Компьютерная система поддержки разработки учебного плана специальности

Современные изменения в системе высшего образования Украины, связанные с внедрением идей европейской интеграции образовательных систем различных стран, с изменениями в стратегии и структуре образовательной отрасли в целом, способствуют необходимости оперативного изменения организации учебного процесса в вузах.

Тенденции к изменению системы высшего образования набирают ход и приводят к корректировке содержания обучения в высших учебных заведениях, и, соответственно, к изменению учебных планов различных специальностей. Действительно, 90-е годы были отмечены в Украине переходом высших учебных заведений на ступенчатую систему подготовки студентов и связанную с этим необходимость разработки новых образовательных стандартов — образовательно-квалификационных характеристик (ОКХ) и образовательно-профессиональных программ (ОПП) бакалавров, специалистов и магистров. Переход на ступенчатую систему образования, разработка ОКХ и ОПП выдвинули обязательные требования к изменению, а, в некоторых случаях, и к созданию учебных планов специальностей. Нынешние 2000;е годы характеризуются стремлением Украины к подписанию Болонской декларации о создании единого европейского пространства образования с обязательным переходом на кредитно-модульную систему образования.

Введение

кредитно-модульной системы влечет за собой изменение структуры, организации учебного процесса и, несомненно, изменение учебных планов специальностей. Следовательно, учебные планы специальностей должны быть мобильны, легко и оперативно изменяемы.

С другой стороны, проблема повышения качества подготовки специалистов в ВУЗах обуславливает необходимость постоянного совершенствования организации учебного процесса и, в первую очередь, повышения качества решения основных задач, регламентирующих подготовку специалистов: составление учебных планов по специальностям, формирование расписания занятий.

Таким образом, проблема оперативного изменения учебных планов непосредственно вытекает как из современных тенденций в системе образования, так и из проблемы повышения качества обучения, являющейся основной проблемой образования, не зависящей ни от каких современных тенденций.

Разработка учебных планов специальностей является составной частью организации учебного процесса в вузе. Проблемам организации учебного процесса в высшей школе посвящены труды таких ученых, как А. М. Алексюк, В. П. Андрущенко, С. И. Архангельский, Ю. К. Бабанский, А. П. Верхола, А. В. Глузман, И. А. Зязюн, В. А. Козаков, Б. И. Мокин и другие. Однако основные исследования в этой области посвящены вопросам организации эффективной учебно-познавательной деятельности студентов, а проблема оперативной разработки учебных планов является практически не разработанной. При этом стоит отметить, что составление учебного плана представляет собой кропотливую, сложную, однако интеллектуальную и творческую работу, когда преподаватели-разработчики должны не только составить план, удовлетворяющий всем числовым и организационным требованиям, но и разработать такую логическую структуру плана, которая бы способствовала эффективному обучению студентов данной специальности.

Разработка учебного плана специальности представляет собой распределение дисциплин образовательного стандарта ОПП специальности по всем семестрам обучения, с указанием количества учебных часов, отводимых на дисциплину в том или ином семестре. В одном семестре допускается чтение нескольких дисциплин, с учетом ограничения: общее количество учебных часов дисциплин, закрепленных за этим семестром, должно соответствовать регламентной длительности семестра. Отдельная дисциплина может читаться в течение нескольких семестров. Если дисциплина распределена на несколько семестров, то суммарное количество учебных часов по всем семестрам не должно быть равно числу, указанному для данной дисциплины в ОПП. Для некоторых дисциплин, входящих в ОПП определяется обязательная очередность изложения в учебном процессе. Как видно, разработка учебного плана требует от преподавателей разработчиков значительного времени, усердия, строго соответствия требованиям, предъявляемым к учебным планам Министерством образования и науки Украины.

К сожалению, на сегодняшний день разработка учебных планов происходит с минимальным использованием компьютерных средств и современного программного обеспечения, однако с максимальными временными и интеллектуальными затратами преподавателей-разработчиков. А время, потраченное на разработку учебных планов, которое к тому же может быть сэкономлено за счет использования современных информационных технологий и программных средств, преподаватель мог бы потрать на разработку новых совершенных учебных курсов, усовершенствование методики преподавания, исследовательскую и научную работу.

Современный этап системы образования характеризуются наличием тенденций к изменениям этой системы, которые влекут за собой изменение организации учебного процесса, в том числе, и учебных планов специальностей. Современный же уровень программного обеспечения в области автоматизации организации учебного процесса характеризуется отсутствие доступных и понятных рядовому преподаватели компьютерных систем, обеспечивающих автоматизацию процесса разработки учебных планов специальностей.

Таким образом, сформировалось противоречие между необходимостью оперативных изменений учебных планов специальностей, связанных с современными тенденциями изменения в системе образования, и отсутствием компьютерных систем поддержки составления учебных планов, доступных и понятных преподавателям.

Следовательно, выбор темы дипломной работы обусловлен необходимостью разработки компьютерной системы поддержки составления учебного плана специальности, удовлетворяющей требованиям простоты при использовании, недорогой цены, легкого распространения и позволяющей любому преподавателю-разработчику создать учебный план, максимально удовлетворяющий требованиям Министерства образования и науки, за минимальное время.

Данная тема входит в одно из направлений научно-исследовательской работы кафедры Информатики и компьютерных технологий, связанное с компьютеризацией деятельности кафедры и деканата (госбюджетная научно-исследовательская работа № 9−2 за 2001 г. по теме «Компьютеризация деятельности кафедры и деканата»).

