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

УДК 004.432+004.655.3

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА

230400.68 - Информационные системы

на тему:

информационная технология научного консультирования выполняемых школьниками индивидуальных проектов исследовательской направленности

ВЫПОЛНИЛ: / Шаталов Р. Б./

РУКОВОДИТЕЛЬ: / Пиявский С. А./

ПРОВЕРИЛ: нормоконтролер / Камальдинова З. Ф./

Самара 2014 г.

РЕФЕРАТ

Магистерская диссертация

Пояснительная записка: 244 с., 39 рис., 21 табл., 20 источников, 7 приложений.

Графическая документация: 10л. А4.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МОНИТОРИНГ, ОДАРЕННОСТЬ, УНИВЕРСИТЕТЫ, АНАЛИТИКА, ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, УПРАВЛЕНИЕ, ВОСТРЕБОВАННОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Разработана информационная технология научного консультирования выполняемых школьниками индивидуальных проектов исследовательской направленности, а также режимы информационной системы, обеспечивающие мониторинг взаимодействия университетов и общеобразовательных учреждений России в направлении развития одаренности старших школьников. Формулируется постановка проблемы, цели и задачи работы, кратко описывается структура разработанной базы данных, содержание четырех крупных программных модулей, формирующих более 10 динамических страниц системы. Приводится разработанная методика комплексной оценки рейтингов университетов по совокупности частных показателей. Описаны результаты внедрения, включая аналитические исследования на основе накапливаемой системой информацией.

Таблица оценки творческого уровня работы

Суммарный рейтинг: 29.

Критерий	Значение критерия	Комментарий
Исследовательский характер работы кроме 1, автор сопоставляет полученный им результат с известными аналогичными результатами	2	Формализованная структурная схема, предложенной С.А. Пиявским информационной технологии научного консультирования выполняемых школьниками индивидуальных проектов исследовательской направленности. Система критериев оценки творческого уровня выполненных проектов, увязанная с системой 15 критериев, используемых для оценки творческих работ студентов вузов; математическая методика определения на этой основе компонентов творческого профиля школьника и комплексного рейтинга творческого уровня индивидуального проекта с использованием методов многокритериальной оценки.
Связь с НИР руководителя учащийся является участником оплачиваемых работ по грантам РФФИ или целевым программам	5	Работа осуществляется в рамках работы Ассоциации строительных вузов России.
Перспективность тематики работы перспективное направление, появившееся в последние годы, с пиком публикаций (например, визуальные базы данных и знаний в Интернет, программирование в социальных сетях, программирование для мобильных систем)	4	Информационно-аналитическая система помощи общеобразовательным организациям в поиске и развитии одаренных старших школьников.
Публикация работы статья в соавторстве опубликована или принята к печати (есть справка редакции)	3	Перспективные информационные технологии (ПИТ 2013): труды Международной научно-технической конференции / под ред. С.А. Прохорова - Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2013, с. 445-448. Materialy IX Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji konferencji «Wschodnie partnerstwo - 2013» Volume 13/ Pedagogiczne nauki.: Przemysl. Nauka I studia, с. 99-109. Ученые записки института социальных и гуманитарных знаний. Выпуск №1(12), 2014. Материалы VI Международной научно-практической конференции "Электронная Казань 2014" (ИКТ в образовании: технологические, методические и организационные аспекты их использования). Часть II. Казань, ЮНИВЕРСУМ, 2014, с.272-276. Труды Международной научно-методической конференции «Информатизация инженерного образования» - ИНФОРИНО-2014. - М.: Издательский дом МЭИ, 2014. - С. 493-494.
Практическая значимость работы уже используется в нескольких учебных завидениях	3	Реально используется в Самарском, Пензенском, Воронежском, Томском, Волгоградском, Московском и Нижегородском строительных университетах.
Анализ научной проблематики знает историю развития направления, его перспективы, ученых и названия их работ	1
Авторская формализация проблемы достаточно сложный аппарат, выполнена, в основном, нучным руководителем	3	Расчет рейтингов активности, востребованности и результативности
Новые научные результаты получены совместно с научным руководителем, не очень значительны	2	Формализованная структурная схема, предложенной С.А. Пиявским информационной технологии научного консультирования выполняемых школьниками индивидуальных проектов исследовательской направленности. Система критериев оценки творческого уровня выполненных проектов, увязанная с системой 15 критериев, используемых для оценки творческих работ студентов вузов; математическая методика определения на этой основе компонентов творческого профиля школьника и комплексного рейтинга творческого уровня индивидуального проекта с использованием методов многокритериальной оценки.
Оригинальные идеи автора оригинальные идеи отсутствуют	0
Анализ литературы анализ проведен учащимся по Интернет-источникам и журнальным статьям (всего не менее 6) с перекрестным сопоставлением	4	Обзор аналогов
Освоенные обеспечивающие методы, приемы освоены средства программирования типа C++, C#, PHP, Java	3	Клиентская часть - HTML, CSS, JavaScript Серверная часть - Qt/C++
Разработанные обеспечивающие методы, приемы визуальные БД и БЗ в Интернет, программы для социальных сетей, мобильных систем; ИТ, не имеющие аналогов, пусть простые	4	Информационная технология научного консультирования одаренных старших школьников
Многопараметриеское исследование с помощью разработанных программных средств на большом материале и приводит к существенным выводам	4	Рейтинги активности, результативности и востребованности
Обычное для автора качество оформление работы кроме 2, программный продукт работает безупречно	3
Обычное для автора качество доклада докладывает самостоятельно, четко, громко, отвечает на все вопросы	3

