CC BY
38
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ
УДК 355.58.001
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ КАФЕДР ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ МЧС РОССИИ
А.А. Безвесильная
кандидат педагогических наук, заведующий кафедрой информационных систем и технологий Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск E-mail: [email protected]
Ф.О. Федин
кандидат военных наук, доцент, профессор кафедры информационных систем и технологий Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск E-mail: [email protected]
C.B. Чискидов
кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры информационных систем и технологий Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск E-mail: [email protected]
Аннотация. В работе представлены результаты исследования, выполненного в целях проектирования и разработки электронных учебно-методических комплексов дисциплин по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника», реализуемого в Академии гражданской защиты МЧС России. Описан процесс разработки модели функционирования типового электронного учебно-методического комплекса дисциплины кафедры в среде инструментального средства СА ERWin Process Modeler. Изложены основные результаты моделирования базы данных для хранения электронных учебно-методических комплексов дисциплин, полученные с использованием инструментального средства СА ERWïn Data Modeler. Разработан прототип информационной системы для работы с электронными учебно-методическими комплексами дисциплин кафедры информатики и вычислительной техники, построенный на базе технологической платформы «1С: Предприятие 8.3».
Ключевые слова: электронный учебно-методический комплекс, информатика и вычислительная техника, компетенция, модель функционирования, модель базы данных, технологическая платформа.
Цитирование: Безвесильная А.А., Федин Ф.О., Чискидов C.B. Актуальные проблемы разработки электронных учебно-методических комплексов для кафедр образовательных организаций МЧС России // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 4 (35). С. 131-139.
Одной из актуальных задач, решаемых в рамках информатизации российского образования, является разработка электронной информационно-образовательной среды (далее - ЭИОС), обеспечивающей реализацию требований Федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования (далее - ФГОС ВО) и соответствующей определенному уровню профессионального образования [1, 2, 4].
Под ЭИОС понимается совокупность электронных образовательных ресурсов, средств
информационно-коммуникационных технологий и автоматизированных систем, необходимых для обеспечения освоения обучающимися образовательных программ в полном объеме, вне зависимости от их территориального расположения [1].
В этом плане отмечается наличие следующего научного противоречия, требующее своего разрешения. Как показывают исследования [2, 4, 5], в качестве основополагающего компонента ЭИОС выступает электронный учебно-методический комплекс (далее -ЭУМК), представляющий собой структурированную совокупность электронной учебно-методической документации,электронных образовательных ресурсов (далее - ЭОР), средств обучения и контроля знаний. Элементы указанной совокупности содержат взаимосвязанный контент и применяются в целях эффективного изучения обучающимися учебных предметов, курсов, дисциплин и их компонентов [1]. Освоение обучающимся программы учебной дисциплины с помощью ЭУМК позволяет сформировать у него некоторый набор компетенций.
Кроме того, каждая образовательная организация (далее - 00), в том числе и АГЗ МЧС России, призваны внедрять технологии поддержки инклюзивного образования [3]. Данная практика ориентирована на реализацию особых образовательных потребностей у обучающихся с учетом их индивидуальных возможностей, а также основана на желании развить в себе определенные компетенции.
С другой стороны, на кафедрах образовательных организаций задача по применению в учебном процессе ЭУМК, разработанных с учетом индивидуальных потребностей обучающихся в формируемых компетенциях, в полном объеме не решена. Имеющиеся на рынке программные продукты дистанционного обучения, такие как «eLearning Server 4G» или «Moodle 2», во-первых, не имеют достаточного распространения в образовательной деятельности кафедр многих образовательных организаций, а во-вторых, обладают ограниченными возможностями по созданию ЭУМК, разрабатываемых с учетом индивидуальных потребностей обучающихся в формируемых компетенциях. Такое положение значительно сни-
жает эффективность работы профессорско-преподавательского состава (далее - ППС) в ходе образовательной деятельности и отражается на качестве усвоения обучающимися образовательных программ по ФГОС ВО последнего поколения [2].
Таким образом, возникает научная проблема определения рационального перечня ЭУМК учебных дисциплин, предлагаемых обучающимся для освоения учебного плана по направлению подготовки с учетом их индивидуальных потребностей, а также начального уровня подготовки. Рациональность перечня ЭУМК дисциплин определяется в первую очередь набором сформированных у обучающегося компетенций в установленный учебным планом промежуток времени. В конечном счете у обучающегося должен быть сформирован полный перечень компетенций, установленный ФГОС ВО по направлению подготовки.
