Математическая модель и программная реализация инструментария для автоматизированного формирования учебно-методической документации

Широбокова Светлана Николаевна; Щербакова Елена Александровна; Кацупеев Андрей Александрович; Евсин Владимир Александрович

УДК 004.5 DOI: 10.17213/0321-2653-2016-3-18-23

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

THE MATHEMATICAL MODEL AND THE SOFTWARE IMPLEMENTATION OF TOOLS FOR A AUTOMATED FORMATION OF EDUCATION AND METHODICAL DOCUMENTATION

Широбокова Светлана Николаевна - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: Shirobokova_SN@mail.ru

Щербакова Елена Александровна - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: luxii@inbox.ru

Кацупеев Андрей Александрович - аспирант, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: an-dreykatsupeev@gmail. com

Евсин Владимир Александрович - студент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: Ewsin.wladimir95@gmail. com

Shirobokova Sveltana Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: Shirobokova_SN@mail. ru

Shcherbakova Elena Alexandrovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: luxii@inbox.ru

Katsupeev Andrey Alexandrovich - post-graduate student, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: andreykatsupeev@gmail.com

Evsin Vladimir Alexandrovich - student, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. Email: Ewsin.wladimir95@gmail.com

Приведена математическая модель учебного плана, показанная в виде базовых компонентов и отношений между ними, представлены классы, используемые в программном продукте, описаны основные этапы автоматизированного формирования на основе файла выгрузки рабочего учебного плана в формате XML рабочих программ дисциплин по утвержденному шаблону. Созданный инструментарий позволяет работать с учебными планами разных направлений бакалавриата и магистратуры, исключить ошибки и несоответствие данным из учебного плана, оптимизировать и ускорить процесс формирования учебно-методической документации.

Ключевые слова: математическая модель учебного плана; рабочий учебный план; рабочая программа дисциплины; парсинг файла XML; автоматизированное формирование учебно-методической документации.

The article presents a mathematical model of the curriculum in the form of basic components and relationships between them, represents classes used within the software product, describes the the basic stages of automated formation on the basis of file of curriculum in XML format that contains disciplines working programs in approved pattern. Created tool allows to work with the curriculum of different undergraduate and graduate programs, eliminate errors and mismatch data from the curriculum, optimize and speed up the process of formation of educational-methodical documentation.

Keywords: mathematical model of curriculum; working curriculum; working program of discipline; parsing of XML file; automated formation of educational-methodical documentation.

Важнейшими составляющими основной образовательной программы направления подготовки являются рабочий учебный план и комплект рабочих программ дисциплин. Рабочие программы разрабатываются на основе информации из учебного плана направления подготовки по определенному шаблону [1] и содержат ряд

формализуемых компонент (часы аудиторной и внеаудиторной работы, объем самостоятельной работы студента, количество часов занятий, проводимых в интерактивной форме, семестры, наличие различных видов отчетности, формируемые дисциплинами компетенции и т.д.), которые могут быть сформированы автоматизированным

способом, что позволит исключить ошибки и несоответствие данным из учебного плана, оптимизировать и ускорить процесс формирования учебно-методической документации [2, 3].

Для дальнейшей алгоритмизации этапов автоматизированного формирования учебно-методической документации на основе учебного плана направления подготовки было разработано математическое описание модели учебного плана в виде базовых компонентов и отношений между ними. При этом в рассмотрение включались только те данные из учебного плана, которые существенны для составления рабочей программы дисциплины.

Формализованная модель учебного плана может быть представлена следующим образом:

MainClass = < MainHead, NameUni, CodeDirection, NameDirection, NameOrientation, CodeDepartment, NameDepartment, NameFaculty, masDis, globalMasComp >, где MainHead - наименование министерства; NameUni - полное наименование вуза; CodeDirection - шифр направления подготовки; NameDirection - наименование направления подготовки; NameOrientation - направленность; CodeDepartment - код кафедры, обеспечивающей подготовку по направлению; NameDepartment -наименование кафедры, обеспечивающей подготовку по направлению; NameFaculty - наименование факультета; masDis - массив дисциплин; globalMasComp - массив компетенций, которые обеспечивают освоение направления подготовки.

Массив дисциплин можно описать так:

masDis = |Discipline1 \, i = 1,m .