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ПРОБЛЕМАТИКИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.1 Обзор предметной области

1.1.2 Постановка проблемы

1.1.3 Цели и задачи работы

1.1.4 Обзор АСУ по работе с одаренной молодежью

1.1.5 Актуальность, новизна и практическая значимость

1.1.6 Объект и предмет исследования

1.1.7 Постановка задачи исследования

1.1.8 Структурная схема разработанной технологии

1.1.9 Временная схема разработанной технологии

1.2 СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.2.1 Разработка информационно-логической структуры системы

1.2.2 Диаграмма вариантов использования

1.2.3 Разработка сценариев вариантов использования

1.2.4 Диаграмма классов

1.2.5 Диаграмма состояний

1.2.7 Логическая структура базы данных

Выводы по главе

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Описание архитектуры разработанной системы

2.2 Разработка физической структуры Базы данных

2.3 Разработка программного продукта

2.3.1 Описание серверной части

2.3.2 Описание клиентской части

2.3.3 Схема режима ввода и редактирования предложений

2.3.4 Режим ввода и редактирования предложений университетами-АСВ

2.3.4 Режим поиска индивидуального проекта

2.3.5 Режим регистрации персонального журнала

2.3.6 Режим ввода достижения школьника

2.3.7 Режимы отображения самых успешных молодых исследователей

2.4 Диаграмма последовательности

2.5 Диаграмма кооперации

2.6 Диаграмма деятельности

2.7 Диаграмма развертывания

2.8 Системный обзор использования ИКТ в предметной области

2.8.1 Выбор СУБД

2.8.2 Выбор ОС

2.8.3 Выбор языка программирования и среды разработки

2.9 Разработка методики испытаний

2.10 Описание контрольного примера

2.11 Требования к программному обеспечению серверной стороны

2.11.1 Требования к серверной стороне

2.11.2 Требования к клиентской стороне

2.12 Минимальные и рекомендуемые аппаратные требования к серверной части разработанного программного обеспечения

2.12.1 Требования к серверной части

2.12.2 Требования к клиентской части

2.13 Выбор технических средств и ресурсный анализ

2.13.1 Оценка требуемых параметров комплекса технических средств для серверной части

2.13.2 Оценка требуемых параметров комплекса технических средств для клиентской части

Выводы по главе

3. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВНЕДРЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Методика ранжирования объектов мониторинга

3.2 Методы принятия многокритериальных решений

3.2.1 Метод аналитической иерархии (AHP)

3.2.2 Пример расчета коэффициентов значимости вузов методами AHP и ПРИНН-У

3.3 Проведенные исследования

3.4 Аналитические исследования

3.5 Внедрение разработанной информационной системы

Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПЕРИОД ОБУЧЕНИЯ

4.1 Педагогическая деятельность

4.2 Список выступлений на конференциях

4.3 Список публикаций

4.4 Список полученных наград

4.5 Электронное портфолио (список достижений)

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

программный разработка логический серверный

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом работ Координационного совета Ассоциации строительных вузов по работе с одаренными школьниками.

Разработанные режимы ввода предлагаемой университетами тематики для научного консультирования, редактирования тематики; оценки комплексных рейтингов востребованности, активности и результативности деятельности университетов; графического (цветового) представления параметров мониторинга и другие активно используются, помимо Самарским государственным архитектурно-строительным университетом (далее СГАСУ), Московским, Белгородским, Воронежским, Волгоградским, Нижегородским, Томским и Пензенским университетами. В результате работы системы ОДАРМОЛ, составной частью которой являются разработки автора настоящей работы, к настоящему времени в системе размещено более 800 предложений тематики индивидуальных проектов школьников и ведется мониторинг научного консультирования около 100 проектов, выполняемых школьниками 30 школ различных регионов России.

В процессе внедрения работы мною проводятся непрерывные дистанционные консультации 8 университетов и общеобразовательных организаций. Количество удовлетворенных обращений пользователей - 150. Кроме того, по просьбе университета автор выезжал для консультаций в г. Пенза, Уральск (Казахстан), а также в несколько образовательных организаций Самарской области.



1. ОБЗОР ПРОБЛЕМАТИКИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.1 Обзор предметной области

Задача работы с одаренной молодежью очень важная. Однако документы:

Утверждение Президентом РФ 3.04.12 «Концепции общенациональной системы выявления и развития молодых талантов» [1].

Утверждение Президентом РФ 7.05.12 Указа «О мерах по реализации государственной политики в области образования и науки».

Ввод в действие 2.06.12 Федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования.

создают предпосылки и одновременно требуют перевести эту работу на более высокий уровень. Базируясь на выполняемых проектах ФЦПРО, необходимо перейти к формированию в стране в течение 2013-2015 годов ЦЕЛОСТНОЙ СИСТЕМЫ РАБОТЫ С ОДАРЕННЫМИ СТАРШИМИ ШКОЛЬНИКАМИ.

Данная работа имеет свое начало с 2012 года. В то время Министерство образования и науки РФ поставило задачу разработать информационную систему по мониторингу выполнения заданий исполнителями госконтрактов. Этим обусловлена Федеральная целевая программа (ФЦПРО).