Формальная постановка задачи для решения поставленными авторами проблемы выполнена следующим образом.
Пусть определены следующие обозначения:
с^к ~ уровень владения г-ым обучающимся в результате освоения ^'-го ЭУМК к-ой компетенции;
I - это общее количество обучающихся по направлению подготовки кафедры 00
(г = Т7);
] _ эт0 количество ЭУМК по одному направлению подготовки кафедры 00 {] = Т,<1). Каждый ЭУМК разрабатывается для конкретной дисциплины учебного плана по направлению подготовки обучающихся;
К - это общее количество компетенций, которые должны быть сформированы в результате освоения образовательной программы по направлению подготовки кафедры 00 (к = ТК);
•ЕгЦг,
= {0, Т} - мера (целочисленная переменная) отражающая факт формирования (развития) й-ой компетенции у г-го обучающегося в результате прохождения ^'-го ЭУМК по одному направлению подготовки кафедры 00;
= 0, к-ш компетенция не формируется у ]-то обучающегося в результате прохож-
дения ¿-го ЭУМК;
х^к = 1,^-ая компетенция формируется у ¿-го обучающегося в результате прохождения ¿-го ЭУМК;
0< с^к < 100 - целочисленная переменная, измеряющая уровень владения обучающимся компетенцией. Значение переменной определяется в результате выполнения обучающимися тестовых заданий, являющихся неотъемлемой частью ЭУМК. Результаты тестирования оцениваются по 100 бальной шкале.
Уровень владения г-ым обучающимся перечнем компетенций в результате прохождения ЭУМК по одному направлению подготовки кафедры 00 определяется по формуле:
J к
с = счк • ; & = 1,1) ■
1=1 к=1
Индивидуальная траектория обучения дисциплин учебного плана посредством ЭУМК ьым обучающимся описывается набором ненулевых значений переменных
х1]к ■ — {хг1к } ■
Требуется сформировать набор оптимальных индивидуальных траекторий обучения т® для каждого обучающегося, обеспечивающих покрытие максимального количества компетенций учебного плана и определяющихся функцией С. Перечень ЭУМК, входящих в состав оптимальной траектории, и будет считаться рациональным. Критерий оптимальности представлен в (2).
^ шахтгеЕС({тг});1 = (17) ■ (2)
В целях решения одного из аспектов сформулированной проблемы авторами было выполнено проектирование и реализация прототипа информационной системы (далее - ПС) для работы с ЭУМК дисциплин (на примере кафедры информатики и вычислительной техники АГЗ МЧС России, осуществляющей образовательную деятельность по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника»), с учетом следующих требований.
ПС ЭУМК кафедры информатики и вычислительной техники (далее - кафедры)
должна позволять обучающимся после предварительной регистрации в системе определять свой начальный уровень знаний на основе входного тестирования и формирования «индивидуальной диагностической карты» обладания компетенциями по избранному направлению подготовки (далее -НП).
Далее система должна предлагать перечень общепрофессиональных (далее -ОПК), профессиональных (далее - ПК) и др. компетенций в рамках ФГОС ВО по НП, которые обучающийся желает у себя развить. После выбора компетенций система должна предложить обучающемуся «индивидуальную траекторию изучения» (далее - IГШ) ЭУМК по учебным дисциплинам учебного плана в рамках НП.
«Движение» обучающихся по своим ИТИ должно проходить под контролем ППС кафедры, с периодическим формированием «срезов» знаний, их анализом, а также проведением итоговых тестирований по результатам прохождения ИТИ. В конечном итоге система должна формировать окончательные диагностические карты по каждому обучающемуся. В карте обучающегося указывается перечень освоенных им программ учебных дисциплин с помощью ЭУМК, результаты работы с ЭУМК, а также состав сформированных у него компетенций за установленный период обучения.
При этом система не должна заменять традиционные формы и методы обучения. Система должна способствовать качественному усвоению образовательной программы по НП.
Для достижения поставленной цели авторами были решены следующие задачи: проведено исследование деятельности ППС кафедры, направленной на освоение обучающимися учебного плана по НП кафедры; проанализированы существующие процессы, связанные с освоением обучающимися учебного плана по НП; сформулированы требования к разрабатываемой ПС ЭУМК; проведен анализ существующих информационных систем, решающих задачи автоматизации разработки ЭУМК; разработаны модель функционирования и проект базы данных для хранения ЭУМК, обеспечивающих освоения учебного плана по НП; разработан прототип НС ЭУМК для освоения учебного плана по НП;
разработаны а.;п'оритмы формирования перечня компетенций для развития их у обучающихся и индивидуальной траектории изучения ЭУМК но учебным дисциплинам; определены основные показатели для формирования итох'овой диагностической карты. Ни одна из перечисленных задач ранее не решалась.
