CC BY
18
Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 07. С. 73-80.
Представлена в редакцию: Исправлена:
© МГТУ им. Н.Э. Баумана
19.07.2016 05.09.2016
Наука и Образование
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Сетевое научное издание
УДК 378.1
Геоинформационные системы и технологии в управлении образовательным процессом ВУЗа
Колесенков А. Н.1 Таганов А. И.1 'skfi2@maii.ni
1 Рязанский государственный радиотехнический Университет (РГРТУ), Рязань, Россия
В рамках международного научного конгресса "Наука и инженерное образование. SEE-2016", II международная научно-методическая конференция «Управление качеством инженерного образования. Возможности вузов и потребности промышленности» (23-25 июня 2016 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия).
В работе рассмотрены научно-методические аспекты развития методического, информационного и инструментального обеспечений системы управления качеством образования, которые необходимо учитывать в современных условиях. Разработаны математические основы применения геоинформационных систем для мониторинга качества реализации образовательных процессов. Разработаны модель, метод и алгоритм оценки эффективности реализации образовательных программ в образовательных учреждениях. Проведен анализ возможности применения предлагаемых подходов для мониторинга учреждений образования на различных уровнях.
Ключевые слова: мониторинг, управление, ООП, ГИС, геоинформационные системы, качество образования, образовательная программа
Введение
В современных системах образования важную роль занимает процесс мониторинга и оценки качества предоставления образовательных услуг. Для качественной реализации образовательных программ в учебных заведениях необходимо построить систему мониторинга, реализующую специфические функции управления и органично вписывающуюся в общую систему образования [1, 2]. Такая система необходима на всех уровнях управления информационной поддержки процедур принятия управленческих решений по организации, оптимизации, модернизации и повышению качества реализации образовательных программ в учебных заведениях.
Выделим специфические функции системы управления образованием [3, 4]:
• прогнозирование динамики качества реализации образовательного процесса;
• организация процесса управления качеством образования, распределение, закрепление и реализация функций;
• контроль качества реализации образовательного процесса по характеристикам его потенциала, текущего состояния и результата;
• регулирование качества реализации образовательного процесса, обеспечение заданных соотношений индикаторов;
• оценка качества реализации образовательного процесса и возможности его повышения;
• исследование качества реализации образовательного процесса в области исторических аспектов его формирования, ограничений, приоритетов, негативных влияний и критических факторов [5];
• мотивация к действиям, направленным на повышение качества образования.
Выделим основные специфические функции управления качеством образования [6, 7]:
• управление качеством профессорско-преподавательского состава;
• управление качеством подготовки студентов;
• управление качеством технологии реализации образовательного процесса [8];
• управление качеством информационно-методического обеспечения;
• управление качеством материально-технического обеспечения;
• управление качеством инфраструктуры учебного заведения.
Состав функций характеризует специфику объекта управления и реальные проблемы его функционирования и развития [9].
Оценку качества образования предлагается реализовать через оценку и мониторинг качества реализации образовательных программ образовательного учреждения, поэтому актуальной является задача построения системы, выполняющей сбор, обработку и анализ информации о состоянии образовательных процессов с целью проведения периодического мониторинга образовательных программ (ОП) [10, 11].
Под мониторингом ОП будем понимать сбор, обработку и представление данных относительно заданных критериев и показателей, нацеленные на обеспечение эффективности и повышение качества образовательного процесса. Учет своевременной обратной связи на основе промежуточных результатов для соответствующих критериев позволит оперативно вносить изменения в образовательные программы [12].
2. Критерии и функция оценки качества образования
Все критерии оценки качества реализации ОП можно разделить на 2 группы [13, 14]:
• критерии , I = 1, N, для которых лучшее значение минимально;
• критерии {Я , у = 1,М}, для которых лучшее значение максимально.
Модель процесса мониторинга образовательных программ предлагается представить следующим образом [15]:
где К - множество постоянных и изменяющихся критериев образовательных программ, которые изменяют свои значения во времени t и под воздействием различных факторов; Т - периодичность фиксации изменения состояний объектов;
1. Методика
/т = / (К,Т),
т
(1)
К = {в, Я}
(2)
Состояние объекта подразумевает набор R, состоящий из множества атрибутов в = в, I = Щ и Я = {Яу ,у = 1М} .