Федеральная целевая программа развития образования на 2011-2015 годы (ФЦПРО) по обеспечению формирования системы взаимодействия университетов и учреждений общего образования по реализации общеобразовательных программ старшей школы, ориентированных на развитие одаренных детей, предусмотренных в рамках мероприятия 2. «Распространение на всей территории Российской Федерации современных моделей успешной социализации детей», подмероприятия 2.2. «Создание основанной на информационно-коммуникационных технологиях системы управления качеством образования, обеспечивающей доступ к образовательным услугам и сервисам», задачи 1 «Модернизация общего и дошкольного образования как института социального развития» ФЦПРО (номер открытого конкурса: 02.02-023-п-Ф- 282) [2].

ФЦПРО включало 18 проектов на 2011 - 2013 гг., направленных на формирование системы взаимодействия университетов и учреждений общего образования по реализации общеобразовательных программ старшей школы, ориентированных на развитие одаренности у детей и подростков и стояла задача мониторинга.

Именно в 2012 году с помощью разработанной информационной системы осуществлялось ведение мониторинга университетов - исполнителей госконтрактов, которые работали над 18 проектами ФЦПРО на 2011-2013 гг., были направленны на формирование системы взаимодействия университетов и учреждений общего образования по реализации общеобразовательных программ старшей школы, ориентированных на развитие одаренности у детей и подростков и стояла задача мониторинга.

В таблице 1 представлен список всех проектов и их исполнителей.

Таблица 1 - Создаваемые центры при крупных университетах

Федеральный округ	Университет
Приволжский	Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Северо-Западный и Центральный	Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Сибирский	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Южный и Северо-Кавказский	Южный федеральный университет
Дальневосточный	Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова
Уральский	Российский государственный профессионально-педагогический университет

Цель каждого проекта - разработка и внедрение в практику работы учреждений высшего профессионального и общего образования моделей взаимодействия, основанных на использовании психолого-педагогических технологий формирования общей одаренности у детей и подростков на базе центра при университете и учитывающих различные академические направления.

Вторая группа из 12 проектов предусматривает разработку и внедрение моделей взаимодействия учреждений высшего профессионального и общего образования на базе дистанционной школы при национальном исследовательском университете. Такие школы создаются по следующим академическим направлениям, представленным в таблице 2.

Таблица 2 - Создаваемые дистанционные школы при крупных университетах

Пара академических направлений	Университет
Гуманитарное, естественнонаучное	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Гуманитарное, физическое	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Гуманитарное, химико-биологическое	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Математическое, гуманитарное	Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Математическое, технологическое	Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Математическое, физическое	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Математическое, химико-биологическое	Некоммерческое партнерство «Центр инновационного развития Биофармацевтического кластера «Северный»
Технологическое, гуманитарное	Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Физическое, естественнонаучное	Национальный исследовательский Томский государственный университет
Физическое, технологическое	Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Физическое, химико-биологическое	Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Химико-биологическое, технологическое	Казанский национальный исследовательский технологический университет

1.1.2 Постановка проблемы

В 2012 году Министерством образования и науки России была поставлена задача разработать информационную систему мониторинга, которая должна обеспечить контроль выполнения заданий госконтрактов перечисленными выше университетами, а также отображать их взаимодействие с общеобразовательными учреждениями по тематике проектов ФЦПРО. Для этого со СГАСУ был заключен договор субподряда.

Автор был приглашен в качестве одного из двух участников рабочей группы, которые обеспечили разработку программного обеспечения системы мониторинга и техподдержку эксплуатации системы.

Но в начале 2013 г. обстоятельства изменились и уже действующая на тот момент около полугода информационная система стала работать и действовать по-новому, в рамках Ассоциации строительных вузов России. Автор также остался одним из участников рабочей группы, а сама группа не изменилась, а наоборот - пополнилась новыми участниками.

Согласно Приказа Министерства образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки России) от 17 мая 2012 г. N 413 г. Москва «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования» [3]:

Индивидуальный проект представляет собой особую форму организации деятельности обучающихся (учебное исследование или учебный проект).

Индивидуальный проект выполняется обучающимся самостоятельно под руководством учителя (тьютора) по выбранной теме в рамках одного или нескольких изучаемых учебных предметов, курсов в любой избранной области деятельности (познавательной, практической, учебно-исследовательской, социальной, художественно-творческой, иной).

Результаты выполнения индивидуального проекта должны отражать:

сформированность навыков коммуникативной, учебно-исследовательской деятельности, критического мышления;

способность к инновационной, аналитической, творческой, интеллектуальной деятельности;

сформированность навыков проектной деятельности, а также самостоятельного применения приобретенных знаний и способов действий при решении различных задач, используя знания одного или нескольких учебных предметов или предметных областей;

способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов.

Индивидуальный проект выполняется обучающимся в течение одного или двух лет в рамках учебного времени, специально отведенного учебным планом, и должен быть представлен в виде завершенного учебного исследования или разработанного проекта: информационного, творческого, социального, прикладного, инновационного, конструкторского, инженерного.

