Информационная система "Электронный журнал" вуза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра информационных и развивающих образовательных

систем и технологий

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе бакалавра на тему:

Информационная система «Электронный журнал» вуза

СТУДЕНТКИ ГИП-112

Алексановой Елены Владимировны

Самара 2016 г.

РЕФЕРАТ

Электронный журнал, образовательный процесс, информационная система, Мониторинг Успеваемости, учебный рейтинг

Целью работы является разработка информационной системы «Электронный журнал» вуза для непрерывного мониторинга текущей успеваемости с учетом движения контингента студентов на основе интеграции с семестровыми сетками. Информационная система позволяет формировать отчеты успеваемости на основе непрерывных данных об аттестации и представлять их в наглядной графической форме.

В работе используется рейтинговая модель мониторинга текущей успеваемости студента на основе непрерывных данных об аттестации.

Основное назначение системы ? дать деканатам и кафедрам инструмент для контроля за текущей успеваемостью студентов и предоставления данных для принятия решений по оптимизации хода учебного процесса в семестре. На основе предоставляемых данных можно оценить динамику освоения учебных дисциплин студентами образовательного учреждения и таким образом прогнозировать возможные «проблемы» при проведении семестрового контроля.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

В данной работе используются следующие сокращения:

ВО - высшее образование

СУБД - система управления базами данных

БД - база данных

ОС - операционная система

ООП - основная образовательная программа

АИС - автоматизированная информационная система

СГАСУ - Самарский государственный архитектурно-строительный университет

ФИСТ - факультет информационных систем и технологий

UML - Unified Modeling Language - язык визуального моделирования, основанный на объектно-ориентированном подходе

ВВЕДЕНИЕ

На качество подготовки специалистов большое влияние оказывает мониторинг успеваемости студентов в вузе в течение каждого семестра.

С помощью мониторинга текущей и итоговой успеваемости можно оценить уровень освоения учебных дисциплин студентами образовательного учреждения.

Описываемая в данной работе рейтинговая модель мониторинга текущей успеваемости студента основана на непрерывных данных об аттестации. Отличие данного подхода от ранее использовавшегося заключается в отсутствии традиционной системы контрольных точек [1, 2], оцениваемых дискретно, и в возможности их пересдачи задним числом.

Модель информационной системы мониторинга текущей успеваемости имеет следующие цели:

- на основе проставления текущей аттестации по отдельным дисциплинам дать информацию об уровне успеваемости студента на текущей момент;

- определять накопленный рейтинг студента;

- прогнозировать (рекомендовать) оценку студента при заключительной аттестации по дисциплине;

- выделить наиболее проблемные дисциплины;

- получить показатели эффективности каждого преподавателя.

Система позволяет учитывать аттестацию студентов, где плюс один означает «аттестован», минус один - «не аттестован», а также предоставляет возможность отслеживать кафедры, которые не проводят регулярную аттестацию студентов, либо не полностью заполняют журнал аттестации.

В соответствие с федеральным законом от 22.10.2004 г. №125-ФЗ «Об архивном деле в Российской Федерации» вуз обязан хранить личные дела студентов (отчисленных и окончивших) в течение 75 лет. За это время накапливается колоссальное количество информации, которую практически невозможно обработать вручную. Хранение истории студентов

в электронном виде и ее автоматизированная обработка системой «Электронный журнал» позволяет решить данную проблему.

К хранению и накоплению статистической информации об индивидуальном ходе освоения студентами семестровых дисциплин должны также примыкать функция ведения истории движения студентов, формирование информационных отчетов успеваемости на основе непрерывных данных об аттестации и ранжирование студентов по типовым траекториям.

В ФГБОУ ВО СГАСУ возникла необходимость разработки собственной системы электронного журнала с возможностью подстройки ее под нужды организации. В соответствии с предъявленными требованиями была разработана и внедрена информационная система «Электронный журнал». Разработка собственной системы также позволяет значительно сократить расходы на ее сопровождение.

1. Предпроектный анализ

1.1 Описание и анализ процессов «Электронного журнала» вуза

1) Объект - процесс непрерывного мониторинга текущей успеваемости с учетом движения контингента студентов на основе интеграции с семестровыми сетками, процесс создания аналитических отчетов успеваемости по университету по данным аттестации студентов по предметам, ранжирование студентов по типовым траекториям.

2) Предмет - информационная система «Электронный журнал» вуза.

3) Цель - контроль текущей успеваемости студента, оценка уровня освоения учебных дисциплин студентами образовательного учреждения.

4) Пути - мониторинг текущей успеваемости с помощью формирования отчетов по непрерывным данным об аттестации студентов по дисциплинам в семестре, хранение истории студентов.

Образовательный процесс - это целенаправленная деятельность по обучению, воспитанию и развитию личности путем организованных учебно - воспитательных и учебно-познавательных процессов в единстве ссамообразованием этой личности, обеспечивающая усвоение знаний, умений и навыков.

Информационно-образовательная среда (ИОС) - это системно-организованная совокупность средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, ориентированная на удовлетворение потребностей пользователей в информационных услугах и ресурсах образовательного характера.

Мониторинг - специально организованное, систематическое наблюдение за состоянием объектов, явлений, процессов с целью их оценки, контроля или прогноза [3].

Мониторинг результатов образовательной деятельности рассматривается как система мер по непрерывному отслеживанию качества предметных результатов освоения учебных планов. В процессе мониторинга выявляются тенденции в развитии системы образования, соотнесенные во времени, а также последствия принимаемых решений. В рамках мониторинга проводится выявление и оценивание проведенных педагогических действий.

В вузе ранее была введена система проставления контрольных точек по дисциплинам. Но получать информацию о контрольных точках не менее 300 дисциплин в вузе невозможно. Проводить мониторинг по данным аттестации значительно проще. Руководство может контролировать проставление аттестации, ограничив интервал ее проставления. В СГАСУ этот интервал равен двум неделям.