Целью дипломной работы является разработка компьютерной системы поддержки составления учебного плана специальности на примере специальности 7.10 104 (36) «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении».

Объектом исследования является учебный процесс по специальности 7.10 104 (36) «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении». Предметом исследования является распределение дисциплин, образующих учебный процесс по специальности 7.10 104 (36) «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении», в соответствии с требованиями.

В ходе дипломной работы получены следующие методические и инструментальные результаты:

1. Обобщен и упорядочен перечень требований, предъявляемых к учебным планам инженерно-педагогических специальностей.

2. Разработана и внедрена в деятельность кафедры Информатики и компьютерных технологий компьютерная система поддержки составления учебного плана.

3. Поставлена лабораторная работа по дисциплине «Компьютерные технологии в учебном процессе» для специальности 6.10 104 (36) «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении» на тему «Разработка учебного плана с помощью табличного процессора MS Excel». Разработаны и изданы методические указания к выполнению лабораторной работы.

Новизна полученных результатов состоит в следующем:

· конкретизирован перечень требований, предъявляемых к учебным планам специальностей; конкретизация состоит в разделении требований на формальные и фактические, а также в приведении их в порядке первоочередности в соблюдении; форма новизны — новая структура признака (перечня требований): было a + b + c, где a, b, c — некоторые разрозненные требования, стало A + B, где А — формальные, а В-фактические требования к учебным планам;

· усовершенствован процесс составления учебных планов специальностей; усовершенствование состоит в добавлении к ручному и интеллектуальному труду преподавателя по разработке учебного плана возможности использования компьютерной системы поддержки составления учебного плана, автоматизирующей всю вычислительную и оформительскую работу; форма новизны — введение нового признака (компьютерной системы поддержки составления учебного плана): было А, где А — труд преподавателя, стало A + B, где В-компьютерная система поддержки составления учебного плана;

· усовершенствован процесс обучения по дисциплине «Компьютерные технологии в учебном процессе»; усовершенствование состоит в конкретизации имеющегося ранее задания на выполнение лабораторной работы по составлению учебного плана и разработке соответствующих методических указаний; форма новизны — новая форма признака (проведения учебного процесса): было a + b, где a — устная формулировка целей и задач лабораторной работы, b — краткое письменное задание для выполнения лабораторной работы, стало a + B, где В-методические указания к выполнению лабораторной работы.

Достоверность полученных результатов дипломной работы обеспечивается положительными результатами внедрения разработанной компьютерной системы поддержки составления учебного плана в работу преподавателей кафедры Информатики и компьютерных технологий и результатами внедрения разработанных методических указаний в учебный процесс по дисциплине «Компьютерные технологии в учебном процессе» для специальности 6.10 104 (36) «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении».

Дипломная работа состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 117 страницах и включает 48 рисунков, 24 таблицы, 3 приложения.

Список литературы

содержит 31 наименование.

1. Компьютерная система поддержки составления учебного плана специальности: анализ исследованности проблемы, особенности программной реализации

1.1 Анализ состояния проблемы

Место и роль учебного плана в учебном процессе вуза

Разработка исходных документов учебного процесса по новым специальностям, для которых нет образовательно-квалификационных характеристик и других нормативных документов, происходит в следующей последовательности [1]:

· анализ условий и особенностей трудовой деятельности будущих специалистов данной квалификации в той или иной отрасли народного хозяйства;

§ выбор и группировка функций деятельности;

§ анализ производственных и трудовых процессов;

§ определение перечня типовых задач деятельности;

§ определение средств деятельности;

· формирование квалификационных требований:

§ разработка образовательно-квалификационной характеристики (ОКХ);

§ разработка образовательно-профессиональной программы (ОПП);

· формирование требований к проведению учебного процесса:

§ разработка учебного плана (УП) специальности;

§ разработка рабочих учебных программ дисциплин, входящих в учебный план;

· разработка учебно-методического обеспечения:

§ разработка учебных пособий, курсов и конспектов лекций;

§ разработка методических указаний к проведению лабораторных и практических занятий;

§ разработка методических указаний к проведению самостоятельной работы и к курсовому проектированию;

§ разработка средств контроля качества обучения.

Как видно из приведенной последовательности, разработка учебного плана является одним из ключевых моментов становления новой специальности. От корректности составления учебного плана зависит дальнейший учебный процесс по новой специальности: и организация проведения отдельных учебных дисциплин, и логическая связь между излагаемыми дисциплинами.

Учебные планы специальностей, как часть организационной составляющей учебного процесса, входят в модель процесса обучения. Так, например, в работе указывается, что обучение представляет собой специально организованную деятельность по овладению социальным опытом человечества. Специальная организация обучения подразумевает под собой не только организацию отдельных занятий, но и организацию обучения некоторого специалиста в целом, включая перечень и последовательность учебных дисциплин, определенных учебным планом специальности.