Для оценки ОП предлагается использовать следующую функцию эффективности:
М N М
<=NN в у. (3)
где в - нормализованное значение каждого из I - го критерия затрат; Я • - значение каж-1 у
дого из I -го критерия результатов.
Построение функции £ по годам обучения позволит выявить динамику качества реализации образовательных программ, а также провести рейтинговую оценку ответственных за реализацию образовательных программ подразделений [15].
3. Применение геоинформационных технологий
Использование ГИС-технологий обеспечит комплексирование атрибутивных и пространственно-временных данных с учетом географической привязки к картографической основе от подразделений образовательных учреждений, позволит оперативно моделировать процессы и производить оценку реализации ОП [16,17].
На основе ГИС-технологий предлагается осуществлять [18]
• анализ текущего состояния ОП;
• прогнозирование динамики состояния ОП;
• прогнозирование динамики множества критериев;
• анализ востребованности выпускников, успешно освоивших ОП;
• оценку эффективности распределения учебных заведений, реализующих ОП;
• оценку мобильности выпускников, успешно освоивших ОП;
• оценку научного потенциала выпускников, успешно освоивших ОП;
• моделирование различных процессов в образовательных учреждениях, реализующих ОП.
Структура ГИС представляет собой многоуровневую реляционную модель, содержащую набор слоев и объектов, включая географические данные, их связи и атрибутивную информацию. Каждый слой включает таблицу, содержащую информацию об элементах картографической основы. При этом ГИС-платформа позволяет в оперативном режиме извлекать интересующую пользователя информацию из базы данных в требуемом формате, а также визуализировать её на карте [19].
4. Алгоритм мониторинга образовательного процесса вуза
Для осуществления постоянного мониторинга ОП в образовательных учреждениях предлагается следующий алгоритм [10]:
• Выбор критериев и методов получения их нормализованных значений.
• Вычисление статистических показателей.
• Разработка и инициализация специализированного набора слоев и объектов.
• Интеграция атрибутивной информации.
• Получение данных от подразделений образовательных учреждений, реализующих ОП.
• Расчет функции эффективности ОП по формуле (3).
• Прогнозирование динамики заданных критериев.
• ГИС-моделирование процессов образовательных учреждений, реализующих ОП.
• Построение средствами ГИС рейтингов оценки подразделений по значениям статистических характеристик.
5.Структура ГИС
Задачу хранения данных в ГИС предлагается решить, поставив в соответствие каждому графическому объекту (точке, линии, полигону) дополнительную информацию, хранящуюся в таблицах интегрированной или внешней базы данных.
Обращение к данным из базы данных предлагается реализовать при помощи SQL-запросов, характер и сложность которых будет определяться типом информации, содержащейся в таблицах. Применение такого способа позволит осуществлять фильтрацию данных по заданным параметрам, объединять таблицы, сортировать и обобщать данные.
В состав ГИС мониторинга образовательных программ онлайн-обучения предлагается включить следующие модули (рис. 1):
• Модуль сбора данных.
• Модуль преобразования данных.
• Модуль анализа данных.
• Модуль мониторинга образовательной программы онлайн-обучения.
• Модуль оценки состояния образовательной программы онлайн-обучения.
• Модуль моделирования процессов в учреждениях, реализующих программу он-лайн-обучения.
• Модуль прогнозирования динамики критериев и показателя эффективности образовательной программы онлайн-обучения.
Проведенные теоретические исследований показали, что применение геоинформационных технологий для мониторинга образовательных программ онлайн-обучения учреждений высшего образования целесообразно и эффективно. Выявлено, что часть параметров могут иметь нечеткий характер, что потребует применение аппарата нечеткой логики в алгоритмах обработки данных. Реализация предлагаемой концептуальной технологии планируется в геоинформационной среде ArcGIS 10.3.
Предлагаемая модель оценки эффективности образовательных программ онлайн-обучения в учреждениях высшего образования позволит всесторонне рассмотреть этот процесс, поскольку учитываются не только экономические, но и педагогические, а также социальные показатели. Данная модель также применима для оценки эффективности реализации образовательных программ по всем формам обучения в образовательных учреждениях различного уровня.
