Document 289389

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ–УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»
На правах рукописи
АШИХМИН СЕРГЕЙ ИГОРЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СРАВНЕНИЯ УЧЕБНЫХ ПЛАНОВ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММ
СТУДЕНЧЕСКОЙ МОБИЛЬНОСТИ
Направление: 230700.68 «Прикладная информатика»
АВТОРЕФЕРАТ
магистерской диссертации
Орёл, 2014
2
Работа выполнена на кафедре "Информационные системы" федерального
государственного образовательного учреждения высшего профессионального
образования "Государственный университет – учебно-научно-производственный
комплекс"
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент
Волков Вадим Николаевич
Официальный оппонент:
кандидат экономических наук,
Солодовник Олег Григорьевич
Защита состоится «30» июня 2014 г. в 14-00 на заседании Государственной
аттестационной комиссии по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 40, ауд.
319.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
исследования.
В
настоящее
время
подавляющее
большинство стран Европы являются участницами Болонского процесса. Данный
процесс был начат в 1999 году с целью создания единого Европейского
пространства высшего образования. Единое пространство высшего образования
позволяет осуществлять мобильность студентов и преподавателей между любыми
вузами стран-участниц Болонского процесса. С момента создания Болонского
процесса были проведены значительные меры для создания общих положений по
стандартизации Европейского пространства высшего образования. Была введена
система сопоставимых степеней (бакалавр и магистр) и, как следствие, создана
система двухциклового обучения: предварительного (undergraduate) и выпускного
(graduate). Также была создана и внедрена система кредитов – система перезачета
зачетных единиц трудоемкости для поддержки крупномасштабной студенческой
мобильности. Однако процесс перехода студента из одного вуза в другой так и не
был полностью стандартизирован, так как система перезачета кредитов не
позволяет в полной мере сравнивать учебные планы различных вузов, а лишь
подсчитывает трудоемкость изученных в различных вузах дисциплин. При этом
содержание даже двух одинаковых по названию дисциплин в разных вузах может
существенно различаться. В связи с этим в большинстве случаев при переходе
студента
из
одного
вуза
в
другой
сравнение
учебных
планов
вузов
осуществляется вручную сотрудниками учебно-методических отделов.
Россия присоединилась к Болонскому процессу в 2003 году. Однако с тех
пор студенческая и преподавательская мобильности так и не приобрели массового
характера. В большинстве случаев обмен студентами и преподавателями между
двумя вузами осуществляется лишь при наличии продолжительного по времени
сотрудничества и установившихся дружеских отношений между данными вузами.
Между вузами существует определенный устоявшийся порядок по сравнению
учебных планов и реализации процедуры обмена студентами. Однако данных
процесс
не
является
каким-либо
образом
стандартизированным
или
автоматизированным и в каждом конкретном случае осуществляется по-разному.
4
Таким образом, разработка методики сопоставления учебных планов двух
различных вузов является актуальной задачей.
Объектом
исследования
является
учебный
план
дисциплины,
совокупность общих свойств и отличий учебных планов дисциплин различных
вузов.
Предметом исследования является процесс сравнения двух учебных
планов.
Цель диссертационного исследования заключается в снижении затрат при
сравнении учебных планов в процессе студента из одного вуза в другой на
определенный период времени или до конца всего периода обучения.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие
исследовательские задачи:
1.
ФГОСов
Описать сущность образовательного процесса, основные положения
третьего
поколения,
изучить
компетентностный
подход
к
образовательному процессу, определить особенности содержания и требований к
реализации ООП;
2.
Изучить современное состояние процесса студенческой мобильности
в рамках Болонского процесса, определить степень стандартизированности и
изученности данного процесса;
3.
Разработать модель представления учебного плана;
4.
Разработать методику сравнения двух учебных планов;
5.
Разработать рекомендации по практической реализации методики
сравнения учебных планов;
6.
Реализовать прототип системы поддержки принятия решений,
позволяющей представить учебный план в виде разработанной формализованной
модели, произвести сравнение учебных планов по разработанной методике и
выдать рекомендации о возможности перехода студента с одного учебного плана
на другой.
Методы и средства исследования. Для решении указанных задач будут
использованы методы теории графов, диаграммы Ганта, математический аппарат
5
теоретико-множественных представлений, средства моделирования бизнеспроцессов UML, средства объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы:
1.
Модель представления учебного плана направления подготовки,
основанная на теории графов и теоретико-множественном представлении;
2.
Методика
и
алгоритмы
сравнения
двух
учебных
планов,
базирующиеся на разработанной модели представления.
Практическая значимость исследования:

процедура сравнения учебных планов при реализации студенческой
мобильности в рамках Болонского процесса;

прототип системы, помогающей сотруднику учебно-методического
отдела принять решение о возможности или невозможности перехода студента в
другой вуз;

возможность использования результатов данного исследования для
создания автоматизированной системы сопоставления учебных планов различных
вузов и, таким образом, полной автоматизации мобильности студентов в рамках
Болонского процесса.
Достоверность результатов подтверждается корректным использованием
известных методов научных исследований, разработкой прототипа системы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,
заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена
на 89 страницах машинописного текста, включающего 22 рисунка,
список
использованных источников из 30 наименований и 2 приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается выбор темы диссертации, ее актуальность,
сформулирована цель, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна и
практическая значимость исследования, описывается достоверность полученных
результатов исследования и положения, выносимые на защиту.
6
В первой главе произведено описание сущности образовательных
процессов, основных целей и задач Болонского процесса, выполнен обзор
федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения,
компетентностного подхода к обучению, а также содержание, разработка и
требования к реализации основных образовательных программ. Осуществлена
постановка задачи исследования.
Образовательный (педагогический) процесс представляет собой специально
организованное взаимодействие педагогов и воспитанников (педагогическое
взаимодействие) по поводу содержания образования с использованием средств
обучения и воспитания (педагогических средств) с целью решения задач
образования, направленных на удовлетворение потребностей как общества, так и
самой личности в ее развитии и саморазвитии. С целью создания единого
европейского пространства высшего образования в 1999 был создан Болонский
процесс. В настоящее для интеграции России европейское образовательное
пространство
стандарты
разработаны
(ФГОС),
федеральные
представляющие
государственные
собой
образовательные
совокупность
требований,
обязательных при реализации основных образовательных программ начального
общего,
основного
общего,
среднего
(полного)
общего,
начального
профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального
образования образовательными учреждениями, имеющими государственную
аккредитацию.
Высшее
образование
должно
вырабатывать
у
студентов
общекультурные и профессиональные компетенции. Компетенция трактуется как
система
ценностей,
личностных
качеств,
знаний
и
умений
человека,
обеспечивающая его готовность к выполнению профессиональных обязанностей.
Выделяется 2 вида компетенций: общие компетенции, т.е. способность успешно
действовать на основе практического опыта, умений и знаний при решении задач,
общих для многих видов профессиональной деятельности; профессиональные
компетенции – способность успешно действовать на основе умений, знаний и
практического
опыта
профессиональной
при
выполнении
деятельности.
Процесс
задания,
обучения,
решении
задачи
основанный
на
7
компетенциях, должен быть в высшей степени мобильным, не формализованным,
а реализация его в виде модульных программ станет наиболее эффективной.
Учебный план – это официальный документ, регламентирующий состав учебных
дисциплин, их объем и виды аттестации знаний. На основе федеральных
государственных образовательных стандартов высшего профессионального
образования университет, академия или институт самостоятельно разрабатывает и
принимает учебные планы по основным образовательным программам. Он
составляется
заведующим
выпускающей
кафедры
на
соответствующие
направления или специальности образования, визируется деканом факультета,
первым проректором академии по учебной работе, утверждается решением
Ученого Совета ВУЗа.
Вторая глава посвящена разработке модели представления учебного плана,
модели хранения учебного плана, а также методики сопоставления учебных
планов.