Если рассмотреть учебный процесс на уровне взаимодействия преподавателя и студента, то и в этом случае достаточно четко просматривается место и значение учебного плана. Действительно, обучения является особым видом групповой деятельности, объединяющей учебную деятельность студентов и обучающую деятельность преподавателя и может быть представлено в виде определенной модели обучения (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Модель обучения по П.И. Пидкасистому

Как видно из рисунка, одной из основных компонент обучения, определяющих взаимодействие преподавателя и студента, являются организационные формы обучения. Организационные формы обучения подразумевают под собой формы проведения занятий, а именно, лекции, практические занятия, лабораторные работы, семинары, практики и т. д. Рекомендуемый перечень таких организационных форм, а также временные требования к ним устанавливаются в учебном плане каждой специальности. Следовательно, учебный план специальности определенным образом влияет и на сам процесс обучения, и на методику обучения студентов той или иной специальности.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы, определяющие место и роль учебных планов специальностей в учебном процессе вуза:

· разработка учебного плана является одним из основных этапов разработки документации любой специальности и организации учебного процесса по специальности;

· содержимое учебного плана непосредственно влияет на процесс взаимодействия между преподавателями и студентами и определяет методику обучения студентов специальности.

Следует также отметить основополагающую роль учебного плана при распределении учебных поручений между кафедрами и преподавателями, которое производится в соответствии с перечнем дисциплин и часовыми ограничениями на них, указанными в учебном плане, а также при составлении расписания занятий преподавателей вуза, которое также непосредственно базируется на содержании учебных планов специальностей.

Анализ исследованности проблемы разработки компьютерных систем поддержки составления учебных планов

Как следует из предыдущего пункта, учебный план специальности является одним из основных компонентов учебного процесса вуза. При этом разработка учебного плана представляет собой довольно кропотливую и трудоемкую работу, включающую в себя следующие этапы [4, 5, 6]:

· анализ общих требований Министерства образования и науки, выдвигаемых к учебным планам специальностей, формализация требований и их конкретизация с позиций учебного процесса вуза;

· разработка составляющих учебного плана, отражающих общую характеристику учебного процесса по данной специальности, на основе проанализированных общих требований;

· анализ ОПП специальности и определение перечня дисциплин, входящих в учебный план, и часовых ограничений к ним;

· составление плана учебного процесса:

§ распределение дисциплин по всем семестрам обучения с указанием количества учебных часов, отводимых на дисциплину в том или ином семестре;

§ учет часовых и содержательных ограничений;

· формирование выходных форм учебного плана.

Некоторые из перечисленных этапов требуют интеллектуального труда преподавателей и / или методистов, ответственных за разработку учебного плана, в то время как другие этапы предусматривают только выполнение рутинной вычислительной и оформительской работы. Следует также отметить, что до составления окончательного варианта учебного плана много раз изменяет распределение дисциплин по семестрам. При этом учебный план — документ со строгими ограничениями. При корректном его составлении очень сложно отследить соблюдение всех ограничений. Процессы, подобные разработке учебного плана, должны иметь автоматизированное решение, предоставляющее пользователю интеллектуальную поддержку для выполнения вычислительных операций, соблюдения всех ограничений и оформительской работы.

К сожалению, современная система высшего образования не располагает достаточным количеством легко осваиваемых и доступных преподавателям-разработчикам учебных планов компьютерных автоматизированных систем, поддерживающих составление учебных планов. Действительно, имеются некоторые разработки, но каждая из них имеет определенные особенности, затрудняющие их использование преподавателями, ответственными за составление учебных планов.

Так в предложена система «АРМ завуча для составления расписания», назначением которой является составление расписания для средних школ, учебно-воспитательных комплексов, лицеев, колледжей с учетом всех особенностей учебного процесса в этих учебных заведениях. Составителю расписания предоставляется возможность ввода списка классов, преподавателей, кабинетов, учебных предметов. Допускается учет различных параметров построения учебного процесса: деление классов на подгруппы, планирование сдвоенных уроков, учет методических дней преподавателей, планирование занятий по предметам в предметных кабинетах и т. д. Отдельным пунктом меню предусмотрена работа с учебным планом. При этом предлагаются различные режимы работы с учебным планом:

· просмотр учебного плана (рис. 1.2);

Рис. 1.2.

· просмотр нагрузки отдельного преподавателя на основе общего учебного плана (рис. 1.3);

Рис. 1.3. Режим просмотра учебного плана по преподавателям в системе «АРМ завуча для составления расписания»

· просмотр нагрузки отдельного класса на основе общего учебного плана (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Режим просмотра учебного плана по классам в системе «АРМ завуча для составления расписания»

При заполнении учебного плана осуществляется автоматический подсчет и отображение недельной нагрузки класса, группы классов, преподавателя и группы преподавателей.

Интересным и полезным в системе «АРМ завуча для составления расписания» является возможность установки весовых коэффициентов тех или иных параметров составления расписания (рис. 1.4) и возможность анализа данных с целью выявления конфликтных и других ситуаций, препятствующих нахождению решения по составлению расписания занятий.

Рис. 1.4. Настройка параметров в системе «АРМ завуча для составления расписания»

Окончательным результатом работы системы «АРМ завуча для составления расписания» является формирование печатных форм расписания преподавателей и классов в табличном процессоре MS Excel с возможностью их дальнейшей корректировки. Система распространяется совместно с достаточно подробной инструкцией пользователя.