Учитывая высшую роль в профориентации, Ассоциация строительных ВУЗов совместно с Самарским государственным архитектурно-строительным университетом разработали информационную систему ОДАРМОЛ, направленную на оказание помощи общеобразовательным организациям (школам) в поиске и развитии одаренных старших школьников. Система ОДАРМОЛ дает возможность заинтересованному ученику 8-11 класса выбрать увлекательную и престижную тему для своего индивидуального проекта, консультирование которого (очно или дистанционно, через электронную почту или Skype) готов осуществлять ученый крупного университета. Темы специально сформулированы в обобщенном виде, чтобы можно было их конкретизировать уже в общении (очно или дистанционно) вузовского ученого со школьником и его школьным учителем (тьютором), который непосредственно будет руководить выполнением проекта. Такой проект украсит портфолио школьника и поможет при поступлении в вуз. Его можно с успехом представить на региональные, всероссийские и международные конференции и конкурсы работ молодых исследователей. Победителей этих конференций и конкурсов ждут награды, призы, а также дополнительные меры поддержки при поступлении в конкретные университеты. А главный приз - это осознание школьником своих реальных возможностей и правильный выбор дальнейшего жизненного пути.

1.1.3 Цели и задачи работы

Целью данной работы является разработка разделов Информационной технологии работы с одаренной молодежью, позволяющих обеспечить:

выявление одаренных учащихся и их ОО;

активное сопровождение учащегося (в плане его научно - исследовательской работы);

представление работ учащихся на Всероссийские конкурсы и конференции, а также их независимая объективная оценка;

дифференциация различных форм поддержки одаренной молодежи в зависимости от ее успехов.

В этой цепочке много задействованных лиц и организаций. Поэтому, основная цель данной работы - обеспечить их взаимное оперативное информирование, чтобы они могли эффективно работать.

Основные задачи работы:

определить состав и требования к программным модулям, которые в рамках системы поручены Автору;

разработать структуру БД, обосновав при этом принцип средств реализации;

разработать математическую модель научного анализа и систематизации поступающих данных;

разработать соответствующее программное обеспечение;

провести автономную, а затем и комплексную отладку разработанных модулей;

включить модули в действующую информационную систему и обеспечить ее функционирование;

обеспечить техническую поддержку и корректировать разработанные модули с учетом их практического функционирования.

а также:

размещение разработанной вузами тематики индивидуальных проектов, их просмотр и редактирование;

просмотр тематики проектов школьниками с использованием системы фильтров;

расчет и визуализация комплексных критериев деятельности университетов;

ведение базы данных о достижениях школьников с расчетом рейтинга успешности и визуализацией списка наиболее успешных молодых исследователей;

реализацию оперативной обратной связи со школьниками через электронную почту;

отображение и статистический анализ активности пользователей портала;

мониторинг формирования внутри вуза тематики предлагаемых проектов, ее размещения, выбора школьником.

1.1.4 Обзор АСУ по работе с одаренной молодежью

В данной работе проводится обзор уже существующих автоматизированных систем по работе с одаренной молодежью. Обзор был проведен по нескольким интернет - источникам и проводился по таким характеристикам, как основной вид деятельности; возраст учащихся, на которых рассчитана система; выбор индивидуальной тематики научного консультирования; организация и проведение конференций; рамки, в которых функционирует система; ведение школьником персонального журнала; оповещение школьников посредством Email-уведомлений о ходе их работы над индивидуальным проектом. Результаты обзора приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Обзор АСУ по работе с одаренной молодежью

Информационная система Критерий	Информационно-аналитическая система индивидуального научного консультирования ОДАРМОЛ www.odarmol.ru	Форум содействия одаренной молодежи www.forumodar.ru	Малая академия наук «Интеллект будущего» www.future4you.ru
Сравнение по содержательной части
Основной вид деятельности	Индивидуальное консультирование школьников по их выполняемым проектам	Организация и проведение (на платной основе) конференций и олимпиад для одаренных школьников	Индивидуальное консультирование школьников по их выполняемым проектам, проведение конференций для одаренных школьников
Возраст учащихся, на которых рассчитана система	8-11 класс (но в исключительных случаях начальная планка может быть ниже)	2-10 классы	1-11 классы Студенты вузов Аспиранты Молодые ученые до 25 лет
Выбор индивидуальной тематики научного консультирования	Есть	Нет	Нет
Организация и проведение конференций	Есть	Есть	Есть
Рамки, в которых функционирует система	Международная Ассоциация строительных высших учебных заведений (АСВ)	Неизвестно	Малая академия наук «Интеллект будущего»
Ведение школьником персонального журнала	Есть	Нет	Нет
Оповещение школьников посредством Email и SMS уведомлений о ходе их работе над индивидуальным проектом	Есть	Нет	Только Email уведомления (в случаях, связанных с уведомлениями о новых конференциях, конкурсах и т.п.)
Сравнение по технической части
Использованные технологии и языки программирования серверной части	C++ (с использованием Qt библиотек)	Неизвестно	PHP
Использованные технологии и языки программирования клиентской части	HTML (в том числе HTML5)/CSS/JavaScript	HTML/CSS/JavaScript/JQuery	HTML/CSS/JavaScript
Использованная СУБД	Microsoft Office Access 2003	Неизвестно	Предположительно MySQL

Из результатов данной таблицы можно сделать следующие выводы:

в рассматриваемых системах нет четкого уведомления участников;

в рассматриваемых системах школьнику не предоставляется возможность ведения своего персонального журнала.

После анализов данных выводов можно сформулировать актуальность, цель и новизну данной работы.