Далее будут рассмотрены основные результаты разработки прототипа И С ЭУМК. Модель функционирования ЭУМК для осво-
ения обучающимися учебншх) плана по НП была разработана в среде инетрументальншх) средства СА ERWin Process Modeler с использованием стандартных нотаций DFD и IDEF3
М-
На Рисунке 1 представлена контекстная диаграмма верхних) уровня, отражающая деятельность сотрудников кафедры информатики и вычислительной техники по разработке и эксплуатации ЭУМК.
Рисунок 1 Контекстная диаграмма верхних) уровня
Данная диаграмма выполнена в стандартной нотации БРБ и описывает внешнюю среду, представленную набором внешних сущностей, изображенных на диаграмме в виде квадратов. Внешние сущности находятся за пределами автоматизации процессов разработки и эксплуатации ЭУМК, но активно на них влияют путем генерации и приема программ, заявок, каталшх)в, документов, информационных потоков, запросов, а также отчетов, регламентирующих работу сотрудников кафедры в ходе функционирования ЭУМК.
Детализирующая контекстная диаграмма центральной подсистемы была выполнена в соответствии со стандартом ОГ Г) и включила в себя следующие подсистемы: «Разработать учебный план»; «Разработать расписание учебных занятий»; «Разработать ЭУМК дисциплин для освоения учебншх) плана»; «Про-
вести обучение обучающихся по дисциплинам учебншх) плана»; «Сформировать отчет о результатах освоения учебншх) плана».
Для связи указанных подсистем использовались внутренние потоки данных (стрелки): «Рабочий учебный план», «Расписание учебных занятий», «Каталог ЭУМК по дисциплинам учебншх) плана», «Результаты обучения», «Данные для авторизации обучающихся», а также «Отчеты обучающихся по результатам освоения УП».
Контекстная диаграмма подсистемы «Электронный учебно-методический комплекс для освоения обучающимися учебншх) плана по направлению подххуговки» (уровня АО) показана на Рисунке 2.
Аналогичным образом были разработаны диаграммы декомпозиции каждой из представленных на Рисунке 2 подсистем (прямо-
угольных блоков с закругленными углами). В качестве способа декомпозиции была выбрана
стандартная нотация ГОЕРЗ ния процессов [4|.
документирова-
Рисунок 2 Контекстная диаграмма уровня АО
На Рисунке 3 представлена диаграмма декомпозиции подсистемы разработки ЭУМК дисциплин для освоения учебного нлана,
выполненная в соответствии со стандартом ГОЕРЗ.
Рисунок 3 Диаграмма декомпозиции подсистемы разработки ЭУМК
Ключевое место на данной диаграмме отводится процессам, используемых при разработке типового ЭУМК дисциплины учебного
плана. Здесь выявлены процессы, как «Определить состав ЭУМК», «Построить модель содержания учебного контента ЭУМК», «Сфор-
мировать модель освоения учебншх) контента ЭУМК», «Разработать контент ЭУМК», «Разработать основные и дополнительные ЭОР в составе ЭУМК», «Отладить работу компонентов ЭУМК». Важное место в модели занимает диаграмма декомпозиции, отражающая процесс обучения обучающихся но ЭУМК дисциплин учебншх) плана. Данная диаграмма выполнена в соответствии со стандартом ГОЕЕЗ и представлена на Рисунке 4.
Разработанная модель явилась основой для разработки модели базы данных для хранения ЭУМК дисциплин, обеспечивающих освоение учебншх) плана но НП. Данная модель была разработана в среде инструменталь-hoî'o средства С A ERWin Data Modeler в стандартной нотации IDEF1X [5]. На Рисунке 5 представлена полная атрибутивная модель базы данных для хранения ЭУМК.
Рисунок 4 Диаграмма декомпозиции процесса обучения с применением ЭУМК
"-»Кия. педагоги
VKTO падагеге
pc:t2ï1-vfl ГОДпГС'Гэ ko Sp б » tS+'i 1 МУС г-s ЪМКТО wasronj
1 % тын f or ç
y пмгег»
фГфПфн»«wrirci n
Vy^etw ири-ме-пми'-огч ЪКбнЭйМюй !«М4бнПМ№в ^Эг^гим-чй гчнпа падо-Qc-g. "oKaÎ-^ifia rH^cici п
РАДПИСАШи J/MK
П-ЙодЭУМрЧ
"¡Ля ifl начала i-гчц
Hr-Mico rpyvbj
k rç. угл ы t^DpKa «V-иыч!
