Проектирование адаптивной техногенной образовательной среды

Образовательные системы разных стран стали изменяться с появлением Интернет. Появление Интернет ресурсов изменило и студентов и преподавателей, если раньше студент перемещался в пространстве в поисках источников знаний (посещая библиотеки, приобретая учебники и т.д.), то в настоящее время поиск информации студентом осуществляется в глобальной сети Интернет, новому поколению гораздо комфортней использовать новые технологии и находить любую информацию посредством электронной техники нового поколения. Не обращаясь к преподавателю, студент теперь может проконтролировать свои знания и получить рекомендации по их коррекции в Интернет сети. С развитием новых технологий современные страны активно внедряются в новые разработки и реализуют свои собственные образовательные системы.

В настоящее время наиболее широко практикуются применение следующих видов дистанционного обучения:

Доступ к образовательным ресурсам через компьютерные информационные сети (такие как Интернет и другие), посредством которых обучаемый может пройти курс обучения в режиме on-line и получить оценку уровня своих знаний

Доступ к образовательным ресурсам с использованием так называемых «кейсов», т.е. предоставления учебно-методических материалов в специальном комплекте для физической передачи обучаемому для самостоятельного изучения

TV-технология, базирующаяся на использовании видеозаписей лекций с консультациями преподавателей.

Безусловно, каждая образовательная система имеет достоинства и недостатки, но все же работает по одному и тому же принципу, создаются лабораторные работы, лекционные материалы, электронные тесты, и преподаватель оценивает обучающихся по выполненным работам. Это конечно, современное решение, весь интерактив между преподавателем и студентами осуществляется через всемирную сеть Интернет, получают комфортную среду как студент, так и преподаватель. Но все же, в этой системе можно выделить следующие недостатки: это адаптация преподавателя к новой виртуальной среде (не каждый педагог, имеющий профессиональные уровни знаний может использовать современные разработки в веб индустрии); обучающие не всегда получают желаемый результат, как бы традиционная система рассчитана на универсальную подачу материала, т.е. каждый обучающиеся выполняет одинаковые задачи, но согласитесь, некоторые из студентов с легкостью могут выполнить данные задачи, а некоторые не могут и справиться с простой задачей. В этом случае встают вопросы: Как преподавателя адаптировать к новой системе? Как в студенте пробудить интерес к выполнению работы? Как найти слабые стороны студентов и как на них воздействовать? В этом случае встает вопрос: как создать систему, которая может с легкостью адаптировать преподавателя и построить интересную среду для обучающихся.

На основе вышеуказанной информации предлагается открытая информационная система, которая будет состоять из модульных составляющих и образовать техногенную образовательную среду.

Функциональные возможности созданной системы

Локальная социальная сеть

2.2. Профили пользователей

2.3. Индивидуальный подход

2.4. Наблюдение за пользователями

2.4. Переписка пользователей

2.5. Обсуждение пользователей

Дистанционное обучение

3.1. Управление дисциплинами

3.2. Электронные лекции

3.3. Управление лабораторными работами

3.4. Библиотека

3.5. Электронное тестирование

3.6. Получение материалов в любом месте

3.7. Обучающая система для преподавателей

Выход в Интернет

4.1. Доступ к популярным сайтам

4.2. Развлечения

4.3. Электронная почта

Электронная приемная

5.1. Обращение к службам и отделам организации

5.2. Консультации

Возможности техногенной образовательной среды:

Возможность выложить избыточную образовательную программу, которая не помещается во временные рамки лекционных занятий

Возможность объективно оценить уровень знаний студента с помощью электронного тестирования

Управление лабораторными работами

Контроль активности студента, наблюдение за его интересом в научной сфере

Размещение справочной информации в электронном виде (расписания экзаменов, мероприятий, новости, объявления)

Физическая эффективность (т.е. не нужно выделять огромные помещения под хранение литературы, а проблема с ограниченным количеством экземпляров книг в библиотеке не будет беспокоить пользователей)

Высокая мобильность (пользователь может пользоваться порталом практически из любого места образовательного учреждения и из сети Интернет)

Возможность обсуждения учебного процесса между пользователями системы в реальном времени (сообщения, обсуждения)

Файловый обмен, хранение пользовательских учебных файлов.

