BC/NW 2011; №2 (19):13.4
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ
СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В МОСКОВСКОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ
Акашкина М.Г., Егорова Н.А., Иргалиев В.Ю., Истомин Д.С., Мастюлин В.В., Овсянникова М.Р., Петров С.А., Федоров А.Б.
(Национальный исследовательский университет «МЭИ», Россия)
Введение
Разработка системы планирования учебного процесса (ПЛУП) проводилась командой лаборатории ИВЦ МЭИ (ТУ) на протяжении последних нескольких лет и на данный момент этот продукт является самым полным решением задач планирования и сопровождения учебного процесса из всех, что представлены на рынке.
Функциональные возможности
Система ПЛУП обладает следующими функциональными возможностями:
· подготовка графиков учебного процесса;
· подготовка планов теоретического обучения;
· подготовка учебных планов, в том числе индивидуальных;
· подготовка фактических учебных планов;
· подготовка семестровых учебных планов;
· расчет нагрузки преподавателей и кафедр, в том числе:
o назначение преподавателя на кафедре на конкретный лекционный поток и конкретный тип занятия;
o автоматический расчет нагрузки преподавателя;
o автоматический расчет общей нагрузки кафедры.
· автоматизация составления расписания, в том числе:
o контроль занятости аудиторий при вводе в сетку расписания;
o контроль занятости групп при вводе в сетку расписания;
o контроль занятости преподавателей при вводе в сетку расписания;
o контроль времени перехода между учебными корпусами и оптимизации использования аудиторного фонда;
o экспорт расписания на портал.
Помимо этого ПЛУП обеспечивает:
· поддержку справочников (дисциплин и учебных курсов);
· проверку вводимых дисциплин на дубли;
· создание календарей обучения (двух-, трехсеместровых);
· ввод и редактирование учебных планов (список дисциплин, с распределением часов по видам занятий);
· использование привычного специализированного формата для ввода и редактирования учебных планов;
· контроль корректности вводимой информации при заполнении учебного плана на соответствие заданным требованиям Федерального государственного образовательного стандарта нового поколения;
· формирование семестровых учебных планов, планов индивидуального обучения с привязкой к институту, к отдельным учебным группам и студентам;
· осуществление экспорта учебных планов специально заданном формате, используемого ФГУ «ИМЦА» для процедуры государственной аккредитации, а также в формате электронных таблиц Excel;
· разграничение полномочий пользователей;
· получение актуальных данных о студентах и преподавателях.
Для обеспечения доступа к БД нескольких пользователей одновременно используется клиент-серверная архитектура.
Решение реализовано с использованием технологии Silverlight 4, языка C#, платформы .NET и СУБД – MS SQL Server 2008 R2, а также с использованием технологии генерации прокси сервисов WCF RIA Services для обеспечения доступа к данным из Silverlight. Данные технологии выбраны в силу их широкой распространённости, удобного, привычного интерфейса для пользователя, современного дизайна и простоты программирования.
Архитектура решения представлена на рис. 1.
Рис.
1. Архитектура
решения
Silverlight 4 используется на уровне представления данных. Само приложение загружается с сервера в ASP.NET страничку и для своей работы использует надстройку браузера. MS SQL Server 2008 R2 используется на уровне данных. WCF RIA Services обеспечивает связь MS SQL Server 2008 R2 и Silverlight 4.
В итоге мы получаем клиент-серверную архитектуру, с возможностью очень просто обновлять клиентскую часть, так как она загружается прямо с сервера и не требует дополнительной установки. Для корректной работы необходимо установить только надстройку браузера, которая выполняется достаточно прозрачно.
При разработке системы ПЛУП использовалась объектно-ориентированная технология доступа к данным ADO .NET Entity Framework, которая позволяет связывать базу данных с концепциями объектно-ориентированных языков программирования, создавая «виртуальную объектную базу данных». Использование данной технологии позволило избавиться от написания большого количества кода, тем самым значительно повысив скорость разработки.
Система разрабатывалась как три отдельных функциональных компоненты (три отдельных приложения): основное приложение, браузер ГУП, браузер ПТО. Сделано это в силу громоздкости браузеров, а также для возможности их взаимодействия с другими системами.
Со всей уверенностью можно сказать, что данная архитектура обеспечивает для приложений свойство интероперабельности в силу возможности их взаимодействия с другими системами МЭИ (ТУ).
Интероперабельность достигается посредством:
· использования открытых стандартов, спецификаций, протоколов;
· публичного описания методов для вызова;
· обеспечения удаленного вызова по стандартизированному протоколу;
· возможности работы Silverlight-приложения в любом браузере и любой операционной системе.
Описание системы, её основные характеристики
и возможности
Доступ к системе для пользователя осуществляется на основе выданных ему ролей и привязки институтов и кафедр. При входе система предоставляет только ту функциональность, на которую у пользователя есть полномочия. Подключение пользователей системы осуществляется из группы ActiveDirectory. Существует роль Администратора системы, который имеет возможность добавлять пользователей системы и изменять их права.
