Использование автоматизированных информационных систем в организации учебного процесса

Все это в совокупности повысит качество и эффективность работы деканатов и учебного отдела. Позволит более точно оценивать последствия принятия тех или иных решений по совершенствованию учебного процесса.

1.3.4 АИС «ВУЗ»

Целью АИС «ВУЗ» является повышение качества учебного процесса за счёт:

ѕ сокращения трудоёмкости и временных затрат работников филиала на создание, изменение доведение до потребителя учебных планов.

ѕ оперативного получения информации по учебным планам.

ѕ Подсистема учебный план призвана автоматизировать и упорядочить хранение, доступ и работу, решая следующие задачи:

ѕ создание и ведение архива учебных планов;

ѕ информационно-справочное обслуживание, включающее;

ѕ поиск в базе по конкретным запросам;

ѕ помощь при заполнении;

ѕ минимизация хранения;

ѕ формирование отчетов;

ѕ разграничением прав доступа пользователей.

На рис. 2. представлена система АСУ-ВУЗ и обозначено место подсистемы «Учебный план».

На момент начала работ для решения поставленных задач используется пакет MS Office. Он позволяет:

ѕ вводить и редактировать информацию;

ѕ формировать отчеты.



Рис. 2. АИС-ВУЗ

Данный продукт является многофункциональным средством, охватывающим обширный круг задач. В связи с этим данный продукт не отвечает определенным целям, а именно:

1. Учебный план приходится набирать проверять и исправлять вручную, ибо MS Office не представляет не бланков ни мастеров для формирования данных документов.

2. Каждый Учебный план сохраняется в отдельном документе, что ведет к избыточности хранения и сложности поиска нужной информации в частности нельзя сделать выборку из всех Учебных планов по определенным критериям.

Для решения всего спектра задач по автоматизации работы с учебными планами рассмотрены следующие возможности:

ѕ приобретение готового программного пакета;

ѕ разработка собственного программного продукта;

ѕ Проанализирован ряд программных продуктов.

InterBase 6.5 и Borland Delphi 7 выбраны, ибо они полностью соответствуют требованиям к средствам разработки программных продуктов а именно:

InterBase так как:

ѕ позволяет реализовать весь набор стоящих перед нами задач;

ѕ является популярной и распространенной;

ѕ проста и надежна в эксплуатации;

ѕ невысокая стоимость;

ѕ не требует специалиста для сопровождения;

ѕ минимум системных требований.

Delphi так как:

ѕ обладает большим набором разнообразных компонентов;

ѕ компилятор быстр и позволяет оптимизировать код при компиляции.

Таблицы в АИС «Электронный деканат», расположенные в две строки вверху являются справочными, они только предоставляют данные другим. Остальные таблицы являются рабочими, то есть в них хранится информация по учебным планам и графикам учебного процесса.

Подсистема «Учебный план» это источник данных для многих других подсистем, при наличии единой БД и специализированного приложения любой пользователь легко и удобно может получить всю необходимую ему информацию.

Кроме того, на уровне БД и приложения реализована аутентификация пользователя, что защищает данные от несанкционированного изменения, то есть получить любые данные может любой пользователь, но изменить содержимое БД может только зарегистрированный пользователь, наделенный соответствующими правами.

При создании приложения за образец взяты мастера Microsoft, поэтому на протяжении все работы пользователь перемещается от формы, к форме используя кнопку «Далее». Это повышает удобство, ибо не надо заполнять громоздкую анкету. В любой момент работы мастер отображает, с какими данными идет работа сейчас так что клиенту не нужно запоминать, что с чем связано он сразу видит, к каким данным будут отнесены сейчас введенные. Так идя по цепочке от формы к форме, пользователь работает со связанными друг с другом данными, не путаясь и не запоминая, а после завершения цепочка выведет на главную форму.

Гибкий механизм SQL-запросов позволяет извлечь из БД любую подборку.

Основные преимущества АИС «ВУЗ»:

ѕ минимизация и упорядочение хранения путем создания БД;

ѕ удобство работы с данными путем разработки приложения;

ѕ создание запросов;

ѕ разграничение прав доступа.

ѕ Перспективы развития подсистемы следующие:

ѕ Повышения удобства работы дальнейшая автоматизация процесса создания учебных планов;

ѕ Развитие до полноценной сетевой версии с многопользовательским доступом с разграничением прав доступа и выходом во всемирную сеть и связь с другими АСУ;

ѕ Расширение сферы охватываемых задач.

Из всего выше сказанного следует что данная разработка имеет практическое применение и её создание оправдано, а идеи и решения реализованные в ней могут быть распространены на другие разрабатываемые АСУ.

Разработки сторонних организаций такие как GosItog, Студент, eLearning 3000, “Учебный план” являются готовыми продуктами, но:

ѕ они используют свои форматы для данных или работают на основе MS Office;

ѕ плохо монтируются в АСУ;

ѕ требуют слишком много ручного ввода;

ѕ финансовых затрат на приобретение.

2. Разработка средств автоматизации для формирования учебных планов

2.1 Анализ предметной области подсистемы -- учебный план

Учебный план -- документ, определяющий состав учебных предметов, изучаемых в учебном заведении, их распределение по годам обучения, недельное и годовое количество времени, отводимое на предмет.

2.1.1 Процесс составления учебных планов

Существующая (традиционная) организационная схема составления учебных планов работает следующим образом. Из министерства в ректорат вуза поступает Государственный образовательный стандарт (ГОС) для составления рабочего учебного плана по специальности или направлению. В некоторых случаях из учебно-методического объединения поступают дополнительные документы для этого: примерный рабочий план или аналогичный документ. Ректорат направляет эти документы в деканат соответствующего факультета (или непосредственно на кафедру, являющуюся выпускающей для определенной специальности); декан -- на выпускающую кафедру, где выполняется разработка рабочего учебного плана (или нескольких планов, или изменение существующих) и семестровых планов.

Для разработки планов учебный отдел должен представить график учебного процесса:

ѕ количество семестров;

ѕ количество недель в семестре;

ѕ количество аудиторных часов в неделю;

ѕ продолжительность экзаменационных сессий, каникул, практик, дипломного проектирования (ДП).