Несмотря на значительные возможности системы «АРМ завуча для составления расписания», ее удобный пользовательский интерфейс, наличие элементов анализа данных, она не имеет достаточных предпосылок для использования в учебном процессе вуза при составлении учебных планов. С этих позиций можно выделить следующие недостатки этой системы:

· разработка учебного плана ориентирована на учебный процесс средних школ, лицеев, колледжей и т. п.;

· ввод учебного плана является одной из составляющих системы и не может быть выделен как отдельный компонент, допускающий оперативное изменение;

· отсутствует система проверки ограничений на возможно допустимое число часов при автоматическом вычислении итоговых значений при вводе учебного плана.

В работе описываются принципы построения информационной системы «Учебный план». Отмечается, что в соответствии с описанием предметной области, постановкой задачи составления учебного плана является распределение частично упорядоченных учебных дисциплин, указанных в стандарте специальности, по всем семестрам обучения с учетом существующих ограничений и удовлетворяющее некоторым критериям качества. Приводится формальное описание задачи составления учебного плана на основе математической теории множеств и отношений. Выбор математического аппарата обусловлен тем, что он наибольшим образом соответствует математическому аппарату реляционной модели данных. Отмечается, что такой подход позволяет осуществить переход от формальной постановки задачи к реляционной модели, допускающей дальнейшую реализацию поставленной задачи на основе механизмов реляционных баз данных.

Предлагаемый в алгоритм решения задачи составления УП по специальности основан на принципе последовательного формирования семестров УП. Для каждого семестра определяется множество допустимых вариантов на текущем этапе — совокупность частичных решений. Из этого числа отсекаются все наихудшие варианты, и выбирается один, в большей степени удовлетворяющий определенному набору критериев качества, данный вариант фиксируется и на его основе осуществляется формирование последующих семестров по тому же принципу. Полученный учебный план, состоящий из набора наиболее качественных вариантов семестров, можно считать близким к наилучшему решению поставленной задачи. Для анализа качества составленного учебного плана используется метод «меры совместимости» множеств частичных решений учебных планов для нескольких специальностей.

Осуществлена программная реализация решения задачи составления УП по специальности, решающая следующие задачи:

· формирование графика учебного процесса;

· формирование расписания занятий и экзаменов по группам;

· формирования расписания занятий и экзаменов по преподавателям;

· отображения графика учебного процесса, соответствующего различным аттестациям;

· отображение справочной информации;

· формирование списков дисциплин, читаемых кафедрами ВУЗа в учебном году.

Следует отметить, что в работе не приводится ни описание интерфейса разработанной автором компьютерной системы, ни программная основа данной разработки. По результатам анализа информационной системы «Учебный план» следует отметить как достоинства этой системы в научном плане, так и недостатки с позиции использования преподавателями-разработчиками при составлении учебных планов отдельных специальностей.

Достоинства:

· задача составления учебного плана рассматривается как математическая задача, заключающаяся в оптимальном распределении учебных дисциплин по всем семестрам обучения;

· решение задачи составления учебного плана рассматривается на основе математической теории множеств и отношений, что позволяет строго отслеживать все ограничения и оценивать разработанный учебный план по заданным критериям качества;

· информационная система позволяет охватить не только составление учебных планов специальностей, но автоматизацию учебного процесса вуза в целом, включая составление расписания занятий различного уровня.

К недостаткам использования можно отнести следующее:

· разработка учебного плана не выделена в отдельную составляющую системы;

· отсутствует инструкция пользователя по составлению учебного плана с помощью этой системы;

· не указываются необходимые программные требования для установки и эксплуатации данной системы.

Институтом Общего Образования Минобразования РФ разработана система автоматизации учебного процесса ВУЗа «Учебный отдел» [8], охватывающая следующие подразделения и направления деятельности вуза:

· Приемная комиссия.

· Студенты.

· Сотрудники.

· Учебные планы и нагрузка.

· Расписание.

· Кафедры.

· Бухгалтерия.

· Справочники.

· Администрирование.

· Библиотека.

· Архив.

Автоматизированная система «Учебный отдел» обеспечивает решение следующих задач:

· централизованное накопление, хранение, обработку и анализ данных, необходимых для успешного функционирования вуза;

· формирование в автоматическом или полуавтоматическом режимах первичных документов, оперативных и аналитических отчетов;

· своевременное предоставление абитуриентам, студентам и преподавателям полной и непротиворечивой информации по учебному процессу;

· использование передовых образовательных технологии, современных аппаратных и программных средств;

· сбалансированное распределение информационных потоков;

· предоставление студентам возможности получения учебных материалов в электронном виде;

· эффективное управление персоналом;

· ведение электронного архива документов.

Разработчики системы справедливо отмечают, что на сегодняшний день большинство из перечисленных выше задач, в том числе и задача составления учебных планов, решаются вручную, либо с минимальным использованием средств электронно-вычислительной техники и современного программного обеспечения. В этой связи система «Учебный отдел» является актуальным и своевременным решением данных задач. Основной целью разработки системы является автоматизация деятельности сотрудников по получению, накоплению, обработке, хранению и анализу данных, необходимых для успешного функционирования вуза.

В состав системы «Учебный отдел» входит модуль «Учебные планы и нагрузка» (рис. 1.5), обеспечивающий выполнение следующих функций:

· автоматизация основных операций по расчету нагрузки академических групп и преподавателей вуза;

· ввод и хранение основной информации об учебных планах по всем специальностям и формам обучения, преподавателях, читаемых ими в вузе дисциплинах, количестве часов, выделенных под каждую из дисциплин;

· дифференциация по форме обучения, специальности, учебной группе, курсу;

· формирование и хранение в электронном виде общих и посеместровых учебных планов для специальностей, групп и преподавателей, посеместровой нагрузки для каждого преподавателя и расписания по каждой учебной группе.

