходимые теоретические данные можно переходить к научной части описанию математической модели и остальных внутренних частей проекта.

2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМНЫХ РЕШЕНИЙ, МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1 Математическая модель

Планирование учебного процесса «от результата» предполагает четкую формулировку состава необходимых профессиональных компетенций, требований к уровню их освоения и критериев достижения этого уровня. После этого должен быть разработан график выхода на соответствующий уровень по каждой компетенции, согласованный с учебным планом и учебным графиком, в том числе с составом и содержанием курсовых работ и проектов (далее КР).

Отсюда вытекает необходимость определения состава компетенций, на формирование и развитие которых направлена каждая из таких работ. При этом каждая работа может включать формирование и развитие нескольких взаимосвязанных и дополняющих друг друга компетенций так, чтобы обеспечить максимальный методический эффект от их сочетания.

Для освоения каждой из компетенций необходим определенный объем теоретических знаний и базовых умений, что ограничивает ранний срок КР, включающих эту компетенцию, в учебном плане. С другой стороны, чем позже, после наступления такого срока, начинается овладение компетенцией в ходе одной из КР, тем ниже потенциальный методический эффект от работы («эффект забывания»).

В силу ограниченности срока обучения, временных и физиологических возможностей студентов, ограничены как количество КР, выполняемых параллельно в одном семестре, так и объем, каждой из этих работ. В первом приближении объем работы можно охарактеризовать числом профессиональных компетенций, на формирование и развитие которых она направлена.

Таким образом, возникает задача определения оптимальной по составу компетенций структуры курсовых работ и проектов и распределения этих работ по семестрам.

Для моделирования этой задачи сделаем ряд предположений.

Будем считать, что зафиксирован перечень из N профессиональных компетенций, которые должны быть сформированы за T семестров обучения (при подготовке специалистов, как правило, рассматривается девять, а бакалавров - семь семестров). Для каждой компетенции k предварительно определен t0k - номер самого раннего семестра, когда изучен необходимый теоретический материал и приобретены базовые навыки, необходимые для ее практического освоения в ходе КР.

Если состав (по компетенциям) и сроки каждой КР уже назначены, можно определить tk, - номер семестра, в котором впервые включена в КР компетенция k. Разница между tk и t0k снижает эффективность ее освоения, что можно отразить монотонно неубывающей «функцией забывания» ц(tk - t0k).

Предположим также, что из методических соображений для каждой компетенции k заданы следующие характеристики:

pk - приоритет (весовой коэффициент) компетенции, учитывающий важность ее освоения в учебном процессе;

бk - минимальное количество КР, в которые обязательно должно быть включено освоение компетенции;

вk - максимально допустимое количество КР, в которые может быть включено освоение компетенции.

Комплексный эффект от совместного освоения пары компетенций в ходе одной работы будем отражать треугольной матрицей коэффициентов синергии Clm, 1?l<m?N.

Каждую КР можно однозначно задать парой чисел s и i, обозначающих, соответственно, номер семестра и номер работы в семестре. Считаем известными максимальное возможное число КР в каждом семестре - ms и максимальное число компетенций, осваиваемых в ходе одной КР - H. Максимальное из чисел ms обозначим через M.

Введем следующие обозначения:

ysi - булева переменная, показывающая имеется ли в семестре s курсовой проект с номером i (из ysi = 0 следует, что ysl = 0 для всех s? l?M);

xsik - булева переменная, показывающая включено ли развитие компетенции k в КР i семестра s;

zsk - булева переменная, показывающая включено ли развитие компетенции k хотя бы в одну КР семестра s.

Математическая модель оптимального формирования и распределения по семестрам КР должна учитывать следующие ограничения.

В учебный график семестра можно включать не более заданного числа курсовых, пронумерованных в порядке возрастания:

(1)

(2)

Компетенции могут осваиваться только в составе включенных в график проектов, причем число компетенций, осваиваемых в одном проекте, ограничено:

(3)

(4)

(5)

(6)

Количество курсовых проектов, в ходе которых формируется и развивается данная компетенция, может быть ограничено и снизу (например, хотя бы один) и сверху:

(7)

(8)

Номер семестра, в КР которого впервые включается освоение компетенции, ограничен снизу требованиями учебного плана:

(9)

. (10)

По своему смыслу переменные xsik, ysi, zsk принимают значения 0 или 1, а переменные tk - целочисленные значения.

