close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Модели и методики управления жизненными циклами компонентов информационно-образовательной среды

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ДЕЕВ Михаил Викторович
МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ
ЖИЗНЕННЫМИ ЦИКЛАМИ КОМПОНЕНТОВ
ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ
Специальность 05.13.10 – Управление в социальных
и экономических системах (технические науки)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
ПЕНЗА 2018
Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» на кафедре «Системы автоматизированного проектирования».
Научный руководитель −
доктор технических наук, профессор
Финогеев Алексей Германович
Официальные оппоненты:
Петрова Ирина Юрьевна,
доктор технических наук, профессор,
первый проректор, ФГБОУ ВО «Астраханский государственный архитектурностроительный университет»;
Аверченков Владимир Иванович,
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Брянский государственный
технический университет», профессор
кафедры «Компьютерные технологии
и системы»
Ведущая организация −
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»
Защита состоится «___» ___________ 2018 г., в ______ часов, на заседании
диссертационного совета Д 212.186.04 в ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.
С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на
сайте
ФГБОУ
ВО
«Пензенский
государственный
университет»
http://dissov.pnzgu.ru/ecspertiza/Tehnicheskie_nauki/deev
Автореферат разослан «___» ______________2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Косников Юрий Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. В современном мире набирают большую
популярность технологии автоматизированного управления процессом обучения и подготовки специалистов. Они позволяют быстро и сравнительно недорого создавать новые образовательные программы и технологии с обеспечением удаленного доступа преподавателей и обучающихся к единой информационной среде, интегрированной с глобальным интернет-пространством.
В настоящий момент на рынке предлагается большое количество систем управления учебной деятельностью. Такие системы применяются для разработки, интеграции, распространения и актуализации учебных, методических, нормативных и педагогических материалов с поддержкой возможности дистанционного,
повсеместного и мобильного доступа в онлайн-режиме. В качестве учебных
материалов системы управления учебной деятельностью используют электронные образовательные ресурсы, которые включают структуру, предметное
содержание (контент) и метаданные. В связи с большим числом электронных
ресурсов и существующей тенденцией к их росту возникает актуальная задача
минимизации затрат на разработку, модификацию и актуализацию электронных комплектов в процессе сопровождения и поддержки их жизненного цикла.
К основным проблемам управления жизненными циклами компонентов
информационной образовательной среды относят: отсутствие адекватных моделей жизненных циклов для электронных образовательных ресурсов, программ подготовки и уровней квалификации специалистов, обеспечивающих
комплексную автоматизацию процесса управления учебной деятельностью
в единой информационной среде; отсутствие интегральных оценок эффективности процесса синхронизации жизненных циклов электронных образовательных ресурсов, программ и уровней квалификации специалистов; недостаточное
соответствие образовательных программ и контента электронных образовательных ресурсов современным требованиям работодателей; отсутствие эффективных инструментальных средств для создания, актуализации и сопровождения образовательных ресурсов в информационной среде; отсутствие интеллектуальных средств анализа требований работодателей для синтеза набора
требуемых компетенций с использованием технологий Data Mining; отсутствие
технологии автоматизации процесса согласования программ подготовки с требованиями работодателей и имеющимися электронными образовательными
ресурсами в информационной среде.
Вопросы исследования и решения данных проблем и задач управления
жизненными циклами рассматривались различными научными школами, что
позволило сформировать методологическую базу диссертационного исследования. Результаты исследований отражены в работах российских и зарубежных
ученых, таких как Г. А. Доррер, А. А. Попов, К. В. Сысенко, И. В. Кривопалов,
Е. В. Сергеев, М. Ю. Чандра, М. Тодорова, В. Петрова, Andreas Meyer, Mathias
Weske, D. G. Sampson, P. Zervas, P. McGee, H. Katz, G. Richards и др.
Анализ показал, что большинство исследователей не рассматривают жизненные циклы с точки зрения их автоматизации и формализации. В работах
3
фактически не описывается процесс комплексной синхронизации жизненных
циклов и не представлен эффективный механизм оценки процесса их согласования. Это подтверждает актуальность диссертационного исследования с целью разработки адекватных моделей жизненных циклов электронных образовательных ресурсов, программ и уровней квалификации специалистов, их
синхронизации и актуализации в соответствии с требованиями стандартов и рынка труда, синтеза методик, алгоритмов и инструментальных средств для автоматизированного управления процессом обучения в информационной среде, поддержки принятия решений при настройке процесса подготовки специалистов.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности
принятия решений при управлении непрерывным процессом подготовки специалистов в единой информационной среде на основе разработанных моделей,
методик и инструментальных средств синхронизации и оптимизации жизненных циклов электронных образовательных ресурсов, программ обучения и требований работодателей.
Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи:
1. Выполнить аналитические исследования моделей жизненных циклов
электронного образовательного контента, системы управления обучением
и учебной деятельностью, системы управления контентом с целью выбора
и разработки инструментальных средств автоматизированного проектирования
и наполнения информационно-образовательной среды, а также синтеза системы управления жизненными циклами ее основных компонент.
2. Разработать и исследовать формализованные модели жизненных циклов
основных компонент информационно-образовательной среды.
3. Выполнить синтез и исследование комплексной модели синхронизации
жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды, включая
электронные образовательные ресурсы, программы обучения и повышения квалификации специалистов на основе разработанного математического аппарата.