В рамках распоряжения Правительства Российской Федерации от 17 декабря 2009 г. N 1993-р [4] утвержден сводный перечень первоочередных государственных и муниципальных услуг, предоставляемых органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления в электронном виде, а также услуг, предоставляемых в электронном виде учреждениями субъектов Российской Федерации и муниципальными учреждениями согласно приложению N 1 этого распоряжения.

Ответственными исполнителями за пункт 8 «Предоставление информации о текущей успеваемости учащегося, ведение электронного дневника и электронного журнала успеваемости» в перечне услуг в сфере образования определены Минобрнауки России, Рособрнадзор, непосредственно образовательные учреждения (как субъекта Российской Федерации с участием органов исполнительной власти субъекта Российской Федерации, так и муниципальные образовательные учреждения с участием органов местного самоуправления) [5].

Журнал успеваемости - инструмент учета в образовательной организации. Ведение его в электронном виде оптимально для повышения прозрачности образовательного процесса и для реализации возможности информирования родителей в электронном виде, предусмотренного распоряжением N 1993-р.

Электронный журнал позволяет хранить историю всех студентов вуза, чего нельзя сделать в бумажном виде, ведь обработать эти данные будет практически невозможно.

Для составления отчета успеваемости по студентам или группам необходимо сначала запросить информацию у деканатов, для отчета по дисциплинам или преподавателям - у кафедр. Затем это все структурировать и выдать отчет, на что уходит значительное количество времени. Эту проблему может решить динамическое формирование отчетов.

1.2 Обзор аналогов и прототипа

Для формирования массива функциональных требований новой проектируемой системы необходимо провести обзор аналогичных информационных систем. Рассмотрим наиболее популярные системы электронных журналов.

1) АСУ РСО - комплексная информационная система, объединяющая в единую сеть школы и органы управления образования в пределах города, сельского или городского района. Права доступа к информации разграничены и гибко настраиваются. Каждый пользователь образовательного учреждения - директор, завуч, учащийся, учитель и родители учащихся имеют индивидуальные имя и пароль и могут входить в систему с любого компьютера, подключенного к муниципальной сети (или сети Интернет). В АСУ РСО учащимся доступно текущее расписание уроков и мероприятий; дневник, куда автоматически выставляются отметки, выставленные преподавателем в классный журнал; отчеты о своей успеваемости и сравнительные отчеты по своему классу [6].

На рисунке 1 изображен отчет классного руководителя за учебный период. Данный отчет позволяет увидеть списки учащихся в конкретном классе в учебном периоде (или за весь учебный год) по группам: отличники, хорошисты, учащиеся с одной тройкой, с двумя и более тройками, неуспевающие, не аттестованные.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Отчет классного руководителя за учебный период

На рисунке 2 показан отчет по итогам успеваемости класса за учебный период. В этом отчете собрана наиболее полная информация об успеваемости учащихся конкретного класса за выбранный учебный период, просчитан средний балл по врем предметам, показан процент качества усвоения предмета, количество положительных оценок «4» и «5» в учебном классе и процент успеваемости по предмету.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2) Информационная система «Успеваемость. Личные карточки студентов» - информационная система Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, которая предназначена для реализации рейтинговой системы контроля знаний и создания индивидуальной траектории обучения студентов, а также для анализа и контроля успеваемости [7]. На рисунке 3 представлена работа с ведомостью по предмету. На данном отчете можно увидеть допущен ли студент к экзамену

и сколько баллов он набрал за семестр по текущему предмету. Также имеется подробный отчет по успеваемости для группы за семестр. В отчете показываются итоги первой и второй аттестации, экзамена и итоговая оценка студентов группы за семестр.

Рисунок 3 - Сводная ведомость по предмету

3) Модуль построения отчетов в единой информационной системе КузГТУ - веб-приложение по формированию рейтинговых отчетов по успеваемости студентов и своевременному проставления контрольных точек преподавателями [8].

В системе используются программные технологии OLAP (аналитическая обработка в реальном времени) технология обработки информации [9], включающая составление и динамическую публикацию отчётов и документов. Используется для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. В данном модуле OLAP включает в себя целую группу технологий, начиная от способов организации хранилища данных и заканчивая средствами представления данных пользователям.

Основными отчетами системы являются отчет об успеваемости студентов (рисунок 4) и отчет по своевременному проставлению контрольных точек преподавателями студентов (рисунок 5).

В отчете об успеваемости используются следующие виды рейтинга: рейтинг по дисциплинам, в котором учитывается текущая успеваемость обучающихся; общий рейтинг по семестру, показывающий успеваемость студента по дисциплинам семестра; интегральный рейтинг за заданный учебный период, который отражает успеваемость студента за весь период заданного интервала времени.

Отчет по своевременному проставлению контрольных точек преподавателями основан на общем рейтинге по семестру, который показывает своевременность проставления контрольных точек преподавателем.

4) Naumen University - информационно-аналитическая система для организации управления учебным процессом в высших и средних специальных учебных заведениях [10].

На основании итогов сессии формируются различные документы по движению контингента студентов. Перевод между семестрами, отчисление, восстановление и другие операции выполняются в модуле «Движение контингента студентов» (рисунок 6). Он обеспечивает:

- настройку типов приказов, видов выписок и наборов изменяемых атрибутов для каждого вида выписки и приказа;

- формирование документов (выписок), являющихся основополагающими для изменения атрибутов студентов (отчисление, восстановление, стипендия, перевод, академический отпуск и т.д.);

- автоматизированное согласование, визирование, утверждение документов (электронный документооборот);

- автоматическое изменение атрибутов студентов по утвержденным приказам.

