Галузин Константин Станиславович, pуководитель сектора технологического обеспечения мониторинга Центра развития образования г. Перми kostya@ced.perm.ru

Сегодня в сфере образования существуют проблемы качественного и оперативного управления деятельностью образовательных учреждений. С одной стороны, они связаны со сбором информации о состоянии дел в том или ином учреждении вышестоящими инстанциями, и, обратно, с передачей в те или иные учреждения документов управленческого, организационного, учебно-методического, финансового и т.д. характера.

С другой стороны, в каждом образовательном учреждении есть чисто внутренние задачи: организация учебно-методической работы, учет кадрового и ученического состава, материально-технической базы и, наконец, составление учебного расписания.

Имеется несколько проблемных направлений: нехватка финансирования и кадров, вычислительной техники, специальных знаний, отсутствие требуемого программного обеспечения и его поддержки, новых образовательных стандартов и современной нормативной базы, регулирующей вопросы образования.

Имеющееся программное обеспечение не отвечает нуждам образовательных учреждений. На рынке программного обеспечения практически отсутствует программное обеспечение для управления деятельностью образовательными учреждениями. Представленные образцы не имеют требуемой функциональности и не поддерживают существующую структуру управления муниципальным образованием.

Обычная средняя школа – очень сложная система, описываемая несколькими тысячами параметров (сведения о ресурсах, процессах, специфике учреждения и т.п.). Таким образом, имеем дело с большим количеством информации, которую нужно уметь получить в нужное время, правильно хранить и обрабатывать. При этом имеющаяся информация должна быть достоверной, то есть отражать реальное состояние системы.

Например, принятие управленческих решений невозможно, если отсутствует достоверная информация о состоянии системы.

Решением проблем получения, хранения, обработки информации о системе (образовательном учреждении) может быть построение специальной информационной системы (ИС).

Существующая ситуация накладывает ограничения, которые нужно учесть для функционирования ИС.

ИС должна работать в реальных условиях: различные условия финансирования ОУ, неравное кадровое обеспечение, разнообразная материальная база, низкий уровень знания вычислительной техники и программного обеспечения.

Для устойчивого функционирования и развития ИС требуется решение следующих проблем: обучения пользователей работе с вычислительной техникой и программной частью системы, обеспечение поддержки и обновления ИС, внедрение (через обучение) стандартов по работе с ИС, координация действий пользователей ИС.

Определим основные требования к ИС как программному продукту:

единая система для всех уровней управления образованием;

модульная структура (выбор модулей в зависимости от потребностей ОУ); удобный пользовательский интерфейс; динамичное развитие (способоность отслеживать изменения реальной ситуации).

Принципы построения ИС

В основе ИС лежит концепция банка данных как комплекса организационных, технических и ПО для поддержания динамической информационной модели сложной управляемой или исследуемой системы, Таким образом, речь идет о создании специализированной информационной системы, по возможности охватывающей все аспекты деятельности образовательного учреждения и его связи с вышестоящими инстанциями. При этом неоспоримым фактом является то, что в настоящее время невозможно создание полновесных информационных систем без привлечения математических моделей, на той иди иной стадии разработки.

Основные принципы, которые легли в основу ИС:

• Автоматизация, или замена бумажного документооборота на электронный;

• Конфиденциальность, или разделение прав доступа к информационным ресурсам системы на всех ее уровнях;

• Масштабирование, или независимость программной части системы от аппаратной платформы;

• Интеграция, т.е. возможность объединения систем, функционирующих в каждой конкретной школе, в общерайонную и общегородскую системы. Таким образом, за основу была взята функционально-структурная модель системы как совокупности функционально независимых модулей, объединенных по принципу общности решаемых задач в автоматизированные рабочие места, в качестве транспортной сети используются локальные вычислительные сети и Интернет.

Каждый из модулей данной системы предназначен для конкретного структурного подразделения и решает конкретные информационные задачи в соответствии с номенклатурой дел образовательного учреждения.

Все модули системы в конкретном образовательном учреждении объединены общей структурой данных, то есть все они работают в локальной вычислительной сети (ЛВС) с одной и той же базой данных. Это позволяет в рамках данного учреждения ввести электронный документо-оборот с разделением прав доступа к информации.

С применением комутируемых (либо выделенных) каналов связи и клиент-серверной технологии обмена данными появляется возможность интеграции баз данных отдельных образовательных учреждений в общерайонный либо общегородской банк данных. Это позволит в перспективе полностью перейти на электронный документооборот, о чем шла речь в предыдущем параграфе.

Кроме этого, применение современных реляционных баз данных позволит выполнить и третий принцип - а именно принцип масштабирования. Однако вопрос о выборе технологии реализации ИС заслуживает отдельного обсуждения.

Технология разработки ИС

Идеи, реализованные в реляционных СУБД второго поколения, основываются на том, что ИС строится по модели сервера базы данных. Эта модель является частным случаем "клиент-серверной" технологии, когда часть функций прикладной программы реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере.