4. Разработать набор критериев для оценки эффективности результатов
оптимизации жизненных циклов электронных образовательных ресурсов, программ обучения и повышения квалификации специалистов, а также интегральную оценку эффективности их синхронизации.
5. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение для синтеза и
наполнения информационно-образовательной среды, автоматизированного
управления жизненными циклами ее компонент.
6. Разработать архитектуру комплекса инструментальных средств для
создания, наполнения и поддержки функциональности информационно-образовательной среды на всех этапах жизненных циклов ее компонент с целью
автоматизированного управления процессом обучения и повышения квалификации специалиста при меняющихся требованиях образовательных стандартов
и работодателей.
Объектом исследования диссертационной работы является процесс автоматизированного управления жизненными циклами основных компонент
информационно-образовательной среды.
4
Предметом исследования являются математическое, информационное и
программное обеспечение инструментальных средств автоматизированного
управления жизненными циклами компонент информационно-образовательной
среды, системы управления образовательным контентом и учебным процессом.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались
методы теории систем и системного анализа, поддержки принятия решений,
управления, математической статистики, математического моделирования, интеллектуального анализа, методы оптимизации.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Разработаны модели жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной среды, которые позволяют выполнить их согласование и оптимизацию для системы автоматизированного управления процессами
обучения и повышения квалификации специалистов. Отличительными особенностями моделей является комплексная синхронизация жизненных циклов всех
компонент с оценкой эффективности данного процесса, а также настройка на
изменяющиеся требования внешней среды.
2. Разработана модель синхронизации жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды, включая электронный образовательный
контент и систему управления процессами обучения и повышения квалификации. Особенностью модели является комплексная оценка эффективности процесса синхронизации на всех его этапах для автоматизированного выбора
и/или синтеза персонализированных программ обучения и электронных ресурсов согласно меняющимся требованиям стандартов и работодателей.
3. Предложена методика автоматизированного управления компонентами
информационной образовательной среды, реализующая процесс синхронизации ее компонент, которая обеспечивает взаимодействие между системами
управления образовательным контентом, управления учебным процессом,
управления учебной деятельностью, средствами интеллектуального анализа
требований образовательных стандартов и работодателей. Отличительной особенностью методики является возможность актуализации образовательных
программ и электронных ресурсов с адаптивной настройкой на требования
стандартов и работодателей.
4. Разработаны показатели оценки жизненных циклов основных компонент
информационно-образовательной среды, и предложена комплексная интегральная оценка процесса их синхронизации, которая, в отличие от существующих,
позволяет оценить эффективность процесса автоматизированного синтеза и
настройки электронного образовательного контента и персонализированных траекторий обучения специалистов на требования стандартов и работодателей.
Практическая ценность работы заключается в том, что набор моделей,
методик и алгоритмов реализован в виде комплекса программно-инструментальных средств синтеза информационно-образовательной среды и синхронизации жизненных циклов ее компонент в процессе автоматизированного
управления учебным процессом.
Программно-инструментальные средства реализуют процесс синхронизации и таких компонент среды, как автоматизированная система управления
5
учебным процессом Moodle, система управления контентом Alfresco и система
управления учебной деятельностью LAMS (Learning Activity Management System). Разработан и введен в эксплуатацию механизм сбора и анализа требований работодателей в Пензенском регионе для реализации механизма адаптивной настройки системы управления учебным процессом и образовательным
веб-контентом на потребности рынка труда.
Применение разработанного комплекса позволяет в 1,5 раза сократить затраты на создание и эксплуатацию электронных ресурсов и программ подготовки.
Практическая значимость работы подтверждается двумя актами внедрения.
Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждаются аргументированием постановки задачи, корректностью использования математического аппарата, адекватностью моделей жизненных циклов, экспериментальными исследованиями моделей, результатами
практической реализации и опытной эксплуатации разработанных программноинструментальных средств.
Соответствие паспорту специальности. Работа выполнена в соответствии с паспортом специальности ВАК РФ 05.13.10 – Управление в социальных и экономических системах (пункты 3, 4).
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
1. Модели жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной среды.
2. Модель синхронизации жизненных циклов компонент информационнообразовательной среды.
3. Комплекс показателей оценки жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды и интегральная оценка эффективности процесса их синхронизации.
4. Методика управления компонентами информационной образовательной
среды.
5. Архитектура программно-инструментального комплекса и информационно-образовательной среды.
Внедрение результатов работы и связь с научными программами.
Практическая реализация и внедрение результатов работы осуществлены
в процессе создания электронной информационно-образовательной среды Пензенского государственного университета (ЭИОС ПГУ). Разработанное программное обеспечение используется для загрузки и генерации электронных образовательных ресурсов и образовательных программ, что позволило снизить
расходы на поддержку жизненных циклов в среднем на 34 % и увеличить производительность работы за счет сокращения времени загрузки образовательных программ в информационную среду в среднем на 50 %.
Программно-инструментальные средства обеспечивают работу ЭИОС ПГУ,
которая включает 560 образовательных программ с более чем 30 000 учебных
дисциплин.
