Исследование и разработка методов автоматизированного проектирования учебного процесса для высшего профессионального образования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Карпов, Александр Сергеевич

• Карпов, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карпов, Александр Сергеевич

Введение.

1 Анализ предметной области.

1.1 Формирование государственных требований к современному образованию

1.2 Анализ существующих технологий обучения.

1.2.1 Комплексные кейс-технологии.

1.2.2 Компьютерные сетевые технологии.

1.3 Анализ существующих средств автоматизации проектирования содержания и технологии электронного образования.

1.4 Постановка задачи.

2 Математическое и методическое обеспечение автоматизированного проектирования.

2.1 Аксиоматическая теория проектирования образования.

2.2 Разработка методики автоматизированного проектирования.

2.3 Разработка информационной модели электронного окружения процесса обучения.

2.4 Выводы.

3 Алгоритмическое и программное обеспечение инструментальных средств проектирования учебного процесса и доступа к учебно-методическому обеспечению.

3.1 Алгоритмическое обеспечение проектирования учебно-методической документации.

3.2 Алгоритмическое обеспечение доступа к учебно-методическим материалам

3.2.1 Алгоритм доступа к учебно-методическим ресурсам по названию ресурса и (или) автору ресурса.

3.2.2 Алгоритм доступа к учебно-методическим ресурсам по названию дисциплины.

3.2.3 Алгоритм доступа к учебно-методическим ресурсам по названию специальности.

3.3 Выводы.

4 Реализация САПР и портала поддержки учебно-методических материалов.

4.1 Выбор и разработка структуры программно-аппаратных средств.

4.1.1 Задачи решаемые комплексом.

4.1.2 Обоснование применения технологии обмена данными.

4.1.3 Структура программного обеспечения серверного приложения.

4.1.4 Структура программного обеспечения серверного приложения.

4.2 Реализация функций проектирования программ обучения.

4.3 Портал учебно-методических материалов ВУЗа. Реализация функций доступа к учебно-методическим материалам.

4.3.1 Доступ к ресурсам по специальности и специализации.

4.3.2 Доступ к ресурсам по дисциплине.

4.3.3 Доступ к ресурсам по названию и автору.

4.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов автоматизированного проектирования учебного процесса для высшего профессионального образования»

Актуальность работы

В соответствии с законом Российской Федерации от 10 июля 1992 № 3266-1 «Об образовании» под образованием понимается целенаправленный процесс воспитания и обучения в интересах человека, общества, государства, сопровождающийся констатацией достижения гражданином (обучающимся) установленных государством образовательных уровней (образовательных цензов) [1,2].

Главной, конечной целью образования становится непрерывное развитие человеческой личности ради нее самой, служение уникальным целям каждой конкретной культуры и внесение, в то же время, вклада в глобальную культуру мира и во взаимопонимание стран и народов.

Основные задачи национальной системы образования России для всех уровней образования (общего, профессионального, дополнительного) формулируются следующим образом:

- Каждый гражданин имеет право получить качественное общее образование, которое позволит ему быть активным участником общественной жизни своей страны. Неотъемлемой частью общего образования должны быть: основные умения и навыки, которые необходимы человеку для продолжения обучения с целью получения профессионального образования - грамотность, необходимый уровень общей культуры, физическое развитие и т.д.

- Каждый человек должен иметь возможность получить профессиональное образование, которое позволит ему обеспечить собственное достойное существование и быть полезным обществу.

- Каждый член общества, по своему желанию, должен иметь возможность получить дополнительное образование в любой период своей жизни.

В последнее десятилетие в сфере образования в нашей стране происходят существенные изменения. В основном эти изменения базируются на бурно прогрессирующем развитии информационных технологий, проникновении их в различные аспекты индустрии образования. В этом наша страна не является исключением, т.к. это отражение общей мировой тенденции, характеризующейся переходом к новым нетрадиционным формам обучения, внедрения в процесс новых технологий с использованием средств компьютерной техники и электронных коммуникаций.

