Разработка и внедрение модуля автоматизированной системы поддержки научного исследования
| Вид материала | Документы |
- Проект Модернизации Казначейской системы Российской Федерации Разработка и внедрение, 3832.9kb.
- Конкурс 3 раздел приглашение к участию в конкурсе, 5218.55kb.
- Реферат отчета по нир на тему: «Разработка автоматизированной информационной системы, 17.66kb.
- Курсовая работа "Разработка проекта прикладной автоматизированной системы", 43.09kb.
- Разработка автоматизированной системы планирования и управления, 21.8kb.
- Реферат отчета о научно-исследовательской работе на тему «Разработка модуля анализа, 12.77kb.
- С. А. Разработка автоматизированной системы управления поставками товара на предприятии, 34.59kb.
- Дипломная работа студента, 601.76kb.
- Календарный план выполнения работы для государственных нужд по государственному контракту, 75.19kb.
- Щелканов Виктор Владимирович Разработка общесистемных функциональных решений для автоматизированной, 522.67kb.
Разработка и внедрение модуля автоматизированной системы поддержки научного исследования
Измайлов В.Г.
В рамках собственных научных исследований возникли проблемы, связанные с организацией автоматического сбора разнородной статистической информации (в том числе и методом анкетирования), ее первичную обработку, а также хранение обработанной информации для последующего экспорта в программные пакеты аналитической обработки. Такой сбор прежде всего прежде всего необходимых для оценки состояния различных предметных областей (то есть как вспомогательный инструмент для социологических и других исследований), а так же как самостоятельный вид исследования, когда целью изучения становится анализ и выработка управленческих решений по проблемным ситуациям и в какой-либо области существования человека.
Для решения данных проблем создается автоматизированная система поддержки научного исследования (АСПНИ), а также ведутся экспериментальные работы по интеллектуальной обработке статистической информации, собранной с помощью это АСПНИ.
Объектом исследования является организация и компьютерная поддержка научных исследований. Предметом же исследования становится изучение потребностей научных сотрудников в получении достоверной и адекватной статистической информации, представление о том, каким образом и с помощью каких технологий должен проводится такой сбор информации и в каком виде это должно быть представлено в конечном виде — способ ввода анкет, форматы выгрузки данных из модулей АСПНИ, совместная работа нескольких модулей АСПНИ, а так же их взаимодействие со сторонними пакетами математической и статистической обработки информации.
Основная гипотеза научного исследования — разработка и внедрение модулей АСПНИ, которые позволят ускорить и упростить процесс изучения предметной области, а так же предоставит дополнительные возможности в её исследовании и принятии управленческих решений.
Цель — разработка и внедрение автоматизированной системы поддержки научного исследования.
Задачи исследования:
- Организация информационного обеспечения научной деятельности: импорт статистических данных из текстовых файлов, обработка и их экспорт в базу данных;
- возможность сбора статистической информации в режиме on-line, обработка и централизованное хранение результатов в базе данных;
- реализация групповой работы в научных исследованиях;
- предоставления статистических данных в различных форматах (в том числе в графическом виде);
- взаимодействие разрабатываемой системы с пакетами статистического анализа.
На сегодняшний на рынке информационных услуг не представлено бесплатных и открытых информационных систем, основной задачей которых является информационное обеспечение научного исследования статистической информацией. Под информационным обеспечением здесь понимается инструментарий, который позволит организовать сбор и обработку больших массивов информации заданной структуры в автоматизированном режиме в сравнительно короткий промежуток времени, а так же предоставление интерфейсов для её выгрузки и обработки.
Этапы разработки модуля АСПНИ:
На первом этапе создано приложение для обработки, статистической информации из существующих баз данных и импорте ее в базу данных (экспериментальные работы проводились на основе статистических баз данных Unesco).
На втором этапе исследования создается самостоятельная информационная система по сбору (анкетирование), обработке и хранению статистической информации.
На третьем этапе создана схожая, но локальная версия данной системы для информационной поддержки обучения студентов социологического отделения МаГУ (исторический факультет), цель которой заключается в непосредственном проведении полевых исследований (посредством анкетирования), а также в ознакомлении будущих социологов и получении ими практических навыков в применении информационных технологий для проведения социологических on-line опросов, анкетирования, автоматического вывода основных статистик и последующего их анализа и моделирования. Также система помогает принимать обоснованные решения по воздействию на исследуемую область.