Результаты диссертационного исследования получены в Пензенском государственном университете в процессе работы по грантам РФФИ: № 17-307-50010
6
«Разработка интеллектуальной среды для адаптивного управления процессами
электронного (e-learning) и мобильного (m-learning) обучения», № 16-07-00031
«Разработка и исследование положений фундаментальной концепции конвергентных вычислений на базе беспроводных сенсорных сетей», № 18-07-00975
«Разработка методов мониторинга и поддержки принятия решений для интеллектуальной среды "Умная дорога" (Smart Road)».
По результатам практической реализации и апробации получено два акта
внедрения результатов работы – из Министерства труда Пензенской области и
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет».
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
XIII Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2016); XIX Международной научнометодической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2015);
XII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2015); XII Международной научнометодической конференции «Инновации в науке, образовании и бизнесе»
(Пенза, 2014); Региональном молодежном форуме «Открытые инновации –
вклад молодежи в развитие региона» (Пенза, 2013); I Международной научнотехнической конференции «Creativity in Intelligent Technologies and Data
Science First Conference» (Волгоград, 2015).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 25 печатных работах, в том числе 7 − в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 − в ведущих рецензируемых журналах, индексируемых в WoS и Scopus, 15 − в других изданиях. Результаты научной работы, изложенные в диссертации, получены соискателем лично или при его непосредственном участии. В работах,
выполненных в соавторстве, лично соискателю принадлежит: в [1, 2] – модели
поддержки непрерывной подготовки специалистов, модели синхронизации
жизненных циклов, в [3–8] – модели жизненных циклов электронных образовательных ресурсов, образовательных программ и уровней квалификации специалистов, прототип системы поддержки жизненного цикла электронных образовательных ресурсов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 186 страницах
машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка
сокращений, списка литературы из 101 наименования, 2 приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрены объект,
предмет и методы исследования, отражены научная новизна и практическая
значимость результатов, приведены сведения о внедрении и об использовании
результатов.
В первой главе приведен обзор основных этапов подготовки специалистов, рассмотрены критерии эффективности подготовки. Выявлена проблема
7
низкой динамики отклика систем образования на изменяющиеся потребности
рынка труда.
Поставлена задача разработки моделей жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной среды для высшего учебного заведения. Компоненты информационно-образовательной среды включают элементы
электронного образовательного контента, систему автоматизированного синтеза и управления данным контентом, систему управления учебным процессом,
систему управления учебной и административной деятельностью образовательного учреждения, средства сбора данных об электронных образовательных
ресурсах в сети Интернет, средства сбора и интеллектуального анализа требований образовательных стандартов и работодателей к компетенциям будущих
специалистов. Жизненный цикл – это последовательная смена этапов процесса,
от его начала до завершения. Разработка моделей жизненных циклов позволяет
добиться повышения эффективности и уменьшения затрат.
Электронный образовательный ресурс – это ресурс, представленный
в цифровой форме и включающий в себя структуру, предметное содержание
и метаданные. Он также может включать в себя данные, информацию, программное обеспечение, необходимые для его использования в процессе обучения.
Проведен анализ и классификация существующих моделей и методов
описания и поддержки жизненных циклов информационных систем. На основании проведенного анализа принято решение использовать итерационную
модель в качестве основы для разработки новых моделей жизненных циклов
основных компонент информационно-образовательной среды.
Аналитический обзор основных работ в данной области показал необходимость разработки и исследования комплексной модели синхронизации жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды для анализа
взаимодействий и их согласования с целью эффективного управления процессом обучения.
Рассмотрены существующие инструментальные средства поддержки принятия решений, которые сегодня используются для автоматизации и управления
процесса подготовки специалистов. Аналитический обзор программных продуктов позволил обоснованно подойти к выбору средств, необходимых для синтеза
модели синхронизации и поддержки данного процесса. Для синтеза и актуализации электронного образовательного контента и поддержки его жизненного цикла
выбрана система управления контентом CMS Alfresco. Для автоматизированного
управления процессом подготовки специалистов выбрана система LMS Moodle.
Вторая глава посвящена исследованию и разработке моделей жизненных
циклов компонент информационно-образовательной среды с целью обеспечения
их информационного взаимодействия и поддержки процесса синхронизации.
Для решения задачи автоматизированного управления процессами синхронизации рассмотрен жизненный цикл изменения квалификации специалиста согласно общепринятой концепции непрерывного образования. Модель
жизненного цикла представляет собой конечный автомат, который описывается с
помощью диаграммы состояний на языке UML (Unified Modeling Language).
8
Жизненный цикл определяет итерационный процесс получения компетенций
согласно федеральным государственным образовательным стандартам для
конкретной специальности, а также согласно потребностям регионального
рынка труда, которые складываются из обобщенных требований работодателей. Результатом сравнительного анализа требований стандартов и работодателей является синтез траекторий персонализированного обучения по основным
и дополнительным программам в информационно-образовательной среде.
Так как требования стандартов и работодателей и, соответственно, перечень необходимых специальностей и компетенций специалистов для регионов
постоянно меняются, то и образовательные программы имеют свои жизненные
циклы. Была разработана модель жизненного цикла для программ обучения
в виде конечного автомата, которая соответствует итеративной модели развития.