Рис.1. Состав ГИС мониторинга образовательных программ
Современное состояние геоинформационных технологий позволяет разработать и внедрить инновационную по своим аналитическим возможностям систему, реализующие модели, методы и алгоритмы мониторинга образовательных программ онлайн-обучения. Практическое использование такой специализированной ГИС обеспечит повышение эффективности принятия управленческих решений по организации, реализации и модернизации за счет получения достоверной информации, ее обработки и анализу.
5. Практические результаты
В результате проведения теоретических исследований выполнено:
• разработана модель процесса геоинформационного мониторинга образовательных программ;
• разработан алгоритм вычисления функции эффективности реализации образовательных программ;
• разработана функциональная схема геоинформационной системы мониторинга образовательных программ.
Экспериментальные исследования представляли программную реализацию предлагаемых подходов и алгоритмов в ГИС-среде ArcGIS 10.3, по их результатам можно сделать следующие выводы:
• Применение ГИС мониторинга ОП целесообразно и эффективно с точки зрения осуществления оперативной информационной поддержки принятия решений по управлению учебными заведениями.
• Поскольку значения некоторых критериев могут принадлежать нечетким множествам, то для оценки качества ОП необходимо дальнейшее развитие технологии с целью корректной работы в условиях неопределенности.
• Проведены расчеты критерия эффективности основных образовательных программ (ООП) на примере Рязанского государственного радиотехнического университета (рис. 2).
• Своевременная обратная связь с лицами, успешно освоившими ОП дистанционного обучения, позволит оперативно вносить изменения в учебный процесс, что будет положительно отражаться на качестве предоставляемых учебными заведениями услуг.
Рис.2. Результаты вычислений функции эффективности ООП ВУЗа.
Заключение
Научный подход к оценке качества образовательного процесса приводит к существенным обобщениям в области результата реализации образовательных программ. Создается устойчивая в долгосрочной перспективе концепция компетентности, включающая не только мониторинг качества образования, но и оценку возможности реализации этого качества в профессиональной деятельности [2, 20].
Современная интегрированная ГИС управления качеством реализации образовательного процесса становится удобным инструментом руководителей всех уровней. Использование ГИС позволяет не только повысить эффективность управления за счет автоматизации сбора, обработки и анализа данных о реализации образовательных процессов, но и поднять уровень его управленческой культуры. ГИС управления качеством образования образовательного учреждения, интегрированная с другими системами, является в современных условиях базовой системой управления и должна основываться на поле знаний, содержащем структурно-семантические представления разнообразных моделей и фактических данных, а также механизмы их обработки [10].
Предлагаемая модель оценки эффективности ОП в образовательных учреждениях позволит всесторонне подойти к оценке процессов, происходящих в подразделениях, поскольку учитывает педагогические, экономические и социальные аспекты. Модель является масштабируемой, она также применима для оценки эффективности реализации ОП по очной, очно-заочной и заочной формах обучения в учреждениях среднего и высшего образования.
На макроуровне предлагаемыми средствами можно проводить оценку работы образовательных учреждений в рамках регионов по различным индикаторам с дальнейшей визуализацией результатов на интуитивно понятных картах-диаграммах [2, 5].
Современные ГИС-технологии предоставляют возможность создания и интеграции системы, имеющей инновационный аналитический функционал, и реализующей новые эффективные технологии, методы и алгоритмы в задачах мониторинга ОП. Практическое применение разработанных технологий и системы позволит повысить эффективность принятия решений по управлению образовательными учреждениями за счет оперативной обработки больших объемов данных.
Список литературы
[1]. Гуров В.С., Корячко В.П., Таганов А.И., Моисеенко В.П., Таганов Р.А. Опыт создания и применения ресурсов электронной информационно-образовательной среды по направлению ИПИ (CALS) и CASE (САПР) - технологий. // Труды XVII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2010». (Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 21-24 июня 2010 года). СПб: СПбГУ ИТМО. 2010. Том 1. 214 с. С. 165-166.
[2]. Корячко В.П., Таганов А.И., Таганов Р.А. Процессно-ориентированная технология менеджмента для проектов информатизации сферы образования. // Труды XIII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2006». (Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 5-8 июня 2006 г.). СПб: СПбГУ ИТМО. 2006. Том 1. 325 с. С. 130 -132.
[3]. XIN Tao, LI Feng, LI Ling-yan. An International Comparison of Elementary Education Quality Assessment. // Journal of Beijing Normal University (Social Science Edition). 2007. No. 6. P. 5-10.
