Многослойная модель распределенной информационной системы организации учебного процесса в вузе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многослойная модель распределенной информационной системы организации учебного процесса в вузе

Топоркова О.М.

Современная высшая школа России переживает серьезные перемены в методологии и концептуальных подходах к нормативным показателям организации учебного процесса со стороны регламентирующих органов, которые вызваны ее присоединением к процессам Болонских реформ в 2003 году. Коренным образом изменилось содержание основного нормативно-правового документа - федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС), с помощью которого вузы традиционно разрабатывают информационную базу для организации учебного процесса - основную образовательную программу по направлению подготовки (ООП). В ФГОС воплотилась ставшая очевидной в новых условиях функционирования вузов необходимость и возможность расширения «академических свобод» последних для определения содержания обучения и для его реализации.

Новый стандарт (ГОС третьего поколения) имеет следующие основные особенности, важные для информационной поддержки организации учебного процесса вузом:

отсутствует перечень обязательных к изучению дисциплин и, соответственно, дидактических единиц;

вместо квалификационных требований к выпускнику прописаны требуемые для него компетенции;

сделан переход на новые единицы определения трудоемкости обучения: введены так называемые зачетные единицы вместо часовых объемов;

частично сохраняется типизация учебных циклов и разделов, принятая в стандартах второго поколения. Однако учебные циклы поделены на базовую и вариативную часть. Базовая часть должна «сравнивать» выпускников различных вузов и различных регионов, обучающихся по одному направлению, а вариативная часть позволяет учесть в ООП особенности регионального развития и местных потребностей, а также предпочтения академических сообществ вузов.

Новые подходы к формированию содержания обучения определяют и дополнительные требования к проектированию ООП: ее следует разрабатывать различными группами заинтересованных сторон, включая академическое сообщество вуза, работодателей, администрацию региона, бывших выпускников и, возможно, самих студентов, а также она должна ежегодно обновляться с учетом достижений науки, техники и социальной сферы.

Понятно, что формирование ООП невозможно без разработки новых технологий, создающих единое информационно-коммуникационное пространство для объединения участников проекта, а также без новых методов и моделей, как математической основы таких технологий. В данной публикации рассмотрена модель распределенной информационной системы поддержки проектирования ООП - ИСПрОП, включающая нечеткие методы принятия решений с учетом ряда ограничений.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

Модель ИСПрОП имеет структуру многослойной семантической сети, в которой вершины заданы протофреймами определенного формата (1):

,

где - один из слоев модели, R - отношения между слоями.

Первый слой представляет нормативные данные для проектирования ООП из ФГОС. Он представляется деревом, в котором каждый уровень задан протофреймом, описывающим структуру и нормативную трудоемкость ООП, а также итеративно определяемые фактические данные по ООП. Формальное описание первого слоя модели дано в (2):

,

где - множество протофреймов (- номер уровня); - отношение порядка, задающее иерархию протофреймов.

Самый нижний уровень 3 первого слоя характеризует состав дисциплин базовой и вариативной частей учебных циклов и включает показатели трудоемкости освоения каждой из них. Он представлен протофреймом (3):

,

где - слот, определяющий трудоемкость освоения дисциплины ООП.

Следует отметить, что состав дисциплин обеих частей учебных циклов определяет содержание подготовки выпускника и является важнейшим показателем его компетентности. Решение данной задачи выполняется в условиях неопределенности и требует привлечения экспертных знаний. В рассматриваемой модели предложен метод, позволяющий интегрировать экспертные мнения и вырабатывать единое решение по составу ООП. Аналогично определяются и трудоемкости освоения дисциплин.

Уровень 2 представляет структуру учебных циклов, включающую базовую и вариативную части, и соответствует протофрейму (4):

,

где - слот, определяющий фактическую трудоемкость базовой части учебного цикла, ;

- слот, определяющий фактическую трудоемкость вариативной части, .

Уровень 1 соответствует структуре ООП, которая по новым стандартам складывается, в общем случае, из учебных циклов и разделов. Протофрейм данного уровня - f11 - соответствует одному элементу принятой структуры - одному циклу или одному разделу. И учебный цикл, и раздел характеризуется рекомендуемой нормативной (слоты и , соответственно) и фактической трудоемкостью (слоты и , соответственно), причем последняя рассчитывается итеративно (5):

,

где .