На текущем этапе, в дополнение к модулю анкетирования, создан модуль групповой работы и модуль экспертной оценки. Первый модуль поддерживает разграничение пользователей на группы, создание проектов для каждой группы с возможностью обмена файлами и сохранением «истории» изменения файлов. Второй модуль проводит обработку экспертных матриц, то есть организует экспертную оценку по выбранным проблемным областям, тем самым расширяя форматы сбора данных и делая систему более гибкой.
Комплекс разработанных программных средств позволяет сократить время прохождения анкеты по цепочке: интервьюер → анкетируемый (эксперт) → заполненная анкета (выполненная экспертная оценка) → введение информации в базу данных → анализ → представление результатов в графическом виде → статистический анализ в сторонних программных пакетах.
Вышеназванный модуль АСПНИ успешно применяется студентами социологического отделения исторического факультета Магнитогорского государственного университета, а так же сторонними пользователями. Это позволяет говорить о достоверности получаемых результатов и востребованности разрабатываемых АСПНИ, а так же об обоснованности и необходимости последующего развития идеи АСПНИ и проведения дальнейших научных исследований в разработке автоматизированных систем поддержки научных исследований.
Процесс изучения проблемной области включает в себя следующие этапы:
- Выбор предметной области для изучения.
- Ограничение предметной области и выделение значимых атрибутов и критериев.
- Первичный анализ. Выделение объектов предметной области и их атрибутов.
- Поиск неформализованных и слабо описанных участков в предметной области — то есть описание тех участков, о которых ничего неизвестно, либо информация о которых крайне размыта и не может считаться достоверной без дополнительного изучения.
- Формулирование вопросов и объединение их в социологическую анкету, либо формулирование оценок (для каждой экспертной оценки может быть сформулирована цель, критерии и альтернативы, эти же понятия используются в анализе иерархий у Саати, либо могут быть выделены только объекты, которые будут сравниваться экспертами поочередно между собой) и объединение их в экспертизу.
- Процесс заполнения анкет респондентами, непосредственно занятыми в изучаемой предметной области или опрос экспертов.
- Изучение результатов и анализ собранной статистики — очистка данных, устранение аномалий, построение математических моделей на основе собранной статистики, прогнозирование и так далее. Как результат — выявления каких-либо аномалий и отклонений в предметной области и поиск причин их возникновения и их устранения.
- По возможности, принятие управленческих решений для решения проблемных ситуаций.
Разрабатываемая АСПНИ на текущий момент логически состоит из 3 модулей – DS-тест (проведение анкетирований), DS-эксперт (проведение экспертных оценок с использованием экспертных матриц), DS-файл (организация групповой работы путем создания общего файлового пространства для обмена информацией и объединения пользователей в группы). Ниже будет подробнее рассмотрены только два модуля — DS-тест и DS-эксперт, которые тесно связаны между собой.
Модули АСПНИ представляют собой web-приложения, устанавливаемые на сервере и открывающее доступ к своим функциям для всех пользователей посредством локальной сети (локальная версия), либо через Интернет (глобальная версия). Например, разработанная информационная система проведения опросов представляет собой сайт, разделенный на две части — открытая (общедоступная, для респондентов, посетителей форума) и закрытая (предназначенная для исследователей (авторизованных пользователей и администраторов сайта). Открытая часть подразумевает только возможность заполнить анкету и ознакомиться с инструкцией по заполнению анкет, закрытая — управление анкетами и просмотр результатов анкетирования. Система находится в открытом доступе, поэтому в модулях DS-тест, DS-эксперт и DS-файл доступна регистрация пользователей. Зарегистрированный пользователь получает доступ одновременно ко всем трем модулям, использую одну и ту же пару логин/пароль.
Пользователи системы анкетирования делятся на три класса:
Респондент — участник исследуемой социологом области реальной жизни. Основная задача — это заполнение анкет, для выявления причин какого-либо явления или события. На основе ответов респондентов делается вывод о состоянии исследуемой области и принимается управленческое решение. Им могут быть студенты, преподаватели, управляющий персонал ВУЗа.