Для контроля усвоения учебной программы студентами используется модуль «Сессия» (рисунок 7), который обеспечивает:

- формирование и печать экзаменационных ведомостей на контрольные мероприятия в соответствии с рабочими планами;

- ввод результатов контрольных мероприятий по ведомостям;

- ведение семестровых журналов;

- формирование, печать и регистрация экзаменационных листов, ведение журнала пересдач;

- государственный экзамен, ВКР и дипломное проектирование;

- статистические отчеты и выборки: оценки студента за определённый период, формирование промежуточных и итоговых результатов сессии и зачётной недели, выборки по успеваемости студентов и др.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

5) Tandem University - комплексное решение по автоматизации образовательных организаций: государственных и коммерческих вузов, а также образовательных организаций среднего профессионального образования [11].

Модуль «Движение студентов» (рисунок 8) системы ТАНДЕМ. Университет предназначен для работы в системе сотрудников образовательной организации с любыми типами приказов, касающихся студентов.

В системе реализованы три типа приказов: сборные и индивидуальные приказы, списочные приказы и распоряжения, произвольные приказы. Виды приказов реализуют специфичные действия, производимые над студентами, в рамках определенного типа приказа. Сборные и индивидуальные приказы предназначены для формирования приказов для конкретного студента. Посредством формирования выписок из сборного приказа в системе можно совершать различные действия над студентом, которые могут изменять его характеристики.

Списочные приказы предназначены для формирования приказа, производящего действия над некоторой группой студентов.

Любой вид приказов производит автоматические изменения характеристик студента или группы студентов по заданному алгоритму.

В модуле «Сессия» системы ТАНДЕМ в оценки студента проставляются в ведомости успеваемости (рисунок 9). Университет предназначен для автоматизации деятельности деканатов образовательной организации в части проведения межсессионной аттестации, сессии, фиксации результатов сдачи контрольных мероприятий и фактов пересдач, формирования отчетов по результатам сессии и итоговым оценкам.

В данном модуле предусмотрены типовые отчеты:

- итоги межсессионной аттестации;

- сводные данные по ведомостям по группе;

- сводная ведомость по группе;

- список должников;

- сведения об итогах сессии:

- по группам;

- курсам;

- дисциплинам;

- образовательным программам.

Рисунок 8 - Движение студентов

На основе обзора аналогичных систем составлена сравнительная таблица

Таблица 1 - Сравнительный анализ аналогичных систем

Критерий	Информационная система
	АСУ РСО	Информационная система Успеваемость. Личные карточки студентов	Модуль построения отчетов в единой информационной системе КузГТУ	Naumen University	Tandem University
Формирование учебного рейтинга	На основе оценок	На основе оценок	На основе оценок	На основе оценок	На основе оценок
Графические отчеты	Нет	Нет	Да	Нет графических отчетов успеваемости	Нет графических отчетов успеваемости
Динамика на заданную дату	Только за четверть, год	Только за семестр, год	Только за семестр, год	Только за семестр, год	Только за семестр, год
Интеграция с сетками и привязка к семестровым датам	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Интегральная характеристика по блоку дисциплин	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Группировка результатов с одновременной фильтрацией	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Динамика (срок действия оценки)	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет

На основе данного обзора делаем вывод о том, что:

1) В отчетах группировка осуществляется только по студентам (ученикам), нельзя вывести статистику по группам, факультетам, кафедрам, дисциплинам.

2) Рейтинг формируется на основе проставленных оценок, а не данных аттестации.

3) Не все отчеты удобны для просмотра, данные не упорядочиваются по рейтингу.

4) Нет интеграции с сетками и привязки к семестровым датам.

5) Отсутствует интегральная характеристика по блоку дисциплин.

6) Нет такого понятия как срок действия оценки.

Разработка собственной информационной системы имеет ряд преимуществ:

- полностью удовлетворяет потребностям учебного заведения;

- непрерывная доработка и усовершенствование;

- повышение квалификации IT-специалистов ВУЗа;

- экономия на внедрении и сопровождении системы.

К недостаткам такой разработки можно отнести:

- необходимость постоянной самостоятельной доработки и модернизации.

- зависимость от собственных разработчиков;

- отсутствие опыта промышленной эксплуатации;

- потребность в высококвалифицированных кадрах.

1.3 Цели создания системы и решаемые задачи

Целью создания информационной системы «Электронный журнал» является обеспечение возможности для деканатов и кафедр контроля текущей успеваемости студентов и формирование корпуса данных для принятия решений по оптимизации хода учебного процесса в семестре.

Решаемые задачи:

- перепроектирование существующей базы данных, использующейся на http://iac.samgasu.ru, под особенности управления учебным процессом;

- составление алгоритма формирования отчетов на основе рейтинговой модели мониторинга текущей успеваемости студента по непрерывным данным об аттестации на заданную дату;

- разработка алгоритма изменения движения студента с проверками

на допустимость измененных состояний с учетом предыдущего состояния;

- формирование наглядных графических отчетов успеваемости

на заданный интервал времени;

- ранжирование студентов по типовым траекториям.

1.4 Расчет рейтинга успеваемости и ранжирование по типовым траекториям

Разработана рейтинговая модель мониторинга текущей успеваемости студента, основанная на непрерывных данных об аттестации. Отличие данного подхода заключается в отсутствии традиционной системы контрольных точек, оцениваемых дискретно, и в возможности их пересдачи задним числом.

Рейтинг студента на текущий момент вычисляется по проставленной аттестации A по дисциплине в семестре. Аттестация проставляется не позднее, чем через n дней от начала семестра или после проставления предыдущей аттестации. Преподаватель ставит по дисциплине D на определенную дату T студенту либо аттестован, либо не аттестован. Общий учебный рейтинг студента по всем дисциплинам семестра на заданную дату вычисляется по формуле:

, (1)

где ND - количество дисциплин в семестре, а k(AT) - количество оценок на заданные интервал времени T, tA-количество дней до следующей оценки, Aij - балл аттестации по j-ой дисциплине на i-ый момент времени, применение функции min ограничивает период действия оценки.