Протофрейм (6), относящийся к нулевому уровню слоя, определяет объем ООП через нормативную (слот ) и фактическую (слот ) трудоемкости освоения, причем фактическая трудоемкость первоначально не задана - она рассчитывается итеративно, по мере включения в ООП той или иной дисциплины:

,

где ;

- норматив суммарной трудоемкости базовых составляющих учебных циклов от общей трудоемкости учебных циклов в ООП.

Связь между вершинами всех уровней рассмотренного слоя семантической сети осуществляется через иерархические отношения типа «часть-целое».

Второй слой семантической сети представляет структуру основного образовательного процесса (ОП), продолжительность его элементов, а также значения интенсивности освоения ООП. Как правило, в состав ОП входят теоретическое обучение (ТрО), практики (П), экзаменационные сессии (ЭС), каникулы (Л) и итоговая государственная аттестация (ГАт). Формально второй слой описан в (7):

,

где - номер уровня.

Уровень 2 (протофрейм ) представляет структуру каждого элемента ОП и продолжительность этих составляющих элементов (8):

,

где - соответственно, слоты, определяющие нормативную и фактическую продолжительности составляющих элементов ОП.

Уровень 1 определяет состав процесса освоения ООП. Формальное представление данного уровня имеет двоякую структуру. Протофрейм (9), описывающий теоретическое обучение ТрО, содержит, в отличие от другого вида протофрейма - (10), слоты, определяющие максимальную нормативную - и максимальную фактическую - недельную нагрузку обучаемого:

,

,

где - слоты, определяющие нормативные продолжительности, соответственно, теоретического обучения и других видов учебной деятельности,

- слоты, определяющие фактические продолжительности, соответственно, теоретического обучения и других видов учебной деятельности.

Нормативные значения слотов для (9) и (10) берутся из ФГОСа, а фактические рассчитываются итеративно, по мере проектирования ООП.

Уровень 0 задает продолжительность основного образовательного процесса в неделях по норме (слот ) и фактически (слот ), причем фактическая продолжительность рассчитывается итеративно, по мере включения в ООП того или иного элемента учебного процесса определенной продолжительности. Уровню 0 второго слоя соответствует протофрейм (11):

,

где .

Связь между вершинами всех уровней рассмотренного слоя семантической сети осуществляется через иерархические отношения типа «часть-целое».

Третий слой семантической сети соответствует разбиению ОП на семестровые циклы. Ему соответствует протофрейм (12):

,

где n - номер семестра,

Н - нормативная трудоемкость семестра,

Т - продолжительность семестра в неделях.

Взаимосвязь второго и третьего слоев семантической сети определяет продолжительность каждого элемента учебного процесса в каждом семестре. Она связывает уровень 2 второго слоя (реже - уровень 1 этого слоя), когда каждый компонент элемента ОП (реже - сам элемент ОП) разлагается на составляющие, привязанные к тому или иному семестру через отношение следования во времени. Данное отношение устанавливается с учетом традиционной последовательности расположения элементов учебного процесса. Например, теоретическое обучение предшествует экзаменационной сессии, а та, в свою очередь, - каникулам или практике. Формально эта взаимосвязь представлена в (13):

,

где - экземпляры соответствующих протофреймов, причем в каждой конкретной реализации модели некоторые элементы из множества могут отсутствовать (но не все сразу).

Поскольку некоторые временные ограничения по учебному процессу прописаны в нулевом и первом уровне второго слоя семантической сети, связывание второго и третьего слоев происходит опосредованно по всем уровням второго слоя.

Наглядно пример взаимосвязи второго и третьего слоев семантической сети для специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» показан в таблице 1.

Данные в таблице 1 соответствуют ООП для указанной специальности, разработанной в ФГОУ ВПО «КГТУ», а также ГОСу ВПО для направления подготовки дипломированного специалиста 654600 - Информатика и вычислительная техника, утвержденному в 2000 году.