Подготовленный рабочий учебный план утверждает ректорат. Утвержденный учебный план используется для составления семестровых учебных планов, которые передаются в деканат, где на основе распределения дисциплин по кафедрам выполняется подготовка выписок из семестровых планов каждой кафедры с указанием потоков студентов, курсов, количества студентов на потоке и т. д. Выписки из семестровых планов используются для расчета учебной нагрузки кафедры. Все документы традиционно представлены на бумажных носителях. При их формировании возможно появление ошибок, для исключения которых выполняются многократные проверки содержания документов, что увеличивает сроки и трудоемкость их составления. Наибольшую трудоемкость в рассматриваемом процессе имеет составление рабочего учебного плана, в котором можно выделить следующие операции:

1. На основе требований ГОС и графика учебного процесса вычисляется общее количество часов учебной работы студента (аудиторной и самостоятельной);

2. Определение перечня учебных дисциплин и распределение между ними общего числа часов; одна часть дисциплин и количество часов на них устанавливается ГОС, другая -- устанавливается советом вуза. При этом, как правило, в том или ином виде должна быть согласована взаимосвязь дисциплин и последовательность их изучения. Например, может быть составлена структурно-логическая схема учебного плана специальности (направления);

3. Часы каждой дисциплины распределяются на аудиторные и часы для самостоятельной работы, при этом количество аудиторных часов должно быть кратно количеству недель в семестре; если в каждом семестре одинаковое количество недель, то это условие выполняется достаточно просто, в противном случае процесс становится итерационным: в зависимости от назначения дисциплины на конкретный семестр может потребоваться изменение аудиторного количества часов;

4. Распределение дисциплин по семестрам: на основе анализа взаимосвязи дисциплин (структурно-логической схемы) выполняется назначение выделенного количества аудиторных часов на семестры; при этом следует соблюдать ограничение на количество часов аудиторных занятий в неделю; например, не более 36, включая факультативные занятия;

5. Распределение аудиторных часов каждой дисциплины по видам занятий;

6. Назначение зачетов, экзаменов, курсовых проектов и работ по дисциплинам и семестрам с учетом ограничений; например, не более 5 экзаменов и 6 зачетов, не более 2 проектов и/или работ в семестр.

Операции пп. 4-6 требуют большого внимания и повторных проверок с целью избегание ошибок, выполняются с многократными повторами с целью выполнения установленных требований и ограничений.

Составление семестровых учебных планов выполняется на каждый учебный год для каждого потока студентов примерно в следующем порядке:

ѕ из рабочего учебного плана выбираются дисциплины, которые в планируемом учебном году должны изучать студенты заданного потока (на заданном курсе), и связанные с ними часы, курсовые проекты и работы, виды контроля знаний (экзамены, зачеты);

ѕ если дисциплина изучается в течение одного семестра, то происходит просто переписывание данных из одного документа в другой, иначе производится распределение часов каждого вида занятий (лекций, лабораторных и др.) по семестрам;

ѕ в семестровый план включаются сведения об учебном годе, обозначении потока студентов и количества студентов на потоке;

ѕ выполняется распределение дисциплин по кафедрам; на основе распределения дисциплин по кафедрам формируются выписки из семестровых планов для каждой кафедры.

2.1.2 Проблемы разработки учебных планов

Процессам разработки учебных планов присущи определенные проблемы, содержание которых приведено в следующей таблице:

Проблема	Причина возникновения
Для разработки взаимоувязанных до разделов дисциплин учебного плана необходимо, чтобы был известен набор дисциплин и объем учебной работы по каждой дисциплине и по каждому разделу дисциплины; объем учебной работы может быть связан с графиком учебного процесса, который определяет количество недель в семестре и объем учебной работы в неделю.	ГОС может не определять полный перечень дисциплин и объемы учебной работы.
Для разработки рабочей программы по дисциплине необходимо знать место дисциплины в графике учебного процесса, предшествующие и последующие дисциплины	ГОС может не определять график учебного процесса и последовательность изучения дисциплин.
Участие специалистов высокой квалификации на всех этапах формирования учебных планов	Отсутствие формализованных методов разработки и средств автоматизации

Вследствие указанных проблем некоторые этапы процесса разработки учебных планов выполняются с многократными повторами с целью согласования данных и учета установленных требований и ограничений

Важность перечисленных проблем возрастает в системе открытого образования из-за существенного увеличения объема работ по составлению учебных планов и необходимости сокращения сроков их формирования.

2.1.3 Направления работ по планированию учебного процесса

Для организации качественной системы обучения важно правильно планировать учебную деятельность как студентов (обучаемых), так и преподавателей.

Учебная работа обучаемых представлена в виде схемы на рис. 3, учебная работа преподавателей -- в виде схемы на рис.4.

Используемая в настоящее время форма рабочего учебного плана регламентирует следующие виды учебной работы для обучаемых:

ѕ лекции;

ѕ лабораторные работы;

ѕ практические и семинарские занятия;

ѕ самостоятельная работа по дисциплинам в целом;

ѕ самостоятельная работа на выполнение КП и КР.

Объем остальных видов учебной работы в явном виде (часах) в учебных планах не указывается

В частности следует планировать аудиторные занятия для экзаменов, зачетов, консультаций и др. Как для студентов, так и для преподавателей.

Рис. 3. Учебная работа обучаемых

Следует также рассмотреть вопросы регламентации методической работы преподавателей, поскольку она напрямую связана с учебной (подготовка к лекциям, подготовка учебно-методических разработок, новых лабораторных работ и т.д.).

Рис. 4. Учебная работа преподавателей

Должны быть проработаны вопросы по определению видов и объема самостоятельной работы обучаемых: часть работы можно связать с помощью коэффициентов с аудиторной работой (например, для очной формы обучения).