Для получения компетенций в ходе реализации образовательной программы практически для всех специальностей используются информационнотелекоммуникационные технологии для доступа и работы с электронным образовательным контентом в сети Интернет. Изменения в образовательных
программах требуют постоянного совершенствования и модернизации электронных образовательных ресурсов. Поэтому они также проходят свои жизненные циклы. Представлена универсальная модель жизненного цикла образовательного контента, изображенная на рисунке 1.
Рисунок 1 – Модель жизненного цикла электронных образовательных ресурсов
9
Электронный образовательный контент состоит из множества объектов,
которые представляют различные информационные ресурсы, например, рисунки, схемы, текстовый материал, аудиозаписи, анимационные ролики, видеоматериалы, которые также проходят свои жизненные циклы. В связи с этим
возникает задача их интеграции в единый ресурс, актуализации и поддержки
версий. Одним из требований к работе с образовательными ресурсами в электронной форме является требование хранения исходной версии информационного объекта, что в дальнейшем учитывается в информационной модели электронных образовательных ресурсов.
Далее рассмотрены вопросы синхронизации жизненных циклов рассмотренных компонент для автоматизированного управления процессом подготовки специалистов. С этой целью разработана структурная модель синхронизации жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды.
Процессы подготовки специалистов, синтеза и изменения образовательных
программ, создания и актуализации электронных ресурсов взаимосвязаны и
требуют комплексной синхронизации для автоматизации управления и обеспечения качественного и актуального образования. Поэтому в ходе диссертационного исследования была синтезирована модель синхронизации, представленная на рисунке 2.
Рисунок 2 – Модель синхронизации жизненных циклов
10
Синхронизация жизненных циклов основных компонент информационнообразовательной среды позволяет автоматизировать процесс подготовки специалистов на основании оперативного синтеза и модернизации программ и
персонализированных траекторий обучения, создания и актуализации электронных образовательных ресурсов. Использование модели синхронизации
также позволяет формализовать и автоматизировать информационное взаимодействие между всеми компонентами информационно-образовательной среды
в процессе подготовки специалистов.
Для детальной формализации и реализации процесса автоматизированного
управления учебным процессом в разработанной информационно-образовательной среде предложена графовая модель синхронизации жизненных циклов
ее компонент. Графовая модель представляет собой ориентированный псевдограф G = (V , E ) , где:
1. V {v1, v2 , v3 ,…, vn } – непустое множество вершин графа, которые пред=
ставляют собой этапы жизненных циклов и внешние воздействия.
=
E ⊂ V × V – множество упорядоченных дуг, где
2. E { E1, E2 , E3 ,…, Em } , Ei = {( ν, υ ) : ν∈V ∧ υ∈V }, Ei ⊆ V ∀ i= 1,…, m – дуга ориентированного псевдографа. Дуги являются внутренними и внешними переходами между этапами
жизненных циклов, а также управляющими воздействиями.
Множество E дуг удовлетворяет следующим требованиям:
1. Ei ≠ ∅ ∀ i = 1,…, m – пустые дуги недопустимы.
2. U im=1 Ei = V – множество вершин дуг соответствует множеству вершин
графа.
Граф G = (V , E ) можно представить с помощью:
1. Матрицы A смежности с элементами aij порядка n × n ,
(
(
)
)
1, νi , ν j ∈
E;

aij = 
где
E.
0, νi , ν j ∉
2. Матрицы B инцидентности с элементами bij порядка n × m ,
 1, νi − конец дуги E j ;

bij =  −1, νi − начало дуги E j ;
где

0, νi − неинцедентна E j .
Модель M синхронизации представляет множество M = { F , S, X} , где F
соответствует определению синхронизации жизненных циклов в качестве
псевдографа, S – матрица смежности, X – матрица инцидентности псевдографа.
На основе графоаналитического способа описания процесса синхронизации жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной
среды разработана система показателей для оценки эффективности данного
11
процесса. В ходе анализа процесса были разработаны интегральные показатели
для каждого компонента среды. Была сформулирована комплексная интегральная оценка эффективности процесса подготовки специалистов при синхронизации всех жизненных циклов ( I sync ) :
(1)
I sync = I op + I eor + I spec .
Для жизненного цикла образовательных программ была предложена интегральная оценка I op :
(2)
I op = Pk k f + Ph kh + Pdo kdo + Pmto kmto + Prm krm + Pzn k zn + Pos kus ,
где Pk – показатель соответствия компетенций специальности по ФГОС (федеральный государственный образовательный стандарт); Ph – показатель использования электронных образовательных ресурсов в учебных дисциплинах;
Pdo – показатель обеспеченности комплектами образовательных ресурсов по
всему учебному процессу; Pmto – показатель материально-технического обеспечения для поддержки работы электронных образовательных ресурсов по
учебному процессу; Prm – показатель деятельности преподавателей по разработке и модернизации электронных образовательных ресурсов; Pzn – показатель использования электронных образовательных ресурсов при закреплении
знаний по отдельной дисциплине; Pos – показатель учета успеваемости при использовании электронных образовательных ресурсов.
Для жизненного цикла электронных образовательных ресурсов была
предложена интегральная оценка I eor :
(3)
I eor =Etc ks + Etm km + Ecd k z ,
где Etc – время создания электронных образовательных ресурсов; Etm – время
модернизации электронных ресурсов; Ecd – затраты на создание (модернизацию) образовательных ресурсов в электронной форме.