Надежность

Использование современных технологий, имеющих широкое распространение во всех слоях общества

Эффективность использования времени как студентами, так и сотрудниками образовательного учреждения

Возможность объединения внутренней беспроводной сети с сетью Интернет для наиболее полного процесса получения информации и знаний

Рис. 1. Свойства спроектированной информационной системы

 

На рис 1. Схема, в которой представлен существующий реализованный функционал открытой системы.

Спроектированная система на сегодняшний день реализованная на языке программирования python с использованием известного фреймворка django

Рассмотрим некоторые из этих из этих блоков отдельно:

Масштабируемость: Данный компонент позволяет систему сделать отрытой, каждый из компонентов системы состоит из управляемых блоков, описывающихся виде приложений всего проекта, авторизация пользователей осуществляется из одной общей системы, т.е. для каждого отдельного блока пользователя не нужно производить процедуру регистрации пользователя.

Автоматическое обновление: Система построена по принципу клиент-серверной архитектуры, в качестве клиента используется программный продукт предустановленной в любой графической операционной системе, называемый веб-браузер.

Управляемый доступ через Wi-Fi и сенсорные терминалы:

Предлагается несколько схем реализации коммутации между устройствами предлагаемой системы:

Единый сервер, осуществляющий функции маршрутизатора и сервера баз данных, к которому посредством сетей передачи данных подключено несколько терминалов и точек доступа Wi-Fi в удаленных корпусах учебного заведения

Несколько серверов-маршрутизаторов, размещенных в отдельных корпусах учебного заведения, имеющие связь с главной базой данных (данный вариант имеет смысл при необходимости более тщательного контроля за сетевым трафиком), к которым подключены терминальные устройства с сенсорным дисплеем и точки доступа Wi-Fi

 

Рис.2. Техническая схема системы

 

 

Рис.3. Архитектура сети системы терминального доступа к образовательным ресурсам с локальным сервером-маршрутизатором

Этапы работы информационной системы:

В учебном заведении установлены компьютеры и беспроводные точки доступа, которые подключены к локальной техносфере.

После подключения пользователя к сети, при наборе любого www-адреса, отображается не запрашиваемая страница, а  web-страница, которая расположена на локальном компьютере.

Web-страница локального компьютера содержит образовательный портал учебного заведения.

Разрешение доступа в сеть Интернет может быть активировано при помощи Кнопки на web-странице.

При нажатии Кнопки, пользователь получает доступ в Интернет с заданным количеством времени и скоростью. По прошествии заданного времени пользования доступом в сети Интернет, происходит обрыв соединения пользователя с сетью Интернет,  при наборе www-адреса в программе-браузере, снова начинает перенаправлять на учебный портал.

 

Управление научными публикациями:

Данный модуль включает в себя интерактивное веб-приложение реализующее информационный обмен между пользователями системы, участвующих в научной деятельности

Система работает по следующему алгоритму:

1. Пользователь должен авторизоваться при входе в систему, иначе работа в системе будет для него недоступна. В системе предусмотрено три типа пользователей (администратор, ответственный сотрудник, сотрудник)

2. Далее пользователь попадает на свою страницу,  где реализованы следующие функциональные возможности:

Для администратора:

создание/удаление пользователей;

назначение задач пользователям;

управление своими научными публикациями;

управление личным кабинетом;

общение с другими пользователями системы;

назначение ответственного пользователя;

контроль выполнения научных публикаций других пользователей;

просмотр научных публикаций всех пользователей в системе (просмотр возможен также по интервалу времени).

Для ответственного сотрудника:

назначение задач пользователем;

управление своим личным кабинетом;

общение с другими пользователями системы;

управление своими научными публикациями;

контроль выполнения научных публикаций других пользователей.