2.1.4 Факторы, влияющие на учебные планы

На структуру и содержание учебных планов, а также на разработку средств автоматизации процессов их формирования непосредственно влияют следующие группы факторов:

ѕ концептуальные (базовые положения организации процесса обучения);

ѕ производственные;

ѕ социальные факторы;

ѕ средства телекоммуникаций;

ѕ производственные факторы: значительная трудоемкость процесса разработки учебных планов (трудоемкость разработки нового учебного плана по оценкам специалистов составляет 70 - 150 человеко-часов в зависимости от состава дисциплин, их взаимосвязей, возможностей структурных и параметрических изменений, необходимого количества согласований и других факторов);

ѕ необходимость участия специалистов высокой квалификации (докторов и кандидатов наук, заведующих кафедрами, деканов).

Социальные факторы (социальное положение и материальное обеспечение, уровень начальной подготовки и выполняемая или будущая профессиональная деятельность, отсутствие возможности повышения квалификации по «жесткому» графику учебного процесса, ограниченные возможности здоровья, транспортные проблемы и др.) вызывают необходимость учета возможностей и потребностей обучаемых в системе открытого образования и, как следствие, формирование индивидуальных учебных планов для получения базового профессионального образования или повышения.

Развитие средств телекоммуникаций, средств технического оснащения учебного процесса изменяет возможности взаимодействия ученика и учителя, что должно найти отражение в планировании учебного процесса.

2.2 Разновидности учебных планов

Для планирования учебного процесса используются три формы учебного плана по каждому направлению подготовки (специальности):

ѕ Базовый учебный план - определение трудоемкости учебной работы студентов на весь период обучения по данной специальности;

ѕ Рабочий учебный план - определение учебной нагрузки и организация учебного процесса в течение учебного года (в том числе, расчета трудоемкости учебной работы преподавателей) по данной специальности;

ѕ Индивидуальный учебный план -- определение индивидуальной образовательной программы студента, на семестр или учебный год;

Разновидности учебных планов для системы образования зависят от следующих факторов:

ѕ распределение учебной работы по этапам обучения (весь объем учебной работы может полностью или частично распределяться или не распределяться по стадиям, этапам, семестрам, видам занятий в соответствии с графиком учебного процесса);

ѕ формы обучения (одна или более форм должны использоваться в составе учебного плана);

ѕ место выполнения учебной работы (в одном или нескольких вузах),

ѕ связь с графиком учебного процесса (регламентация по времени выполнения учебной работы).

Структура учебного плана определяется следующими компонентами:

ѕ состав циклов и отдельных дисциплин;

ѕ состав видов занятий;

ѕ взаимосвязь дисциплин (отношение следования дисциплин и их разделов);

ѕ наличие или отсутствие сегментов форм обучения;

ѕ наличие или отсутствие распределенных компонентов;

ѕ состав кафедр и преподавателей;

ѕ состав методического и материального обеспечения.

Параметры учебного плана:

ѕ количество форм обучения;

ѕ объемы учебной работы по дисциплинам, циклам и видам занятий, по этапам обучения;

ѕ финансовые затраты на выполнение учебной работы по дисциплинам, видам занятий, по плану в целом (со стороны вуза и со стороны заказчика образовательных услуг);

ѕ сроки выполнения учебной работы или график учебного процесса (при необходимости).

Множество вариантов учебных планов для одной специальности определяется как декартово произведение множеств вышеуказанных факторов и множества вариантов состава дисциплин:

,(1)

где -- множество видов учебных планов в зависимости от разделения учебной работы по этапам обучения;

- множество форм обучения;

- множество мест выполнения учебной работы;

- множество вариантов состава дисциплин.

В зависимости от распределения учебной работы по этапам обучения можно выделить следующие виды учебных планов:

1. Базовый (или первичный) типа А; содержит перечень циклов дисциплин, перечень дисциплин по циклам, общий объем учебной работы (в часах) по дисциплинам, по циклам, по плану в целом; данные должны соответствовать ГОС (при необходимости); содержание такого плана может быть представлено в форме «А»; отклонения объема учебной работы (в %) вычисляются по формулам 2 и 3:

, (2)

,(3)

где -- общий объем учебной работы по -му циклу дисциплин;

-- то же, по ГОС;

-- общий объем учебной работы по -й дисциплине -го цикла;

-- то же, по ГОС.

Отклонение объемов учебной работы для всего учебного плана вычисляется аналогично; если объем работы по отдельной дисциплине не задан, то для неё отклонение от ГОС вычислять не следует.

Форма «А»

Базовый учебный план

студента (слушателя, потока) ___________________

Специальность -- ______________________________

Начало обучения -- ____________________________

Окончание обучения -- _________________________

ВУЗ -- _______________________________________

Дисциплина	Объем учебной работы, часов	Отклонение, %	Место изучения (вуз)
	по ГОС	по плану вуза
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Всего по плану:

2. Базовый (или первичный) типа Б; содержит то же, что и базовый план типа «А», а также объемы аудиторной и самостоятельной работы по дисциплинам, по циклам, по плану в целом; в зависимости от содержания ГОС можно использовать две формы для представления такого плана («Б-1» или «Б-2);

Форма «Б-1»

Базовый учебный план

студента (слушателя, потока) ___________________

Специальность -- ______________________________

Начало обучения -- ____________________________

Окончание обучения -- _________________________

ВУЗ -- _______________________________________

1	2	3	4	5	6
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Всего по плану:

Форма «Б-2»

Базовый учебный план

студента (слушателя, потока) ___________________

Специальность -- ______________________________

Начало обучения -- ____________________________

Окончание обучения -- _________________________

ВУЗ -- _______________________________________

Дисциплина	Объем учебной работы, часов	Место изучения (вуз)
	всего	в аудитории
	по ГОС	по плану вуза	отклонение, %	по ГОС	по плану вуза	отклонение, %
1	2	3	4	5	6	7	8
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Всего по плану:

3. Базовый (или первичный) типа В; содержит то же, что и базовый план типа «Б», а также объемы аудиторной и самостоятельной работы по видам занятий (лекции, лабораторные работы, практические и семинарские занятия, самостоятельная работа на курсовое проектирование, выполнение контрольных работ, заданий на производственную практику, Государственные аттестационные экзамены, на подготовку выпускной аттестационной работы, дипломного проекта); планы типа «Б» и «В» могут быть составлены с учетом или без учета графика учебного процесса (продолжительности этапов, семестров обучения); рабочий учебный план; содержит то же, что и базовый план типа «В», а также распределение аудиторной работы по этапам обучения (например, по неделям в семестре); семестровый учебный план; содержит то же, что и «Рабочий учебный план», а также распределение аудиторной и самостоятельной работы по видам занятий и по этапам обучения; кафедральный учебный план - это «Выписка из семестрового (или иного, из вышеприведенных) учебного плана» для конкретной кафедры.