После связывания второго и третьего слоев автоматически выполняется расчет слотов, характеризующих фактические продолжительности элементов учебного процесса, для протофреймов на всех уровнях второго слоя и анализируется соответствие результатов нормативным значениям. В случае отклонения факта от нормы информируется пользователь ИСПрОП, который меняет значения параметров освоения ООП. информационный протофрейм образовательный

Четвертый слой семантической сети представляет структурно-логическую схему (СЛС) учебного процесса, для формирования которой автором предложен оригинальный метод, изложенный, в частности, в [1,2]. Метод включает как формирование состава дисциплин ООП, так и упорядочение их изучения во времени в соответствии с логистическим и методическим критериями. СЛС может играть самостоятельную роль для открытых образовательных систем, в которых нет временных ограничений и отсутствует семестровая разбивка периода обучения. В то же время для традиционных систем обучения требуется анализ СЛС на соответствие объемным параметрам, что приводит к ее переопределению в рамках принятых ограничений в модели .

Таблица 1 - Пример связывания слоев сети

Формально слой есть нечеткий ориентированный граф вида (14):

,

где - дисциплины ООП, определяющие содержание обучения,

- степень принадлежности пары элементов (дисциплин) данному слою, определяющая необходимость предшествования дисциплины дисциплине . Можно утверждать, что дуги графа взвешены показателем оценки следования дисциплин во времени, который определяется упомянутыми критериями. Данный показатель характеризует организацию обучения.

Четвертый слой содержит m уровней. Уровень 0 представляют дисциплины, не имеющие предшественников среди других дисциплин ООП. Последующие уровни с номерами 1 m составляют дисциплины, которые являются последующими для дисциплин предыдущего уровня с номером, соответственно, 0 (m-1). Такая интерпретация данного уровня позволяет его представить как протофрейм вида (15):

,

где д - слот, определяющий название дисциплины ООП,

- слот с номером уровня слоя .

Связь между первым и четвертым слоями - - функциональной семантической сети выполняется по всем уровням четвертого слоя через уровень 3 первого слоя (16): последний пополняется дисциплинами, включенными в ООП экспертами. Эти дисциплины распределяются между учебными циклами:

,

где - экземпляры соответствующих протофреймов.

С учетом СЛС и необходимости равномерного размещения дисциплин по семестрам в соответствии с их объемом автоматически выполняется распределение дисциплин по семестрам. Так осуществляется слияние связанных заранее пар (второй-третий) и (первый-четвертый) слоев семантической сети. Затем пользователем объем каждой дисциплины делится на две части - выделяется число часов на аудиторную нагрузку и самостоятельную работу студента.

С учетом продолжительности семестра, общего числа дисциплин, приходящихся на семестр, рассчитывается и анализируется максимальная фактическая недельная нагрузка. Если нормативные значения удовлетворяются, распределение дисциплин по учебному графику можно считать выполненным. Иначе осуществляется возврат на один из предыдущих шагов.

Заключение

Рассмотренная модель положена в основу информационной распределенной системы. Общая технология решения задачи формирования ООП носит итеративный характер. Для ее реализации использована Интранет-технология, которая позволяет привлечь к формированию ООП, помимо профессорско-преподавательского состава вуза, все заинтересованные стороны, включая работодателей, выпускников и, возможно, самих студентов. Руководителем работы по проектированию ООП является административное лицо вуза, ответственное за данное направление деятельности, например, один из проректоров или представитель учебного управления. Разработанная технология позволяет принципиально решить вопрос о периодическом обновлении ООП, поскольку создает необходимую информационную и коммуникационную среду для участников проекта. Кроме того, сохраняемые решения экспертов могут быть использованы для решения задач стратегического и тактического уровней управления вузом.

Литература

1. Топоркова, О.М. Концепция информационной системы проектирования образовательной программы подготовки специалиста [Текст] / О.М. Топоркова // Информационные технологии в процессе подготовки современного специалиста: Межвузовский сборник научных трудов. - Липецк: ГОУ ВПО «ЛПГУ», 2006. - вып. 9. - Т2. - С. 111 - 119.

2. Топоркова, О.М. Экспертный подход в решении задач организации учебного процесса [Текст] / О.М. Топоркова // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. - С. 203 - 208.

Размещено на Allbest.ru