1.1.5 Актуальность, новизна и практическая значимость

Актуальностью работы является ее выполнение в соответствии с Решением заседания правления Международной общественной организации «Ассоциация строительных высших учебных заведений» (АСВ) и Президиума Совета Учебно-методического объединения (УМО) высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области строительства №61(81) от 15 марта 2013 года.

Научная новизна:

Новая информационная технология работы с одаренной молодежью (частичное участие в разработке)

Новый метод расчета сводных компонентов эффективности университетов в работе с одаренной молодежью в системе ОДАРМОЛ (система критериев и метод расчета)

Практическая значимость - работа используется Международной Ассоциацией строительных вузов в работе с одаренной молодежью (имеется акт внедрения (см. Приложение В «Акт о внедрении»).

1.1.6 Объект и предмет исследования

Объектом исследования является система работы с одаренной молодежью с использованием инфокоммуникационных технологий.

Предметом исследования является формы, методы и необходимые виды обеспечения, в первую очередь информационные системы, для существенного повышения эффективности работы с одаренной молодежью.

1.1.7 Постановка задачи исследования

В системе мониторинга предусмотрено ранжирование университетов по востребованности, активности и результативности.

При этом возникает задача комплексной оценки эффективности их функционирования по целому ряду признаков и проведение исследований на этой основе.

Для управления процессом руководства школьников научными консультантами есть перечень контролируемых параметров их взаимодействия. Количество этих параметров составляет 25:

количество предложений;

количество школ;

количество школьников (из персональных журналов);

оценка учащегося по взаимодействию с руководителем от университета: отсутствует;

оценка учащегося по взаимодействию с руководителем от университета: слабое;

оценка учащегося по взаимодействию с руководителем от университета: среднее;

оценка учащегося по взаимодействию с руководителем от университета: хорошее;

готовность проекта: тема проекта еще не получена;

готовность проекта: получена тема проекта;

готовность проекта: составлен обзор литературы;

готовность проекта: сформулирована рабочая гипотеза;

готовность проекта: составлен план выполнения проекта;

готовность проекта: выполнена теоретическая часть;

готовность проекта: выполнена экспериментальная часть;

готовность проекта: проведено исследование;

готовность проекта: сделаны предварительные выводы;

готовность проекта: оформлен предварительный вариант проекта;

готовность проекта: получены замечания тьютора от университета;

готовность проекта: учтены замечания тьютора;

готовность проекта: подготовлена презентация к докладу по проекту;

готовность проекта: окончательно оформлена пояснительная записка к проекту;

готовность проекта: проект успешно защищен в свой школе;

статус проекта: не направлен на конкурс;

статус проекта: направлен на заочный этап конкурса;

статус проекта: стал лауреатом заочного этапа конкурса.

Необходимо было обобщить эти параметры. Это сводится к задаче многокритериальной оптимизации.

Описание расчетов рейтингов активности, результативности и востребованности находится в третьей главе.

1.1.8 Структурная схема разработанной технологии

Структурная схема - это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию [4].

Элементарные звенья изображаются прямоугольниками, а связи между ними -- сплошными линиями со стрелками, показывающими направление действия звена. Иногда в поле прямоугольника вписывают математическое выражение закона преобразования сигнала в звене, в этом случае схему иногда называют алгоритмичной.

Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначение структурной схемы могут быть достаточно свободными, хотя некоторые общепринятые правила всё же лучше выполнять.

На рисунке 1 приведена структурная схема разработанной информационной технологии. Те ее элементы, которые выделены являются элементами, разработанными автором данной работы.

Технология [15] (от др.-греч. фЭчнз - искусство, мастерство, умение; льгпт - мысль, причина; методика, способ производства) - в широком смысле - совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способов технического производства; в узком - комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами, и обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом.

При этом:

под термином изделие следует понимать любой конечный продукт труда (материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т. п.);

под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и пр. рисков.

Рисунок 1 - Структурная схема разработанной технологии

Изначально ответственный от университета, входящий в Международную ассоциацию строительных вузов России (АСВ), вводит в систему обобщенные тематики индивидуальных проектов исследовательской направленности для школьников. Также университет имеет возможность эти тематики редактировать и удалять. Ответственный от университета вводит предлагаемые обобщенные тематики для того, чтобы школьник мог из них осуществить выбор, а в университете была возможность легко подобрать научного консультанта по этой теме.

Школьник (самостоятельно, либо с помощью родителей/школьного учителя) посещает портал системы ОДАРМОЛ для выбора индивидуальной тематики исследовательской направленности. Во время этого процесса школьник выбирает предложенную университетом индивидуальную тематику исследовательской направленности. Во время просмотра этих тем школьник останавливает свой выбор на единственной теме и получает код этой темы для подачи заявки по ней. После этого происходит процесс регистрации школьника в системе (при условии, что общеобразовательная организация, в которой обучается школьник, уже зарегистрирована и имеет свои коды доступа). Во время регистрации школьника в системе, требуется ввести код для заявки выбранной тематики, которую школьник выбрал на предыдущем этапе. Однако если школьник не смог подобрать для себя индивидуальную обобщенную тематику, то он выбирает университет, с которым хотел бы взаимодействовать. После этого университет получает соответствующую заявку от школьника на работу по выбранному проекту. Далее от университета школьнику назначается научный консультант - ведущий специалист вуза по определенной обобщенной тематике. И после этого начинается процесс работы со школьником, во время которого определяется уже конкретная тематика индивидуального проекта. А окончание процесса взаимодействия консультанта со школьником должно привести к тому, что школьник должен выступить с окончательной работой на региональной или Всероссийской конференции.