В России и многих других странах дистанционные формы обучения до недавнего времени не применялись в широком масштабе из-за ряда объективных причин - в основном из-за недостаточного развития и широкого распространения технических средств новых информационных и телекоммуникационных технологий. В настоящее время, по мнению большинства специалистов, в основном созданы технические предпосылки для широкого использования дистанционного обучения (ДО) в образовании. Более того, наметилось опережение возможностей, предоставляемых техническими средствами, над реализацией идей ДО [3]. В то же время главным препятствием на пути широкого внедрения систем дистанционного образования до сих пор является отсутствие достаточно проработанных методик организации ДО, включая структурные, методические и организационные решения [4, 5,6, 7, 8,9,10].

Одним из главных направлений информатизации в учебном заведении является распространение различных электронных видов и форм обучения [11]. Все более востребованным способом получения новых знаний в мире становится e-learning (сокращение от electronic learning) - система электронного обучения, главной чертой которой является максимальная ориентация на учет потребностей пользователей. В качестве аналогов или вариантов e-learning в России принято применять такие понятия как дистанционное обучение, открытое дистанционное обучение, обучение с применением компьютеров, сетевое обучение, виртуальное обучение и т.д. Нарастание темпов и масштаба перехода к новым нетрадиционным формам образования отражается в росте числа ВУЗов и организаций, оказывающих образовательные услуги, которые ведут подготовку с использованием технологий электронного обучения, в том числе тех, которые носят название открытых университетов, виртуальных университетов, либо университетов дистанционного образования [12].

Такое направление развития образования для развитых зарубежных стран экономически объяснимо и обосновано. Там вкладывают большие финансовые средства для подъема общего уровня образованности населения своих стран. Во многих странах все, что связано с ускорением развития и совершенствованием образовательной системы выступает в качестве приоритетных национальных государственных интересов [13]. Актуальность развития ДО иллюстрирует развитие ситуации по данному вопросу в США. Так, по данным департамента образования США только 40-45% студентов вузов этой страны моложе 25 лет, лишь около 25% - молодые люди в возрасте 18-22 лет. А все остальные учащиеся и студенты - это уже взрослые люди, с соответствующими деловыми и даже семейными заботами. Для этой категории населения становится чаще всего невозможным выбор очной традиционной (университетской) формы образования. Электронное обучение адекватно соответствует требованиям современности, особенно, если принимать во внимание кроме транспортных расходов, еще и общие расходы на организацию всей системы очного обучения, в том числе на подготовку обучения. Все это объясняет постоянно повышающийся интерес к электронному обучению и ДО, причем в значительной степени к дополнительному и после вузовскому (профессиональная подготовка, переподготовка, второе высшее образование). Особенно актуальной делает проблему электронного обучения для России ее огромная территория и удаленность большой части населения на многие километры от основных научных, образовательных и культурных центров. И конечно важную и особую роль в этом процессе играет формирование актуальных потребностей населения в вопросах выбора содержания и технологий обучения.

Цель работы - повышение доступности, гибкости и индивидуальности дополнительного профессионального образования путем его комплексной автоматизации.

Объект исследования - этапы жизненного цикла процесса обучения.

Предмет исследования - знания и умения, их свойства и отношения с другими элементами (компонентами) учебного процесса, логика проектирования и реализации процесса обучения.

Методы исследования - методы системного анализа, моделирование.

Научная новизна - разработана инвариантная к предметной области аксиоматическая теория процесса обучения, основанная на первичных понятиях знаний и умений; на основании аксиом и выводимых формул этой теории построен формализованный процесс проектирования обучения в любой предметной области.

Теоретическая значимость результатов - использование теоретико-множественного подхода для проведения системного анализа при решении задач проектирования и управления учебным процессом. Показана универсальность данного подхода.