Для жизненного цикла уровней квалификации специалистов была предложена интегральная оценка I spec :
(4)
I spec = Sct k zp + Stl ktp + Sc kc ,
где Sct – затраты на подготовку; Stl – время подготовки; Sc – количество полученных компетенций.
k f , kh , kdo , kmto , krm , k zn , kus , ks , km , k z , k zp , ktp , kc – коэффициенты
учета соответствующих показателей, в сумме равны единице.
Таким образом, во второй главе предложены модели и схемы управления
жизненными циклами компонент информационно-образовательной среды, разработана модель синхронизации жизненных циклов, на основе которой предложены интегральные оценки жизненных циклов отдельных компонент, а также комплексная оценка эффективности синхронизации.
Третья глава посвящена разработке алгоритмического, программного и
информационного обеспечения для поддержки процесса автоматизированного
12
управления жизненными циклами компонент информационно-образовательной
среды. В разделе представлены алгоритм поиска и верификации электронных
образовательных ресурсов, алгоритмы основных операций, которые используются при проектировании и реализации системы поддержки жизненного цикла
электронных ресурсов на основе системы управления контентом Alfresco. Алгоритм поиска и верификации контента образовательных ресурсов включает
следующие этапы:
1. Пользователю необходимо выбрать папки для создания электронного
ресурса. При выборе директории нужно уточнить права доступа к ней.
2. При создании нужно определиться – использовать в своем проекте готовый комплект образовательных ресурсов или создавать новый.
3. Если требуется использовать уже созданный электронный ресурс, то
выполняется поиск по репозиторию. Найденный объект может содержать несколько версий.
4. При необходимости скачать и сохранить раннюю версию ресурса.
5. Копировать найденный электронный образовательный ресурс в папку.
6. Загрузить остальные информационные объекты при необходимости.
7. Редактировать свойства и права доступа.
8. Отправить электронные ресурсы на проверку при необходимости.
9. Выполнить проверку образовательного информационного объекта и при
несоответствии отправить на доработку.
10. Опубликовать созданный образовательный контент.
Была предложена методика управления компонентами информационной
образовательной среды, составлена блок-схема алгоритма, представленная на
рисунке 3.
Предложенная методика используется для обеспечения эффективного
управления компонентами информационной образовательной среды и реализует модель синхронизации жизненных циклов электронных образовательных
ресурсов, программ и уровней квалификации специалистов. Это позволяет снизить расходы при управлении процессом непрерывной подготовки.
В рамках расширения функционала базовой системы Alfresco было создано программное обеспечение, которое включает новые компоненты системы,
в том числе дашлеты и веб-скрипты на языке JavaScript и PHP.
Компоненты имеют широкой функционал и обеспечивают комплексную
поддержку для автоматизированного управления жизненным циклом электронных образовательных ресурсов. Основными функциями разработанного
программного обеспечения являются: 1) динамическое отображение дерева каталогов; 2) просмотр электронного ресурса; 3) изменение метаданных об объекте; 4) сохранение объектов; 5) экспорт папок в формате XML (eXtensible
Markup Language); 6) создание директорий; 7) подробный просмотр образовательных объектов; 8) копирование электронных ресурсов; 9) перемещение контента; 10) удаление электронных ресурсов; 11) добавление образовательного
контента в избранное; 12) удаление объектов из избранного; 13) очистка избранного.
13
Рисунок 3 – Алгоритм методики управления компонентами среды
14
В качестве системы управления подготовкой специалистов была выбрана
LMS Moodle. В процессе разработки выявлена проблема импорта категорий
и вложенных курсов в данной системе. Для решения проблемы разработан
веб-скрипт, использующий технологию запросов REST (Representational State
Transfer).
В качестве входных данных используется структура папок (в качестве категорий) и CSV- (Comma-Separated Values) файлы, содержащие учебные планы. Таким образом, создаются вложенные категории. Далее выполняется разбор строк CSV-файла, в котором содержится учебный план по семестрам. Сам
веб-скрипт представляет собой класс на языке PHP.
Представлены предложения по разработке модуля обработки требований
работодателей для поддержки актуализации комплектов электронных образовательных ресурсов и программ.
Разработана архитектура информационной среды, представленная на рисунке 4, и системы поддержки непрерывной подготовки специалистов, построенная по принципу открытой информационной системы и реализующая интеграцию подсистем, отвечающих за определенный функционал.
Рисунок 4 – Архитектура системы подготовки специалистов
Структура системы поддержки непрерывной подготовки специалистов
включает:
1. Систему управления контентом Alfresco, обеспечивающую поддержку
жизненного цикла электронных образовательных ресурсов.
2. Систему управления обучением Moodle как электронную среду непрерывной подготовки специалистов.
15
3. Систему LAMS (Learning Activity Management System), предоставляющую инструментарий для создания образовательных программ.
4. Модуль обработки требований работодателей, необходимый для актуализации электронных образовательных ресурсов и программ.
На основе разработанной архитектуры была предложена информационная
модель образовательной среды подготовки специалистов, изображенная на рисунке 5.