Во время работы с научным консультантом школьник должен регулярно отражать успехи по своему проекту в персональном журнале. Для тех, кто нерегулярно это делает, предназначена информационная система E_Mail оповещений.

1.1.9 Временная схема разработанной технологии

Временная схема разработанной технологии представляет собой схему зависимости плана работ на учебный год от календарного месяца. Все начинается с ответственного от университета, который в промежуток между сентябрем и маем вводит обобщенные тематики индивидуальных проектов исследовательской направленности для школьников.

В сентябре ответственный от общеобразовательной организации производит регистрацию школьников в системе с целью создания им личного персонального журнала. С сентября по октябрь школьник производит выбор тематики индивидуального проекта исследовательской направленности, которые ранее ввел ответственный от университета. В этот же промежуток времени происходит следующее: ответственный от университета назначает научного консультанта школьнику, а также школьный учитель и назначенный ответственным от университета научный консультант вместе со школьником производят постановку конкретной темы индивидуального проекта исследовательской направленности. С сентября по декабрь школьник выполняет индивидуальный проект, а научный консультант производит консультирование этого проекта. И в середине декабря школьник представляет готовый проект на различные консурсы, олимпиады, конференции и т.п. С сентября по май ответственный от университета, общеобразовательной организации, школьник, научный консультант, а также рабочая группа Координационного совета ведут мониторинг хода работы над проектом. В следующем семестре (с января по май) происходит продолжение работы над проектом. Школьник может выступить на конференции или конкурсе в середине декабря, после чего внести существенные добавления в работу и представить ее на конкурсе или конференции в мае. Или, если он, к примеру, не успел доделать работу для презентации к середине декабря, то всегда есть шанс и время доделать ее к маю.

На рисунке 2 представлена временная схема разработанной технологии в календарной последовательности месяцев учебного года. А на рисунке 3 представлена временная схема разработанной технологии в последовательности учебного года с подробным описанием пунктов готовности проекта, тоесть когда и что школьник уже должен успеть сделать.

Рисунок 2 - Временная схема разработанной технологии в календарной последовательности месяцев



Рисунок 3 - Временная схема разработанной технологии в последовательности учебного года

1.2 СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.2.1 Разработка информационно-логической структуры системы

Язык UML представляет собой унифицированный язык визуального моделирования, который разработан для специфицирования (создания спецификации), конструирования, визуализации и документирования компонентов программного обеспечения и бизнес-процессов. Язык UML может быть использован для построения концептуальных и логических моделей сложных систем самого различного целевого назначения.

Конструктивное использование языка UML основывается на применении общих принципов объектно-ориентированного проектирования [5]:

Принцип абстрагирования, который предписывает включать в модель только те аспекты проектируемой системы, которые имеют непосредственное отношение к выполнению системой своих функций;

Принцип многомодельности, который представляет собой утверждение о том, что никакая единственная модель не может с достаточной степенью адекватности описывать различные аспекты сложной системы. При этом наиболее общими представлениями сложной системы принято считать статическое (структурное) и динамическое (описание логики процессов) представления;

Принцип иерархического построения моделей сложных систем, который предписывает рассматривать процесс построения модели на разных уровнях абстрагирования или детализации в раках фиксированных представлений.

Представления о модели сложной системы фиксируются на языке UML в виде специальных графических конструкций - диаграмм:

вариантов использования;

классов;

поведения:

состояний;

деятельности;

взаимодействия:

последовательности;

кооперации;

реализации:

компонентов;

развертывания.

1.2.2 Диаграмма вариантов использования

Диаграмма вариантов использования описывает функциональное назначение системы [5]. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или акторов, взаимодействие которых с системой отображается в виде взаимосвязанных вариантов использования.

Диаграмма вариантов использования разработанной подсистемы представлена на рисунке 4. Подсистема содержит 4 актанта: администратор БД, администратор системы, оператор системы, ответственный от университета, школьник (молодой исследователь) и гость. Каждый может войти в систему под своими кодами доступа. У ответственного от университета есть возможность ввода, редактирования и удаления предложений. Оператор системы имеет право на просмотр и формирование отчетов, ведения информации об активности университетов, ведение информации о мониторинге школьников. Администратор обладает правами вести справочную информацию: добавлять, редактировать и удалять сведения справочников, регистрировать в системе общеобразовательные организации.

Рисунок 4 - Диаграмма вариантов использования разработанной системы

1.2.3 Разработка сценариев вариантов использования

Сценарий [5] - текстовое описание последовательности действий, необходимых для выполнения экземпляра варианта использования. Сценарий пишется по определённому шаблону. При создании сценариев тщательно прорабатывается интерфейс системы, и учитываются отношения между вариантами использования. Для абстрактных вариантов использования, являющихся обобщениями конкретных вариантов, сценарии обычно не пишут.

Основные тексты сценариев находятся в Приложении А «Сценарии основных вариантов использования».