Качество каждого варианта состава и распределения КР по семестрам, отражается тремя критериями:

- количеством, осваиваемых в ходе КР, компетенций с учетом приоритетов и повторов

. (11)

- суммарным эффектом синергии от совместного развития компетенций в ходе выполнения одного проекта

программный математический модель аппаратный

. (12)

- суммарным «эффектом забывания», вызванным сдвигами сроков реального начала освоения компетенций по сравнению с минимально возможными

. (13)

При линейной «функции забывания» последнее выражение принимает (после отбрасывания константы) вид

. (13a)

а при квадратичной - вид

. (13b)

Первые два из указанных критериев необходимо максимизировать, а последний - минимизировать. Задаваясь весовыми коэффициентами a1, a2, a3, отражающими приоритеты каждого из трех эффектов, можно записать интегральный критерий эффективности для решаемой задачи

. (14)

В приведенной постановке задача выбора оптимального состава курсовых работ и проектов и оптимального распределения их по семестрам сводится к выбору значений переменных xsik, ysi, zsk, tk, которые обеспечивают максимум критерия F при выполнении ограничений (1) - (10). При этом сами переменные выбираются из указанного выше набора допустимых значений каждой из них.

Записанная модель представляет собой довольно громоздкую задачу нелинейного булевого программирования. Каждый вариант ее решения задается, фактически, набором переменных xsik, ysi, по которым легко вычислить переменные zsk, tk. Верхней оценкой числа возможных комбинаций переменных является выражение .

Если в каждом из восьми семестров учебного процесса можно выполнять не более трех КР, каждая из которых может быть направлена на развитие не более трех компетенций, а всего рассматривается 20 компетенций, то указанная оценка составит 27360 вариантов. В этом случае, при рационально организованном алгоритме, расчета рассматриваемая задача может быть решена полным перебором вариантов.

С содержательных позиций, с учетом нереальности «резких движений» при совершенствовании сложившегося учебного процесса, представляется целесообразным использование метода локальных вариаций для улучшения базового варианта, соответствующего действующим учебным планам.

2.2 Системные решения

Любая информационная система состоит из нескольких связанных между собой программных модулей, каждый из которых отвечает за свой набор реализуемых функций. Выделяют глобальные и локальные функции модулей, то есть функции, результаты выполнения которых, требуются для функционирования в системы в целом или только для модуля-родителя соответственно.

Информационная система включает в себя:

ѕ модуль авторизации

ѕ модуль редактирования данных в системе

ѕ модуль произведения вычислений

ѕ поисковый модуль

ѕ модуль выдачи информации

Чуть более подробно хочется остановиться на возможностях каждого из них.

Модуль авторизации - самостоятельная часть системы. Именно этот модуль первым встречает пользователя и предлагает войти в систему под своим логином и паролем, а также настраивает интерфейс web-приложения под определенные права, которыми обладает авторизовавшийся посетитель. Кроме того данный модуль создает сессию для определенного пользователя, заводит «библиотечную карточку» позволяющую пользователю производить те или иные действия, а системе более адаптивно проводить с ним работу. Этот модуль является самостоятельной частью и практически никак не влияет на работу системы в целом.

Модуль редактирования данных в системе - часть системы, позволяющая в удобном виде производить операции с хранимыми данными. В обязанности данного модуля входит наполнение базы данных информацией необходимой для проекта, исходными данными. Если смотреть более детально, то именно эта часть программы позволяет вносить в систему новые курсовые и дипломные работы, а также информацию о компетентностях и предметах преподаваемых в вузе. Важно отметить, что кроме добавления новой информации, модуль позволяет удалять и изменять уже имеющуюся информацию, но не имеет собственных алгоритмов расчета по исходным данным.