Элемент массива, описывающий дисциплину, формально можно представить следующим образом: Discipline1 = < CodeDiscipline1, NameDiscipline1, CodeDepartment1, comp _ string1, masComp1, masSem1, ZET1 >, где CodeDiscipline1 - код i-й дисциплины; NameDiscipline1 - наименование дисциплины; CodeDepartment1 - код обеспечивающей кафедры; comp_string1 - строка, обеспечивающая хранение всех компетенций по дисциплине; masComp1 - массив компетенций, формирование которых обеспечивает дисциплина; masSem' - массив семестров с расчасовкой; ZET1 - объем дисциплины в ЗЕТ.

masSem = | VolumeSemesters1 |, j = 1, s .

Элемент массива, описывающий семестр дисциплины с расчасовкой, формально можно представить следующим образом:

VolumeSemesters] = < NumSemester], CountLections1, IntCountLections1, CountPractice1, IntCountPractice1, CountLabs], IntCountLabsJ, SRSJ, SRSEXJ, isExamJ, isSmallExam1, isExamWithRating1, isCourse Work1,

isCourseProJect1, KWUA _ real1, KWUA1, SRS _ real1 >,

где NumSemester1 - номер семестра;

CountLections1 - количество часов лекций;

IntCountLections1 - количество часов лекций; проводимых в интерактивной форме;

CountPractice1 - количество часов практических

занятий; IntCountPractice1 - количество часов практических занятий, проводимых в интерактивной форме; CountLabs1 - количество часов

лабораторных занятий; IntCountLabs1 - количество часов лабораторных занятий, проводимых в интерактивной форме; SRS1 - количество часов самостоятельной работы студентов; SRSEX1 -количество часов самостоятельной работы студента при подготовке к экзамену; isExam1 -наличие в семестре экзамена по дисциплине; isSmallExam1 - наличие в семестре зачета по дисциплине; isExamWithRating1 - наличие в

семестре зачёта с оценкой; isCourseWork1 - наличие в семестре курсовой работы; isCourseProJect1 - наличие в семестре курсового проекта; KWUA _ real1 - объём контактной аудиторной работы (число); KWUA1 - объём контактной аудиторной работы (строка); SRS _ real1 -самостоятельная работа студента (число).

Массив компетенций формально можно описать следующим образом:

globalMasComp = | Competentionk |, k = 1,l.

Элемент массива, описывающий дисциплину, формально можно представить так:

Competentionk = < CodeCompetentionk,

NameCompk, DescriptionCompk >,

где CodeCompetentionk - индекс компетенции;

NameCompk - наименование компетенции;

DescriptionCompk - описание компетенции.

Дополнительную информацию, необходимую для формирования шаблонов рабочих программ, формализовано можно описать следующим образом:

AdditionalData = < NameProrector, PositionProrector, YearOfApproval, YearOfRecruitment, NumProtocolOfPlane, DateProtocolOfPlane, NumProtocoЮfDepartment, DateProtocoЮfDepartment, NameЮfAppDepartment, NameOfBoss >, где NameProrector - фамилия и инициалы проректора, утверждающего рабочую программу; PositionProrector - должность проректора; YearOfApproval - год утверждения рабочей программы; YearOfRecruitment - год набора; NumProtocoЮfPlane - номер протокола утверждения учебного плана; DateProtocoЮfPlane -дата протокола утверждения учебного плана; NumProtocoЮfDepartment - номер протокола утверждения рабочей программы;

DateProtocolOfDepartment - дата протокола утверждения рабочей программы;

NameOfAppDepartment - наименование кафедры, на которой разработана рабочая программа; NameOfBoss - наименование согласующей кафедры.

Формализованная модель послужила основой разработки структуры классов программной реализации инструментария, представленной на рис. 1 в виде UML диаграммы классов [4, 5].

Базовый класс MainClass, описывающий рабочий учебный план, имеет в своем составе два подкласса, описывающих его основные структурные составляющие: Discipline и Competention.