Структура учебного плана была представлена в виде ориентированного
графа, так как такое представление позволяет наглядным образом показать связь
между блоками учебного плана (учебными циклами основной образовательной
программы), дисциплины, входящие в каждый учебный цикл, а также
компетенции, которыми должен обладать обучающийся после изучения каждой
дисциплины.
Фрагмент общего вида учебного плана, представленного в виде
ориентированного графа, показан на рисунке 1.
Ориентированный граф учебного плана представляет собой множество
вершин и множество дуг и задается формулой (1).
G = (V, E),
где V – множество вершин (узлов) графа,
Е – множество ребер.
(1)
8
Б1.Б.1
Б1.Б.1.К
…
Б1.Б
Б1.Б.n
УП
Б1.Б.n.К
Б1.В.ОД.1
Б1
Б1.В.ОД.1.К
…
Б1.В.ОД
Б1.В.ОД.m
Б1.В
Б1.В.ДВ.1
Б1.В.ОД.m.К
Б1.В.ДВ.1.1
Б1.В.ДВ.1.1.К
Б1.В.ДВ.1.2
Б1.В.ДВ.1.2.К
…
Б1.В.ДВ
Б1.В.ДВ.k
Б1.В.ДВ.k.1
Б1.В.ДВ.k.1.К
Б1.В.ДВ.k.2
Б1.В.ДВ.k.2.К
Рисунок 1 – Представление учебного плана в виде ориентированного графа
Так как вершины графа можно представить как элементы различных
множеств (учебных циклов, дисциплин, компетенций), то удобно описать
иерархию
узлов
графа
с
использованием
теоретико-множественного
представления. Таким образом, множество вершин можно описать кортежем вида
(2).
V = <УЦ, ФК, ПР, А, Ф>,
(2)
где УЦ – множество учебных циклов,
ФК – физическая культура,
ПР – множество практик,
А – аттестация,
Ф – множество факультативных занятий.
Учебный цикл представляется в виде набора трех базовых учебных циклов
и представляет собой три элемента. Элементами множеств УЦ1, УЦ2, УЦ3
являются кортежи вида (3).
УЦ = {УЦ1, УЦ2, УЦ3} = <Б, В>,
(3)
где УЦ1, УЦ2, УЦ3 – множества базовых учебных циклов,
Б – блок базовых дисциплин,
В – блок вариативных дисциплин.
Множество Б содержит в себе набор дисциплин для базовой части учебного
цикла (4).
9
Б = {Д}.
(4)
Каждый элемент множества Д является дисциплиной и задается кортежем
вида (5).
Д = <название, шифр, кол-во часов, форма контроля, {К}>.
(5)
В свою очередь множество К представляет собой множество компетенций
для данной дисциплины (6).
К = <название, описание>.
(6)
Кроме того, в результате объединения компетенций всех дисциплин должен
получиться набор компетенций, присущий данному учебному плану в целом (7).
Д
⋃ 𝑖 𝐾𝑖 = К.
(7)
где К – множество всех компетенций,
Кi – i-ая компетенция определенной дисциплины,
Д
⋃ 𝑖 – оператор объединения на множестве дисциплин Д.
Множество В содержит в себе набор вариативных дисциплин учебного
цикла и задается кортежем вида (8).
В = <Об, Выб>,
(8)
где Об – множество обязательных дисциплины,
Выб – множество дисциплин по выбору.
Множество Выб состоит из пар дисциплин из множества Д (9).
Об = {Д},
Выб = {Д1, Д2},
(9)
Д1, Д2 ∈ Д.
Множество ФК – дисциплина «Физическая культура» в учебном плане. В
свою очередь является элементом множества Д (10).
ФК ∈ Д.
(10)
Множество ПР состоит из трех элементов, отвечающих за научную,
производственную и учебную практики и задается в виде кортежа вида (11).
ПР = {ПРн, ПРп, ПРу},
ПР = <название, кол-во часов, {К}>,
где ПРн – блок научной практики,
(11)
10
ПРп – блок производственной практики,
ПРу – блок учебной практики.
Множество А содержит информацию об итоговой аттестации и описывается
кортежем вида (12).
А = <кол-во часов, {К}>.
(12)
Элементами множества Ф являются факультативные дисциплины (13).
Ф = {Д}.
(13)
Таким образом граф, изображенный на рис. 1, можно представить в виде
структуры основных элементов модели учебного плана, изображенной на рисунке
2.
УЦ
Б
Об
В
Выб
Ф
УП
Д
К
ПР
ФК
А
Рисунок 2 – Структура элементов модели учебного плана
Сравнение учебных планов и принятие решения о переходе студента из
одного вуза в другой осуществляет сотрудник учебно-методического отдела
принимающего вуза. Разрабатываемая методика служит средством поддержки в
принятии данного решения.
Главный алгоритм методики представляет собой последовательность
действий, представленных на рисунке 3.
На первых двух этапах происходит предварительное представление двух
учебных планов в виде ориентированных графов, а также составление диаграмм
11
Ганта для данных учебных планов. На данных этапах происходит применение