Рис. 1.5. Модуль «Учебные планы и нагрузка» системы «Учебный отдел»

Как видно из описания, данный модуль позволяет вводить и хранить учебные планы специальностей, но не обеспечивает интеллектуальную автоматизированную поддержку при их разработке. Таким образом, по результатам анализа данной системы можно сделать вывод о том, что, несмотря на значительные возможности рассматриваемой системы, количество выполняемых ее функций, дружественный и доступный интерфейс, данная система имеет некоторые недостатки при использовании ее для разработки учебных планов, а именно:

· не имеет средств интеллектуальной поддержки составления учебных планов;

· не учитывает требования к составлению учебных планов;

· не обеспечивает создание выходных форм учебного плана.

Аналогичная системе «Учебный отдел» по функциональным возможностям автоматизированная система «Компьютерное управление ВУЗом» действует на сегодняшний день в Украинской инженерно-педагогической академии. Система «Компьютерное управление ВУЗом» обеспечивает выполнение следующих функций:

· ввод и хранение учебных планов специальностей;

· составление на базе учебных планов ведомостей учебных нагрузок каждой кафедры и отдельного преподавателя;

· формирование на базе учебных планов расписания каждого преподавателя и студенческой группы.

Как и при анализе предыдущих компьютерных систем, следует отметить следующие недостатки данной системы при разработке учебных планов специальностей:

· отсутствие модуля разработки учебных планов, а наличие только модуля ввода и хранения учебных планов;

· невозможность проверки ограничений и требований к учебным планам;

· дорогая стоимость данной системы позволяет установить ее только в учебном отделе и делает ее недоступной для работы рядовому преподавателю;

· формирование выходных форм в текстовом процессоре MS Word не позволяет оперативно вносить изменения в итоговые документы;

· сложность системы определяет значительное количество неполадок в ее функционировании, которые необходимо довольно часто устранять.

Проведенный анализ близких к тематике дипломной работы разработок позволил сформировать следующую сравнительную таблицу характеристик компьютерных автоматизированных систем, включающих в себя модули составления и хранения учебных планов специальностей (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Сравнительная таблица характеристик автоматизированных систем учебного процесса вуза

где:

1 — возможность использования в вузе;

2 — доступность преподавателям-разработчикам учебных планов;

3 — автоматизация вычислений итоговых значений;

4 — автоматический учет ограничений;

5 — простота использования и легкость осваивания;

6 — программные средства, с помощью которых реализована и функционирует система;

7 — программное средство, в котором формируются выходные формы учебного плана;

8 — наличие инструкции пользователя по работе с системой.

Как видно из приведенной таблицы, рассмотренные компьютерные системы имеют ряд недостатков, затрудняющих их использование в целях разработки учебных планов различных специальностей, удовлетворяющих часовым и содержательным ограничениям. При этом основные недостатки таких систем касаются возможности их использования рядовыми преподавателями, сложности освоения и отсутствием инструкций пользователя, облегчающих работу с рассматриваемыми программными средствами.

1.2 Постановка задачи

Содержательная постановка задачи

Учебные планы являются одним из основных элементов планирования и организации учебного процесса в вузе. Разработка учебных планов существенным образом влияет на становление новых специальностей. Планирование нагрузки преподавателей и составление расписания любого уровня в вузе также осуществляется на базе учебных планов. В то же время, разработка и оформление учебного плана представляет собой длительный и кропотливый труд преподавателей, ответственных за этот участок работы. При этом значительная часть работ по составлению учебного плана подлежит автоматизации: это и оформление учебного плана с формированием выходных форм, и вычисление итоговых значений, и учет временных и содержательных ограничений, накладываемых на учебный план. Автоматизация большей части работ по составлению учебного плана способствует минимизации трудовых затрат преподавателя-разработчика. Однако по результатам проведенного анализа имеющихся систем автоматизации учебного процесса в вузе можно сделать вывод, что современная система образования не располагает достаточным количеством доступных, легко осваиваемых, недорогих компьютерных систем, обеспечивающих поддержку составления учебных планов.

На основе проведенного анализа места и роли учебного плана в учебном процессе вуза, имеющихся разработок по автоматизации учебного процесса в вузе, общая задача, решаемая при выполнении дипломной работы, формулируется следующим образом: на основе анализа существующих разработок по автоматизации учебного процесса в вузе, с учетом требований к оформлению и содержанию учебных планов, выдвигаемых Министерством образования и науки Украины, необходимо разработать компьютерную систему поддержки составления учебных планов, позволяющую разработчикам учебных планов за минимальное время и с минимальными трудовыми затратами разрабатывать и оформлять учебные планы специальностей с учетом всех выдвигаемых требований. При этом разрабатываемая компьютерная система должна удовлетворять требованиям легкости освоения, недорогой цены и доступности в использовании преподавателям и / или методистам, которым поручено составлять учебные планы.

Для решения поставленной общей задачи необходимо решить следующие частные задачи:

1. Проанализировать существующие разработки по автоматизации учебного процесса вуза и по составлению учебных планов специальностей.

2. Определить компьютерные средства, обеспечивающие разработку компьютерной системы поддержки составления учебных планов (КСПСУП).

3. Выделить и систематизировать требования, выдвигаемые к составлению учебных планов.