__ÉbctDpufbJ. -
гёучпагеяа
S™*"**' нспаплукп
1----
ЮППаПЬЗОНЛЬИЕ ЭОР
ЗУНИ
раэрмйугывдет /
Ч<Ннмнн« 5VUK "V Т i С ь ЗУМ К
^ЗДВДДОМ* 3VMK "Htojs пи ancre (FKJ J--Kojj Прв-ДЧыа •'pK;
-уЬщЭУикрН)
JeKcnHMI.lï.l(4JH»;™ Г I I KM "VC'WatF®:'?*»* ичгчц-Vt Lku":i.n на МйКркйЛы
^ВадЭУЫК^ ЧКсптлны (FK) •^KûnaaPiFK] "«Дато 1-И ЭОР
QTDCIU ЭУМК
uùwiati I /
лриналлохат
ГТ/
!Г£1П||иа иу ДИСЦИПЛИНА УЛ
••У !а2Ьэ-.И- Ù11Ï4 I э
<#НЫЯйнну ЭОР
Н-Каяпмшчгв
ЧШлрр гртшчг? ЧиНрдгпшЧ првдюил "^ТруЛИИ'ЛС ГЬ скЧдчч ■^TpYÎKMMc.ocrt. рудигорнра
KfyiltNHI
¡жучаищийсн
йТучюкЧ«" «. А XSPUQ i:-rïy >11141 x.r-1 цен "¡ШпЧв
^КСкТ5"Ль-ыЛ ТЫЧфйн ЧрЭ/вЮрОНИМ ПОЧТО ■"гКигругг* |FK-|
т
исполЬ-эуа г
нсшпьзаоАмиЕ cùù
Vtaa эдоюм СДО
ВДомНИСОй aJ3BiaÛfltÛÛ
I (№IH№dfyiïT f I |4СПйПьауй1£А
СЛСТЛВ ЗАДАНИЯ 3VMÎ : «СТОИТ WJ ■(НММЙ-И иуЛтч wura до вето
"MCûfl.OTBûlfl |~К"| (ИМФТ
iKrç «n
4»npKipH n». 1 фютдоте 1 и ■^гПркянп«. m.~Ki4CH-ii" "-ton т«ни*К) "-'од jym и iq
ЪГйнмннаСШ> ад^лч иеСЗО
Рисунок 5 - Модель базы данных для хранения ЭУМК
Прототип ИС ЭУМК был создан на базе платформы «1С: Предприятие 8.3» в прикладном решении «1С: Электронное обучение. Конструктор курсов» [3] с использованием нрох'раммнох'о модуля интеграции про-
ектных решений [6]. Одна из экранных форм прототипа ИС ЭУМК, демонстрирующая перечень доступных для изучения электронных курсов и прохождения тестов, представлена на Рисунке 6.
□ *
Рдвечл?
ОВД« >лгк »Г,!.:-^
Г
1||
Онпм
Г.ттеп,- ня
Г^ЛМЙ №№№ ВвИМ« 1 Л ГЕ. ГКС1 Ш|Аи СТО Пф^ТШ Т«1 ЗгнтсшЛ №
ЭУМК ки(|нздцы "Ннфоона■инк н ьычним и'иьнии гихиикч" Щ^ПП" ^ЛЬи»* »Г Г^ч^ТОЦь Ц Щ / В * -
ца
."Нхду-гд ■ Л 1т А
Эчвдомуй ¿Г.г-П"'-- 'ЪМвдмапм* и Ввлир.ипг.т^оД г-иш ■
. шч-ГСА+^ыигод(чы-^■ усаожч«□ зга с "М-пдрмштлсн * ьчкппгы«|1 тхк-
\ ял ыти уч^+и-э Щ Щ Г-1 тчммцГ
- _1 Елэаиэип. -
Впэдвдкэкт
- 6Т б пс»т«Н>я гтегимм ■ гг-:« - г1>-
—1 Ь" Ё ОД ¡-С Тлаатгш тдрау^тм^ги ые ЛНС < ,7>1
ЗтВДГКНгыйяяк
_1 ЕТЙОДи
ЭДО&йКЮТМ* ¡мД«вга птйчй
| Г2 л
пу Э УЖ 1 «го. Ш аода*« о «чгге ц«ся*
■
'■т ("л
Рисунок 6 Экранная форма прототипа ИС ЭУМК кафедры ИВТ
Обобщенная схема а.;п'оритма формирова- у обучающм'оея представлена на Рисунке 7. ния перечня несформированных компетенций
Рисунок 7 Обобщенная схема а.;п'оритма формирования перечня несформированных
компетенций у обучающм'оея
Обобщенная схема а.;п'оритма формирования индивидуальной траектории изучения
ЭУМК но учебным дисциплинам предетавле-на на Рисунке 8.