модели представления учебного плана, разработанной ранее.
начало
представить два УП в виде ориентированных графов
составить диаграммы Ганта для данных УП
сравнить наборы компетенций для данных УП
подсчитать количество одинаковых дисциплин
подсчитать количество дисциплин,
незначительно отличающихся по названию
подсчитать количество дисциплин, различных
по названию, но имеющих идентичные наборы
компетенций
подсчитать количество не изучавшихся
дисциплин, необходимых для изучения в новом
УП
определить степень сопоставимости данных УП
вывод решения методиста о
сопоставимости данных УП
конец
Рисунок 3 –Схема алгоритма сопоставления учебных планов
На третьем этапе происходит сравнение наборов компетенций данных
учебных планов для определения базового уровня сопоставимости (14):
Сб =
Кб − 𝑞н
Кб
∗ 100% ,
(14)
где qн – количество компетенций нового учебного плана, не изучаемых в
базовом плане;
12
Кб – количество компетенций базового учебного плана.
Если значение Сб < pmin, то данные учебные планы не сопоставимы и
дальнейшее сравнение не имеет смысла. Здесь pmin – минимальный уровень
сопоставимости учебных планов, который по умолчанию равен 68%, однако в
процессе выполнения алгоритма возможно изменение данного значения в
соответствие с требованиями к уровню сопоставимости в конкретной ситуации.
Кроме
того,
при
сравнении
наборов
компетенций
подсчитывается
количество компетенций qб базового учебного плана, которые не осваивались в
новом учебном плане, и базовый уровень сопоставимости вычисляется по
формуле (15):
Сн =
Кн − 𝑞б
Кн
∗ 100% ,
(15)
где qб – количество компетенций базового учебного плана, не изучаемых в
новом плане;
Кб – количество компетенций нового учебного плана.
Аналогично, если значение Сн < pmin, то данные учебные планы не
сопоставимы и дальнейшее сравнение не имеет смысла.
На четвертом шаге осуществляется подсчет количества одинаковых
дисциплин Код (полностью совпадающих по названию, количеству часов, форме
контроля и формируемым компетенциям). Определяется системой автоматически
с последующей возможной корректировкой методистом;
На
пятом
шаге
осуществляется
подсчет
количества
дисциплин,
незначительно отличающихся по названию, создается предварительный список.
Методист осуществляет выбор из этого списка дисциплин, по его мнению
являющихся идентичными, и происходит подсчет количества таких дисциплин
(Ксх);
На шестом шаге происходит подсчет количества дисциплин, различных по
названию,
но
имеющих
идентичные
наборы
компетенций,
создается
предварительный список. Методист осуществляет выбор из этого списка
дисциплин, по его мнению являющихся идентичными, и происходит подсчет
количества таких дисциплин (Ккт);
13
На седьмом шаге определяются дисциплины, изучавшиеся ранее в новом
учебном плане и необходимые для изучения дисциплин в текущем семестре.
Необходимо проверить, изучались ли данные дисциплины ранее в базовом
учебном плане и подсчитать количество дисциплин текущего семестра нового
учебного плана, для которых не изучались соответствующие дисциплины в
базовом учебном плане (Кн);
На восьмом шаге определяется степень сопоставимости учебных планов по
формуле (16):
СП =
Код + Ксх + Ккт − Кн
К
∗ 100% ,
(16)
где К – количество дисциплин в семестре;
Код – количество одинаковых дисциплин в семестре;
Ксх – количество схожих по названию дисциплин в семестре,
являющихся идентичными по мнению методиста;
Ккт – количество различных по названию дисциплин в семестре, но
имеющих одинаковые наборы компетенций и являющихся идентичными по
мнению методиста;
Кн – количество не изучавшихся ранее дисциплин во втором учебном
плане, необходимых для изучения дисциплин данного семестра;
На основании полученной степени сопоставимости методист принимает
решение о степени сопоставимости данных учебных планов и о возможности
перехода студента из базового вуза в новый.
Для
реализации
созданной
методики
сравнения
учебных
планов
предварительно необходимо разработать модель хранения учебного плана,
позволяющую представить в памяти ЭВМ созданную ранее модель представления
учебного плана. В данной модели должна содержаться информация о следующих
основных элементах модели представления учебного плана:

учебный план;

учебные циклы (базовые, вариативные и факультативные);

практики;

итоговая государственная аттестация;
14

семестры;

дисциплины;

компетенции.
Логическая схема модели хранения учебного плана показана на рисунке 4.
В третьей главе произведено описание разработанного прототипа системы
сопоставления учебных планов. Выполнено обоснование выбора целевой СУБД
для разработки, произведено описание физической реализации базы данных,
ограничений целостности, описание взаимодействия пользователя с системой.
Представлен пример работы системы и экранные формы.
Рисунок 4 – Логическая схема хранения данных для модели учебного плана
Основным пользователем системы будет являться сотрудник учебнометодического отдела принимающего вуза (методист). Для формального описания
логики взаимодействия методиста с разрабатываемой системой воспользуемся
диаграммой последовательности из нотации UML. Процесс взаимодействия
методиста с системой показан на рисунке 5.
15
Рисунок 13 – Процесс взаимодействия методиста с системой
В заключении сформулированы основные результаты работы. Сделаны
предложения о дальнейшем направлении исследования.
16
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Выполнено описание сущности образовательного процесса, основных
1.
положений ФГОСов третьего поколения, изучен компетентностный подход к
образовательному процессу, определины особенности содержания и требований к
реализации ООП;
Изучено современное состояние процесса студенческой мобильности
2.
в рамках Болонского процесса, определена степень стандартизированности и
изученности данного процесса;
3.
Разработана модель представления учебного плана;
4.
Разработана методика сравнения двух учебных планов;
5.
Разработана модель хранения учебного плана;
6.
Даны рекомендации по практической реализации методики сравнения
учебных планов;
Реализован
7.
прототип
системы
поддержки
принятия
решений,
позволяющей представить учебный план в виде разработанной формализованной
модели, произвести сравнение учебных планов по разработанной методике и
выдать рекомендации о возможности перехода студента с одного учебного плана
на другой.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.
Ашихмин, С.И. Формирование модели учебного плана при реализации
программ студенческой мобильности [Электронный ресурс] / С.И. Ашихмин, В.Н.
Волков // Информационные технологии в науке, образовании и производстве.
Материалы VI международной научно-технической конференции. – 2014. –
Режим доступа: http://youconf.ru/itnop2014/materials/manager/view/40, свободный –
Яз. рус.
2.
Ашихмин, С.И. Методика сравнения учебных планов при реализации
программ студенческой мобильности [Электронный ресурс] / С.И. Ашихмин, А.А.
Стычук // Информационные технологии в науке, образовании и производстве.
Материалы VI международной научно-технической конференции. – 2014. –
Режим доступа: http://youconf.ru/itnop2014/materials/manager/view/317, свободный
– Яз. рус.