4. Разработать компьютерные варианты выходных форм учебного плана.

5. Разработать подсистему КСПСУП, осуществляющую вычисление итоговых значений во всех формах учебного плана.

6. Разработать подсистему КСПСУП, осуществляющую интеллектуальную поддержку учета ограничений, накладываемых на учебный план.

7. Разработать механизм формирования печатных форм учебного плана.

8. Поставить лабораторную работу по разработке компьютерной системы поддержки составления учебных планов для студентов специальности «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении» и разработать методические указания к выполнению поставленной лабораторной работы.

Логическая схема решения общей задачи дипломной работы изображена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Логическая схема решения задач дипломной работы

Выбор методов решения задачи

В случае решения поставленной выше задачи дипломной работы, направленной на разработку компьютерной системы поддержки составления учебного плана, методами решения являются программные средства, обеспечивающие разработку качественного программного продукта и оформление выходных печатных форм.

В таблице 1.1 приведен перечень программных средств, используемых авторами существующих разработок для реализации систем автоматизации учебного процесса вуза и для формирования выходных форм. Как видно из таблицы, основными программными средствами, обеспечивающими разработку рассматриваемых систем, являются среды программирования, ориентированные на работу с базами данных. Однако, как показывает опыт программирования, разработка компьютерных программ управления базами данных является довольно сложной задачей, а распространение таких программ и их установка на различных компьютерах требуют дополнительного труда разработчика и не осуществимы без этапа сопровождения такого программного продукта. Исходя из приведенных соображений, в качестве базового программного продукта, обеспечивающего качественную, но нетрудоемкую разработку компьютерной системы поддержки составления учебного плана, следует выбрать программу, обеспечивающую решение всех выше сформулированных частных задач, но отличающуюся простотой использования и распространения. Таким программным продуктом может являться, например, табличный процессор MS Excel. К достоинствам MS Excel при использовании его для разработки КСПСУП можно отнести следующее:

· отсутствие необходимости дополнительной настройки компьютерных систем, разработанных на базе MS Excel, при их переносе на различные компьютеры;

· возможность автоматизации вычислительных процессов;

· наличие средств контроля различных ограничений путем использования механизма условного форматирования;

· поддержка языка программирования Visual Basic for Application, позволяющего реализовывать различные сервисные функции и формирование выходных печатных форм;

· наличие мощного редактора, обеспечивающего качественное оформление выходных форм.

Как видно из таблицы 1.1, основными программными продуктами, используемыми разработчиками систем автоматизации учебного процесса вуза для формирования выходных форм, являются текстовый процессор MS Word и табличный процессор MS Excel. Несмотря на мощность текстового процессора MS Word и его значительные возможности по оформлению различных документов к его недостаткам для использования его при формировании выходных форм учебного плана следует отнести усложненные механизмы автоматизации вычисления итоговых значений и их оперативного изменения, а также ограниченные средства масштабирования при печати выходных документов. Следовательно, для формирования выходных форм следует использовать табличный процессор MS Excel, лишенный вышеуказанных недостатков и позволяющий реализовать качественное оформление выходных печатных форм учебного плана.

Таким образом, подводя итог выше сказанному, в целях проводимого исследования в качестве методов решения поставленных задач дипломной работы следует использоваться такие:

· для разработки компьютерной системы поддержки составления учебного плана, автоматического вычисления итоговых значений, учета ограничений — мастер функций, механизмы подстановки, условного форматирования, фильтрации и т. п. табличного процессора MS Excel, а также язык программирования Visual Basic for Application для MS Excel;

· для формирования выходных печатных форм учебного плана — оформительские возможности и мастер функций табличного процессора MS Excel.

1.3 Содержательное описание структурных и функциональных особенностей учебного плана

Структура учебного плана

Учебный план традиционно состоит из следующих смысловых разделов (листов):

· Титульный лист.

· I. График учебного процесса.

· II. Сводный бюджет времени (в неделях).

· III. План учебного процесса.

· Сводная таблица объемов учебных занятий.

· IV. Виды практик.

· V. Государственная аттестация.

Титульный лист (рис. 1.7) содержит общую информацию:

· название учебного документа;

· раздел утверждения документа руководством учебного заведения;

· специальность и профиль обучения;

· образовательно-квалификационный уровень, присваиваемый обучаемым;

· срок обучения;

· квалификацию, получаемую обучаемыми.

Рис. 1.7. Внешний вид титульного листа учебного плана

График учебного процесса (рис. 1.8) представляется в виде таблицы, в заголовках строк которой указаны курсы обучения, а в заголовках столбцов которой указаны недели учебного года.

В ячейках таблицы с помощью специальных обозначений, расшифрованных под таблицей, указываются виды обучения, а именно:

· пустые ячейки — теоретическое обучение;

· С — экзаменационная сессия;

· О — учебная практика;

· Х — производственная практика;

· пп — педагогическая практика;

· П — преддипломная практика;

· Д — дипломное проектирование;

· А — государственная аттестация;

· К — каникулы.

Рис. 1.8. Внешний вид листа «График учебного процесса» учебного плана

Сводные данные (рис. 1.9) представляются таблицей, в каждой строке которой указывается количество недель, отведенных на каждый вид обучения, для каждого курса.