В DBS-модели компонент представления, т.е. функции ввода и отображения данных, выполняются на компьютере - клиенте, в то время как прикладной копонент, или характерные для данной предметной области функции манипулирования данными, оформлены как набор хранимых процедур и функционируют на компьютере-сервере. Там же выполняется компонент доступа к данным, то есть ядро СУБД.

Достоинства DBS-модели очевидны: это и возможность централизованного администрирования прикладных функций, и снижение сетевого графика, и возможность разделения процедур между несколькими приложениями. К недостаткам модели можно отнести ограниченность средств, используемых для написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расширения языка SQL.

Однако, несмотря на это, данная модель позволяет учесть основные особенности, возникающие при проектировании и создании базы данных для системы управления образованием. С учетом всего сказанного ранее, их можно записать в следующем виде:

• Необходимость накопления большого количества данных со сложной структурой за продолжительные периоды времени - покрывается мощностью языка определения данных реляционной модели.

• Разграничение прав доступа к информационным ресурсам - является неотьемлимой частью всех современных DBS-серверов.

• Разнообразие и сложность функций данной предметной области, например ведение учебных планов и программ, составление учебного расписания, составление статистических отчетов - все это охватывается совокупностью хранимых процедур DBS-сервера. Таким образом, в качестве модели данных для ИС "Школа" была выбрана реляционная модель, в качестве технологии реализации - модель сервера реляционной базы данных.

Данная ИС разрабатывается с использоваием сервера баз данных InterBase Server и средства быстрой разработки приложений Borland Delphi.

Модуль “Расписание”

Наиболее сложной функциональной задачей такой системы является задача составления расписания занятий. Это вызвано рядом причин.

Каждое учебное расписание имеет свои особенности учебного процесса. К примеру: если в обычной общеобразовательной школе занятия проходят исключительно по классам, то в лицеях и гимназиях наблюдается деление классов на подгруппы для проведения тех или иных уроков. ВУЗ с этой точки зрения является наиболее сложной структурой: общекурсовые, общепотоковые лекции, практические и лабораторные занятия в группах и подгруппах, элективные курсы со случайным разбиением на подгруппы.

Для составления расписания необходимо привлечь почти всю прочую информацию о внутреннем распорядке образовательного учреждения: расписание звонков, данные кадрового и ученического состава, учебные планы (а иногда и программы), особенности материально-технического обеспечения.

Многие учреждения сегодня работают в условиях частичной нехватки преподавателей, кабинетов, учебного оборудования и так далее, причем одно образовательное учреждение может отличаться в этом от другого не только количественно, но и качественно.

Концептуальное представление учебного расписания

Расписание является по сути отражением системы обучения, применяемой в том или ином образовательном учреждении, а все эти системы имеют несколько общих черт:

1. Любой процесс обучения в том или ином учреждении базируется на определенном учебном распорядке.

2. В основу любого учебного процесса положена структура деления всех учащихся, обучающихся в учебном заведении, на учебные единицы.

3. Расписание является функциональной реализацией учебного плана.

4. Для осуществления учебного процесса необходимы определенные кадровые (преподаватели) и материальные (кабинеты и оборудование) ресурсы.

5. Существует система требований, предъявляемых к организации учебного процесса, а именно критериев допустимости и оптимальности учебного расписания.

Вышеприведенные черты учебного процесса составляют систему данных, необходимых для составления расписания занятий и, более того, позволяют отразить характерные особенности деятельности конкретного учебного заведения.

В связи с этим для обеспечения эффективности учебного процесса создана математическая модель оптимального учебного расписания. Данная модель формулируется в терминах теории календарного планирования и представляет из себя методику постороения учебного расписания по алгоритмам целочисленного программирования, основанным на итерационном улучшении составляемого расписания.

В отличие от известных авторам разработок программ и методов составления расписания, где в основном используются различные методы перебора, в данной работе используется алгоритм, сочетающий метод перебора для выбора первого варианта и методы математического программирования для его дальнейшего улучшения по заданному критерию оптимальности.

При этом составление расписания может происходить в одном из трех режимов:

• вручную (компьютер подсказывает о доступности тех или иных ресурсов);

• автоматическое составление допустимого расписания (по которому уже можно учиться);

• оптимизация полученного допустимого расписания с учетом нескольких критериев оптимальности (учет пожеланий преподавателей, учебных групп и желательного времени занятости кабинетов, минимальное количество “окон” для преподавателей и т.д.).

Таким образом, модуль “Расписание” информационной системы “Школа” может применяться для составления учебного расписания в образовательных учреждениях различного типа: школах, лицеях, ВУЗах.

За дополнительной информацией обращайтесь по адресу:

614000, г.Пермь, ул.Луначарского,42

тел. (3422)124138, 342506