Автоматизированные системы правления учебным процессом в вузе
1.5. Современные методы разработки учебных планов<
1.6.2. Разработка критериев оптимизации.
Задачу оптимизации учебного плана можно рассматривать с различных точек зрения. В данной работе задача синтеза ставится следующим образом: необходимо отобрать в учебный план наиболее важный для профессиональной деятельности материал и расположить его по семестрам оптимальным образом.
В качестве критерия, характеризующего важность материала в плане для профессии, могут служить, например, следующие функционалы.
Критерий, максимизирующий суммарную значимость для профессиональной подготовки модулей, включенных в план.
(1.35)
m - количество модулей
Критерий, максимизирующий суммарную обобщенную значимость модулей, включенных в учебный план.
(1.36)
В качестве критерия, определяющего оптимальность расположения модулей по семестрам, во многих работах выбран критерий, минимизирующий суммарную величину временных разрывов между информационно связанными модулями учебного плана с четом тесноты связи (1.37). Обоснованность выбора этого критерия сделана в п. 1.3. Предполагается использовать этот критерий, определяемый следующими выражениями:
а(1.37)
где
(1.38)
Коэффициент 
аопределяется из соотношения
(1.39)
Qmax - максимальное значение критерия. Его можно оценить исходя из соотношения
(1.40)
nmax - номер последнего семестра.
Таким образом, допускается нарушение ограничения (1.28), но эти нарушения включены в критерий. В результате задача "погружается" в другую, с более общей постановкой, минимум критерия которой совпадает с минимумом критерия первой.
Списока литературы по главе 1
1.
2. Агранович Б.Л., Кабанов В.И. Модель оценки качества подготовки специалистов в высших учебных заведениях. //Кибернетика и вуз. Вып.13. Томск, 1987, с.19-22.
3. Автореф. дисс.... канд. тех. наук. Москва, 1997.
4.
5. а 368 с.
6.
7. Машников С.А. О моделировании и методике обработки данных педагогического эксперимента. М.: Знание, 1974. 48 с.
8. Перельцвайг Ю.М. Вопросы изменения, анализа и оценки результатов в практике педагогических исследований. М.: Знание, 1975. 42 с.
9. Бабинцев В.С., Подиновский В.В. Выбор решений по многим критериям, упорядоченным по важности. М., 1977. 44 с.
10.
11.
12. Бенайюн Р., Ларичев О.И. Линейное программирование с многими критериями. Метод ограничений. //Автоматика и телемеханика, 1971, №8.
13. лит-ры, 1962. 319 с.
14. Основы теории педагогических систем. Воронеж, 1977, с. 40-86.
15. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. Москва, 1980. 262 с.
16. Дисс.... канд. тех. наук. Томск, 1975, 194 с.
17. задача подготовки инженерныха кадров. Автореф. дисс.... канд. тех. наук. Томск, 1981.
18.
19.
20.
21. Джоффрион А., Дайер Дж., Фрайнберг А. Решение задачи оптимизации при многих критериях на основе человеко-машинных процедур. Применение к задаче оптимизации учебного процесса факультета ниверситета. //Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, с. 126-145.
22. Димова В. И др. К вопросу о методе составления тезауруса по специальности. //Современная высшая школа, 1978, №3.
23.
24. а 34.602-89, РД 50-682-80, РД 50-680-88, ГОСТ 34.601-90, ГОСТ 34.401-90, Да 50-34.698-90, ГОСТ 34.003-90, Р 50-34.119-90). М.:1991. 144 c.
25. Сычеников И.А. Основы оптимизации процесса обучения в высшей школе. Москва, 1987.
26. ЭЦВМ для автоматизации обучения и правления учебными заведениями. Киев, 1972., с.121-130.
27.
28. Кендэл М. Ранговые корреляции. М., 1978.
29. Кини Р.Л., Райфа Х. Принятие решения при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981. 560 с.
30.
31.
32. основы разработки современных информационных технологий формирования содержания подготовки по информатике. Москва, НИИПВШ, вып.6-7, 1994.