Просмотр научных публикаций всех пользователей в системе (просмотр возможен также по интервалу времени)

Для сотрудника:

управление своим личным кабинетом;

общение с другими пользователями системы;

управление своими научными публикациями;

Рис.4. Скриншот отображение научных статей

Рис.5. Выполнение задачи сотрудником системы

Рис. 6. Страница добавления научных работ

Страница управления научными публикациями выглядит минималистично, доступны поля ввода названия статьи и текста оной. В поле ввода основного текста статьи размещена панель форматирования, написанная на JavaScript с использованием библиотеки jQuery. Она позволяет выполнять различные операции с текстом, например, сделать его жирным, курсивным, оформить список, сделать подчеркивание и другое.

 

Рис. 7. Страница пользователей системы

Рис. 8. Управление личным кабинетом пользователя системы

 

 

Управление учебным процессом:

 

Алгоритм работы модуля дисциплины:

Пользователь авторизуется в системе

Система проверяет пользователя к какой группе он относится

Если пользователь относится к группе преподаватель, то для него доступен следующий функционал:

 Создание дисциплины с выбором формата обучения (традиционный формат, компетентностный формат, АБС компетентностный формат)

В зависимости от выбранной дисциплины у преподавателя формируется страница формирования курса дисциплины

В настройках дисциплины преподаватель создает группу студентов и сообщает другим пользователям код доступа к этой дисциплине

В каждом формате дисциплины присутствуют следующие модули: обсуждения, документы, лабораторные работы

Если выбран традиционный формат обучения:

 

Рис. 1. Блок схема работы традиционного формата обучения.

Преподаватель создает дисциплину традиционного формата обучения.

В настройках создает группу и сообщает студентам хеш дисциплины и пароль

В рамках созданной дисциплины преподаватель создает разделы обсуждения, раздел документы (лекционный материал, задания и т.д), лабораторные работы

Студенты при успешном входе в дисциплину выполняют указания преподавателя и получают соответствующие оценки

У преподавателя на странице результаты автоматически формируется журнал успеваемости у студентов

Рис. 2. Скриншот лабораторной работы

Если выбран компетентостный формат обучения:

 

Преподаватель создает дисциплину

В настройках создает группу и сообщает студентам хеш дисциплины и пароль

Создает входное тестирование

Создает обсуждения дисциплины

Создает компетенции (из выпадающего списка выбирает коды компетенций)

В рамках созданной компетенции создает раздел лекционного материала, создает лабораторные работы (обязательные лабораторные работы и для неуспевающих) по уровню сложности и создает тестирования (на полноту и целостность)

Входной тест формируется по уровню сложности (например 3 простых вопроса, 3 средней уровни сложности и 3 сложных вопроса)

Студент:

Проходит входное тестирование, если студент неправильно отвечает подряд на 3 простых вопроса, то автоматически относится к группе неуспевающих. Это означает, что студент самостоятельно выполняет не относящиеся к учебному процессу лабораторные работы и если он выполнит и преподаватель примет их, то студент переходит к основной программе.

Лабораторные работы выполняется по очередности, каждая созданная лабораторная работа преподавателя имеет обязательные связи к раннее созданным лабораторным работам

По результат лабораторных работ и тестирований для каждого студента формируются графики компетенций

Пример:

где, черная линия – максимальные возможные баллы, синяя линия – набранные баллы студента.

 

Если выбран АБС компетентостный формат обучения:

Выполняются аналогичные действия как в компетентостном формате, но с одним отличием. Преподаватель создает работы разделяя по уровню сложности на формализации, конструирование и исполнение

Рис. 3. Пример создания лабораторной работы

 

Рис.4. Отправка отчета студентом

Рис.5. Преподаватель ставит оценку за л/р

 

Рис.6. Формируется график выполнения данной работы

 

Тренажер для преподавателя:

Преподаватель создает дисциплину формата «Тренажер»

В рамках созданной дисциплины создает лабораторные и тестирования.

В настройках дисциплины у преподавателя присутствует форма, где возможно указать количество студентов. При нажатии клавиши создать, к дисциплине создаются заданное количество студентов.