Используется оригинальный алгоритм ранжирования студентов на основе минимизации разницы площадей между индивидуальными траекториями студентов и типовыми траекториями. Коэффициент ранжирования вычисляется по формуле 2.

,(2)

где PАттестация - процент положительных оценок аттестации, b - количество положительных оценок аттестации, n - количество отрицательных оценок аттестации, PСвоевременность - процент своевременного проставления оценок аттестации, t - количество «просроченных» оценок аттестации (оценки, время действия которых истекло), PВыполнение - процент заполнения журнала аттестации, v - количество не проставленных оценок.

Анализируется распределение студентов по типовым траекториям и динамика стабильности нахождения студента на некоторой типовой траектории в течение всего семестра.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1 Диаграмма вариантов использования

Диаграмма вариантов использования описывает функциональное назначение системы. Она является исходным концептуальным представлением системы и строится с целью:

- определить общие границы и контекст моделируемой предметной области;

- сформировать общие требования к функциональному поведению и интерфейсу системы;

- подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков и заказчиков - пользователей системы.

В диаграмму вариантов использования входят актанты (actors), варианты использования (use case) и ассоциации (association) [12].

Диаграмма вариантов использования разрабатываемой системы представлена на рисунке 10. Система содержит четыре актанта: Проректора, Декан, Преподаватель кафедры, Сервер АСУ вуза. Перечисленных актантов обобщает Пользователь, который может заходить в систему неавторизованным и просматривать журнал аттестации, ранжировать студентов, группы, кафедры по типовым траекториям и формировать следующие отчеты: отчет по статистике количества студентов на выбранную дату, отчет об успеваемости по факультетам, кафедрам, группам, студентам. Декан может вносить изменения в движение студента своего факультета,

а преподаватель кафедры - проставлять аттестацию по предметам кафедры

в журнал аттестации. Проректор обладает правами и на внесение изменений в движение студента, и на проставление аттестации студенту по предметам. Сервер АСУ вуза обеспечивает ввод данных для формирования выше перечисленных отчетов.

Рисунок 10 - Диаграмма вариантов использования

2.2 Сценарий формирования отчета об успеваемости по группе студентов

информационная система электронный журнал

Сценарий - текстовое описание последовательности действий, необходимых для выполнения экземпляра варианта использования.

Другими словами, сценарий использования описывает, «кто» и «что» может сделать с рассматриваемой системой. Методика сценариев использования применяется для выявления требований к поведению системы, известных также как функциональные требования. Для абстрактных вариантов использования, являющихся обобщениями конкретных вариантов, сценарии обычно не пишут [13]. Ниже приведены сценарии для варианта использования «Формировать отчет об успеваемости по группе студентов».

Вариант использования: Формировать отчет об успеваемости по группе студентов.

Краткое описание: По полученной информации от Сервера АСУ ВУЗа об аттестации студентов составляется отчет об успеваемости по группе студентов.

Актант: Пользователь.

Предусловия: Вариант использования «Войти в систему» выполнен. На экране стартовая страница системы с пунктами меню: «Отчет об успеваемости», «Справка» и кнопкой «Закрыть».

Основной поток событий:

Пользователь выбирает пункт меню «Отчет об успеваемости»

A1: Справка

А2: Закрыть страницу

Система загружает страницу «Отчет по успеваемости». На странице отображаются фильтры «Дата актуализации», «Поколение», «Форма», «Уровень», «Направление», «ООП», «Факультет», «Группа», «Кафедра».

На странице имеются кнопки «Показать», «Закрыть».

На странице Пользователь в фильтре «Дата актуализации» выбирает дату, на которую будет формироваться отчет, ставит чекбокс «Группа»

и нажимает кнопку «Показать». По умолчанию на фильтре «Дата актуализации» учитывается текущая дата.

А2: Закрыть страницу

A3: Вернуться назад

Система устанавливает фильтры, обрабатывает запрос и выводит

на экран таблицу «Статистика успеваемости» с колонками «Группа», «Аттестация», «Своевременность», «Выполнение». Таблица заполняется данными, актуальными на указанную дату по группам. В столбце «Группа» пишутся названия групп, в столбце «Аттестация» - процент положительной аттестации в виде индикатора статистики успеваемости, в столбце «Своевременность» - процент своевременного проставления аттестации

в виде индикатора статистики, в столбце «Выполнение» - процент заполнения журнала аттестации в виде индикатора статистики. Таблица может быть отсортирована по возрастанию или убыванию по конкретному столбцу.

Пользователь просматривает статистику успеваемости групп, делает соответствующие выводы и закрывает страницу.

Система отображает окно ОС. Вариант использования завершается успешно.

Альтернативы:

А1: Справка

А1.1. Пользователь выбирает пункт меню «Справка»

А1.2. Система выводит на экран форму «Справка по системе»

с кнопками «Вернуться назад» и «Закрыть».

А1.3. Пользователь просматривает справку и щёлкает кнопку «Вернуться назад».

А1.4. Система закрывает форму «Справка по системе» и выводит на экран стартовую страницу системы с пунктами меню. Вариант использования завершается.

А2: Закрыть страницу

А2.1. Пользователь нажимает кнопку закрытия страницы браузера.

А2.2. Страница закрывается. На экране - окно ОС. Вариант использования завершается.

A3: Вернуться назад

A3.1. Пользователь нажимает кнопку возврата в браузере. Открывается стартовая страница системы.

А3.2. Выполняется пункт 1 основной последовательности.

2.3 Диаграмма сущностных классов

Класс-сущность (entityclass) - объекты сущностных 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 [12].