[4]. Brown G. The Quality of Learning of Learning and How to A^ess it. // Lifelong Learning in Europe. 1999. Vol. IV. Is. 1/99. P. 47-54.
[5]. Таганов А.И., Таганов Р.А. Методические основы создания информационных систем сферы образования: Учеб. пособие / Под ред. В.П. Корячко. Рязань: Рязан. гос. радио-техн. университет. 2006. 342 с.
[6]. Корячко В.П., Таганов А.И., Таганов Р.А. Реализация проекта автоматизированной информационной системы менеджмента качества на основе типовой модели системы качества образовательного учреждения. // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции «Менеджмент качества в образовании». (Санкт-Петербург, 21-22 мая 2009 г.) СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2009. С. ?-?
[7]. Глебова Л.Н., Кузнецова М.Д., Шадриков В.Д. Мониторинг качества высшего педагогического образования / под общ. ред. В.Д. Шадрикова. М.: Логос. 2012. 368 с.
[8]. Dohmen G. Lifelong Learning for All - innovative perspectives of continuing education. // Lifelong Learning in Europe. 1999. Vol. IV. Is. 3/99. P. 154-158.
[9]. Attfield I., Vu B.T. A rising tide of primary school standards: The role of data systems in improving equitable access for all to quality education in Vietnam. // International Journal of Educational Development. 2013. Vol. 33. Is. 1. P. 74-87. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijedudev.2012.02.003
[10]. Колесенков А.Н. Таганов А.И. Концепция геоинформационной технологии мониторинга образовательных программ онлайн-обучения // Открытое и дистанционное образование. Томск: изд-во ТГУ. 2015. № 4 (60). С. 69-73.
[11]. Саркисян С.А., Каспин В.И., Лисичкин В.А., Минаев Э.С., Пасечник Г.С. Теория прогнозирования и принятия решений / под ред. Саркисяна С.А. М: Высшая школа. 1977. 351 с.
[12]. Колесенков А.Н., Николаев Н.А. Исследование алгоритма нейросетевого прогнозирования нелинейных временных рядов. // Современное состояние и перспективы развития технических наук: сборник статей Международной научно-практической конференции. (20 марта 2015 г., г. Уфа). Уфа: Аэтерна. 2015. 150 с. С. 59-62.
[13]. Костров Б.В., Баранчиков А.И. Методы исследования моделей и алгоритмов представления данных для предметных областей с ранжируемыми атрибутами. // Вестник РГРТУ. 2013. № 4-2 (выпуск 46). С. 59-64.
[14]. Kolesenkov A.N., Kostrov B.V., Ruchkin V.N., Ruchkina E.V. Anthropogenic Situation Express Monitoring on the Base of the Fuzzy Neural Networks // Proceedings 3rd Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO'2014): 2nd EUROMICRO/IEEE Workshop on Embedded and Cyber-Physical Systems (ECYPS'2014). (15-19 June 2014, Budva, Montenegro). ECyPS. 2014. P. 166 - 168.
[15]. Dinham S. The quality teaching movement in Australia encounters difficult terrain: A personal perspective. // Australian Journal of Education. 2013. Vol. 57. № 2. P. 91-106.
[16]. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. 2-е изд. / пер. с англ. А.Г. Подве-совского, Ю.В. Тюменцева; под ред. Ю.В. Тюменцева. М.: Бином. Лаборатория знаний. 2015. 798 с.
[17]. Heyneman S.P., Lee B. The impact of international studies of academic achievement on policy and research. Handbook of international large-scale assessment: Background, technical issues and methods of data analysis. Boca Raton, Florida: Taylor and Francis Group. 2014. 607 p. P. 37-72.
[18]. Kamens D.H., McNeely C.L. Globalization and the growth of international educational testing and national assessment. // Comparative Education Review. 2009. Vol. 54. № 1. P. 525.
[19]. Ninomiya A., Urabe M. Impact of PISA on education policy: A case of Japan. // Pacific-Asian Education. 2011. Vol. 23. № 1. P. 23-30.
[20]. Tan C. The culture of education policy making: Curriculum reform in Shanghai. // Critical Studies in Education. 2012. Vol. 53. № 2. P. 153-167.