В системе существуют следующие типы прав (права распространяются только на создание/редактирование/удаление объектов, просмотр объектов доступен всем):
· управление реестром дисциплин,
· управление учебными курсами,
· управление аудиторным фондом,
· управление календарями,
· управление ГУП,
· управление ФГОС,
· управление УП и ФУП,
· управление СУП и лекционными потоками,
· управление распределением преподавателей,
· управление составлением расписания,
· управление нормативными документами.
Главное окно системы состоит из левой и правой частей. В левой части отображаются узлы в соответствии с ролью пользователя. Постоянные узлы: Справочники, Нормативные документы, Преподаватели, Администрирование (доступен только Администратору), О программе. Вкладки институтов отображаются в зависимости от настроек пользователя. Узлы в левой части могут раскрываться в подузлы и т.д. В правой части отображается окно узла/подузла, в котором пользователь может производить некие действия. В нижнем левом углу индикатор изменения данных.
В узле Администрирование мы можем создать нового пользователя нашей системы (доступно только для администратора системы), и задать роли и отображаемые институты для него.
В узле Справочники в подузле Реестр дисциплин можно управлять дисциплинами (создавать, изменять, удалять), фильтровать их по названию краткому названию или шифру, а также управлять учебными курсами для конкретной дисциплины. При создании новой дисциплины происходит проверка на дубли и схожие названия. Поддерживая бизнес-процесс, система не позволяет удалять дисциплину, если к ней привязан учебный курс и удалять учебный курс, фигурирующий в учебном плане.
В подузле Учебные курсы можно управлять учебными курсами, задавая привязку к кафедрам, ведущим курс, направлениям, специальностям.
В подузле Аудитории можно управлять реестром аудиторий.
Узел конкретного института содержит следующие подузлы: Управление календарями, Реестр стандартов обучения, Графики учебных процессов, Учебные планы, Семестровые учебные планы, Сетки расписания, Расписание, Студенты.
В подузле Управление календарями конкретного института пользователь задает количество семестров в учебном году, даты их начала и конца. Для каждого семестра обучения пользователю необходимо указать с какой недели начинается семестр. В системе может существовать несколько календарей, текущим может быть только один. Календарь нельзя удалить или отредактировать, если на его основе создан График учебного процесса (ГУП).
В подузле Реестр стандартов обучения конкретного института пользователь может задавать федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС) по направлению/специальности определенного уровня образования, установив комплекс норм, правил и требований. Стандарт содержит информацию о программе и сроках обучения студентов для определенного направления и специальности. Служит основой для учебных планов. Однозначно идентифицируется номером и датой государственной регистрации.
На основной вкладке пользователь может управлять общими характеристиками создаваемого образовательного стандарта, либо просмотреть данные выбранного стандарта. На вкладке Дисциплины пользователь может управлять списком дисциплин и устанавливать диапазон зачетных единиц. На вкладке Нормы пользователь может задавать ограничения на определенные характеристики учебных планов, задаваемые стандартом, посредством выбора оператора, значения и единицы измерения.
На основе календаря обучения пользователь имеет возможность создать график учебного процесса. Все созданные ГУП института можно просмотреть, раскрыв узел Графики учебных процессов. Управление конкретным ГУП происходит в отдельной вкладке браузера в силу громоздкости и необходимости отображения достаточно большого количества информации.
Окно ГУП содержит 2 таблицы. Левая таблица представляет собой сам график учебного процесса, в шапке таблицы находится учебный год, разделенный на пронумерованные недели, согласно заданному календарю обучения. Правая таблица представляет собой сводные данные по бюджету времени и вычисляется автоматически на основе данных из левой таблицы. Строками таблиц являются курсы обучения.
Пользователь может управлять ГУП, выделяя необходимый диапазон ячеек в левой таблице и задавая один из видов обучения для них. При этом в правой таблице будет происходить автоматический пересчет значений. Согласно бизнес-процессу предусмотрена возможность задавать для четвертого курса несколько видов обучения для одной ячейки.
В узле Учебные планы на основе ГУП и ФГОС пользователь может создать учебный план для конкретного института. Узел Учебные планы содержит 3 подузла:
· узел Черновики, в который попадают все созданные УП;
· узел Утвержденные УП, в который попадают все УП, у которых статус был переведен в значение «утвержден». На основе утвержденного УП можно создать фактический учебный план (ФУП);
· узел Архив, в который попадают все УП, у которых статус был переведен в значение «архив».
В окне управления УП можно просмотреть информацию, строящуюся на основе используемого календаря обучения и ГУП, изменять статус, задавать привязку УП к кафедрам и специальностям.
Заполнение Плана теоретического обучения (ПТО) для УП происходит в отдельной вкладке браузера в силу громоздкости и необходимости отображения достаточно большого количества информации.
Окно ПТО представляет собой таблицу привычного вида для пользователя, сталкивающегося с составлением планов. Таблица содержит строки с наименованием учебных курсов, изучаемых в соответствии с требованиями стандарта, а также столбцы, которые разбиты по неделям в семестре, в соответствии с ГУП, плюс зачетные единицы, согласно ФГОС. В так называемом «подвале» таблицы рассчитываются суммарные значения по каждому из столбцов. Пользователь может добавлять новые учебные курсы помимо стандарта, задавать часы в неделю для учебных курсов, задавать экзамены, расчетные задания, курсовые проекты путем выбора номера семестра. На основе введенных данных происходит автоматический расчет зачетных единиц, часов учебных занятий (всего, аудиторных, самостоятельных), итоговых данных по всему ПТО.