Диаграмма сущностных классов является представлением основных классов в БД. В данной работе используются двенадцать сущностей: «Факультет», «Специальность», «История студентов», «Группа», «Студент», «Дисциплина», «Оценка аттестации по дисциплине», «Кафедра», «Приказ», «Движение студента», «Учебный план», «Учебная сетка».

Диаграмма сущностных классов представлена на рисунке 11.

Сущности «Факультет» и «Специальность» имеют связь «один ко многим», так как на факультете может быть одна или несколько специальностей. «Специальность» связана с сущностями «История студентов» и «Учебный план» также отношением «один ко многим», «Учебный план» в свою очередь может иметь одну или несколько «Учебных сеток». У «Кафедры» может быть или не быть специальностей, но на ней должны преподаваться одна или более «Дисциплин». По «Дисциплине» могут проставляться оценки аттестации, либо вообще отсутствовать, если временной интервал равен началу семестра. Также «Студент» может иметь, либо не иметь оценки аттестации по дисциплинам, но обязательно должна быть информация об истории движения студента, поэтому сущности «Студент» и «История студента» связаны отношением «один ко многим». Сущности «Группа», «Приказ», «Движение студента» также связаны с «Историей студента» отношением «один ко многим», так как в базе должна храниться информация о типе движения студента, приказе, в соответствии с которым осуществляется движение студента. «История студента» содержит информацию о студенте, которая может изменяться на протяжении всего времени его обучения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.4 Диаграмма граничных классов

Граничный класс (boundaryclass) - класс, который располагается на границе системы с внешней средой и непосредственно взаимодействует с актантами, но является составной частью системы. Объекты этих классов предназначены для организации взаимодействия системы с актантом (внешним пользователем), они реализуют интерфейсы системы с внешней средой и различными пользователями.

Основным содержанием класса являются операции, которые должны находиться в нижней области символа класса [12]. Граничный класс имеет стереотип «boundary».

Диаграмма граничных классов для системы «Электронный журнал» вуза, представленная на рисунке 12, имеет восемь граничных классов: «Стартовая страница АИС», «Страница ранжирования по типовым траекториям», «Страница статистики количества студентов», «Страница отчета об успеваемости», «Страница реестра групп и журналов», «Страница журнала аттестации», «Окно аутентификации», «Страница движения студентов».

Граничный класс «Стартовая страница АИС» отвечает за показ главного меню, страниц реестра групп и журналов, статистики количества студентов, движения студентов, ранжирования по типовым траекториям, страницы отчета об успеваемости.

Класс «Страница реестра групп и журналов» устанавливает связь с сервером АСУ вуза, устанавливает все фильтры, загружает данные по фильтрам, отображает результаты в табличной форме, открывает страницу журнала аттестации группы путем вызова класса «Страница журнала аттестации» и закрывает страницу реестра групп и журналов.

Класс «Страница журнала аттестации» устанавливает фильтры, открывает окно аутентификации путем обращения к классу «Окно аутентификации», вносит данные аттестации студентов по дисциплине, отправляет их на сервер АСУ вуза и закрывает страницу журнала аттестации. Также этот класс обеспечивает отображение динамики аттестации в табличной форме.

Класс «Страница статистики количества студентов» устанавливает связь с севером АСУ вуза, устанавливает фильтры, загружает данные по фильтрам, отображает данные по фильтрам и закрывает страницу статистики количества студентов.

Класс «Страница отчета об успеваемости» устанавливает связь с сервером АСУ вуза, устанавливает все фильтры, загружает данные по фильтрам, отображает результаты в табличной форме, и закрывает страницу отчета об успеваемости.

Класс «Страница ранжирования по типовым траекториям» устанавливает связь с сервером, устанавливает все фильтры, загружает данные по фильтрам с сервера АСУ вуза, отображает результаты в табличной форме с результатами ранжирования по типовым траекториям, рисует график успеваемости, закрывает страницу ранжирования по типовым траекториям.

Класс «Страница движения студентов» устанавливает связь с сервером АСУ вуза, устанавливает фильтры, загружает данные по фильтрам, открывает окно аутентификации путем вызова класса «Окно аутентификации», отправляет данные о движении на сервер и закрывает страницу движения студентов.

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



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.5 Диаграмма классов управления

Классы управления (control class) - 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. [12]

Диаграмма классов управления представлена на рисунке 13. Она состоит из трех классов управления: «Менеджер АИС», «Менеджер СУБД», «Менеджер ОС».

Рисунок 13 - Диаграмма классов управления

2.6 Схема алгоритма формирования отчета об успеваемости

На рисунке 14 представлена схема алгоритма формирования отчета об успеваемости. По данному алгоритму формируется отчет успеваемости по заданным фильтрам.

Функция формирования отчета получает на вход строковую переменную (URL), содержащую фильтры, выбранные пользователем. Затем структуры «Студент», «Предмет», «Оценка» инициализируются данными из БД, «Статистика» инициализируется пустыми значениями, программные переменные фильтров инициализируются значениями, полученными из переменной URL.

В цикле по предметам, который содержится в цикле по студентам, заполняем структуру статистики:

1. Если структура статистики уже содержит текущего студента, текущую дисциплину и текущий семестр, то добавляем сведения об оценки уже к имеющимся данным в структуре:

1.1. Если время действия текущей оценки больше двух недель (этот срок проставления аттестации установлен руководством СГАСУ),

то увеличиваем на 1 количество просроченных оценок в структуре статистики.

1.2. Если текущая оценка больше 0, то увеличиваем количество положительных оценок в структуре статистики.

1.3. Если текущая оценка меньше 0, то увеличиваем на 1 количество отрицательных оценок в структуре статистики.

1.4. Обновляем статистику.

После перебора всех дисциплин в структуре «Предмет»,

которые соответствуют текущему студенту, выходим из цикла по дисциплинам.