Экспертная подсистема
анализа требований
Рисунок 5 – Модель информационной образовательной среды
Она включает в себя модуль авторизации, обеспечивающий повсеместный
доступ с различных устройств, систему подготовки Moodle с интегрированной
16
системой управления обучением LAMS для построения и реализации образовательных программ, систему поддержки жизненного цикла электронных ресурсов
Alfresco с интегрированным репозиторием образовательных объектов, а также
модуль обработки требований работодателей, позволяющий осуществлять поиск
и анализ изменений в сфере трудоустройства и необходимых компетенций.
В третьей главе разработаны алгоритмическое и программное обеспечения
для поддержки и управления жизненными циклами компонент информационнообразовательной среды, предложена архитектура среды для автоматизированного управления процессом непрерывной подготовки специалистов.
В четвертой главе приведено описание практической реализации и апробации результатов диссертационной работы.
Описана методика использования программного обеспечения системы
управления жизненным циклом электронных ресурсов. Представлен пошаговый пример генерации образовательных ресурсов в электронной форме в данной системе. Описано применение системы поддержки жизненного цикла образовательных программ Moodle.
Приведен пример апробации разработанной информационной среды для
создания комплекта образовательных ресурсов и его включения в согласованную программу подготовки. Представлено описание интерфейса для создания
учебных программ c помощью системы LAMS. Таким образом, рассмотрен
пример интеграции систем Alfresco, Moodle и LAMS в единую сетевую открытую образовательную среду.
Далее подробно описан процесс синхронизации систем, технические подробности и варианты использования. Приведен пример синхронизации LMS
CMS-систем, представлена пошаговая методика программного взаимодействия
систем.
Рассмотрена оценка эффективности разработанной системы подготовки
специалистов. В таблице 1 представлено сравнение аналогичных систем с разработанной по ряду критериев.
Таблица 1 – Сравнение систем управления жизненным циклом
Название
Alfresco
MS SharePoint
Documentum
Сourselab
Система поддержки жизненного цикла
электронных
ресурсов
Среднее
Контроль
Среднее
Средняя
Возможвремя
Трудоемверсий
время
производиность
модерникость
и публисоздания
тельность,
экспорта
зации
разработки
кация
ресурсов, ч
шт. в месяц
(XML)
ресурсов, ч
ресурсов
47,5
20
3
высокая
+
−
46
22
3
высокая
+
−
57,5
24
3
высокая
−
−
25,5
27
8
средняя
−
−
29,5
15
5
17
средняя
+
+
Также выполнено сравнение аналогичных систем поддержки жизненных
циклов электронных образовательных ресурсов/программ (рисунок 6), базовых
и доработанных систем (Alfresco и Moodle) по ряду критериев (таблица 2).
Таблица 2 – Сравнение базовых и доработанных систем
Критерии
Среднее время синтеза электронных образовательных ресурсов
(программ), ч
Средняя производительность
создания ресурсов (программ),
шт. в месяц
Среднее время модернизации
ресурсов (программ), ч
Использование
базовых систем
(Alfresco, Moodle)
Использование систем поддержки
жизненных циклов электронных
ресурсов и непрерывной
подготовки специалистов
47,5 (32,5)
29,5 (15)
3 (5)
5 (11)
20 (25)
15 (12,5)
Рисунок 6 – График сравнения базовых и разработанной систем
18
На основании результатов сравнения сделан вывод о том, что использование разработанной системы значительно сокращает временные и финансовые
затраты на автоматизированное управление процессом обучения. При этом качество подготовки находится на высоком уровне благодаря актуализации электронных образовательных ресурсов в соответствии с требованиями стандартов
и рынка труда.
Описан процесс внедрения результатов диссертационного исследования
при создании электронной информационно-образовательной среды ФГБОУ ВО
«Пензенский государственный университет». Анализ внедрения результатов
диссертационного исследования показал снижение общей трудоемкости процесса создания и загрузки программ подготовки за счет:
1. Сокращения в 1,9 раза времени создания образовательных программ
в Moodle.
2. Уменьшения времени модернизации программ в 1,5 раза.
3. Снижения времени создания внутренней структуры программ в 2,8 раза.
В процессе синтеза информационно-образовательной среды было создано
и загружено более 30 000 учебных курсов по разным профилям, развернуто более
560 учебных программ по различным направлениям. Использование разработанного модуля загрузки позволило повысить структурную корректность учебных
программ благодаря проверкам и верификации входящей информации.
В заключении сформулированы результаты диссертационного исследования.
В приложениях представлены акты об использовании результатов диссертационной работы и информационные карты РИД.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Выполнены аналитические исследования моделей жизненных циклов
электронного образовательного контента, системы управления обучением и
учебной деятельностью, системы управления контентом с целью выбора и разработки инструментальных средств автоматизированного проектирования и
наполнения информационно-образовательной среды, а также синтеза системы
управления жизненными циклами ее основных компонент.
2. Разработаны модели жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной среды, которые позволяют выполнить их согласование и оптимизацию для системы автоматизированного управления процессами
обучения и повышения квалификации специалистов. Отличительными особенностями моделей является комплексная синхронизация жизненных циклов всех
компонент с оценкой эффективности данного процесса, а также настройка на
изменяющиеся требования внешней среды.