Прикладная ценность результатов - на основании предложенной теории было проведено формирование методики проектирования индивидуальных учебных планов и программ профессиональной подготовки и переподготовки кадров. Разработаны программные средства для автоматизации доступа и сопровождения учебно-методическими материалами участников процесса обучения на разных стадиях (от проектирования учебных планов и программ обучения до реализации непосредственно обучения в различных формах).

На защиту выносятся - анализ предметной области и формализованная постановка задачи, системное описание предметной области проектирования и управления учебным процессом. Описания предметов, свойств и отношений, а также разработка формальной модели жизненного цикла учебного процесса. Формализованная методика создания учебных планов и образовательных программ для данной предметной области. Алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств автоматизированного проектирования и управления в сфере профессионального образования.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Карпов, Александр Сергеевич

4.4 Выводы

В этой главе рассмотрена программно-аппаратная реализация автоматизированной информационной системы (АИС) учебно-методического обеспечения. Рассмотрены задачи, решаемые АИС, определены области применения АИС.

При реализации АИС предлагается использовать технологию клиент-сервер. Был проведен анализ 3-х вариантов возможной реализации клиент-серверного взаимодействия, учитывая рассмотренные достоинства и недостатки каждого варианта, было принято решение использовать технологию DataSnap. Рассмотрена схема взаимодействия клиентского приложения с серверным, реализованная по данной технологии.

При разработке серверного программного обеспечения, в качестве серверной операционной системы была выбрана Windows 2000 Server, так как на данный момент эта наиболее распространенная и устоявшаяся серверная операционная система (ОС) универсального применения. В качестве web-сервера выбран Apache 2, как наиболее распространенный и не имеющий ограничений на коммерческое использование программный продукт.

Рассмотрены преимущества и недостатки размещения серверов на одной и двух вычислительных установках, также были рассмотрены два способа организации клиентского программного обеспечения (ПО): монолитная и модульная структуры. После анализа предложенных вариантов был выбран модульный принцип организации клиентского ПО, так как он упрощает обновление и масштабирование ПО. Подробно рассмотрена структура пользовательского пакета ПО и этапы работы этого ПО на примере подзадачи доступа к ресурсам по специальности.

В главе подробно рассматривается реализованное программное приложение, позволяющее просмотреть и редактировать ранее спроектированные и сохраненные в базе данных программы обучения или спроектировать новую программу обучения, задавая значения целевых знаний, которыми должен овладеть учащийся после освоения содержания данной программы.

Для реализации удаленного доступа к содержанию программ обучения разработано программное обеспечение портала учебно-методических материалов учебного заведения. В 4-ой главе подробно рассмотрена работа с этим порталом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоговые результаты работы:

Сформулированы требования инновационной экономики к современному образованию. Проведен анализ существующих технологий обучения и средств автоматизации этих технологий на всех этапах их жизненного цикла. Поставлена задача комплексной автоматизации проектирования содержания и технологии электронного образования. Разработана математическая модель предметной области образования в виде аксиоматической теории. Разработана информационная модель электронного окружения образования. Разработаны инструментальные программные средства, показавшие, что можно эффективно, гибко, качественно и индивидуально создавать учебные планы и сопровождать учебный процесс, обеспечивая его методически и учебными материалами в сфере высшего профессионального образования.

Научная новизна:

Применение аксиоматического и теоретико-множественного подхода при разработке формальных методов и моделей для проектирования и управления процессом в сфере высшего профессионального образования.

Теоретическая значимость:

Выявление свойств объектов и содержания отношений, адекватных предметной области, между этими объектами при проектировании и реализации создает научно-методическую основу для автоматизации в исследуемой предметной области.

Практическая ценность:

Создание инструментальных программных средств, нашедших применение при проектировании новых, индивидуальных учебных планов и решении задач индивидуализации высшего профессионального обучения в различных формах.