33. Котлобулатова Г.С. Системно-структурный подход к организации учебного материал и его влияние на активизацию мыслительной деятельности студентов. Автореф. дисс....канд. пед. наук. Ташкент, 1981.
34. Кофман А., Дебазейа Г. Сетевые методы планирования и их применение. М.: Прогресс, 1968. 181 с.
35. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. Москва, 1978.
36. Вышэйшая школа, 1984. 221 с.
37. Леднев В.С. Содержание образования: сущность, структура, перспективы. М, ВШ, 1991. 224 с.
38. Гохман О.Г. Проблемы правления учебным процессом. Рига, 1984, с. 24-62.
39. Липский В. Комбинаторика для программистов. Москва, 1988.
40.
41.
42. Дисс. ... канд. тех. наук. М., 1978. 294 с.
43.
44. Мишева П. И др. Основные положения и направления совершенствования учебных планов и программ для подготовки рабочих по профессиям широкого профиля в Народной Республике Болгария. //Научные основы совершенствования учебных планов и программ для подготовки рабочих широкого профиля. Сборник научных трудов. Ленинград, 1987, с.22-35.
45. Дисс. ... канд. тех. наук. М., 1965. 152 с.
46. Московиченко А.Л. Дерево целей инженерной деятельности. //Кибернетика и вуз. Выпуск 13. Томск, 1987, с.123-129.
47.
48. Дисс.... канд. тех. наук. Москва, 1969. 179 с.
49. Романкова Л.И., Чурсин Н.Н. Построение тезауруса специальности при определении содержания образования. Рукопись депонирована в НИИ ВШ регистр. №185-82.
50. Пучинский В.С. От логической сети к линейной диаграмме. //Вестник высшей школы, №9, 1968.
51. Пучинский В.С., Петров Г.Ф. Сетевые методы планирования и организации учебного процесса. М.: Высшая школа, 1972. 157с.
52.
53.
54. в ниверситете. Воронеж, 1975, с 3-5.
55. Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М.: Советское радио, 1975. 192 с.
56. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Наука, 1982. 254 с.
57.
58.
59. дисс.... канд. пед. наук. Москва, 1998. 20с.
60. Ру Б. Классификация и выбор при наличии нескольких критериев. //Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, с. 80-107.
61. Ру Б. Проблемы и методы принятия решений в задачах со многими целевыми функциями. //Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, с. 20-58.
62.
63. Сидельников Ю.В. Разработка методов повышения качества экспертных оценок. Автореф.... канд. тех. наук., М., 1987.
64.
65. Сохор А.М. Логическая структура учебного материала. Вопросы дидактического анализа. Дисс.... док. пед. наук. льяновск, 1971. 299 с.
66. Шахнов. М.: Статистика, 1979. 184 с.
67.
68.
69. Турбович Л.Т. Информационно-семантическая модель обучения. Л.: Изд-во Ленингр. н-та, 1970. 177 с.
70. Фишберн П. Теория полезности для принятия решения. М.: Наука, 1978. 352 с.
71.
72.
73.
74. Шакис В.М. Вопросы применения орграфов для автоматизации календарного планирования (на примере втузов). Дисс. ... канд. тех. наук. Каунас, 1975. 163 с.
75.
76. Юсавичене П. Теория и практика модульного обучения. Каунас Швиеса, 1989. 272 с.
77. Dimarco N., Bird D., Norton S.D. Life Style, Learning Style, Learning Structure, Their Congruencies and Student Attitudes and Performance in a Data Processing Course. //J. of Educ. Data Processing. 1980, vol. 16, №2, p. 1-8.
78. Held M., Karp R.M. A Dynamic Programming Approach to Sequencing Problems. //J. Soc. Indust. and Appl. Math. 1ONN1 (1960), p. 196-210.
79. Jensen R. A Dynamic Programming Algorithm for Cluster Analysis. //лOpenRes, 1969, №6.
80. Koopmans T.C. Analysis of Productions an Efficient Combating Activities. Activity Analysis ofа
81. Land A.H., Doig A.G. An Automatic Method for Solving Discrete Programming Problems. Econometric.
82. Tinbergen Jan, Bos H.S. Blum James, Emmerij Lonis, William Garethа Econometric Model of Education. Some Applications. Paris, OESD, 1965.