Модуль произведения вычислений. Этот модуль можно назвать мозговым центром системы. Именно в нем хранятся алгоритмы расчета математической модели. Для своей нормальной работы этот модуль должен быть в полной мере снабжен информацией для расчетов от модуля редактирования и при выполнении данного условия результатом его работы будут искомые варианты распределения курсовых работ. В отличие от предшествующих данный модуль не дает пользователю вмешиваться в процесс выполнения задач, единственное действие доступное для преподавателей и работников кафедры это запуск данной части программы.

Поисковый модуль - аппарат позволяющий пользователям системы найти тот или иной содержащийся в системе курсовой проект. Поддерживается два различных вариант поиска проекта: общий и расширенный поиск. Общий поиск лучше использовать при условии, что вы не знаете, какая из хранимых в системе работ вам наиболее подходит. Для поиска конкретной работы в общем списке больше подходит вариант расширенного поиска. Данный вид поиска позволяет точно указать автора работы, название или какие-то дополнительные параметры. При использовании расширенного поиска перед пользователем открывается расширенная поисковая форма с рядом необязательных к заполнению полей. Расширенный поиск ускоряет обработку запроса, но в тоже время не выводит материалы, содержащие менее подходящие под поисковый запрос результаты.

Модуль выдачи информации - модуль позволяющий получить наглядные, понятные пользователю результаты расчета распределения курсовых проектов. В настоящее время данный модуль составляет удобные в обращении конечные формы, в дальнейшем планируется ввод в эксплуатацию возможности печати заинтересовавшей информации на принтере в виде отчета о работе системы над вашим запросом.

2.3 Исходные данные расчетной модели

В любом проекте должна быть начальная точка, точка с которой сравнивают и по которой считают результаты собственного труда. Такой точкой являются исходные данные - набор информации необходимый для правильного выполнения заявленного алгоритма расчета. Часто исходные данные задаются нормами, придумываются для примера или получаются на основе анализа предметной области. В нашем случае используются все три механизма получения исходных данных. Часть информации получается из нормативов по компетентностному развитию выпускников высших учебных заведений, к ним относятся такие данные как список необходимых компетенций, нормы нагрузки и учебные планы. Другая часть исходных данных - граничные условия, критерии усреднения и прочие условия, приложенные к модели, это полностью зависящие от нашего желания параметры. Не стоит думать, что это просто фантазия, обязательным условием включения в проект является логическое и осмысленное изучение объекта исследования. Так, для выполнения алгоритма расчета мы усредняем значение усваиваемых в процессе курсового проектирования компетенций до 7 штук.

Самый сложный и трудоемкий метод получения исходных данных это метод статистического анализа получаемой информации. Именно для получения такого рода данных и разрабатывается основная часть системы - хранилище курсовых работ. Особенность этого метода в значительно более высокой степени достоверности полученных данных. Использование такого метода позволяет наглядно и объективно рассматривать объект исследования, а также следить за динамикой его развития.

В целом исходные данные нашей системы это компетенции, предметы и, конечно же, курсовые проекты, защищаемые на базе этих компетенций.

2.4 Выводы по главе

В данной главе был детально разобран математический аппарат технологии распределения курсовых работ, выделены его ключевые моменты и граничные условия. Кроме того был составлен достаточно полный список модулей используемых в системе и способы их взаимодействия между собой, а также возможности пользователей по взаимодействию с каждым модулем. Так же удалось получить информацию о способах получения и использования, исходных данные необходимые для работы системы.

В следующей главе планируется более детально остановиться на особенностях распределения прав среди пользователей системы, а также подготовить все оставшиеся необходимые данные для реализации программной части.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

3.1 Распределение обязанностей внутри системы

Разрабатываемая система имеет в себе два основных модуля, предназначенных для различных типов пользователей. Первый модуль (модуль хранения) отвечает за сбор, хранение, анализ и предоставление информации о курсовых проектах. Основными задачами данного модуля является возможность сбора у учащихся их выполненных курсовых работ, а также предоставление этим же учащимся информации по их поисковым запросам обращенным к базе. Второй модуль (модуль работы с информацией) берет на себя функции по распределению курсовых проектов, кроме того к обязанностям этого модуля относится оценка внесенных в систему работ студентов по компетентностному подходу. Модуль работы с информацией помогает преподавателям оценивать «сданные» курсовые проекты и на основе этого анализировать эффективность компетентностного развития на момент сдачи. Именно этот модуль позволяет работникам кафедры составлять графики сдачи курсовых и дипломных проектов.