При вводе данных система производит их проверку на корректность согласно ФГОС, что позволяет достигать качественного результата при составлении плана.
На основе утвержденного УП можно создать ФУП, задав привязку к учебной группе или определенным студентам. Пользователь может скопировать выбранный УП, а также произвести его экспорт в заданный формат XML для предоставления УП на аттестацию в ФГУ «ИМЦА» и в формат электронных таблиц Excel для возможности его распечатки.
В узле Семестровые учебные планы (СУП) на основе календаря обучения пользователь может создать семестровый учебный план для конкретного института, указав конкретный учебный семестр и учебный год. При создании происходит проверка, что указанная комбинация еще не существует и что все студенты в статусе «Обучается» выбранного курса института имеют привязку к конкретному ФУП.
Управление СУП происходит в окне формирования лекционных потоков, в котором:
· в одну строку попадают группы, у которых по одному и тому же учебному курсу совпадают часы и контрольные мероприятия в выбранном семестре,
· в одну строку попадают группы, у которых по одному и тому же учебному курсу совпадают лекционные часы, в остальных строках с этим же учебным курсом выводятся группы со своими часами и мероприятиями,
· в одну строку попадает группа, у которой нет совпадений по лекционным часам с другими группами.
Удобство работы с этим окном достигается за счет привычной формы СУП и маркировки цветом строк в зависимости от структуры лекционных потоков. Пользователь может объединять группы в поток, либо разъединять.
В узле Сетки расписания пользователь может управлять сетками расписания конкретного института. Действующая сетка может быть только одна. Для каждой сетки можно задать интервалы с указанием времени начала и окончания.
В узле Расписание на основе действующей сетки для института пользователь может создавать расписание на семестр и на сессию, и управлять ими. Для создания расписания на семестр пользователь выбирает конкретные СУП и группу, затем задает для конкретной ячейки занятие, распределение по неделям и аудиторию.
Для создания расписания на сессию пользователь выбирает конкретный СУП. В окне отображаются все экзамены и группы на основе СУП. Пользователь может указать дату, время, аудиторию экзамена и ту же информацию для консультации.
Система не позволяет вводить пользователю некорректные данные, предоставляя пользователю выбирать только корректные значения и осуществляя проверки на пересечения по времени. Существует возможность утверждения заданного расписания, а также печать и экспорт его на портал.
Узел Студенты отображает студентов конкретного института по курсам и группам. В окне конкретного студента предоставляется статистическая информация о нем с возможностью просмотра ФУП, по которому он проходит обучение.
В узле Преподаватели пользователь может осуществлять распределение нагрузки по кафедрам, просматривать статистическую информацию о полученной нагрузке на всю кафедру и для отдельных преподавателей.
Распределение нагрузки осуществляется в окне выбранной кафедры. Данное окно включает в себя таблицу, содержащую лекционные потоки кафедры в строках и виды занятий в столбцах. Для привязки преподавателя пользователю необходимо выбрать преподавателя из списка для некоторого диапазона ячеек. В окне преподавателя отображается статистическая информация о нем и его нагрузке с указанием конкретных учебных курсов, видов занятий, групп, количестве часов в неделю.
Оценка уровня интероперабельности ПЛУП
В разработанной системе поддерживается физическая интероперабельность на основе согласованных интерфейсов, коммуникационных протоколов и механизмов доступа к хранилищам данных. На основе согласования кодов, форматов и типов данных поддерживается синтаксическая интероперабельность системы.
Заключение
Система ПЛУП является современным, эффективным и удобным решением задачи планирования и сопровождения учебного процесса и логичным продолжением её развития является интеграция с функциональностью контроля успеваемости студентов и накопления информации о выполнении промежуточной и итоговой аттестации. В данный момент проработка этих задач находиться уже на последнем этапе и в скором времени предполагается внедрение системы в промышленную эксплуатацию.
Литература
1. Решения
ИВЦ МЭИ (ТУ) для информационного обеспечения образовательного процесса.
Корпоративная информационная система вуза. // Электронный ресурс // http://icc.mpei.ru/documents/00000899.pdf
2. Информационная управляющая
система МГТУ им. Н.Э. Баумана «Электронный университет»: концепция и реализация
/ под. ред. И.Б. Федорова, В.М. Черненького. – М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2009. – 376 с.
3. Государственные образовательные
стандарты профессионального образования // Федеральный портал «Российское
образование», www.edu.ru/db/portal/spe/3v.htm
4. Документы // Портал
Министерства образования и науки РФ, http://mon.gov.ru/dok
5. Информация учебного
управления МЭИ // Электронный ресурс // http://www.mpei.ru/sitemap/sitemapcat.asp
6. Электронная библиотека Microsoft // Электронный ресурс // http://www.msdn.com