В свою очередь класс Discipline включает подкласс VolumeSemesters, описывающий часы дисциплины в семестре. Дополнительная информация, необходимая для формирования шаблонов рабочих программ, собрана в класс AdditionalData . Взаимосвязи классов отражены отношениями композиции и ассоциации. Обобщенно концепция рассматриваемого процесса автоматизированного формирования шаблонов рабочих программ на основе рабочего учебного плана может быть представлена схемой на рис. 2.

Рис. 1. Объектная модель данных инструментария автоматизированного формирования шаблонов рабочих программ на основе рабочего учебного плана

Инструментарий разработан в среде Visual Studio с использованием языка C#, позволяет выполнить парсинг файла выгрузки рабочего учебного плана в формате *.xml и формировать на основе информации из учебного плана и макета рабочей программы файлы шаблонов рабочих программ в форме *.docx. Для формирования текстовых документов используется библиотека Microsoft Office Interop, позволяющая программно редакти-

ровать файлы формата *Лосх. На основе хш/-файла выгрузки учебного плана направления подготовки формируются объекты, описывающие дисциплины, семестры, компетенции, атрибуты которых затем используются для постановки параметров в макет рабочей программы. Ряд параметров являются расчетными, например, объем контактной аудиторной и внеаудиторной работы, объем самостоятельной работы студент а и др.

Учебный план в формате *.xml

<?хт1 уегеюп-Ч.О" епсос)тд='Ш-8"?>

<Документ Тип="РАБОЧИЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН" РгеуЫате-'ОЭ.ОЗ.ОЗ^Прикладная информатика_набор 2015.хт1" .,.> <План ПодТип="рабочий учебный план" ..,> <Титул ... ИмяВуза-'Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования &Яио1;Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени M.И.Плaтoвa""

Головная="МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ" КодКафедры="17" Факультет-'Информационных технологий и управления"

ПоследнийШифр="09.03.03" ГодНачалаПодготовки="2015" ...>

<Специальности> «Специальность Ном="1" Название="Направление 09.03.03 &дио!;Прикладная информатика&рио!:;" />

<Специальность Ном="2" Название="Направленность &рио1;Прикладная информатика в экономике&дио!:;" /> </Специальности>

</Титул> <СтрокиПлана>

<Строка Дис="Компьютерные сети" НовЦикл="Б1,Б" НовИдДисциплины="Б1 .Б.14" Цикл="Б1" ИдетификаторВидаПлана="2" ИдетификаторДисциплины="Б1.Б.14" Г0с="540" СР="216" ЧасовИнтер="14" КомпетенцииКоды="10&атр;13&атр;18&атр;25&атр;27" Компетенции="ОПК-1, ОПК-4, ПК-5, ПК-22, ПК-24" Кафедра="17" ПодлежитИзучению="540" КредитовНаДисциплину="15" ЧасовВЗЕТ="36" СемЭкз="456" СемКР="6">

<Сем Ном="4" Лек="36" ПроектЛекВНед="2" Лаб="36" ИнтЛаб="8" ПроектЛабВНед="2" Пр="36" СРС="108" ЧасЭкз="36" ЗЕТ="7" ПроектЗЕТ="4" Экз="1">

</Сем>

<Сем Ном="5" Лек="18" ПроектЛекВНед="2" Лаб="18" ИнтЛаб="6" ПроектЛабВНед="1" Пр="18" СРС="54" ЧасЭкз="36" ЗЕТ="4" ПроектЗЕТ="4" Экз="1">

</Сем>

<Сем Ном="6" Лек="18" Лаб="18" Пр="18" СРС="54" ЧасЭкз="36" ЗЕТ="4" Экз="1" КР="1 ">

</Сем>

<КурсоваяРабота> <Семестр Сем="6" Ном="1">

<РаспределениеСтудентовПоКафедрам Ном="1" Кафедра="17" /> </Семестр> </КурсоваяРабота> </Строка>

</СтрокиПлана>

<Компетенции>

<Строка Код="1" Индекс="ОК-1" Содержание-'Способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции" />

<Строка Код="27" Индекс="ПК-24" Содержание="Способность анализировать рынок программно-технических средств, информационных продуктов и услуг для создания и модификации информационных систем" /> </Компетенции>