Форма «В»

Базовый учебный план

студента (слушателя, потока) ___________________

Специальность -- ______________________________

Начало обучения -- ____________________________

Окончание обучения -- _________________________

ВУЗ -- _______________________________________

Дисциплина	Объем учебной работы, часов	КП / КР	Кол-во контр. работ	Экз.	Зач.
	всего	самостоятельно	в аудитории
			лекции	лабораторные	практические
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Цикл дисциплин -
…
Итого по циклу:
Всего по плану:

Использование различных видов учебных планов:

ѕ базовые учебные планы всех типов следует использовать для экстернатной формы обучения, для обучения без графика учебного процесса, для разработки рабочих учебных планов с одинаковой продолжительностью этапов (семестров) обучения;

ѕ рабочие учебные планы- это документы установленного образца для очной, очно-заочной, заочной формы обучения, основа для разработки семестровых учебных планов;

ѕ семестровые учебные планы - документы для любой формы обучения, использующей график учебного процесса.

2.3 Модели учебных планов

При формировании рабочих планов могут использоваться различные режимы проектирования: автоматический и автоматизированный (диалоговый). При этом необходимо предварительно построить математическую модель (ММ), которая бы достаточно адекватно описывала процесс формирования рабочего учебного плана.

Поскольку разработка учебного плана является в первую очередь задачей структурного синтеза (формируется структура рабочего учебного плана), то для ее решения можно использовать достаточно простой и хорошо изученный математический аппарат теории графов. В частности, в качестве математической модели объекта проектирования можно использовать определенным образом построенный ориентированный граф, который позволяет достаточно просто описывать (задавать) порядок следования дисциплин в учебном плане и порядок следования разделов внутри отдельной дисциплины.

Например, на рис. 5 показано графическое представление структуры i-ой дисциплины, состоящей из 8 разделов в виде ориентированного графа Gi, в котором вершины моделируют разделы дисциплины, а ориентированные ребра определяют порядок следования разделов в моделируемой дисциплине. Например, если некоторые две вершины в графе связаны ориентированным ребром, то вершина, из которой выходит ориентированное ребро, должна в рабочем учебном плане строго предшествовать вершине, к которой подходит стрелка ребра. Таким образом, между этими вершинами, формируемыми графовой ММ задается отношение строгого порядка или отношение следования, которое обозначается знаком «меньше» (<).

Формально порядок следования между вершинами (i,1) и (i,2) записывается так: (i,1) < (i,2), т. е. раздел (i,1) строго предшествует разделу (i,2) в ММ i-ой дисциплины.

Для удобства и наглядности восприятия предложенной математической модели и необходимости в дальнейшем решать с использованием данной модели различные параметрические задачи, строится ее графическое представление в соответствии со следующими правилами:

1. вершины ориентированного графа располагаются слева направо в соответствии с заданным порядком следования вершин в графе;

2. все вершины графа привязываются к этапам учебного процесса (на рисунке 6 они обозначены пунктирными линиями);

3. в математической модели дисциплины вершины одного вертикального «среза» (находящиеся на одном этапе учебного процесса) не должны соединяться ребрами (рис. 6).

Рис. 5. -- Модель структуры дисциплины

Отношение следования обладает свойством транзитивности, т. е. если, например, вершина (i,1) предшествует вершине (i,2), а вершина (i,2) предшествует вершине (i,3), то, следовательно, вершина (i,1) предшествует вершине (i,3) (рисунок 6). Формально это записывается так:

если (i,1) < (i,2) и (i,2) < (i,3) => (i,1) < (i,3).

Рассмотренное выше отношение описывает операцию транзитивного замыкания первого порядка с образованием дополнительного ориентированного ребра между вершинами (i,1) и (i,3).

Если к вершинам ориентированного графа многократно применить операцию транзитивного замыкания и после этого найдутся вершины, между которыми не будет определено отношение следования, то такие вершины индифферентны друг к другу и их необходимо расположить на одной вертикальной прямой. На рисунке 6 такими вершинами являются вершины (i,4) и (i,5). Формально это обозначается так: (i,4) ~ (i,5).

Особенностью формируемой модели дисциплины является наличие в ней висячих вершин, которые ее как бы связывают с ММ других дисциплин. На рисунке 6 такими висячими вершинами являются (j,4) и (k,7), которые связывают ММ i-ой дисциплины с 4 разделом j-ой дисциплины и 7 разделом k-ой дисциплины соответственно.

После формирования ММ для каждой дисциплине строится предварительная ММ рабочего учебного плана, которая включает перечень дисциплин и порядок их следования. Порядок следования дисциплин в учебном плане формируется автоматически на основе анализа взаимосвязей между ММ отдельных дисциплин. На Рис. 5 показан пример графического представления предварительной ММ учебного плана.

Основным отличием формирования графического представления предварительной ММ УП от ММ дисциплины является допустимость наличия ориентированных ребер между вершинами, находящимися на одном вертикальном уровне (принадлежащие одному этапу учебного процесса).