Рисунок 8
Обобщенная схема алх'оритма формирования индивидуальной траектории изучения ЭУМК но учебным дисциплинам
Показателями формирования финальной диагностической карты выступают количество сформированных ОПК и ПК у обучающегося за промежуток времени; суммарная трудоемкость изучения ЭУМК для освоения учеб-ншх) плана но НП, средний балл, полученный обучающимся но результатам итш'овшх) тестирования.
Внедрение разработанншх) авторами прототипа ПС ЭУМК позволит максимально полно учитывать индивидуальные потребности
обучающихся в формируемом у них перечне общепрофеееиональных и профессиональных компетенций за период обучения, что будет способствовать их большей мотивации к обучению и получению положительных оценок (предварительные расчеты показывают, что доля положительных оценок по изучаемым предметам возрастет более, чем в 1,2 раза), а также повышению активности в процессе проведения различных видов занятий по НП.
Литература
1. ГОСТ Р 55751-2013. Информационно коммуникационные технологии в образовании. Электронные учебно-методические комплексы. Требования и характеристики. [Электронный ресурс] URL: http:/docs.critd.m/ document/1200108264 (дата обращения: 01.04.2017).
2. Овчинникова Е.В.. Чискидов C.B.. Павличева E.H. Подходы к разработке и применению интерактивных образовательных модулей в вузе // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Информатизация образования. 2014. № 3. С. 59-66.
3. Айрапетян Е.А. Павличева E.H.. Чискидов C.B. Барсукова К.Н. Создание электронного образовательного ресурса на платформе «1С: Предприятие 8.2». Информационные ресурсы России. 2016. № 2. С. 37-41.
4. Чискидов C.B.. Федин Ф.О. Инструментальные средства инфор-мационных систем: учебное пособие. 4.1. Основы построения и функционирования инструментальных средств информационных систем.
Химки: АГЗ МЧС России, 2016. 77 с.
5. Павличева Е.Н., Щеголев А.Б., Федин Ф.О., Чискидов С.В. Разработка базы данных информационной системы учреждения дополнительного образования детей / / Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Информатизация образования. 2015. №1. С. 110-118.
6. Федин Ф.О., Чискидов С.В. Разработка информационной системы для ведения реестров общественных объединений пожарной охраны и добровольных пожарных / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2016. №1 (28). С. 78-83.
ACTUAL PROBLEMS OF DEVELOPMENT ELECTRONIC EDUCATIONAL-METHODICAL COMPLEXES FOR CHAIR OF EDUCATIONAL ORGANIZATIONS EMERGENCY OF RUSSIA
Angela BEZVESILNAYA
Candidate of pedagogical sciences, head of the department of information systems and technologies Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Fedor FEDIN
Candidate of Military Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Information Systems and Technologies Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Sergey CHISKIDOV
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Information Systems and Technologies Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Abstract. The paper presents the results of a study performed in order to design and develop an electronic educational-methodical complexes of disciplines in the direction of preparation "computer science implemented in the civil defence Academy of EMERCOM of Russia. Describes the development process of functioning of model of electronic educational-methodical complex of discipline of the Department in environment tool CA ERWin Process Modeler. The main results of the simulation database to store electronic educational-methodical complexes of disciplines, obtained using the tool CA ERWin Data Modeler. Developed a prototype information system for work with electronic educational-methodical complexes of disciplines of Informatics and computing, built on the basis of the technological platform "1С: Enterprise 8.3".
Keywords: electronic educational-methodical complex, information and computer science, competence, operating model, database model, technology platform.
Citation: Bezvesilnaya A.A., Fedin F.O., Chiskidov S.V. (2017) Aktual'nye problemy razrabotki ehlektronnyh uchebno-metodicheskih kompleksov dlya kafedr obrazovatel'nyh organizacij MCHS Rossii. [Actual problems of development electronic educational-methodical complexes for chair of educational organizations]. Scientific and educational problems of civil protection, no. 4(35), pp.131139 (in Russian).