</План> </Документ>

Формализованная модель учебного плана: Ма/'пС/авв = <Ма1пНеас1, Ыатвит, Сос1е01гесНоп, ЫатвОквсИоп, ЫатеОгюЫаНоп, СобвОвраЛтвп1 ЫатеОерайтеМ, ЫатеРасиНу, таэО'^, д1оЬа1МавСотр>, где Ма'тНеаб - наименование министерства, Ыатеит -полное наименование вуза, Собей/гесИоп - шифр направления подготовки, ИатеО/гесИоп - наименование направления подготовки, ЫатеОпеМаИоп -

направленность, СоёейераЛтеп f - код кафедры, обеспечивающей подготовку по направлению, ЫатеОераЛтеМ - наименование кафедры, обеспечивающей подготовку по направлению, ЫатеРасиПу - наименование факультета, /лавО/в -массив дисциплин, д1оЬа1МазСотр - массив компетенций, которые обеспечивает освоение направление подготовки.

Массив дисциплин формально можно описать

следующим образом: _

тавО/'в =|0&с:'р{т*!|. ¡' = 1,т Элемент массива, описывающий дисциплину, формально можно представить следующим образом:...

Инструментарий парсинга учебных планов и формирования шаблонов рабочих программ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Di^iplin

Нэвоч*ркко;У«10опнш1Гг

Рис. 2. Концепция процесса автоматизированного формирования шаблонов рабочих программ

на основе рабочего учебного плана

Шаблоны рабочих программ *.docx

Литература

1. Положение «Порядок разработки и утверждения образовательных программ высшего образования (бакалавриат, специалитет, магистратура) в ЮРГПУ(НПИ)» (утв. 29.10.2014г., протокол № 2).

2. Широбокова С.Н. Анализ, моделирование и оптимизация бизнес-процессов при проектировании автоматизированных систем обработки информации и управления // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: материалы V Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 25 мая 2007 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. С. 204 - 213.

3. Широбокова С.Н. Использование инструментальных средств поддержки реинжиниринга бизнес-процессов: учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014. 194 с.

4. Широбокова С.Н., Хашиева Л.Н. Разработка информационных моделей экономических систем с использованием унифицированного языка моделирования ЦМЬ : учеб. пособие / Рост. гос. эконом. ун-т «РИНХ». Ростов н/Д., 2002. 144 с.

5. Воробьев С.П., Черноморова Т.С., Широбокова С.Н. Информационные системы и технологии: выпускная квалификационная работа : учеб. пособие для бакалавров по направлению 230400 (09.03.02) «Информационные системы и технологии» / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГПУ, 2014. 258 с.

References

1. Polozhenie «Poryadok razrabotki i utverzhdeniya obrazovatel'nykh programm vysshego obrazovaniya (bakalavriat, spetsialitet, magistratura) v YuRGPU(NPI)» [Situation "Order of Development and the Statement of Educational Programs of the Higher Education (Bachelor Degree, Specialist Programme, Magistracy) in YuRGPU(NPI)"].

2. Shirobokova S.N. [The analysis, modeling and business process optimization when designing automated information processing systems and managements]. Teoriya, metodyproektirovaniya, programmno-tekhnicheskayaplatforma korporativnykh informat-sionnykh sistem: materialy VMezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Theory, designing methods, a program and technical platform of corporate information systems: materials V International scientific and practical conference]. Novocherkassk YuRGTU Publ., 2007, pp. 204-213. [In Russ.]

3. Shirobokova S.N. Ispol'zovanie instrumental'nykh sredstv podderzhki reinzhiniringa biznes-protsessov [Use of tools of support of reengineering of business processes]. Novocherkassk, YuRGPU (NPI) Publ., 2014, 194 p.

4. Shirobokova S.N., Khashieva L.N. Razrabotka informatsionnykh modelei ekonomicheskikh sistem s ispol'zovaniem unifitsiro-vannogo yazyka modelirovaniya UML [Development of information models of economic systems with use of the unified language of modeling of UML]. Rostov-on-Don, RINKh Publ., 2002, 144 p.

5. Vorob'ev S.P., Chernomorova T.S., Shirobokova S.N. Informatsionnye sistemy i tekhnologii: vypusknaya kvalifikatsionnaya rabota [Information systems and technologies: final qualification work]. Novocherkassk, YuRGPU Publ., 2014, 258 p.

Поступила в редакцию 28 июня 2016 г.