3. Разработана модель синхронизации жизненных циклов компонент информационно-образовательной среды, включая электронный образовательный
контент и систему управления процессами обучения и повышения квалификации. Особенностью модели является комплексная оценка эффективности процесса синхронизации на всех его этапах для автоматизированного выбора
19
и/или синтеза персонализированных программ обучения и электронных ресурсов согласно меняющимся требованиям стандартов и работодателей.
4. Предложена методика автоматизированного управления компонентами
информационной образовательной среды, реализующая процесс синхронизации ее компонент, которая обеспечивает взаимодействие между системами
управления образовательным контентом, управления учебным процессом,
управления учебной деятельностью, средствами интеллектуального анализа
требований образовательных стандартов и работодателей. Отличительной особенностью методики является возможность актуализации образовательных
программ и электронных ресурсов с адаптивной настройкой на требования
стандартов и работодателей.
5. Разработаны показатели оценки жизненных циклов основных компонент информационно-образовательной среды, и предложена комплексная интегральная оценка процесса их синхронизации, которая, в отличие от существующих, позволяет оценить эффективность процесса автоматизированного синтеза и
настройки электронного образовательного контента и персонализированных траекторий обучения специалистов на требования стандартов и работодателей.
6. Разработано алгоритмическое, программное и информационное обеспечение инструментальных средств управления жизненными циклами основных
компонент информационно-образовательной среды, а также архитектура среды
и программно-инструментальный комплекс для управления жизненными циклами ее компонент на основе интеграции систем LMS Moodle, CMS Alfresco и
LAMS. В среде информационного пространства Пензенского государственного
университета с помощью разработанных средств интегрировано 560 образовательных программ, содержащих более 30 000 учебных дисциплин. Снижение
трудоемкости процесса создания и модернизации образовательных программ
и ресурсов с помощью инструментальных средств обосновано: сокращением
в 1,9 раза времени создания программ, уменьшением времени их модернизации
в 1,5 раза, снижением времени создания внутренней структуры программ
и электронных ресурсов в 2,8 раза.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, индексируемых в WoS и SCOPUS
1. Deev, M. V. Models of Supporting Continuing Education of Specialists for HighTech Sector / M. V. Deev, T. V. Glotova, I. G. Krevskiy // Knowledge-Based Software Engineering : 11th Joint Conference, JCKBSE 2014 (Volgograd). − 2014. – Vol. 466. – P. 100–112.
2. Deev, M. V. Individualized Learning Trajectories Using Distance Education Technologies / M. V. Deev, T. V. Glotova, I. G. Krevskiy // Creativity in Intelligent, Technologies and Data Science. Ser.: Communications in Computer and Information Science. −
2015. – Part XI, vol. 535. – P. 778–792.
3. Deev, M. V. Convergent Model for the Synchronization of Educational Programs
and Resources in the Continuous Training of Specialists / M. V. Deev, A. G. Finogeev,
A. G. Kravets, A. V. Shirkanov // SMART-2017 : Proceedings of the 6th International
Conference on System Modeling & Advancement in Research Trends. − Moradabad, India,
2017. – P. 254–259.
20
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
4. Деев, М. В. Разработка информационной образовательной среды на базе конвергентного подхода / М. В. Деев, А. Г. Кравец, А. Г. Финогеев // Системы управления, связи и безопасности. – 2017. – № 3. – С. 119–134.
5. Деев, М. В. Модели поддержки жизненного цикла непрерывной подготовки
специалистов / М. В. Деев, И. Г. Кревский, Т. В. Глотова // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10 (5). – С. 991–995.
6. Деев, М. В. Проектирование системы поддержки жизненного цикла электронных образовательных ресурсов / М. В. Деев, И. Г. Кревский, Т. В. Глотова // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5. – URL: http:// scienceeducation.ru/111-10148 (дата обращения: 24.12.2017).
7. Деев, М. В. Сетевая образовательная среда подготовки специалистов в сфере
инновационной деятельности / М. В. Деев, И. Г. Кревский, Т. В. Глотова, С. В. Матюкин, А. В. Ширканов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11 (5). –
С. 1000–1004.
8. Деев, М. В. Вызовы и возможности сетевых технологий для вузов / М. В. Деев,
Т. В. Глотова, И. Г. Кревский // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11 (6). –
С. 1229–1232.
9. Деев, М. В. Применение конвергентной модели процесса обучения для построения открытой образовательной платформы / М. В. Деев // Информатика и образование. – 2018. – № 4. – С. 52–57.
10. Деев М. В. Разработка системы управления жизненным циклом электронных образовательных ресурсов / М. В. Деев, А. Г. Кравец // Прикаспийский журнал:
управление и высокие технологии. – 2017. – № 4. – С. 20–34.
Публикации в других изданиях
11. Деев, М. В. Программное обеспечение, обеспечивающее поддержку международных спецификаций компьютерного тестирования / М. В. Деев, И. Г. Кревский //
Инновации в науке, образовании и бизнесе : материалы X Междунар. науч.-метод.
конф. – Пенза : Изд-во Пенз. филиала РГУИТП, 2012. – С. 217–220.
12. Деев, М. В. Разработка репозитория электронных образовательных ресурсов /
М. В. Деев, М. М. Брюнин, И. Г. Кревский // Инновации в науке, образовании и бизнесе : материалы X Междунар. науч.-метод. конф. – Пенза : Изд-во Пенз. филиала
РГУИТП, 2012. – С. 45–47.