Пути продолжения исследуемой темы:

Формирование индивидуальных учебных планов для повышения профессиональной квалификации по результатам тестовых испытаний. Создание системы домашнего образования. В области контроля знаний, взаимодействия с системами заочного (дистантного) обучения, системами автоматизации организационной деятельности библиотек, программными средствами системы открытого образования. Создание учебных планов и учебно-методической документации для новых специальностей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карпов, Александр Сергеевич, 2007 год

1. Закон Российской Федерации от 10.07.1992 №3266-1 «Об образовании» // Российская газета. 31 июля 1992.

2. Федеральный закон от 5.12.2006 №207-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в части государственной поддержки граждан, имеющих детей» // Российская газета 12 декабря 2006.

3. Кулагин В.П., Тихонов А.Н. Основные положения федеральной целевой программы "развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)". Первые результаты // Компьютерные инструменты в образовании 2002, - N3/4. - С.4-10.

4. Солдаткин В.И. Взгляд на создание информационно-образовательной среды открытого образования Российской Федерации // X Всероссийская научно-методическая конференция "Телематика'2003" -2003.

5. Андреев A.A., Солдаткин В.И. Прикладная философия открытого образования: педагогический аспект. М.: МГОУ, 2002. - 168 с.

6. Кофтан Ю.Р. Дидактические и методические проблемы дистанционного обучения // ИТО-2003 /Секция III /Подсекция 2 2003.

7. Курмышев Н.В., Постельник Д.Я. Проект сетевого учебно-методического комплекса // ИТО-2003/Секция III /Подсекция 2 2003.

8. Михайлишин А.Ю., Захаров В.Ю., Попов Ю.С. и др. К вопросу о структуре и составе электронного учебно-методического комплекса // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'- 2003.

9. БатыгинГ.С. Социология интернет: наука и образование в виртуальном пространстве // Социологический журнал. 2001.- N1,- С.48-53.

10. Методология и технология электронного обучения. Тенденции мирового образования Электронный ресурс. / Электронные текстовые дан. Самара. ЦНИТ СГАУ - 1999. - Режим доступа: http://cnit.ssau.ru/do/review/doworld/part2.htm

11. Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты / Под ред. А.Н.Тихонова. М.: Вита-Пресс, 1998. - 256 с.

12. Методика ДО Электронный ресурс. / Электронные текстовые дан. М. 2004. - Режим доступа: http://cnit.ssau.ru/ito/modull/m8.htm

13. Федеральная целевая программа "Создание системы открытого образования в России" // Дистанционное образование 2000. - №1- С.6-13.

14. Андреев A.A., Солдаткин В.И. Дистанционное обучение: сущность, технология, организация. -М.: МЭСИ, 1999. 196 с.

15. Технология дистанционного обучения "Кейс" технология Электронный ресурс. / Электронные текстовые дан. - М. 2004. - Режим доступа: http://www.preco.ru/distkeys.htm

16. Консультационная кейс-технология эффективный инструмент проектного управленческого консультирования Электронный ресурс. / А.Ивлев, А.Терещенко. - Электронные текстовые дан. - М. 2004. - Режим доступа: http://www.odn.ru/shool/ivl2.htm

17. Андреев A.A., Лупанов К.Ю., Солдаткин В.И. Электронные учебные средства и оценка качества сетевого обучения // X Всероссийская научно-методическая конференция "Телематика'2003" 2003.

18. Дидактические основы дистанционного обучения Электронный ресурс. / Андреев A.A. -Электронные текстовые дан. М. 2004. - Режим доступа: http://www.iet.mesi.ru/br/ogl-b.htm

19. Шелупанов A.A., Раводин О.М., Зайцев А.П. Программные среды в дистанционном обучении // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'- 2003.

20. Бархаев Б.П. Многоуровневый дидактический план в дистанционном образовании //Информатика и образование 2001.- № 7.- С.41-45.

21. Российский портал открытого образования: обучение, опыт, организация. Настольная книга /Отв. ред. В.И. Солдаткин. М.: МГИУ, 2003. - 508 с.