Анализ задачи формирования структуры рабочего учебного плана показывает, что алгоритм ее решения сводится к следующему:

1. формируется шаблон рабочего учебного плана исходя из заданного количества учебных дисциплин и времени обучения. Пример шаблона учебного плана приведен на рис. 6. Процесс проектирования структуры учебного плана будет состоять в заполнении пустых мест шаблона изучаемыми дисциплинами с учетом их взаимосвязи;

2. в начало шаблона (в первый ряд) устанавливаются вершины (дисциплины), которым не предшествуют ни одна из вершин предварительной ММ рабочего учебного плана;

3. из множества оставшихся вершин (дисциплин) выбирается вершина, которая наиболее сильно связана с уже размещенными на шаблоне вершинами и наименее связана с еще не размещенными вершинами. При этом если на один период обучения (на один вертикальный уровень) попадают (претендуют) связанные между собой вершины (дисциплины), то их «совместимость» на одном уровне определяется путем сопоставлением их ММ на уровне разделов дисциплин. Если необходимое требование следование разделов не соблюдается, то дисциплины разносятся на разные периоды обучения;

4. пункт 3 выполняется до тех пор, пока все пустые места шаблона рабочего учебного плана не заполнятся вершинами (изучаемыми дисциплинами).

Рис. 6. Модель фрагмента учебного плана

Рис. 7. Пример шаблона учебного плана

После структурного проектирования, результатом которого является структура рабочего учебного плана, осуществляется переход к параметрическому этапу проектирования учебного плана, на котором выполняется расчет часов с соблюдением всех требований, рекомендаций и ограничений. С этой целью каждой вершине сформированного графа сопоставляется метка, которая определяет общий объем в часах и объем в часах по видам занятий. Далее процесс проектирования рабочего учебного плана состоит в обеспечении всех требований и ограничений для практического использования рабочего учебного плана с формированием всех необходимых отчетных документов.

2.4 Разработка учебных планов

2.4.1 Организация работ по формированию учебных планов

Процесс составления учебных планов может быть организован построена по следующей схеме:

1) изучение ГОС и ознакомление с примерным учебным планом (если таковой имеется) деканом и зав. выпускающей кафедрой. Рассматриваются различные варианты состава дисциплин (по циклам и компонентам), определяется объем учебной работы по каждой дисциплине. Перечень дисциплин составляется с учетом региональных и вузовских условий и включает альтернативные дисциплины (дисциплины по выбору обучаемого). На основе замечаний и предложений преподавателей осуществляется определение списка дисциплин. Таким образом, в результате анализа, разделения, дополнения и объединения исходных данных ГОС, назначается перечень дисциплин специальности;

2) распределение объема учебной работы по дисциплинам. На данном этапе должен быть сформирован базовый учебный план типа "А";

3) часы каждой дисциплины распределяются на аудиторные и часы для самостоятельной работы, в результате формируется базовый учебный план типа "Б";

4) дальнейшая работа зависит от вида учебного плана. Базовый учебный план типа "В" составляется в результате распределения аудиторных и часов для самостоятельной работы по видам занятий без учета графика учебного процесса. Рабочий учебный план предполагает распределение дисциплин по этапам обучения (например, семестрам): на основе анализа взаимосвязи дисциплин (структурно-логической схемы) выполняется назначение выделенного количества аудиторных и часов для самостоятельной работы по этапам и проводится распределение часов дисциплины (аудиторной и самостоятельной) по видам занятий.

Назначая объем учебной работы по дисциплинам, разработчик учебных планов должен, прежде всего, ориентироваться на содержание рабочих программ назначенных дисциплин. В действительности, на этапе распределения общего числа часов по дисциплинам такие документы большей частью не подготовлены. В результате, некоторые из дисциплин могут оказаться перенасыщенными учебными часами, а другие -- необеспеченными необходимым их количеством.

Учебный процесс в сфере открытого образования должен планироваться таким образом, чтобы максимально соответствовать требованиям заказчика, в том числе по объему и содержанию дисциплин. Одним из показателей, определяющих вариативность учебных планов, можно назвать наличие нескольких рабочих программ по одной дисциплине, отличающихся содержанием, глубиной проработки и соответственно, объемом учебной работы. Поэтому, необходимо пересмотреть используемую в настоящее время последовательность составления учебных планов, уточнить место и роль рабочих программ в этом процессе.

Наличие нескольких рабочих программ по одной дисциплине -- это один из подходов к разработке учебных планов. Его целесообразно использовать при формировании учебных планов для повышения квалификации, переподготовки, дополнительного образования.

2.4.2 Алгоритм разработки учебных планов

Разработка учебных планов на основе ГОС выполняется путем декомпозиции исходных данных с дополнением структурных и параметрических составляющих. Известно, что процессы декомпозиции сложно формализуются, поэтому автоматизированное решение подобных задач выполняется достаточно часто в диалоговом режиме. Полностью формализуются только отдельные задачи, например, формирование различных отчетов, анализ содержания учебных планов (для выявления «параллельных» составляющих).

Разработка учебных планов состоит из следующих этапов:

составление базовых (первичных) планов на основе ГОС по специальности или направлению:

ѕ формирование перечня дисциплин, сгруппированных по циклам; в нем перечисляются дисциплины ГОС и дисциплины, устанавливаемые советом вуза (включая альтернативные);

ѕ назначение объема учебной работы (общего и аудиторного, если это требуется); при этом для дисциплин, циклов и плана в целом вычисляются отклонения от ГОС по (1, 2) и выделяются, например, цветом, в случае нарушения ограничений

ѕ

(4)

(5)

где -- допустимое отклонение от (в %);

-- допустимое отклонение от (в %);

, (6)

-- количество дисциплин в i-ом цикле;

Если базовый учебный план должен содержать сведения об аудиторной учебной работе, то аудиторные часы могут назначаться с учетом или без учета графика учебного процесса, принятого в вузе для данного потока обучаемых (кратность аудиторных часов количеству недель в семестре); на основе одного первичного плана впоследствии могут быть разработаны несколько рабочих учебных планов, отличающихся составом дисциплин (за счет альтернативных) и их распределением по семестрам;

составление рабочих учебных планов (РУП) на основе базового: распределение часов по семестрам, видам занятий, назначение видов контроля и т.д.; на этом этапе необходимо подготовить документ, учитывающий взаимосвязи дисциплин и удовлетворяющий следующим ограничениям:

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

, (17)

где

, - объем аудиторных занятий: общий и в -ом семестре;

, - объем лекционных занятий: общий и в -ом семестре;