Авторизированный пользователь — социолог. Составляя анкету, он тем самым выделяет проблемные вопросы, которые генерируются в анкету. Так же работает с результатами анкетирования, выявляет с помощью различных способов анализа данных тенденции и формулирует предложения по воздействию на исследуемую область. Благодаря существующим интерфейсам с пакетами статистического анализа нет необходимости проводить анализ данных вручную, можно воспользоваться такими программными средствами как Statistica, MatLab. Пользователь, который самостоятельно зарегистрировался в системе автоматически относится к классу Авторизированные пользователи, однако получает статус недоверенного пользователя, что означает, что такой пользователь сможет создать только одну анкету и не может создавать группы для анкет. Так же дело обстоит и с экспертизами (модуль DS-эксперт), с тем лишь различием, что элементы имеют другое название — один вопрос носит название оценки, а оценки группируются в экспертизу.
Администратор — выполняет сервисные функции. Управление пользователями, решение вопросов по использованию системы, обслуживание системы.
Архитектура. Структура модулей АСПНИ основана на архитектуре «клиент-сервер». Для успешного функционирования ИС необходимо наличие выделенного сервера в локальной сети с выходом в сеть Интернет (если планируется удаленное анкетирование). Сервер, на котором работают на сегодняшний день тестовые версии модулей АСПНИ, находится под управлением серверной операционной системы Microsoft Windows 2003 Server.
Продукт позволяет организовать учебные занятия будущих социологов, как симуляцию процесса полевых исследований: от выявления проблемной ситуации до продвинутой статистической обработки полученных данных в пакетах статистической обработки данных. Если нет необходимости в глубоком статистическом анализе, система позволяет получить простые статистики в виде графических или текстовых отчетов (в том числе скачать готовый файл RTF). Также существует сортировка по месту проведения и аудиториям, то есть можно просмотреть статистику по конкретному городу, университету факультету или соответственно по какой-либо категории респондентов (студенты, преподаватели и т.д.).
Ввод анкет в систему. На этапе проектирования модуля DS-тест встал такой важный вопрос, как способ ввода вопросов анкеты в систему. Так как был выбран серверный язык программирования, то необходимо было создать инструмент ввода анкет по возможности без использования AJAX, но в тоже время позволяющий без проблем создавать анкеты с произвольным количеством вопросов и вариантов ответа на них, а так же каким-то образом указывать тип вопроса.
Система поддерживает вопросы 4 типов — открытый (ответ вводится в произвольной форме респондентом), закрытый (ответ выбирается из жестко заданного списка вариантов) и открыто-закрытый вопрос (пользователю предлагается список вариантов, который он может дополнить одним собственным вариантом) и экспертная матрица (представляет собой квадратную таблицу, в которой респондент выставляет поочередную оценку объектов относительно друг друга). Для закрытого и открыто-закрытого типов можно указать, каким образом пользователь выбирает ответ — либо только один вариант ответа, либо возможность выбрать несколько вариантов ответа.
Сопровождение вопросов иллюстрациями. На определенном этапе функционирования еще beta-версии системы возникла необходимость сопровождения каждого вопроса иллюстрациями. Это больше связано с идеей пользователей использовать систему не только как инструмент сбора статистической информации, но и как среду для проведения тестирования знаний. Тогда крайне полезно и необходимо иметь возможность сопроводить каждый вопрос иллюстрацией.
Импорт статистики. Для работы с собранной статистикой и её просмотра предусмотрено несколько функций в системе. Во-первых, это просмотр общей статистики с графическим представлением результатов для каждого вопроса. Во-вторых, представление результатов в таблице, где в столбцах указывается вопрос, а в строках выводится либо номер варианта ответа, либо собственный ответ (если ответов несколько, то они выводятся через запятую). В-третьих, для обработки статистики в различных программах, к примеру, Microsoft Excel, можно представить результат в текстовом файле с разделителем. Здесь можно выполнить экспорт двумя способами. Первый — количество столбцов равно количеству вопросов, а если на вопрос давно несколько ответов, то они разделяются символом «|» (по умолчанию, можно изменить). Второй — выделение под каждый вариант отдельного столбца.
Так же XML выгрузки можно использовать для обработки результатов анкетирования в сторонних программах, поддерживающих этот формат.