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛАНИРОВАНИЯ учебнОГО ПРОЦЕССА В ОРЕНБУРГСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ НИВЕРСИТЕТЕ
Вопросы автоматизации правления учебным процессом в вузе всегда являлись актуальными, особенно большое количество разработок появилось в середине и конце 70-х годов прошлого столетия, когда во многих вузах в системах правления стали использовать ЭВМ.
В настоящее время высшие учебные заведения имеют измененные, по отношению к тем временам,
организационные и финансовые структуры, имеют новую организационно-нормативную основу за счет внедрения в систему высшего образования государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования, все это не позволяет в полном объеме и с запланированной эффективностью использовать эти несколько старевшие разработки; учитывая явную тенденцию формирования в нашей стране информационного общества, необходимо учитывать еще и специфику информационной среды вуза и изменившуюся методологию формирования учебного процесса, поэтому число работ, описывающих правление учебным процессом с четом современных условий и требований, соответственно меньшается. Кроме того, во многих работах, посвященных автоматизации правления учебным процессом,
рассматриваются отдельные частные вопросы: составление расписания учебных занятий, формирование учеб-
ных планов по специальности, расчет нагрузки и т. д.,
без чета их взаимосвязей, что не позволяет достигнуть эффективного решения общей задачи в целом. Автоматизация любой системы только тогда целесообразна и дает практический результат, когда будут автоматизированы наиболее сложные и трудоемкие процессы этой системы. Наиболее сложной подсистемой системы управления вузом является подсистема автоматизированного правления учебным процессом.
Автоматизированную систему правления учебным процессом в вузе предлагается скомпоновать из следующих относительно независимых автоматизированных подсистем /1,2, 3/:
-а подсистемы планирования учебного процесса;
-а подсистемы правления учебной деятельностью студентов;
-а подсистемы информационного обеспечения учебного процесса;
-а подсистемы системного анализа и аудита учебного процесса.
В свою очередь наиболее сложной, трудоемкой и подверженной, как показывает практика, наибольшему количеству дефектов является подсистема планирования учебного процесса. В то же время она является наиболее значимой составляющей в системе обеспечения качества подготовки специалистов и в системе трудозатрат, при этом также необходимо учитывать, насколько совершенной будет ее структура, настолько успешной будет автоматизация и оптимизация других подсистем правления учебным процессом в вузе. Поэтому подсистему планирования учебного процесса необходимо разработать в таком виде, чтобы она обеспечила выполнение следующих операций и функций:
)а автоматизированное планирование учебных планов по специальностям и направлениям;
б)а автоматизированный расчет учебной работы и планирование педагогической нагрузки вуза,кафедр, преподавателей;
в) автоматизированное распределение учебной нагрузки кафедры между преподавателями кафедры;
г) автоматизированное формирование расписания учебных занятий с учетом занятости преподавательского состава и ресурсов учебно-лабораторной базы вуза.
Кроме того, при разработке подсистемы планирования учебного процесса должны быть реализованы принципы связи теории с практикой, согласования объема учебной информации с бюджетом времени, определенным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, последовательности изучения учебных предметов и их взаимосвязи, оформленных в виде структурно-логической схемы подготовки специалистов. Только в этом случае можно добиться оптимального планирования учебного процесса в вузе.
Оптимальное планирование учебного процесса предполагает систематизацию основных информационных потоков, разработку нифицированных форм документов, определяющих содержание и объем учебной информации и последовательность изучения содержания дисциплин, оптимизацию содержания учебного плана и автоматизацию формирования и заполнения этих документов.
В настоящее время во многих вузах афункционирует технология планирования учебного процесса, представленная на рис.2.1 в виде технологической схемы.
Анализируя существующую технологию планирования учебного процесса и систему правления, можно выделить ряд существенных недостатков: она громоздкая, трудна в автоматизации, трудноуправляемая и трудоемкая, негибкая и не обеспечивает требуемого качества планирования. С целью ликвидации казанных недостатков, обеспечения автоматизации и меньшения трудоемкости планирования разработаны следующие варианты технологии планирования учебного процесса:
)а без оптимизации объема учебной работы в учебном плане, рис. 2.2;
б)а с оптимизацией объема учебной работы в учебном плане, рис. 2.3.