22. Солдаткин В.И. Взгляд на создание информационно-образовательной среды открытого образования Российской Федерации обучения // X Всероссийская научно-методическая конференция "Телематика'2003" 2003

23. Андреев A.A., Солдаткин В.И. Информационно-образовательная среда открытого образования и переподготовка кадров // X Всероссийская научно-методическая конференция "Телематика'2003" -2003

24. Бабешко В.Н., НежуринаМ.И. Принципы построения информационно-образовательной среды масштаба вуза // Основные направления развития образовательных электронных изданий и ресурсов: Материалы науч.-практич. конф. М,~: РМЦ, 2002. - С. 124-131.

25. Полтавец A.B., Фурсов Д.В. WEB системы для организации дистанционного обучения // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'- 2003.

26. Казанская О.В., ВолынцевП.Ю. Образовательные порталы категории «business-to-business» // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003 2003.

27. Кербель Б.М., Попова И.Г., ФилипасА.А. Корпоративный ядерный университет принципы построения и функционирования //Открытое и дистанционное образование - 2003.- № 3(11).- С.41-45.

28. Куликов А.И., МороковЮ.Н., ОстапчукВ.В. Развитие системы дистанционного обучения в ВКИ НГУ// Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'- 2003.

29. Бабешко В.Н., Нежурина М.И. Практика обеспечения качества программных комплексов для дистанционного обучения // Качество. Инновации. Образование. М.: Европейский центр по качеству, 2003. - № 1 (5), январь-март. - С. 60-65.

30. Можаева Г.В., СкутинА.А., ТрухинА.В., МороцкийВ.А. и др. Образовательный портал томского государственного университета // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'- 2003.

31. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998.

32. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергоатомиздат, 1988.

33. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных: разработка и управление: Пер. с англ. -М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999.

34. Мюллер Р.Д. Базы данных и UML. Проектирование. Пер. с англ. М.: Издательство «ЛОРИ», 2002.

35. Боуман Д.С., Эмерсон C.JL, ДарновскиМ. Практическое руководство по SQL. 3-е издание. Пер с англ. М.:Издательский дом «Вильяме», 2001.

36. Ларман Крэг Применение UML и шаблонов проектирования. Второе издание. -М.-Киев-СПБ.: Вильяме, 2002.

37. Вендров A.M. Практикум по проектированию программного обеспечения экономических информационных систем. -М.: Финансы и статистика, 2002.

38. Гудков Б.Д., Домрачев М. В Методические указания. Использование CASE PARADIGM PLUS на этапе анализа информационной системы. -М., 2003.

39. Гудков Б.Д., УманскийС.А. Методические указания. Разработка программного обеспечения ИС на основе объектно-ориентированного подхода. -М., 2003.

40. Филипп Кратчен. Введение в Rational Unified Process. Второе издание. -М.-СПБ-Киев.: Вильяме, 2002.

41. Д. Кнут. Искусство программирования для ЭВМ. т.З,-М.: МИР, 1978.

42. Дж. Макконелл. Анализ алгоритмов. Вводный курс. -М.: Техносфера, 2002.

43. Петр Дарахвелидзе, Евгений Марков. Программирование в Бе1рЫ7.-СПБ: БХВ-Петербург, 2003.

44. Петр Драхвелидзе, Евгений Марков. Разработка Web-служб средствами Delphi. -СПБ: БХВ-Петербург, 2003.

45. Кандзюба С.П., Громов В. Н. Delphi6/7 базы данных и приложения. -М.-СПБ-Киев: DiaSoft, 2002.