13. Деев, М. В. Разработка прототипа системы поддержки жизненного цикла
электронных образовательных ресурсов / М. В. Деев, И. Г. Кревский // Инновации
в науке, образовании и бизнесе : материалы XI Междунар. науч.-метод. конф. – Пенза :
Изд-во Пенз. филиала РГУИТП, 2013. – С. 266–268.
14. Деев, М. В. Модели жизненных циклов специалистов, образовательных программ и электронных образовательных ресурсов в непрерывном образовании /
М. В. Деев, И. Г. Кревский, Т. В. Глотова // Инновации в науке, образовании и бизнесе : материалы XI Междунар. науч.-метод. конф. – Пенза : Изд-во Пенз. филиала
РГУИТП, 2013. – С. 262–265.
15. Деев, М. В. Разработка программного обеспечения системы поддержки жизненного цикла электронных образовательных ресурсов в процессе непрерывной подготовки специалистов / М. В. Деев // Современные проблемы компьютерных наук
21
(СПКН-2013) : сб. материалов I Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : Изд-во ПГУ,
2013. – С. 67–69.
16. Деев, М. В. Функциональное моделирование системы поддержки жизненного цикла электронных образовательных ресурсов в процессе непрерывной подготовки специалистов / М. В. Деев, И. Г. Кревский, Т. В. Глотова // Современные проблемы компьютерных наук (СПКН-2013) : сб. материалов I Междунар. науч.-практ.
конф. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. – С. 79–81.
17. Деев, М. В. Алгоритмы операций поддержки жизненного цикла электронных образовательных ресурсов в процессе непрерывной подготовки специалистов /
М. В. Деев // Открытые инновации − вклад молодежи в развитие региона : сб. материалов регион. молодежного форума. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. – Т. 1. – С. 82–85.
18. Деев, М. В. Разработка моделей поддержки принятия решений при управлении жизненным циклом подготовки специалистов / М. В. Деев, И. Г. Кревский,
Т. В. Глотова, А. Г. Финогеев // Инновации в науке, образовании и бизнесе : материалы XII Междунар. науч.-метод. конф. – Пенза : Изд-во Пенз. филиала РГУИТП,
2014. – С. 71–74.
19. Деев, М. В. Модель поддержки принятия решений при управлении жизненным циклом подготовки электронных образовательных ресурсов / М. В. Деев // Инновации в науке, образовании и бизнесе : материалы XII Междунар. науч.-метод.
конф. – Пенза : Изд-во Пенз. филиала РГУИТП, 2014. – C. 47–49.
20. Деев, М. В. Образовательная поддержка жизненного цикла специалистов /
М. В. Деев // Университетское образование : сб. ст. XIX Междунар. науч.-метод.
конф. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. – № 19 (1). – С. 221–222.
21. Деев, М. В. Конвергентная модель для синхронизации образовательных программ, электронных образовательных ресурсов и уровней квалификации обучаемых /
М. В. Деев, А. Г. Кравец, А. Г. Финогеев // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии : сб. тр. XIV Междунар. науч.-практ. конф. – М. : Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 2017. –
С. 544–549.
22. Деев, М. В. Информационная среда поддержки системы планирования профессионального развития государственных служащих / М. В. Деев, И. Г. Кревский,
Д. Г. Драгунов, С. В. Матюкин, А. В. Ширканов // Университетское образование : cб.
ст. XIX Междунар. науч.-методич. конф. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. – № 19 (1). –
С. 229–231.
23. Деев, М. В. Поддержка синхронизации жизненных циклов в процессе подготовки специалистов / М. В. Деев // Новые информационные технологии и системы :
сб. ст. XII Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. – С. 265–266.
24. Deev, M. V. Models for Cooperation Continuing Educations of Specialist with
Life Cycle of E-Learning Resources and Educational Programs / M. V. Deev, I. G. Krevskiy, T. V. Glotova, S. V. Matyukin, E. G. Sheremeteva // Handbook of Research on Estimation and Control Techniques in E-Learning Systems. – Hershey, Pennsylvania : IGI Global,
2016. – P. 258–285.
25. Деев, М. В. Конвергентная модель информационно-образовательной среды
для синхронизации образовательных ресурсов и программ с уровнями квалификации
специалистов / М. В. Деев, А. Г. Кравец, А. Г. Финогеев // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 12 (1). – С. 52–57.
22
Научное издание
ДЕЕВ Михаил Викторович
МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ
ЖИЗНЕННЫМИ ЦИКЛАМИ КОМПОНЕНТОВ
ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ
Специальность 05.13.10 – Управление в социальных
и экономических системах (технические науки)
Редактор Л. Ю. Обухова
Технический редактор Р. Б. Бердникова
Компьютерная верстка Р. Б. Бердниковой
Распоряжение № 6/144-2018 от 26.04.2018.
Подписано в печать 26.04.2018. Формат 60×841/16.
Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 218. Тираж 100.
Издательство ПГУ.
440026, Пенза, Красная, 40.
Тел./факс: (8412) 56-47-33; e-mail: iic@pnzgu.ru
23
24
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
1 123 Кб
Теги
компонентов, среды, методика, информационные, циклами, образовательная, управления, жизненный, модель
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа