Web-based design system for the modular educational programs in higher education.

Galimov Aleksei Azatovich student, Department of CAD , Volgograd State Technical University 400005, Russia, Volgogradskaya oblast', g. Volgograd, pr. Lenina, 28, aud. 1406 alexey.galimov.34@gmail.com Other publications by this author

Shabalina Ol'ga Arkad'evna PhD in Technical Science Associate Professor, Volgograd State Technical University 400005, Russia, Volgogradskaya oblast', g. Volgograd, pr. Lenina, 28, aud. 1406 o.a.shabalina@gmail.com

Деятельность системы образования в РФ определяют ФГОС. Одним из основных компонентов ФГОС является ОП, регламентирующая цели, задачи, планируемые результаты, содержание и организацию образовательного процесса.

Во ФГОС высшего профессионального образования (ВПО) первого и второго поколений структура ОП была жёстко нормирована в виде заданного набора дисциплин с фиксированной трудоемкостью, распределённых по семестрам. Во ФГОС ВПО третьего поколения (ФГОС-3) структура ОП стала цикловой (горизонтальной), трудоемкость учебной работы студента оценивалась в зачетных единицах, а результаты освоения ОП представлялись в виде компетенций выпускников.

Сегодня в системе российского высшего образования завершается процесс модернизации ФГОС ВПО и внедряются ФГОС нового поколения (ФГОС ВО, или ФГОС 3+), в которых предусматривается переход от циклово-дисциплинарного формата реализации ОП (в котором работают в настоящее время абсолютное большинство российских вузов) к модульному (или частично модульному) формату ^[1]. Под модулем при этом понимается компонент, имеющий четко сформулированные результаты обучения и адекватные критерии оценки, и ориентированный на достижение определенного результата обучения.

Модульность и гибкая структура ОП обеспечивают возможность их персонификации и модификации в соответствии с изменяющимися требованиями рынка труда. Однако существующие способы разработки модульных ОП не гарантируют их гибкость, так как могут не обеспечивать сохранение структурной связности и контентной полноты ОП при её дополнении или сокращении. Это определяет необходимость разработки новых способов и новых средств информационно-программной поддержки процесса разработки ОП.

ОП определяет образовательный ресурс (ОР), освоение которого позволяет осуществлять профессиональную деятельность в рамках соответствующего направления подготовки. Содержание ОП представляется совокупностью выделенных по некоторому признаку ОР, между которыми могут существовать зависимости с точки зрения логики их освоения.

Модели представления ОР принято называть моделями предметной области (knowledge domain model), моделями обучающего курса. В большинстве случаев такие модели представляются различного вида графами, узлам которых сопоставляются концепты (фрагменты) предметной области, а дуги определяют различного рода связи между концептами. Существующие модели не удовлетворяют требованиям ФГОС ВО, поэтому разрабатывается новая модель представления модульных и гибких ОР.

Для построения модульных ОП разработана иерархическая структура ОР (см. рисунок 1). Выделены следующие уровни (типы модулей): «ОП», «Модуль ОП», «Дисциплина» и «Модуль дисциплины».

Рисунок 1 – Иерархическая структура ОР

В рамках направления подготовки существует несколько независимых ОП его реализующих.

ОП определяет содержание образования по направлению подготовки, а также регламентирует цели, задачи, планируемые результаты и организацию образовательного процесса.

Модуль ОП служит для объединения дисциплин по одному или нескольким обобщающим признакам (например, по формируемым компетенциям).

Содержание дисциплины в соответствии с ОП направлено на подготовку обучаемых в рамках определённого образовательного профиля.

Под модулем дисциплины понимается её логически самодостаточный фрагмент – учебный контент в виде как теоретического (лекция или её часть, раздел и др.), так и практического (тесты, упражнения, лабораторная работа и др.) характера.

Совокупность модулей ОП едина для всех ОП, соответствующих одному направлению подготовки. Аналогично, совокупность дисциплин едина для всех модулей одной ОП. Как правило, совокупность модулей дисциплин определяет одну дисциплину, но, при необходимости, модель допускает включение модулей в разные дисциплины.

Для обеспечения гибкости ОР к структуре каждого модуля применяется модель пространства знаний на основе теоретико-решётчатого подхода ^[2], обеспечивающая целостность и делимость ОР (см. рисунок 2). Под целостностью пространства знаний при этом понимается принципиальная несводимость знания в целом к сумме фрагментов знаний, а делимость пространства знаний означает наличие в нём подпространств, обладающих свойствами пространства. Данная модель была создана в контексте разработки компетентностно-ориентированной модели процесса обучения ^[3], рассматривалась в ^{[4, 5]} и используется далее в данной работе.

Рисунок 2 – Модель пространства знаний на основе теоретико-решётчатого подхода

Ci– i-й фрагмент знаний ОР, → – отношение порядка

Таким образом, для создания модели модульного и гибкого ОР необходимо совместить свойства иерархической (рисунок 1) и алгебраической (рисунок 2) структур. Для этого между модулями ОР задаются иерархические связи, описывающие отношения включения, а структура каждого модуля достраивается до алгебраической решётки. Такой модели представления ОР дано название иерархии пространств знаний (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Модель ОР в виде иерархии пространств знаний

Для разработки ОР на основе предложенной модели представления создана система разработки ОР с веб-интерфейсом.

Система может использоваться разработчиками ОР любого уровня – от образовательных программ до небольших модулей отдельных дисциплин.

В системе реализованы следующие функции:

- регистрация и авторизация пользователей,

- ввод структуры ОР в виде таблицы со списком элементов и их отношением порядка,

- редактирование структуры ОР,

- удаление ОР,

- поиск ОР по названию и авторам,

- построение пространства знаний ОР,

- визуализация пространства знаний ОР,

- расширение пространства знаний ОР,

- фрагментирование пространства знаний ОР,

- загрузка учебного контента в систему,

- удаление учебного контента из системы,

- добавление учебного контента в ОР,

- удаление учебного контента из ОР.

Система состоит из четырёх подсистем, взаимодействующих между собой и хранилищем данных.

Подсистемы управления ОР и учебным контентом включают в себя модули, отвечающие за добавление, редактирование и удаление ОР и учебного контента соответственно. Подсистема поиска обеспечивает быстрый доступ к ОР и учебному контенту по параметрам «название», «тип» и «автор». Подсистема работы с пространством знаний ОР включает в себя модули, реализующие все операции работы с пространством: построение, расширение, фрагментирование и визуализация. Архитектура системы изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Архитектура системы разработки ОР

Для хранения информации об ОР, отношениях между ОР и учебного контента разработана БД, структура которой приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема базы данных

Информация об ОР включает в себя название, тип согласно иерархической структуре (см. рисунок 1) и текстовое описание. Отношения между ОР задают иерархию модулей и логику их освоения. Учебный контент представлен файлами заданных форматов и гиперссылками.

Система реализована в виде веб-приложения на основе фреймворка «Yii Framework 2.0», так как он основан на паттерне Model-View-Controller (MVC), упрощающем повторное использование кода, а также обладает удобными отладочными инструментами и генератором кода (Gii) для создания шаблонов объектов. Интерфейс разработан с использованием HTML и LESS – динамической парадигмы языка CSS, что делает управление стилями более гибким. Для уменьшения времени отклика системы большинство выполняемых действий производится по технологии AJAX. В качестве хранилища данных выступает реляционная база данных под управлением MySQL – наиболее популярной СУБД, обладающей высокой производительностью, имеющей большой набор прикладных функций для языка PHP и распространяемой как свободное ПО.

На рисунке 6 приведена иерархическая структура реализуемой на кафедре «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования» Волгоградского государственного технического университета ОП магистратуры очной формы обучения «Информационное и программное обеспечение автоматизированных систем». Её иерархическая структура приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Иерархическая структура ОП «Информационное и программное обеспечение автоматизированных систем»

Для демонстрации предложенного подхода разрабатывается ОР на примере модуля ОП «Формирование ТЗ и разработка аппаратных и (или) программных средств ВТ». Шаги разработки следующие:

1) Задание всех элементов ОР

2) Задание иерархических отношений между элементами ОР

3) Определение структуры ОР

4) Построение в системе пространства знаний

Первый и второй шаги отображает рисунок 7. Третий шаг приведён на рисунке 8. Четвертый шаг изображён на рисунке 9.

Рисунок 7 – Экранная форма «Добавление и просмотр модулей ОР»

Рисунок 8 – Экранная форма «Определение структуры ОР»

Рисунок 9 – Экранная форма «Построение пространства знаний ОР»

Созданная в данной статье модель представления ОР и реализованная на её основе веб-система позволяют разрабатывать модульные и гибкие ОП и их компоненты. Таким образом, предложенный подход удовлетворяет требованиям ФГОС нового поколения к структуре ОП и позволяет реализовать компетентностный подход в образовании. Функционал системы в перспективе можно расширить до системы управления обучением.