1.2.4 Диаграмма классов

Класс - описание множества объектов, обладающих общими атрибутами, операциями, отношениями и поведением. Класс является результатом операции обобщения [5]. Поэтому класс - всегда абстрактное понятие. Задание конкретных значений атрибутов и определяет экземпляр класса - объект, обладающий конкретным поведением. Объект может появляться во всех отношениях класса и всех его предков.

Класс имеет имя, списки атрибутов, операций или методов.

Операция - спецификация (описание) результата преобразования или запроса, которые должен выполнить вызываемый объект. Имеет имя и список параметров.

Метод - процедура, непосредственно реализующая операцию; у нее есть алгоритм и описание процедуры. Обычно метод задаётся на физическом уровне представления класса в модели проектирования, когда уже выбран алгоритм и способ его реализации.

Атрибуты класса - свойства или характеристики данного класса, которые могут принимать только одно значение из некоторого множества значений определенного типа.

Классы могут находиться между собой в различных отношениях (связях). Базовыми отношениями являются:

отношения зависимости;

отношения ассоциации;

отношения обобщения;

отношения реализации.

Классы по своей роли в системе делятся на группы:

сущностные классы: объекты этих классов представляют собой блоки длительно хранимой информации, используемые для организации баз данных и знаний, файловых систем хранения данных различной логической структуры; в основном в этих классах развит атрибутный раздел, однако имеется небольшое число операций контроля ограничений целостности, как стандартных, так и специфичных для данной предметной области. Диаграмма сущностных классов представлена на рисунке 5. На этой диаграмме выделены те таблицы, которые разработал автора данной работы.

классы управления: объекты этих классов являются активными, берущими на себя управление и организацию вычислительных процессов; чаще всего это стандартные компоненты операционных систем и систем управления базами данных (СУБД), таймеры, координаторы и т.п. Диаграмма классов управления представлена на рисунке 6;

граничные классы: объекты этих классов реализуют интерфейсы системы с внешней средой и различными пользователями. Диаграмма граничных классов представлена на рисунке 7;

классы прикладной логики: объекты этих классов реализуют основную логику решения задач приложения; обычно это отдельные программные или аппаратные модули, осуществляющие сложные расчеты, решение оптимизационных задач и т.п.



Рисунок 5 - Диаграмма сущностных классов

Рисунок 6 - Диаграмма классов управления

Рисунок 7 - Диаграмма граничных классов

1.2.5 Диаграмма состояний

Диаграмма состояний для системы представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Диаграмма состояний (работа с сайтом)

Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний одного или нескольких экземпляров классов, т.е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта, которые вызваны внешними воздействиями со стороны других объектов или извне [5]. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное назначения этой диаграммы - описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла.

1.2.7 Логическая структура базы данных

Схема базы данных [6] включает в себя описания содержания, структуры и ограничений целостности, используемые для создания и поддержки базы данных. Постоянные данные в среде базы данных включают в себя схему и базу данных. Система управления данными использует определения данных в схеме для обеспечения доступа и управления доступом к данным в базе данных.

Схема системы базы данных (от англ. Database schema) - её структура, описанная на формальном языке, поддерживаемом системой управления базами данных (СУБД). В реляционных базах данных схема определяет таблицы, поля в каждой таблице, а также отношения между полями и таблицами. Схемы в общем случае хранятся в словаре данных. Хотя схема определена на языке базы данных в виде текста, термин часто используется для обозначения графического представления структуры базы данных. Основными объектами схемы являются таблицы и связи.

На рисунке 9 представлена логическая структура базы данных разработанной системы. Выделенные таблицы являются таблицами, разработанными автором данной работы.



Рисунок 9 - Логическая структура базы данных разработанной системы

Выводы по главе

Таким образом Формулируется постановка проблемы, цели и задачи работы, кратко описывается структура разработанной Базы данных (логическая схема). Описывается обзор аналогов существующих информационных систем, а также постановка цели работы, задачи работы.

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Описание архитектуры разработанной системы

Информационная система [7] - комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей. В настоящий момент ИС уже довольно хорошо развились и сейчас оцениваются по многим критериям и особенностям.

Архитектура информационной системы _ концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы.

В данной работе используется архитектура «клиент-сервер». Теперь немного слов о ней.

Клиент-сервер (англ. Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг, называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Физически клиент и сервер это программное обеспечение. Обычно они взаимодействуют через компьютерную сеть посредством сетевых протоколов и находятся на разных вычислительных машинах, но могут выполняться также и на одной машине. Программы расположенные на сервере ожидают от клиентских программ запросы и предоставляют им свои ресурсы в виде данных(например загрузка файлов посредством HTTP, FTP, BitTorrent или потоковое мультимедиа) или сервисных функций(например работа с электронной почтой, общение посредством систем мгновенного обмена сообщениями, просмотр web-страниц во всемирной паутине). Пример клиент-серверной архитектуры можно увидеть на рисунке 10.

Рисунок 10 - Клиент-серверная архитектура

Преимущества

отсутствие дублирования кода программы-сервера программами-клиентами;

так как все вычисления выполняются на сервере, то требования к компьютерам, на которых установлен клиент, снижаются;

все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Недостатки

неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть. Неработоспособным сервером следует считать сервер, производительности которого не хватает на обслуживание всех клиентов, а также сервер, находящийся на ремонте, профилактике и т. п.;

поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста - системного администратора;

высокая стоимость оборудования.