После перебора всех студентов в структуре «Студент», выходим из цикла по студентам.

На выходе получаем статистику успеваемости со следующими параметрами: выбранные фильтры, количество положительных оценок аттестации, количество отрицательных оценок аттестации и количество не проставленных оценок аттестации.

Рисунок 14 - Схема алгоритма формирования отчета об успеваемости

2.7 Логическая структура БД

Для хранения данных в проектируемой системе будет использоваться база данных. База данных - структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики какой-либо физической или виртуальной системы.

Для проектируемой системы была выбрана реляционная модель базы данных как наиболее простая и подходящая кругу решаемых задач. Данные в базе представляются в табличной форме, на пересечении каждой строки и столбца таблицы находится только одно значение, все значения в каждом столбце имеют один тип, запросы к базе данных возвращают результат в табличной форме, что удобно для отображения.

Общепринятым стандартом языка работы с реляционными базами данных является язык SQL, который позволяет делать запрос на выдачу информации, объединенной по любому принципу.

Задача логической модели данных заключается в описании объектов данных предметной области и взаимосвязей между ними. При разработке модели, зачастую, приходится сталкиваться с сущностями, уникальность которых зависит от значений атрибута внешнего ключа. Для этих сущностей (для уникального определения каждой сущности) внешний ключ должен быть частью первичного ключа дочернего объекта.

В результате анализа предметной области для функционирования информационной системы было выделено двенадцать сущностей (рисунок 15): «Факультет», «Специальность», «История студентов», «Группа», «Студент», «Дисциплина», «Оценка аттестации по дисциплине», «Кафедра», «Приказ», «Движение студента», «Учебный план», «Учебная сетка». На диаграмме классы, изображенные прямоугольником с острыми углами, являются независимыми сущностями, которые могут существовать самостоятельно. А классы изображенные прямоугольниками с закругленными краями - зависимыми сущностями, которые не могут существовать самостоятельно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.8 Диаграмма состояний АИС

Диаграмма состояний (state chart diagram) - диаграмма, на которой изображается конечный автомат с простыми состояниями, переходами и, возможно, вложенными композитными состояниями. Концепция диаграммы состояний разработана Дэвидом Хэрелом [12].

Диаграмма состояний описывает поведение объектов системы и системы в целом. В основе диаграммы лежит понятие конечного автомата (state machine).

Конечный автомат - это спецификация последовательности состояний, через который в течение своей жизни проходит объект (система, подсистема, экземпляр класса), в том числе взаимодействуя с другими объектами (системами, подсистемами, экземплярами классов) и находясь под воздействием некоторого потока событий [13].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 17 - Примечание к диаграмме состояний АИС

3. РЕАЛИЗАЦИЯ

3.1 Архитектура и платформа реализации, включая ОС, язык программирования, СУБД

Система имеет трехуровневую клиент-серверную архитектуру, чтобы обеспечить возможность доступа к единой базе данных через Интернет.

В качестве платформы реализации для клиента используется JavaScript [14], а для сервера С++ [15]. Серверная часть системы разработана под операционной системой MS Windows [16] на языке С++, а клиентская часть - на JavaScript и HTML [17]. Благодаря данным средствам система наделена гибкостью, а высокоуровневый язык программирования С++ обеспечивает выполнение высокопроизводительных операций на слабом железе. JavaScript и HTML поддерживаются всеми браузерами, поэтому у пользователя не возникнет особых проблем с нужным отображением интерфейсов системы.

В качестве СУБД выбран MS Access [18]. Одним из его достоинств является легкая переносимость базы данных с одной машины на другую. Также он входит в пакет MS Windows, которая установлена на машине с серверной частью, и включен в лицензию, приобретенную вузом.

3.2 Физическая структура БД

В качестве СУБД для разработки базы данных системы использовался Microsoft Access. Физическая структура БД (рисунок 18) соответствует разработанной ранее логической структуре, представленной на рисунке 15.

Диаграмма физической структуры БД содержит двенадцать сущностей: «Bep», «Faculty», «StudGroup», «Stud», «StudHist», «Mark», «Cathedra», «Order», «Plane», «Grid», «StudMove», «Subject».

В таблице 2 приведено соответствие имен сущностей логической структуры и таблиц физической структуры БД.

Таблица 2 - Соответствие сущностей логического уровня сущностям физического уровня

Сущность на логическом уровне	Сущность на физическом уровне
Специальность	Bep
Факультет	Faculty
Группа	StudGroup
Студент	Stud
История студента	StudHist
Оценка аттестации по дисциплине	Mark
Кафедра	Cathedra
Приказ	Order
Учебный план	Plane
Учебная сетка	Grid
Движение студента	StudMove
Дисциплина	Subject

Связи между сущностями из логической структуры базы данных переходят в связи между таблицами на физической структуре данных, названия атрибутов в логической структуре преобразуются в названия столбцов на физической структуре базы данных.

На диаграмме физической структуры БД в верхней области символа сущности помещены первичный и вторичный ключ. Вторичный ключ обозначается «FK».



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.3 Расчет оперативной и внешней памяти

3.3.1 Расчет необходимого объема внешней памяти

По формуле (2) был проведен расчёт ресурсов внешней памяти.

, (2)

где VВП - общий объем внешней памяти, Гб;

VОС - объем внешней памяти, требуемый для хранения файлов операционной системы, Гб;

VСУБД - объем внешней памяти, требуемый для хранения файлов

СУБД, Гб;

Vданных - объем внешней памяти, требуемый для хранения записей базы данных и результатов выполнения функций, Гб;

Vпрограммы - объем внешней памяти, необходимой для хранения текстов и библиотек приложений, Гб;

Vдоп.ПО - объем внешней памяти, необходимый для дополнительно необходимого ПО.

Расчет необходимого объема внешней памяти сервера.