Рис. 1.9. Внешний вид листа «Сводный бюджет времени» учебного плана

Самая обширная часть учебного плана. В плане учебного процесса (рис 1.10) указываются учебные дисциплины, изучаемые студентами данного профиля, распределенные по циклам. Для каждой учебной дисциплины указывается следующая информация:

· семестр проведения экзамена, зачета, контрольной работы или расчетно-графического задания (РГЗ), курсового проекта (работы);

· общее число учебных часов;

· число часов аудиторных занятий: лекций, лабораторных работ, практических занятий;

· число часов самостоятельной работы;

· количество аудиторных часов в каждом семестре изучения дисциплины.

Рис. 1.10. Внешний вид листа «План учебного процесса» учебного плана

Также в этом разделе указываются итоговые показатели по циклам учебных дисциплин: количество экзаменов, зачетов, РГЗ, курсовых проектов, общие часы занятий, часы аудиторных занятий всех видов, часы самостоятельной работы, часы аудиторных занятий в каждом семестре.

Сводная таблица (рис. 1.11) содержит итоговую информацию об обучении студентов указанного на титульном листе учебного плана образовательно-квалификационного уровня. А именно:

· общее число часов обучения;

· общее число аудиторных занятий и аудиторных занятий каждого вида;

· общее число часов самостоятельной работы;

· общее количество видов контроля (экзаменов, зачетов, курсовых работ и т. д.);

· общее число аудиторных часов и количества каждого вида контроля в каждом семестре.

Рис. 1.11. Внешний вид раздела «Сводная таблица объемов учебных занятий» учебного плана

В разделах IV-V указывается следующая информация:

· в разделе IV (рис. 1.12) — количество недель проведения и семестры прохождения различного вида практик;

Рис. 1.12. Внешний вид раздела «Виды практик» учебного плана

· в разделе V (рис. 1.13) — виды государственной аттестации, семестры проведения государственных экзаменов и защиты выпускных работ.

Рис. 1.13. Внешний вид раздела «Государственная аттестация» учебного плана

Функциональные особенности учебного плана

В роли функциональных особенностей учебного плана выступают ограничения, действующие при разработке учебного плана. При разработке учебных планов действуют довольно жесткие ограничения на следующие показатели:

· продолжительность каждого учебного семестра, экзаменационных сессий, каникул, различного вида практик;

· количество и назначение циклов учебного плана;

· список учебных дисциплин, читаемых в каждом цикле;

· количество очных и общих часов занятий в каждом цикле и в каждом семестре;

· количество нормативных часов в каждом цикле;

· число существующих контролей по каждому семестру.

Требования выдвигаются Министерством образования и науки Украины, модифицируются учебной частью вуза с учетом специфики учебного заведения (например, УИПА имеет инженерно-педагогическую направленность, отсюда и ряд требований к обязательным дисциплинам психолого-педагогического и инженерного направлений) и предоставляются выпускающей кафедре в качестве исходных данных при разработке учебного плана.

Формальные требования

Выдвигаемые к учебному плану требования могут быть разбиты на три смысловые части:

1. Общая для всех специальностей организационная часть учебного плана:

1.1. Количество недель учебных занятий в осеннем и весеннем семестрах для каждого курса.

1.2. Количество недель экзаменационной сессии в осеннем и весеннем семестрах для каждого курса.

1.3. Период проведения и количество недель учебной практики.

1.4. Период прохождения и количество недель педагогической практики.

1.5. Период прохождения и количество недель производственной практики.

1.6. Период прохождения и количество недель преддипломной практики.

1.7. Период проведения и количество недель государственной аттестации.

1.8. Период прохождения и количество недель дипломного проектирования.

2. Инвариантная часть, содержащая перечень и объем занятий по дисциплинам конкретной специальности:

2.1. Перечень учебных циклов (для бакалавров — 3, специалистов — 4).

2.2. Перечень общеобразовательных дисциплин, с установленными «жестко» объемом всех видов занятий и семестрами изучения.

2.3. Перечень общеобразовательных дисциплин, с установленным «жестко» объемом всех видов занятий, но возможностью варьирования семестров изучения.

2.4. Количество часов производственного обучения, практики и дипломного проектирования.

2.5. Перечень «специальных» дисциплин с количеством часов и сроками изучения, устанавливаемыми выпускающей кафедрой.

2.6. Дисциплина, по которой курсовая работа является выпускной по бакалаврату (8 семестр).

3. «Часовые» и количественные ограничения на построение учебного плана:

3.1. Общий объем часов и объем аудиторных занятий в каждом цикле.

3.2. Число аудиторных часов занятий на каждую учебную неделю и, соответственно, каждый семестр.

3.3. Число нормативных часов в каждом цикле и, соответственно, в каждой образовательной квалификации (бакалавр, специалист).

3.4. Максимально возможное количество экзаменов в каждом семестре.

3.5. Максимально возможное количество зачетов в каждом семестре.

3.6. Максимально возможное количество курсовых работ в каждом семестре.

3.7. Желательное соотношение между объемами аудиторных занятий и самостоятельной работы.

3.8. Требование желательной кратности числа часов изучения конкретной дисциплины в каждом семестре числу недель в этом семестре.

3.9. Требование кратности общего числа часов по каждой дисциплине определенному числу.

3.10. Требование совпадения общего числа часов и суммарного объема всех видов занятий для каждой дисциплины.