46. Джулиан Бакнелл. Фундаментальные алгоритмы и структуры в Delphi. -М.-СПБ-Киев: DiaSoft, 2003.59.0лег Ковальчук, Сергей Лобачев. Системы дистанционного обучения. http://www.computerra.ru

47. Компьютеризация, как особый социальный феномен. Компьютеры в настоящем http ://komputing.narod.ru

48. Использование моделей UML в процессе разработки программных систем. http://www.caseclub.ru

49. Каспарова H.H. Российская база метаданных и унификация библиографического описания электронных ресурсов. http://www.gpntb.ru/win/inter-events/crimea2000/doc/toml/888/Doc6.HTML

50. Шварцман М.Е., Ильин A.C. Dublin Core в коробке, http://www.iis.ru/el-bib/2000/200002/SI/si.ru.html

51. Российский научный электронный журнал электронные библиотеки http://www.elbib.ru/index.phtml?page=elbib/rus/journal

52. Материалы V международной конференции «Применение новых технологий в образовании», 30 июня 3 июля 1994 г., Научно-методическое издание. Типография ГПТУ 1994

53. Вестник образования. Сборник приказов и инструкций министерства образования и науки Российской Федерации. Издательство «Просвещение». № 1 № 24 за 2005 г. Выпуски 2 559-582.

54. Приказ от 11.02.2002 «О концепции модернизации российского образования на период до 2010 года.» М., 2002.

55. Кунцев A.A., Филатова JI.O. Новая структура и содержание образования на старшей ступени школы. М. Новая школа, 2005.

56. Ломакина Т.Ю. Развитие системы непрерывного профессионального образования. М.: ИТИП РАО, 2005.

57. ХотинскаяГ.И. Информационные технологии управления. М.: «Дело и сервис», 2003.

58. Верников Г.Г. Основы методологии IDEF1.X. Федеральный образовательный портал, http://ecsocman.edu.ru

59. Иан Соммервилл. Инженерия программного обеспечения 6-е издание. М.-Санкт-Петербург-Киев: «Вильяме», 2002 г.

60. Макарова Т.Н. Учебный процесс. Планирование, организация и контроль -Крылья 2004.

61. СкокГ.Б., ЛыгинаН.И. Как спроектировать учебный процесс по курсу -Педагогическое общество России 2005.

62. Ибрагимов И.М. Информационные технологии и средства дистанционного обучения Academia 2005.

63. Борисова Г.В. и др Современные технологии обучения Полиграф-С 2004

64. Полат Е.С. Педагогические технологии дистанционного обучения. Уч. пос. д/ВУЗов Academia 2005.

65. НоренковИ.П. Основы автоматизированного проектирования МГТУ им. Н. Э. Баумана М. 2006.

66. Радченко А.К. Проектирование технологии обучения техническим дисциплинам Педагогическое общество России М. 2006.

67. Митрофанов С.А., Теренин М.И. Проблемы подготовки обучения в условиях инновационного развития страны, Информационный портал: Качество 21 век, http://www.quality21.ru

68. Barbuceanu М. Coordination Protocols For Multi-Agent Supply Chains: Teamwork. Enterprise Integration Laboratory. University of Toronto. Report and Formal Specification.

69. Cost R.S., Chen Ye, Finin Т., Labrou Ya., Peng Yun. Modeling Agent Conversations with Colored Petri Nets. Laboratory for Advanced Information

70. Technology. Department of Computer Science and Electrical Engineering. University of Maryland Baltimore County. Baltimore, Maryland, 1999.

71. Decker K., Sycara K., and Williamson M. Middle-agents for the internet. In Proceedings of the Fifteenth International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-97), Nagoya, Japan, 1997.

72. Gasser L. Social conceptions of knowledge and action. Artificial Intelligence, 43(1), 1991.

73. Haase R. Building a Generic User Agent for Multi-Agent Integrated Enterprise. Enterprise Integration Laboratory. University of Toronto, 1997.

74. AGR-006. Computer-Managed Instruction. Version 2.0. AICC, 1998. http://www.aicc.org/docs/AGRs/agr006v2doc.zip

75. Dublin Core Qualifiers (DCMI recommendation, 2000-07-11). http://purl.org/dc/documents/rec/dcmes-qualifiers-20000711 .htm

76. Day M. Metadata — Mapping between metadata. http://www.ukoln.ac.uk/metadata/interoperability/