В настройках каждой лабораторной работы преподаватель может запустить действие «выполнение работ». При нажатии данной клавиши система загружает случайные отчеты студентов о выполнении работ. Преподаватель оценивает эти работы и формируются соответствующие графики.

В рамках созданной дисциплине автоматически случайном виде формируются группы студентов и автоматически выполняются.

 

Управление дипломные проектами:

 

Рис.7. Страница авторизации

 

 

Рис.8. Страница студента

 

Рис.7. Личный кабинет преподавателя

 

Рис.7. Просмотр дипломного проекта преподавателем

 

Электронный деканат:

 

Рис. 8. Личный электронный рабочий электронный кабинет преподавателя

 

 

Рис. 9. Страница преподавателя

 

Рис. 10. Новое сообщение другому сотруднику

 

 

Рис. 11. Назначение задачи сотруднику

 

 

 

Электронное управление электронным журналом Вестник КНИТУ

 

Рис. 12. Скачать номер журнала

 

Рис. 13. Личный кабинет автора

 

Рис. 14. Страница добавление новой публикации

 

Рис. 15. Страница модератора системы

 

Рис. 16. Страница модератора: решение о опубликовании работы

 

 

Литература:

 Ахметшин Д.А. Использование промежуточных беспроводных сетей передачи данных с учетом географического положения пользователя // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6 (часть 6).

 Ахметшин Д.А. Эскизный проект аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2;

Ахметшин Д.А.,  Печеный Е.А., Нуриев Н.К. Математическое моделирование системы аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных  // Вестник КГТУ. – 2014. №4. – С. 283-285

Ахметшин Д.А., Курмангалиев Д.Р.    Инфраструктура публичного доступа студентов и сотрудников образовательных учреждений к внутренним электронно-информационным ресурсам // X Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием Молодежь и современные информационные технологии Россия, г. Томск, ТПУ, 11–13 мая 2011 г. –  С. 126-128.

  Ахметшин Д.А., Курмангалиев Д.Р.    Перспективы развития дистанционных технологий в образовательном пространстве университета // Международный электронный журнал  "Образовательные технологии и общество (Education Technology & Society)" – 2010. – V.13. №4. – С.397-402. – ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/depository/v13_i4/html/13r.htm

 

  Ахметшин, Д.А. Концепция использования промежуточных сетей передачи данных при организации публичного доступа в сеть Интернет / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев // Вестник Казанского технологического университета - № 24. – 2011 – С. 56 – 59.

  Ахметшин, Д.А. Математическое моделирование системы аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных / Д.А.  Ахметшин, Е.А. Печеный, Н.К. Нуриев // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. №4. – С. 283-285.

  Ахметшин, Д.А. Перспективы развития дистанционных технологий в образовательном пространстве университета / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (EducationTechnology&Society)" – 2010. – V.13. №4. – С.397-402. – ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/depository/v13_i4/html/13r.htm.

Курмангалиев Д.Р., Ахметшин Д.А.   Применение терминальных устройств с сенсорным дисплеем в образовательном процессе // Вестник Казанского государственного технологического университета - № 24. – 2011 – С. 59 – 63.

Курмангалиев, Д.Р. Модель техногенной образовательной среды / Д.Р. Курмангалиев, Д.А. Ахметшин // Восьмая научно-техническая конференция «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии» г.Тула 2011.

Нуриев Н.К., Ахметшин Д.А. Старыгина С.Д. Организация техногенной образовательной среды на базе технологии wi-fi: управление учебной деятельностью и информационными потоками различных форматов // Международный электронный журнал “Образовательные технологии и общество (Education Technology & Society)” (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html). – 2014. – V.17. – N 4. – С. 625- 635. ISSN 1436-4522.

Нуриев, Н.К. Проектирование электронной образовательной среды быстрого развития инженеров / Н.К. Нуриев, С.Д. Старыгина, Д.А. Ахметшин, А.А. Али // Международная научно-практическая конференция «Электронная Казань 2014», выпуск №1(12), часть 1, 2014. – С.312-318.