2.2 Разработка физической структуры Базы данных

В данном разделе пойдет речь о разработанных Автором таблиц базы данных, которая взаимодействует с информационной системой ОДАРМОЛ.

Физические модели баз данных [21] определяют способы размещения данных в среде хранения и способы доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом уровне. Исторически первыми системами хранения и доступа были файловые структуры и системы управления файлами (СУФ), которые фактически являлись частью операционных систем. СУБД создавала над этими файловыми моделями спою надстройку, которая позволяла организовать всю совокупность файлов таким образом, чтобы она работала как единое целое и получала централизованное управление от СУБД. Однако непосредственный доступ осуществлялся на уровне файловых команд, которые СУБД использовала при манипулировании всеми файлами, составляющими хранимые данные одной или нескольких баз данных.

База данных разработана при помощи известной СУБД Microsoft Access. На сегодняшний момент база данных содержит в себе 19 взаимосвязанных таблиц. В таблице 4 перечислены все таблицы разработанной базы данных с их кратким описанием.

Таблица 4 - Основные таблицы базы данных

№	Название таблицы	Пояснение
1	Child	Хранит данные об одаренных школьниках, выполняют индивидуальный исследовательский проект
2	School	Хранит данные об общеобразовательных организациях (в том числе их коды доступа)
3	Region	Хранит данные о субъектах РФ
4	Univ	Хранит данные об университетах - членах АСВ (в том числе их логины и пароли)
5	Otv	Хранит данные об ответственных от регионов (субъектов РФ), в том числе их логины и пароли
6	Dov	Хранит данные о доверенных лицах, в том числе их логины и пароли
7	UnivResponseDocument	Хранит данные о предложениях, введенных университетами - членами АСВ
8	AcademicDirectionASV	Хранит названия видов наук (академических направлений)
9	Specialization	Хранит названия предметных областей
10	MaterialType	Хранит названия видов информации (типа материалов)
11	PupilsAge	Хранит информацию о возрастах учащихся
12	KonkursStage	Хранит названия стадий выполнения индивидуального проекта
13	KonkursStatus	Хранит названия статусов индивидуальных проектов (направлен на конференцию, автор стал лауреатом и т.п)
14	ChildMark	Хранит данные об уровне взаимодействия с научным консультантом от университета - члена АСВ
Недавно разработанные таблицы
15	AcademicYear	Хранит данные об учебных годах
16	Achievement	Хранит данные о достижениях школьников
17	ClassCourse	Хранит данные с названиями классов/курсов
18	DiplomaCertificate	Хранит данные с названиями дипломов/сертификатов
19	Project	Будет хранить данные о проектах школьников в различные учебные годы

Так как таблица UnivResponseDocument имеет очень сложную структуру и хранит в себе очень большой объем данных, поэтому было принято решение вынести ее в отдельный файл базы данных вместе с сопутствующими ей таблицами: AcademicDirectionASV, Specialization, MaterialType, PupilsAge. Связь таблицы UnivResponseDocument с другими таблицами основного файла базы данных делается через пункт меню «Файл» -> «Внешние данные» -> «Импорт». Таким образом, не нужно обращаться к другому файлу базы данных, чтобы получить доступ к этой таблице.

Ниже, на рисунке 11 представлена общая схема данных [6] разработанной базы данных, состоящей из 19 связанных между собой таблиц. На этой схеме выделены таблицы, разработанные автором данной работы.

На рисунке 12 представлена схема данных отдельного файла базы данных, в котором хранятся данные о предложениях (тематиках индивидуальных проектов исследовательской направленности) университета-АСВ.

Рисунок 11 - Схема данных разработанной Базы данных



Рисунок 12 - Схема данных отдельного файла базы данных

2.3 Разработка программного продукта

2.3.1 Описание серверной части

Серверная часть представляет собой модули, написанные на языке C++ (с использованием qt библиотек [10]), которые работают по технологии, похожей на технологию CGI [20]. Основная работа модулей - прием и обработка запросов от клиента и возврат ответа в JSON [19] формате. Работающий модуль долго не держится в оперативной памяти. Его работа заключается в следующем - запуск, принятие данных (параметров) от клиента, их обработка, возврат ответа клиенту и, соответственно закрытие самого модуля (приложения). При таком подходе, утечка памяти сервера крайне минимальна. А также основным преимуществом данного подхода является то, что, если вдруг, модуль «упал», то приложение просто «вылетает» и при этом не задевает ничего: - web-сервер работает в штатном режиме, ничего не зависает, а вылетевший модуль можно запустить заново, снова обратившись к нему. Модуль может обращаться не только к основным файлам и папкам сервера (по такой схеме разработан режим «Общие материалы», html-код которого формирует один из серверных модулей (рисунок 3), но и к Базе данных. Так как web сервер самописный, поэтому за раздел «Общие материалы» отвечает отдельный серверный модуль, который при каждом обращении клиента просматривает изначально выбранную папку на сервере, отбирает в ней файлы, подходящие по фильтру и выводит названия файлов на экран, при этом, сохраняя общий дизайн страницы, а также делает гиперссылки на найденные файлы. Также из любого модуля имеется возможность проверки авторизации и аутентификации подключенного клиента. Таким образом, страница «Общие материалы» полностью формируется на сервере (серверным модулем), после чего ее содержимое выдается клиенту в виде уже готового и сверстанного html кода.

...