, - объем лабораторных занятий: общий и в -ом семестре;

, - объем практических занятий: общий и в -ом семестре;

, - объем семинарских занятий: общий и в -ом семестре;

, - планируемые затраты времени на курсовое проектирование: общие и в -ом семестре;

, - планируемые затраты времени на самостоятельную работу: общие и в -ом семестре; объем самостоятельной работы по каждой дисциплине должен распределяться о семестрам предварительно пропорционально распределению аудиторных часов этой дисциплины

, , (18)

- количество циклов дисциплин в учебном плане;

-- количество дисциплин в i-ом цикле;

-- количество семестров в учебном плане;

-- максимально допустимое количество часов аудиторных занятий в неделю в -м семестре;

-- количество часов в неделю в -м семестре для j-ой дисциплины i-го цикла;

-- количество семестров, в которых изучается дисциплина;

При автоматизированной подготовке для каждого рабочего учебного плана назначается базовый учебный план, из которого выбираются все необходимые данные, в частности, перечень дисциплин и объемы учебной работы; для контроля установленных ограничений может формироваться соответствующая форма.

подготовка семестровых планов: распределение часов для различных видов занятий по семестрам с учетом формул (11 -- 17);

задание распределения дисциплин по кафедрам и подготовка выписок из семестровых планов для кафедр.

2.4.3 Ограничения, налагаемые на учебный план

На учебные планы налагаются следующие ограничения:

ѕ Календарное время окончания реализации любого раздела учебной дисциплины не должно превышать установленного срока обучения в вузе.

ѕ Количество учебных часов в неделю не должно превышать заданной нормы.

ѕ На каждой учебной неделе сумма аудиторных часов занятий не должна превышать недельного ресурса времени на аудиторные занятия.

ѕ Начало и окончание изучения любого учебного модуля должно находиться «внутри» какого-либо семестра.

ѕ Интенсивность изучения каждого модуля на любой учебной неделе должна находиться в границах, заданных для соответствующей учебной дисциплины.

ѕ «Внутри» семестра интенсивность изучения любой учебной дисциплины должна быть величиной постоянной (это требование непосредственно отражает принцип типовой учебной недели при составлении учебного плана).

ѕ Изучение разделов должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечить временное согласование связей между разделами (использование сведений из разделов может начинаться только после того, как эти разделы изучены).

ѕ Обеспечение этого ограничения не всегда возможно, поэтому его нарушение можно включить в критерий, допустив, таким образом, его нарушение.

ѕ Любая дисциплина, изучаемая более чем в одном семестре, должна изучаться «непрерывно».

ѕ По одной дисциплине в семестре планировать либо экзамен, либо зачет.

ѕ В качестве рубежного контроля по дисциплине, изучаемой более одного семестра, планировать зачеты, а экзамены только в тех случаях, когда лекционный курс по дисциплине занимает более 80 часов.

ѕ В семестре не должно быть запланировано более 2-х курсовых работ и проектов.

2.5 График учебного процесса

График учебного процесса определяет календарные сроки всех видов учебных занятий, экзаменационных сессий, каникул, выполнения дипломных проектов, проведения производственных практик, сдачи государственных экзаменов. График учебного процесса -- составная часть учебного плана, которая содержит (в табличной форме) периоды теоретических занятий, всех видов практики, экзаменационных сессий, дипломной работы, каникул и их чередования в течение всего срока обучения; а также сводные данные по бюджету времени студента. График учебного процесса является важным и основным элементом составления учебного плана и должен быть верно заполнен для любого вида обучения (заочного, дистанционного и т.п.). В графике должны быть указаны ВСЕ виды работ, которые будут встречаться в других разделах Учебного плана, причем на указанное в графике количество недель соответствующего вида работ, будут расписываться часы при составления расчасовки учебного плана. Таким образом, для заочной формы обучения в каждом из семестров должна стоять одна неделя теоретического обучения (Т) и соответствующее количество недель для других видов работ. В противном случае корректное заполнение других разделов учебного плана станет невозможным.

3. Практическая разработка автоматизированного учебного плана

Учебный план является основным документом, данные которого являются основой для всех последующих, поэтому к созданию учебного плана необходимо подходить с особой тщательностью. Необходимо помнить, что при автоматизированном методе создания документов планирования, создание бумажной версии учебного плана не является главной целью, так как бумажный учебный план является лишь удобной формой отображения реального учебного плана, хранящегося в базе данных компьютера и являющегося основой для прочих расчетов. Именно поэтому, любые изменения в учебный план должны вноситься в следующем порядке: изменения вносятся в компьютер, после чего делается полная распечатка учебного плана.

Исходя из выделенных в пункте 1.3.2. проблем разработки учебных планов мы предлагаем автоматизировать все возможные вычисления, для быстрого и качественного создания учебного плана с помощью табличного редактора Microsoft Excel.

Мы предлагаем два варианта автоматизированного учебного плана: первый на основе стандартного учебного плана (Вариант 1); второй -- учебного плана предложенного Национальным техническим университетом «Харьковским политехническим институтом» (Вариант 2).

3.1 Создание электронной таблицы учебного плана -- Вариант 1

Разработка учебного плана -- сложный, многоэтапный процесс. Сложность заключается в большом объеме данных, которые размещены в разных частях таблицы. Разделы плана связаны между собой, поэтому возможность ошибки недопустимо, то есть все части плана должны быть достоверно точны.

ѕ Учебный план состоит из разделов;

ѕ График учебного процесса;

ѕ Сводные данные по бюджету времени;

ѕ План учебного процесса;

ѕ Факультативные дисциплины;

ѕ Учебные практики;

ѕ Выпускные квалификационные работы;

ѕ Государственные экзамены.

Для создания шаблона в электронном виде некоторые ячейки необходимо разделить (рис. 8А). Это связано с тем, что для автоматического расчета необходимо чтобы текст и цифры находились в разных ячейках. Так в разделении по курсам и семестрам необходимо отделить количество недель (рис. 8Б).