Для этих технологий разработана информационно-технологическая схема планирования учебного процесса в вузе (рис. 2.4), которая является основой для формирования оптимальной информационной системы учебного процесса и разработки алгоритма планирования учебного процесса. В
соответствии с рис. 2.4 сформирован список документов оптимальной информационной системы учебного процесса, используемой в автоматизиро<-
ванной системе планирования учебного процесса, именно:
1 <- структура вуза;
2 <-перечень специальностей (специализаций);
3 <- перечень направлений подготовки;
4 <- ГОСВПО;
5 <- структурные учебные подразделения вуза;
6 <- нормативные документы по учебному процессу;
7 <- дисциплины по выбору;
8 <- факультативные дисциплины;
9 <- нормативные коэффициенты;
10 а<- контрольные цифры набора студентов на 1курс;
11 а<- нормы времени для расчета учебной работы ППС;
12 а<- контингент студентов;
13а <- контингент аспирантов и соискателей;
14а <- состав ГЭК и ГАК по специальностям;
15а <- штатные расписания кафедр;
16а <- учебные планы по специальностям;
17 а<- приложения к учебным планам (по семестрам);
18а <- закрепленные за кафедрой дисциплины и виды учебной работы;
19а <- рабочие программы по дисциплинам;
20а <- график учебного процесса;
21 а<- учебная нагрузка кафедр;
22 - словные обозначения специальностей в расписании учебных занятий;
23а <- сетки часов кафедры;
24а <- сетки часов по специальности;
25 а<- аудиторный фонд, закрепленный за кафедрами;
26а <- аудиторный фонд вуза;
27а <- расписание учебных занятий;
28 а<- фонд резервных аудиторий.
крупненная блок-схема разработанного алгоритма функционирования подсистемы планирования учебного процесса в вузе приведена на рис.2.5. Основой планирования учебного процесса являются учебные планы и государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования по специальностям.
В данной работе предложена форма учебного плана блочного типа, содержащая 15 отдельных блоков. Это сделано для добства автомати-зированного формирования отдельных документов по организации и планированию учебного процесса: приложения к учебному плану, сеток часов кафедр, сводного графика учебного процесса и т. п. учебный план формируется так, чтобы его структура и содержание обеспечивали заданную трудоемкость подготовки специалистов и полностью соответствовали требованиям и содержанию государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по соответствующей специаль-ности. Эта процедура облегчается при применении единой методологической основы планирования учебной работы в учебном плане /4,5/. Разработан алгоритм (рис. 6) и программное обеспечение формирования учебного плана, которое реализовано в среде Delphi 5 с использованием технологии Клиент/сервер /6, 7/. Алгоритм формирования и заполнения учебного плана ниверсален и позволяет получить учебный план с произвольной и номинальной годовой учебной нагрузкой на преподавателя (номинальная нагрузка, например Рс опт = 800 часов, устанавливается ченым советом вуза).
Основными факторами, определяющими трудоемкость учебной нагрузки, являются состав и структура учебного плана по специальности, также величина и структура набора студентов; регулирование величины средней учебной нагрузки требует чета факторов, которые влияют на суммарный годовой объем учебной работы в каждом учебном плане. чет влияния этих факторов осуществляют введением нормативных коэффициентов, нормирующих объем самостоятельной работы студентов по видам занятий и объем работы преподавателя на контроль знаний студентов, на контроль и руководство работой студентов над индивидуальными заданиями /4/. Кроме того, в процессе формирования учебного плана автоматически отслеживается процедура отведения соответствующего числа часов самостоятельной работы студентов на выполнение соответствующих индивидуальных заданий (курсовых проектов, курсовых работ, расчетных заданий, рефератов и т. д.), не допуская перегрузки студентов индивидуальными заданиями /8/. Второй операцией (второй ее можно назвать словно, так как она выполняется параллельно операции формирования учебного плана) является расчет учебной работы и формирование учебной нагрузки кафедры (см. рис. 4).