В качестве ОС сервера рекомендуется использовать ОС Windows Server 2008 R2. А в качестве СУБД Microsoft SQL Server 2008 R2.

В качестве дополнительного ПО выступает Qt 5.6.0. После установки Qt 5.6.0 занимает 3,64 Гб.

Vданных рассчитаем по таблице 3, учитывая, что один символ кодируется одним байтом, а на индекс берется 15% основного объема. Предполагается, что система будет функционировать три года (за это время она морально устареет и будет заменена). Исходя из этого и интенсивности запросов к системе, рассчитано максимальное количество записей в таблицах.

Таблица 3 - Расчет объема хранимых данных

Название таблицы	Размер записи, байт	Максимальное количество записей	Размер индекса, байт	Итого, байт
Bep	310	500	23250	178250
Faculty	255	5	191	1466
StudGroup	54	20	162	1242
Stud	112	5500	92400	708400
StudHist	657	6000	591300	4533300
Mark	255	200	7650	58650
Cathedra	255	500	19125	146625
Итого	5627933

Расчет необходимого объема внешней памяти клиента.

Считаем, что клиент работает под управлением ОС Windows 7 Home Basic. Для работы ему больше ничего не требуется, кроме браузера Internet Explorer, который входит в поставку операционной системы, поэтому:

.

3.3.2 Расчет необходимого объема оперативной памяти

По формуле (3) был проведен расчёт ресурсов внешней памяти

, (3)

где VВП - общий объем внешней памяти, Мб;

VОС - объем внешней памяти, требуемый для хранения файлов операционной системы, Гб;

VСУБД - объем внешней памяти, требуемый для хранения файлов

СУБД, Мб;

Vданных - объем внешней памяти, требуемый для хранения записей базы данных и результатов выполнения функций, Мб;

Vпрограммы - объем внешней памяти, необходимой для хранения текстов и библиотек приложений, Мб.

Расчет необходимого объема оперативной памяти сервера.

Ниже приведены значения VОС и VСУБД необходимые для работы ОС WindowsServer 2008 R2 и СУБД Microsoft SQL Server 2008.

Расчет Vданных произведем на наихудший случай, запрос на максимальное количество таблиц БД. Наиболее сложным запросом является запрос на формирование отчета «Формирование отчета об успеваемости по факультету», т.к. требует для своего формирования использования наибольшего числа таблиц БД, а именно 5 из 12 возможных. Vданных рассчитывается по таблице 4. Максимальное количество используемых записей принято в размере 10% от всего количества записей.

Таблица 4 - Расчет объема буфера оперативной памяти, необходимой для реализации транзакции: формирование отчета об успеваемости по факультету.

Название	Размер записи, байт	Макс. количество записей	Размер индекса, байт	Итого, байт
Bep	310	50	2325	17825
Faculty	54	2	162	1242
StudGroup	112	550	9240	70840
Stud	657	600	59130	453330
StudHist	321	75	3612	27687
Mark	82	79	972	7450
Cathedra	90	30	405	3105
Итого	581479

.

Суммарный объем ОЗУ, необходимый для функционирования системы:

.

Расчет необходимого объема оперативной памяти клиента.

Так как для функционирования системы клиенту необходима только ОС и веб-браузер, то VСУБД, VПрограммы, Vдоп.ПО равны нулю.

В данном случае объём данных программы - это память, расходуемая браузером для отображения данных полученных с сервера.

Таким образом, общий объём оперативной памяти, необходимый для работы пользователей:

3.3.3 Время реакции системы

Расчет времени реакции системы должен дать оценку быстродействия системы. Временем реакции системы по какой-либо функции называется время от момента начала запроса на выполнение этой функции от внешнего источника запросов до момента окончания формирования результата по данной функции. Время реакции системы расчитывается на наихудший случай для самого сложного запроса. Рассмотрим на примере запроса «Формирование отчета об успеваемости по факультету».

Общее время реакции системы на выполнение запроса рассчитывается

по формуле (4).

, (4)

, (5)

, (6)

, (7)

, (8)

teeoda - время на ввод входных данных запроса;

kee - коэффициент ошибок при вводе, для расчетов можно принять равным 1.5;

Lсимe - количество символов, вводимых в качестве исходных данных запроса.

Так, как оператор выбирает информацию из списка, будем считать, что Lсимe = 2 (открытие списка и выбор из списка)

tсимe - время ввода одного символа, при ручном вводе с клавиатуры в некоторую экранную форму можно принять в среднем равным 2 с;

tсчитывания - время, затрачиваемое на считывание физических блоков при работе с накопителем;

Nбл - количество считываемых физических блоков, зависит от количества обрабатываемых таблиц (файлов) и объема таблиц (файлов);

tпоз=0,006 сек - время позиционирования головок дискового накопителя;

tсч.бл =0,001 сек - время считывания физического блока в дисковом накопителе;

tвычисления - время, затрачиваемое процессором на обработку информации с учетом выполнения циклов;

tсоединения - время, затрачиваемое на соединение с сервером, для клиент-серверной системы;

tзагр.контента - время, затрачиваемое на загрузку контента на клиент.

Nопер = 1000 - количество операций высокого уровня, необходимых для формирования результата;

K1 - среднее количество тактов машинных команд на одну операцию, для большинства случаев можно принять К1 = 60;

f = 1600*106 - тактовая частота процессора, Гц;

Vmaбл = 92 000 байт - средний объем таблицы, байт;

Nmaбл = 7 - количество таблиц, обрабатываемых в запросе;

Ублока= 512 байт - объем физического блока носителя, байт;

tвывода - время на вывод результата на устройство вывода. Для дисплея можно принять 0.5 с. (зависит от видеокарты и дисплея).

tсоединения = 0,035 с.(среднее время соединения, полученное из браузера)

tзагр.контента = 0,003 с.(среднее время загрузки контента, полученное из браузера);

Полученное время реакции системы соответствует нормам времени для диалогового режима (до 20 с).