Рис. 8А. Бумажный вид таблицы учебного плана

Рис. 8Б. Электронный вид таблицы учебного плана

Количество недель в семестре является одним из основных данных в разделе «План учебного процесса».

Столбцы «Екзаменів», «Заліків» и «Курсових робіт» мы разобьем от трёх до 5 дополнительных столбцов (рис.9).

Также в электронную таблицу учебного плана добавим новый столбец «Всього аудиторних» -- сумма часов лекций, семинаров, практических и лабораторных занятий.

Учебный план мы разбили на циклы:

ѕ Цикл гуманитарных и социально-экономических дисциплин;

ѕ Цикл фундаментальных дисциплин;

ѕ Цикл профессионально-ориентированных дисциплин;

ѕ Цикл дисциплин самостоятельного выбора учебного заведения;

ѕ Цикл дисциплин свободного выбора студентами.

В конце каждого цикла мы будем подсчитывать количество часов выделенных на лекции, практических и лабораторных работ семинаров, а также общее число часов в неделю.

Бумажный вид Электронный вид

Рис. 9. Сравнение бумажной и электронной части учебного плана «Розподіл по семестрах»

Основой для автоматизации расчетов является график учебного процесса, который располагается на титульном листе учебного плана. График учебного процесса содержит два блока: осенний и весенний семестр (рис. 10). Каждая неделя года имеет отдельный столбец, в который вносятся тип работ на неделе (теоретическое обучение, каникулы, сессия, учебная практика, производственная практика, диплом, государственные экзамены).

Рис. 10. График учебного процесса

Нами разработаны электронные таблицы для очной формы обучения квалификации магистра, специалиста и бакалавра. В таблицах мы максимально автоматизировали все возможные расчеты.

3.2 Автоматизация расчетов учебного плана

Для синтеза каждого учебного плана исходными данными являются следующие:

ѕ график учебного процесса;

ѕ список циклов дисциплин;

ѕ список предлагаемых для изучения дисциплин;

ѕ нормы времени по дисциплинам: каждой дисциплине может соответствовать максимально допустимая интенсивность изучения;

ѕ список курсовых работ и проектов с множеством учебных модулей для каждого, после изучения которых планируется курсовая работа или проект.

ѕ список “жестко” назначаемых по семестрам модулей. Это может потребоваться для слабо информационно связанных с остальными модулей, но обязательных к обучению. В частности, для технических специальностей, это цикл гуманитарных и социально-экономических дисциплин. Дисциплины этого цикла можно назначить в нужные семестры. При этом уменьшается на соответствующую величину объем оставшегося учебного времени в семестре.

Этап анализа варианта учебного плана включает:

ѕ определение суммарных показателей трудоемкости циклов дисциплин и плана в целом;

ѕ сопоставление показателей трудоемкости, аудиторных занятий и самостоятельной работы циклов и плана с ограничениями, налагаемыми ГОС и выявленными критериями.

3.2.1 Автоматизация сводных данных по бюджету времени -- Вариант 1

Данный раздел содержит обобщенную информацию о времени теоретического обучения, каникул, сессии, учебной практики, производственной практики и т. д. (рис.11)

Рис. 11. Сводные данные по бюджету времени -- Вариант 1.

Примечание: на рисунках представлен раздел учебного плана «График учебного процесса», он разделен на две части т. к. ограничено место. В Excel расположена в диапазоне ячеек А11:AD15.

Автоматическому заполнению сводных данных способствует график учебного процесса, где определенными буквами обозначены виды работ на каждую неделю в течении всего года.

Для расчета количества недель отведенных на теоретическое обучение, ячейки F12 (Лист: Бакалавр_дневное) используем следующую формулу СЧЁТЕСЛИ(Гр.уч.проц_дневн.!B33:W33;"т")+СЧЁТЕСЛИ-(Гр.уч.проц_дневн.!B42:AG42;"т"), в которой мы выбрали из двух семестров первого курса число недель теоретического обучения. («т» -- теоретическое обучение). Аналогично рассчитываются все ячейки по горизонтали для первого, второго, третьего и четвертого курсов.

3.2.2 Автоматизация плана учебного процесса -- Вариант 1

Одной из наиболее сложных частей учебного плана является разработка третьей части учебного плана -- плана учебного процесса. Здесь все предметы разделены на циклы. (см. п. 3.1.).

Все циклы имеют одинаковые заголовки, поэтому расчеты в них будут аналогичны, отличием будут номера строк.

Исходными данными в этом разделе являются:

Название дисциплины -- являются различными для разных специальностей;

Распределение по семестрам -- с клавиатуры необходимо ввести номер семестра в соответствующие ячейки. Тут следует отметить, что в одну ячейку можно ввести только один семестр (это необходимо для удобства расчетов).

Часов в неделю -- с клавиатуры вводятся часы напротив соответствующей дисциплины.

Также здесь исходными данными являются: «часов лекций», «лабораторных занятий», «практических занятий», «семинаров», «самостоятельная работа».

Начнем с автоматизации вычислений ячеек «Всего» и «Всего аудиторных». Для расчета «Всего аудиторных» будем использовать функцию СУММПРОИЗВ -- перемножим количество часов в неделю, отведенных на одну дисциплину, на количество недель в семестре. (рис. 12)

Формула СУММПРОИЗВ (X24:AE24;X27:AE27) перемножаем все компоненты двух массивов, затем суммируем полученные произведения, то есть выполняется следующие вычисление: 18х2+17х0 … 8х0.

Рис. 12 А. Расчет «Всего аудиторных»

Столбец «Всего» вычисляется как произведение столбцов «Количество кредитов» и «Всего аудиторных». То есть Р27 = ПРОИЗВЕД(О27:Q27). Весь столбец рассчитывается аналогичным образом, различным будет только номер ряда.

Рис. 12 Б. Вычисление столбца «Всего»

Также поле каждого цикла существует завершающая строка «Всего». Ее результатом является сумма часов и недель по каждому отдельному столбцу, используя функцию СУММ. Так например, «Всего» всех аудиторных занятий по циклу фундаментальных дисциплин равно СУММ(Q50:Q63).