С целью совершенствования планирования педагогического труда преподавателей и расчета учебной нагрузки предлагается использовать нифицированные нормы времени учебной работы [9], базирующиеся на дифференциальной зависимости объема часов контроля знаний студентов от общего объема числа часов по дисциплине, что позволяет методически правильно планировать контроль знаний студентов по изучаемым дисцип-линам и демократично распределить учебную работу между кафедрами. Для стимулирования авысокопрофессиональных преподавателей вести в большем объеме наиболее напряженные и ответственные виды учебной работы, а также с целью чета индивидуальных особенностей каждого преподавателя, опти-мального использования его педагогического и научного опыта и знаний, также соблюдения академии-ческой свободы преподавателя в выборе вида и форм учебной деятельности предлагается применять методику расчета учебной нагрузки преподавателя, учитывающую реальную трудоемкость различных видов учебной работы /10/.
Рис. 5. Блок-схема алгоритма функционирования подсистемы планирования учебного процесса в вузе
Рис.6. Блок-схема автоматизированного формирования учебного плана
Следующая операция планирования учебного процесса- формирование сеток часов кафедр, они составляются в автоматизированном режиме с ис<-
пользованием документа Приложение к учебному плану, содержащим всю необходимую для этойа процедуры информацию.
Завершающим этапом планирования учебного процесса в вузе является составление расписания учебных занятий, оно формируется на основе сеток часов по курсам и специальностям, с использованием данных об аудиторном фонде кафедр и вуза, штатном составе профессорско-преподавательского состава, словных обозначениях специальностей и перечня требований к расписанию. Так как эффективность и качество учебного процесса во многом определяются качеством расписания учебных занятий, то расписание учебных занятий формируется с четом предъявляемых требований и с использованием компьютерных технологий.
Формирование расписания осуществляют в два этапа: на первом этапе в автоматизированном режиме формируется обезличенное расписание учебных занятий с использованием генетического алгоритма /11/; на втором этапе, с целью оптимизации организации труда преподавателей и исполь-зования никального индивидуального педагогического и методического опыта преподавателей, в обезличенном расписании расставляют наимено-вания дисциплин и виды занятий с четом пожеланий преподавателей. Для формирования расписания разработаны алгоритмы и программное обеспе-чение, позволяющие составлять расписание учебных занятий в вузе на семестр по стандартной неделе или разделением на четные и нечетные недели са заданным критерием оптимальности качества расписания учебных занятий.
Процесс оптимального планирования учебного процесса включает обязательные процедуры анализа,
систематизации, нификации, оптимиза<-
ции информационных потоков, форм учебно-методических документов и процессов по их обработке с завершающей процедурой -
автоматизацией основных операций. Такой подход в планировании позволил снизить номенклатуру документов, циркулирующих в учебном процессе, странить
дублирование информации, повысить информационную емкость документов, освободить от рутинной технической работы персонал кафедр, декана-
тов и учебной части, занятых в планировании учебного процесса, меньшить число словных операций в технологии планирования, повысить качество планирования учебного процесса при одновременном снижении трудо-емкости процесса планирования.
Все процедуры подсистемы планирования учебного процесса в вузе реализованы в среде программирования Delphi 5 и поддерживают работу с
распределенными базами данных с помощью сетевых технологий.
В процессе функционирования подсистемы планирования учебного процесса в автоматизированном режиме формируются следующие выходные документы:
- учебный план по специальности;
- приложение к учебному плану с полным расчетом годовой учебной работы по дисциплинам учебного плана,
суммарной величиной учебной
работы по специальности и величины учебной работы, приходящейся на одного студента;
-а сводный график учебного процесса по факультетам и в целом по вузу;
-а сетка часов кафедры по семестрам с казанием видов и объема учебной работы по закрепленным дисциплинам;
-а документы для составления расписания учебных занятий: сетки часов по специальностям,
- сводные данные о потребности в аудиториях различного назначения;
-а заготовка приложения к диплому о высшем образовании;
-а расписание учебных занятий и экзаменов.