Отчетность. Система позволяет сгенерировать отчет, в который могут входить, по желанию пользователя, следующие разделы:
Общая информация. Заголовок отчета - название анкеты, автор, комментарий.
Бланк анкеты. Перечень вопросов анкеты.
Статистика анкеты. Количество анкет в вопросе и количество заполненных анкет.
Статистика ответов. Результаты анкетирования по каждому варианту вопросов в процентах от общего количества ответов (рис. 4).
Статистика ответов по месту проведения и аудитории. Результаты анкетирования по каждому варианту вопросов в процентах от общего количества ответов для каждого места проведения и аудитории.
Распределение по месту заполнения и аудитории. Количество анкет, которые были заполнены в том или ином месте проведения и той или иной аудиторией.
На сегодняшний день модули АСПНИ успешно функционируют на собственном сервере, предоставляя всем желающим пользователям сервис по сбору и обработке неструктурированной статистической информации.
Модуль АСПНИ DS-тест был успешно внедрен на социологическом отделении исторического факультета Магнитогорского государственного университета и активно используется в исследовательской работе студентами и преподавателями ВУЗа. Таким образом оказалось, что модуль DS-тест может быть эффективно использован не только для исследовательских целей руководителя проекта и его разработчиков, но и служить инструментом для решения образовательных задач. Например, доцент кафедры информатики МаГУ П.В. Стащук использовал модуль для оценки информированности студентов факультета информатики о различных аспектах открытого программного обеспечения. А на отделении социологии исторического факультета МаГУ для студентов 3-го курса этот модуль стал инструментальной поддержкой курса «Анализ данных в социологии». Понимание того, что модуль может эффективно использоваться в учебном процессе, привело к необходимости создания локальной версии, которая может устанавливаться отдельно в сети или на сервере и работать автономно от АСПНИ. Эта задача также решена. Выделение и создание в настоящее время подсистемы экспертного оценивания явилось следствием анализа эксплуатации модуля анкетирования и пожеланий пользователей (студентов-социологов, преподавателей кафедры информатики, научных сотрудников сторонних организаций – Институт динамики систем и теории управления Сибирского отделения РАН (ИДСТУ СО РАН)), а также научными интересами руководителя команды разработчиков АСПНИ.
Таким образом, можно считать, что проект по разработке модулей АСПНИ достаточно успешно реализуется и предполагает дальнейшее развитие функциональности, а так же разработку и включение новых сервисов и модулей. На сегодняшний алгоритмы и методика сбора статистической информации считается логически завершенной и в будущем основное внимание будет уделяться разработке инструментов для обработки статистической информации.
Список литературы
- Лисьев Г.А. Автоматизированная система поддержки научных исследований в области экономики образования: опыт проектирования и особенности применения // Открытое образование. - №1. – М.: МЭСИ, 2009. – С. 60 – 66.
- Измайлов В.Г. Опыт разработки в открытой среде Apache, MySQL, PHP сервисов автоматизированной системы поддержки научных исследований // Материалы конференции «СТУДЕНТ И НАУКА 2009». – Магнитогорск: МаГУ, 2009.
- Измайлов В.Г., Озерова М.Ю., Трейбач А.Л. Компьютерная поддержка подготовки социологов и проведения полевых исследований в социологии // "Математика. Компьютер. Образование". Сборник трудов XVI международной конференции. Под общей редакцией Г.Ю. Ризниченко. — Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика". — Ижевск: 2009.
- Измайлов В.Г., Озерова М.Ю., Трейбач А.Л. Методика «интеллектуальной» обработки социально-экономической информации в автоматизированной системе поддержки научных исследований // "Математика. Компьютер. Образование". Сборник трудов XVI международной конференции. Под общей редакцией Г.Ю. Ризниченко. — Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика". — Ижевск: 2009.
- Лисьев Г.А., Измайлов В.Г. Инструментальная поддержка научных исследований и открытое программное обеспечение // Материалы семинара по технологии Open Source. – Магнитогорск: Лаборатория открытых систем, МаГУ, 2009.
- Официальный блог команды разработчиков DS-тест и DS-эксперт // Режим доступа: ссылка скрыта.
- Официальный сайт научно-исследовательской группы Discovery Studio // Режим доступа: ссылка скрыта.
- DS-тест // Режим доступа: ссылка скрыта.