Фактические требования

Каждое из приведенных в предыдущем пункте требований имеет свое фактическое значение. Эти значения могут быть изменены согласно указаниям Министерства образования и науки Украины. Приведем действующие в 2004/2005 учебном году фактические требования.

1. Общая для всех специальностей организационная часть учебного плана:

1.1. 1−7 семестры — 17 недель, 8−9 семестры — 13 недель.

1.2. 1−8 семестры — 3 недели.

1.3. 2, 4 семестры — 4 недели.

1.4. 8, 9 семестры — 4 недели.

1.5. 6 семестр — 4 недели, 8 семестр — 3 недели.

1.6. 10 семестр — 3 недели.

1.7. 8, 10 семестры — 1 неделя.

1.8. 10 семестр — 16 недель.

2. Инвариантная часть, содержащая перечень и объем занятий по дисциплинам конкретной специальности:

2.1. Циклы для бакалавров: «Цикл гуманітарної та соціально-економічної підготовки», «Цикл природничо-наукової підготовки», «Цикл професійної та практичної підготовки»; цикл для специалистов — «Професійної та практичної підготовки».

2.2. Для инженерно-педагогических специальностей следующие общеобразовательных дисциплины имеют «жесткие» объем всех видов занятий и семестры изучения:

· Історія України;

· Філософія;

· Основи економічних теорій;

· Політологія;

· Іноземна мова;

· Фізичне виховання;

· Вища математика;

· Інженерна та комп’ютерна графіка;

· Інформатика та обчислювальна техніка;

· Фізика;

· Введення до фаху;

· Методика професійного навчання;

· Професійна педагогіка;

· Психологія;

· Теорія і історія педагогіки;

· Охорона праці в галузі;

· Цивільна оборона.

2.3. Для инженерно-педагогических специальностей следующие общеобразовательных дисциплины имеют «жесткий» объем всех видов занятий, но возможностью варьирования семестров изучения.

· Культурологія;

· Основи права;

· Соціологія;

· Українська мова;

· Етика та естетика;

· Валеологія;

· Безпека життєдіяльності;

· Основи екології;

· Технічна механіка;

· Хімія;

· Технічні засоби навчання;

· Основи охорони праці;

· Психологія праці;

· Вікова та педагогічна психологія;

· Взаємозамінність, стандартизація та технічні вимірювання;

· Економіка підприємств та маркетинг;

· Ділова українська мова;

· Риторика;

· Релігієзнавство;

· Організація виробництва та менеджмент;

· Основи конституційного права України;

· Економічний ризик і методи його вимірювання;

· Дипломне проектування та практики.

2.4. Производственное обучение — 432 ч., практики — 594 ч., дипломного проектирования — 864 ч.

2.5. «Специальные» дисциплины определяются выпускающей кафедрой и зависят от профиля подготовки.

2.6. Дисциплина, по которой курсовая работа является выпускной по бакалаврату (8 семестр), также определяется выпускающей кафедрой из списка «специальных» дисциплин.

3. «Часовые» и количественные ограничения на построение учебного плана:

3.1. «Цикл гуманітарної та соціально-економічної підготовки»: общий объем — 1620 ч., аудиторные занятия — 892 ч.;

«Цикл природничо-наукової підготовки»: общий объем — 1998 ч., аудиторные занятия — 1062 ч.;

«Цикл професійної та практичної підготовки»: общий объем — 4347 ч., аудиторные занятия — 1784 ч.;

«Професійної та практичної підготовки»: общий объем — 1998 ч., аудиторные занятия — 386 ч.

3.2. Число аудиторных часов занятий на каждый семестр — 476 ч.

3.3. «Цикл гуманітарної та соціально-економічної підготовки» — 1062 ч.;

«Цикл природничо-наукової підготовки» — 1350 ч.;

«Цикл професійної та практичної підготовки» — 1566 ч.;

«Професійної та практичної підготовки» — 486 ч.

3.4. Максимально возможное количество экзаменов в каждом семестре — 5.

3.5. Максимально возможное количество зачетов в каждом семестре — 7.

3.6. Максимально возможное количество курсовых работ в каждом семестре — 2.

3.7. Желательное соотношение между объемами аудиторных занятий и самостоятельной работы — 3:2.

3.8. Требование желательной кратности числа часов изучения конкретной дисциплины в каждом семестре числу недель в этом семестре.

3.9. Требование кратности общего числа часов по каждой дисциплине определенному числу 27.

3.10. Требование совпадения общего числа часов и суммарного объема всех видов занятий для каждой дисциплины.

1.4 Информационное обеспечение компьютерной системы поддержки составления учебного плана

Описание информационного обеспечения КСПСУП

Процесс формирования выходной документации представлен схемой, изображенной на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Схема формирования выходной документации в КСПСУП

Описание внемашинной информационной базы

Сведения о входных документах КСПСУП представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Входные документы КСПСУП

Сведения о выходных документах КСПСУП представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Выходные документы КСПСУП

Описание системы классификации и кодирования

Механизм кодирования используется при составлении раздела «График учебного процесса». Условные обозначения, используемые в этом разделе, приведены в табл. 1.4

Таблица 1.4. Система кодирования в КСПСУП

Описание управления потоками информации

Описание управления потоками информации, выражающегося в системе документооборота между входными и выходными данными, представлено на рис. 1.15

Рис. 1.15. Система документооборота в КСПСУП

1.5 Функциональная структура компьютерной системы поддержки составления учебного плана