Все это позволяет снизить затраты при планировании учебного процесса, простить технологию планирования,
повысить правляемость учебного
процесса и соответственно повысить качество планирования учебного процесса в вузе.
Для оценки эффективности проводимого комплекса мероприятий по лучшению планирования учебного процесса в вузе определяется мультипликативный критерий оптимального планирования учебного процесса /12/.
Коп = Ктр Кэс< Кур
где Ктр - критерий степени выполнения заданных образовательно-професси-ональной программой требований;
Кэс - критерий загруженности студентов учебным временем;
Кур - критерий оптимального качества семестрового расписания учебных занятий.
Если величина критерия оптимального планирования учебного процесса равна
Коп = 1 - <ΔКоп
где <ΔΚΟΠ - доверительный интервал критерия оптимального планирования,
то считают, что в вузе осуществлено планирование учебного процесса с оптимальным качеством.
Список литературы по главе 2
1. Ерунов В. П. Некоторые вопросы формирования автоматизированной системы правления учебным процессом // Технология образовательного процесса: тез. докл. Межвузовской научи, метод, конф., г. Оренбург, 1997. - С..
2. Ерунов В. П. Системный подход к правлению учебным процессом в вузе / Современные технологии в энергетике, электронике и информатике. Материалы региональной научно-практической конференции. Выпуск 1 // Оренбург, Оренбургский государственный университет, 1998. - С. 236 - 238.
3. Ерунов В. П., Морковин И. И. К вопросу автоматизации и оптимизации планирования учебного процесса в вузе // Социокультурная динамика региона. Наука. Культура. Образование. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Часть 2. - Оренбург. ИНК ОГУ, 2. - С. 39 - 42.
4. Ерунов В. П., Морковин И. И. Методология планирования учебной работы по специальности и ее расчета / Современные технологии в энергетике, электронике и информатике. Материалы региональной научно-практической конференции. Выпуск 2 // Оренбург: ОГУ, 1. - С. 110 - 113.
5. Ерунов В. П., Морковин И. И. К вопросу оптимизации затрат учебного времени преподавателя при подготовке специалистов // Вестник Оренбург-ского государственного ниверситета. - ОГУ, 2001. - № 1. - С. 67-72.
6. Морковин И. И., Ерунов В. П., Кандрашин И. А. Автоматизированное формирование учебного плана по специальности // Государственный координационный центр информационных технологий, отраслевой фонд алгоритмов и программ. Программное средство зарегистрировано в Информационно-библиотечном фонде Российской Федерации с присвоением регистрационного номера 50200111, Москва, 2001.
7. Морковин И. И., Ерунов В. П., Кандрашин И. А. Автоматизированная система планирования учебного процесса в вузе // Российское агентство по патентам и товарным знакам. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001610164, Москва, 2001.
8. Ерунов В. П., Морковин И. И. Автоматизированное формирование учебного плана по специальности // Проблемы и практика инженерного образования Высшее техническое образование: качество и интернационализация. Труды ГУ Международной научно-практической конференции - Томск: Изд. ТПУ, 2. - С. 52.
9. Огорелков Б. И., Ерунов В. П. Планирование и нормирование научно-педагогического труда преподавателей вуза: учебное пособие. - Оренбург: ОГУ, 2. - 47 с.
10. Ерунов В. П. Распределение учебной нагрузки между преподавателями кафедры / Современные технологии в энергетике, электронике и информатике. Материалы региональной научно-практической конференции. Выпуск 2 // Оренбург. Оренбургский государственный ниверситет, 1.-С. 117- 119.
11. Морковин И. И. К вопросу использования генетического алгоритма при составлении расписания учебных занятий вуза // Региональная научно-практическая конференция молодых ченых и специалистов: Сборник материалов. В Зх ч.: Ч. 2. - г. Оренбург, ИПК ОГУ, 2001. - С. 48 - 50.
12. Ерунов В. П. Системно-критериальный анализ учебного процесса в вузе / Вестник Оренбургского государственного университета. - ОГУ, 2001. - № 2. - С. 60 - 69.