План учебного процесса содержит общее количество учебных занятий, курсовых работ, экзаменов, зачетов. (рис. 13)

Рис. 13. Общее количество учебных часов, курсовых работ, экзаменов, зачетов (для специалистов)

Этот диапазон является самой сложной и очень важно и удобно, если он будет вычисляться автоматически.

Для расчета количества учебных часов в ячейке «Всего» необходимо просуммировать все значения «Всего» по циклам. Получим следующую формулу: СУММ(P48;P64;P86;P98;P100:P110).

Количество часов аудиторных занятий рассчитывается по следующей формуле: СУММ(Q48;Q64;Q86;Q98;Q100:Q110).

Количество недель учебных занятий по семестрам вычисляется с помощью функции СУММ, для каждого семестра отдельно. Например, формула для расчета по первому семестру специалистов: СУММ(AD98;AD86;AD64;AD48), аналогично вычисляются и остальные семестры.

Для расчета количества курсовых работ необходимо использовать функцию СЧЕТЕСЛИ --подсчитывает количества непустых ячеек в диапазоне, удовлетворяющих заданному условию. Так для вычисления количества курсовых работ в первом семестре у специалистов из диапазона M27:N110 выбираем число «1» -- СЧЁТЕСЛИ(F27:H110;1), аналогично рассчитываются все остальные семестры, различным будет только условие отбора (для второго семестра -- «2», для третьего -- «3» и т. д.). Для вычисления общего количества курсовых работ (столбец «Всего») используем формулу СЧЁТ(M27:N110) -- находим сумму всех чисел находящихся в данном диапазоне.

Вычисление строки «Экзамены» и «Зачеты» аналогичны расчету количества «Курсовых работ». Отличным будет диапазон для экзаменов -- F27:H110, для зачетов -- I27:L110.

Для расчета количества экзаменов и зачетов по семестрам используем формулу, аналогичную такому же расчету для курсовых работ. Так, количество экзаменов в первом семестре специалистов вычисляется по формуле: СЧЁТЕСЛИ(F27:H110;1), а зачетов -- СЧЁТЕСЛИ(I27:L110;1).

3.3 Создание электронной таблицы учебного плана -- Вариант 2

Таблица учебного плана, предложенная Национальным техническим университетом «Харьковским политехническим институтом» (НТУ «ХПИ»), построена согласно требованиям Болонского процесса. Здесь учебный план состоит из титульного листа и плана учебного процесса в посеместровом формате [40].

На титульном листе размещена информация о форме обучения, названия бакалаврской программы и профессионального стимулирования, образовательно-квалификационные уровни, срок обучения и квалификации, которые присваиваются после окончания соответствующего цикла высшего образования. На титульном листе также размещается график учебного процесса.

План учебного процесса представлен в табличной форме, причем, для каждого курса применяется отдельная страница. В итоговой строке количество кредитов должно быть тридцать, а общий объем в часах --1080 (30 х 36) с учетом объемов кредитов и часов, запланированных на практики и выполнение дипломных проектов бакалавров и т. д. но без учета объема часов, запланированных на физическое воспитание.

Пример учебного плана, разработанного НТУ «ХПИ», приведен на рис.13. В этом примере применяются обобщенные названия некоторых дисциплин.

Мы доработали таблицу учебного плана НТУ «ХПИ» и добавили на титульную страницу сводные данные по бюджету времени, в план учебного процесса столбец «Контроль», который разбили на «Экзамены», «Зачеты» и «Курсовые работы», также столбец «Всего аудиторных» разделили на «Сем.» (за семестр) и «Тижд.» (за неделю). На рис. 14. представлен отрывок таблицы НТУ «ХПИ» и наш «Вариант 2».

Рис. 14. Сравнение таблицы учебного плана НТУ «ХПИ» и «Вариант 2»



3.3.1 Автоматизация сводных данных по бюджету времени -- Вариант 2

Данный раздел содержит обобщенную информацию о времени теоретического обучения, каникул, сессии, учебной практики, производственной практики в неделях (рис. 15.)

Автоматическому заполнению сводных данных способствует график учебного процесса, где определенными буквами обозначены виды работ на каждую неделю в течении всего года.

Для расчета количества недель отведенных на теоретическое обучение, ячейки B52 используем следующую формулу СЧЁТЕСЛИ(B33:W33;"т") +СЧЁТЕСЛИ(B42:AG42;"т") в которой мы выбрали из двух семестров первого курса число недель теоретического обучения. («т» -- теоретическое обучение).

Рис. 15. Сводные данные по бюджету времени -- Вариант 2.

Для расчета количества недель отведенных на учебную практику, ячейки J52 используем следующую формулу СЧЁТЕСЛИ(B33:W33;"у") +СЧЁТЕСЛИ(B42:AG42;"у") в которой мы выбрали из двух семестров первого курса число недель теоретического обучения. («у» --учебная практика).

Аналогично рассчитываются все ячейки по горизонтали для первого, второго, третьего, четвертого и пятого курсов, различным будет лишь критерий выбора (с - сессия, к - каникулы, р - производств. практика, е - гос. экзамены.)

3.3.2 Автоматизация плана учебного процесса -- Вариант 2

Все циклы имеют одинаковые заголовки, поэтому расчеты в них будут аналогичны, отличием будут номера строк.

Исходными данными в этом разделе являются:

Название дисциплины -- являются различными для разных специальностей;

Количество кредитов -- являются различными для разных дисциплин.

Часов в неделю -- с клавиатуры вводятся часы напротив соответствующей дисциплины.

Также здесь исходными данными являются: «часов лекций», «практических занятий», «самостоятельная работа».

Начнем с автоматизации вычислений ячеек «Всього за семестр» и «Загальний обсяг». Для расчета «Всього за семестр» будем использовать формулу =L10*$C$8, где $C$8 - абсолютная величина, общее количество недель в семестре; L10 - количество часов в неделю. «Загальний обсяг» будем рассчитывать по формуле =D10*36, где D10 - количество кредитов отведенных на данную дисциплину, 36 - постоянная величина, количество академических часов в одном кредите (рис. 16.).