3.3.4 Выбор структуры комплекса технических средств

Согласно приведенным расчётам требуемых ресурсов внешней и оперативной памяти, для работы разработанной информационной системы рекомендуются персональный компьютер со следующими системными характеристиками:

Оперативная память - 2 Гб.

Наличие свободного места на жестком диске - не менее 16 Гб.

128 Мб видеопамяти и больше.

Процессор с тактовой частотой 1,6 ГГц и выше.

3.4 Основные интерфейсы

На рисунке 19 представлен интерфейс страницы формирования

отчета успеваемости. Фильтры последовательно размещены в

верхней части страницы. Не выбранные поля списков имеют

минимальную длину, а при нажатии на выпадающий список, поле

принимает длину большего значения списка, это сделано для

компактности отображения фильтров, так как довольно редко

выбираются сразу все фильтры. Фильтры для группировок сделаны

в виде чекбоксов, и расположены ниже основных фильтров, так как

они не являются основными и не участвуют в формировании запроса к серверу, но группируют полученные данные для удобного просмотра отчетов.

Отчет статистики успеваемости выводится ниже фильтров, так как он может занимать всю ширину страницы, и пользователю будет удобнее видеть на экране полный отчет, не прокручивая страницу влево и вправо, чтобы сопоставить крайние столбцы. Также таблица отчета поддерживает сортировку по всем столбцам.

На рисунке 20 показана страница реестра групп с фильтрами и

таблицей с данными. Если щелкнуть по ссылке на группе, то

система перенаправит на страницу журнала аттестации группы (рисунок 21). Нажав на кнопку «Динамика» можно посмотреть информацию о проставленной аттестации (рисунок 22).

На рисунке 23 представлена страница движения студентов. Она

состоит из двух частей: нижняя - выбор данных для осуществления

действий над нужными студентами, верхняя - ввод данных о приказе и внесение их в базу.

На странице статистики студентов (рисунок 24) формируется отчет на выбранную дату о количестве учащихся, отчисленных, бюджетников, иностранцев и т.д.

На рисунке 25 показана страница ранжирования студентов по типовым траекториям. Установив нужные фильтры можно увидеть результаты учебного процесса в виде таблицы с типовыми траекториями и графика, на основании которого происходит деление по типовым траекториям.

Рисунок 19 - Страница отчет об успеваемости

Рисунок 20 - Страница реестра групп

Рисунок 21 - Страница журнала аттестации



Рисунок 22 - Страница динамики аттестации

Рисунок 23 - Страница движения студентов

Рисунок 24 - Страница статистики количества студентов

Рисунок 25 - Страница ранжирования по типовым траекториям

3.5 Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов - диаграмма, на которой изображены типы компонентов и зависимости между ними.

Компонент реализованной системы - это относительно независимая функциональная часть системы, которая выполняет самостоятельную функцию, и обычно реализуются в виде отдельного файла или определения.

Основными графическими элементами диаграммы компонентов являются компоненты, интерфейсы и зависимости между ними.

Компонентами являются программные модули, в том числе библиотечные модули и стандартные программные системы (операционные системы, СУБД), а также файлы документации и таблицы базы данных.

Компоненты так же, как и классы, группируются в пакеты.

Состав и обозначения компонентов зависят от выбранной среды программирования [12].

Диаграмма компонентов разрабатывается для следующих целей:

визуализации общей структуры исходного кода программной системы;

спецификации исполнимого варианта программной системы;

обеспечения многократного использования отдельных фрагментов программного кода;

представления концептуальной и физической схем баз данных.

Диаграмма компонентов разработанной системы приведена на рисунке 26, она отражает компоненты системы и связи между ними.

В таблице 5 дано краткое описание основных компонентов системы.

Таблица 5 - Основные классы системы

Класс	Описание
_main.cpp	Точка вызова функций, переданных в качестве командной строки.
statistic.cpp	Класс формирование статистики успеваемости и обеспечения отправки результата клиенту
z_main.cpp	Содержит основные функции формирования ответа клиенту
z_subject.cpp	Обеспечивает работу с дисциплинами
z_json.cpp	Функции для приведения данных в формат JSON
z_week.cpp	Обеспечивает работу с учебными неделями и семестрами
z_filter.cpp	Обеспечивает обработку фильтров
z_sql.cpp	Обеспечивает работу с БД: ввод данных, выборка данных по запросам
all_sql.cpp	Содержит все основные запросы к БД
sqlStud.cpp	Содержит запросы по студентам



Рисунок 26 - Диаграмма компонентов

3.6 Диаграмма развертывания

Диаграмма развёртывания - это завершающая диаграмма технологии UML. Она показывает общее развертывание компонентов системы на технических узлах системы и служит для моделирования работающих узлов (аппаратных средств) и артефактов, развёрнутых на них.

Под техническим узлом понимается автоматическое рабочее место, персональное рабочее место клиента, серверный узел нижнего и верхнего уровней, отдельный набор технических средств. К основным способам выполнения компонентов относятся программный, аппаратный и программно-аппаратный способы [12]. Диаграмма развертывания разработанной системы представлена на рисунке 27.

Рисунок 27 - Диаграмма развертывания

3.8 Программа и методика испытаний

Объектом испытаний является разработанная информационная система «Электронный журнал» вуза.

Программа предназначена к применению в случаях необходимости проставления оценок аттестации студенту по дисциплинам, мониторинга текущей успеваемости студентов по группам, кафедрам, факультетам, изменения движения студентов.

Наименование темы разработки - Разработка информационной системы «Электронный журнал» вуза.

Цель испытаний - проверка работоспособности основных функций информационной системы, изложенных в программном документе «Техническое задание», а именно:

...