Исходя из описанных выше сведений, можно сделать вывод, что в системе необходимо минимально три основных роли пользователей преподаватель, учащийся и, отвечающий за правильную работу системы, администратор. Более подробно возможности каждого октанта можно рассмотреть на диаграмме вариантов использования (рисунок 1).



Рисунок 1 - Диаграмма вариантов использования системы

3.2 Требования к системным и аппаратным параметрам. Обоснование выбора средств разработки

3.2.1 Комплекс необходимых программных средств

Из описанных в первой главе требований следует, что для разработки системы потребуется ряд программ различной направленности. Так как требуется разработать web-приложение, в качестве языка программирования был выбран PHP в среде NetBeans IDE 6.9.1.

PHP (англ. PHP: Hypertext Preprocessor -- «PHP: препроцессор гипертекста»; первоначально Personal Home Page Tools -- «Инструменты для создания персональных веб-страниц») -- скриптовый язык программирования общего назначения, интенсивно применяемый для разработки веб-приложений. В настоящее время поддерживается подавляющим большинством хостинг-провайдеров и является одним из лидеров среди языков программирования, применяющихся для создания динамических веб-сайтов.

Язык и его интерпретатор разрабатываются группой энтузиастов в рамках проекта с открытым кодом. Проект распространяется под собственной лицензией, несовместимой с GNU GPL.

В области программирования для сети Интернет PHP -- один из популярных скриптовых языков (наряду с JSP, Perl и языками, используемыми в ASP.NET) благодаря своей простоте, скорости выполнения, богатой функциональности, кроссплатформенности и распространению исходных кодов на основе лицензии PHP.

Популярность в области построения веб-сайтов определяется наличием большого набора встроенных средств для разработки веб-приложений. Основные из них:

· автоматическое извлечение POST и GET-параметров, а также переменных окружения веб-сервера в предопределённые массивы;

· взаимодействие с большим количеством различных систем управления базами данных (MySQL, MySQLi, SQLite, PostgreSQL, Oracle (OCI8), Oracle, Microsoft SQL Server, Sybase, ODBC, mSQL, IBM DB2, Cloudscape и Apache Derby, Informix, Ovrimos SQL, Lotus Notes, DB++, DBM, dBase, DBX, FrontBase, FilePro, Ingres II, SESAM, Firebird / InterBase, Paradox File Access, MaxDB, Интерфейс PDO);

· автоматизированная отправка HTTP-заголовков;

· работа с HTTP-авторизацией;

· работа с cookies и сессиями;

· работа с локальными и удалёнными файлами, сокетами;

· обработка файлов, загружаемых на сервер;

· работа с XForms.

В настоящее время PHP используется сотнями тысяч разработчиков. Согласно рейтингу корпорации TIOBE, базирующемся на данных поисковых систем, в декабре 2012 года PHP находился на 6 месте среди языков программирования. К крупнейшим сайтам, использующим PHP, относятся Facebook, Wikipedia и другие [13].

Огромная часть проекта это база данных. В качестве системы управления базами данных (СУБД) был выбран MySQL.

MySQL -- свободная система управления базами данных. Разработку и поддержку MySQL осуществляет корпорация racle получившая права на торговую марку вместе с поглощённой Sun Microsystems, которая ранее приобрела шведскую компанию МySQL AB. Продукт распространяется как под GNU General Public License, так и под собственной коммерческой лицензией. Помимо этого разработчики создают функциональность по заказу лицензионных пользователей, именно благодаря такому заказу почти в самых ранних версиях появился механизм репликации.

MySQL является решением для малых и средних приложений. Входит в состав серверов WAMP, AppServ, LAMP и в портативные сборки серверов Денвер, XAMPP. Обычно MySQL используется в качестве сервера, к которому обращаются локальные или удалённые клиенты, однако в дистрибутив входит библиотека внутреннего сервера, позволяющая включать MySQL в автономные программы.

...