АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ПЛАНА ВНЕУЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СРЕДСТВАМИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Авторы:
1.
Национальный исследовательский университет ИТМО
(кандидат технических наук; доцент факультета технологического менеджмента и инноваций)
сотрудник
г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
сотрудник
г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
2.
Национальный Исследовательский Университет ИТМО
(Студент)
студент с 01.01.2016 по 01.01.2020
студент с 01.01.2016 по 01.01.2020
Тип:
Статья
Страницы:
с 132
по 140
Статус:
Опубликован
Получено:
21.10.2020
Одобрено:
21.10.2020
Опубликовано:
21.10.2020
Классификаторы:
УДК 50 Общие вопросы математических и естественных наук
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
образовательное учреждение, план внеучебной деятельности, организация внеучебной работы, уровень образования, мероприятия, автоматизация процесса
Аннотация (русский):
Проблема организации внеучебной деятельности, наряду с организацией процесса обучения, имеет важное значение в современном образовании, характеризующемся стремлением к комплексному развитию личности, индивидуализации программ обучения и воспитания. Проанализированы основные проблемы, которые необходимо решать на различных этапах организации внеучебной деятельности, от ее методической проработки до организационного и технического планирования. Предложен обзор направлений внеучебной деятельности, форм, в которых она может быть организована, а также специфики ее реализации на различных уровнях образования. С целью снижения трудоемкости временных затрат, возможности выбирать формы мероприятий внеучебной работы по подходящим направлениям с учетом фонда времени, отводимого на ее реализацию, а также возможности генерировать планы с учетом индивидуальных предпочтений разработана интеллектуальная информационная система. Представлены математическая модель из класса методов оптимизации для решения поставленной задачи поддержки принятия решений, функциональная и программно-архитектурная модели разработанного веб-сервиса и примеры его работы по различным этапам генерации плана внеучебной деятельности в оптимизационной постановке. Предлагаемый подход может найти широкое распространение в образовательных учреждениях различных уровней, заинтересованных в сокращении затрат на организацию внеучебной работы, автоматическую проверку на соответствие требованиям ФГОС, а также генерацию плана работы с учетом мнений различных категорий экспертов.
Проблема организации внеучебной деятельности, наряду с организацией процесса обучения, имеет важное значение в современном образовании, характеризующемся стремлением к комплексному развитию личности, индивидуализации программ обучения и воспитания. Проанализированы основные проблемы, которые необходимо решать на различных этапах организации внеучебной деятельности, от ее методической проработки до организационного и технического планирования. Предложен обзор направлений внеучебной деятельности, форм, в которых она может быть организована, а также специфики ее реализации на различных уровнях образования. С целью снижения трудоемкости временных затрат, возможности выбирать формы мероприятий внеучебной работы по подходящим направлениям с учетом фонда времени, отводимого на ее реализацию, а также возможности генерировать планы с учетом индивидуальных предпочтений разработана интеллектуальная информационная система. Представлены математическая модель из класса методов оптимизации для решения поставленной задачи поддержки принятия решений, функциональная и программно-архитектурная модели разработанного веб-сервиса и примеры его работы по различным этапам генерации плана внеучебной деятельности в оптимизационной постановке. Предлагаемый подход может найти широкое распространение в образовательных учреждениях различных уровней, заинтересованных в сокращении затрат на организацию внеучебной работы, автоматическую проверку на соответствие требованиям ФГОС, а также генерацию плана работы с учетом мнений различных категорий экспертов.
Ключевые слова:
образовательное учреждение, план внеучебной деятельности, организация внеучебной работы, уровень образования, мероприятия, автоматизация процесса
образовательное учреждение, план внеучебной деятельности, организация внеучебной работы, уровень образования, мероприятия, автоматизация процесса
Введение
Задача современного российского образования – обеспечение целенаправленного процесса воспитания и обучения в интересах личности и общества. Процесс получения образования призван решать многие задачи, связанные с социализацией, получением знаний и созданием среды, способной воспитывать гармонично развитые личности. Одним из системных компонентов образовательной деятельности является внеурочная работа обучающихся.
Согласно Федеральному государственному образовательному стандарту (ФГОС) целью организации внеучебной работы (ВР) является создание условий для получения учащимися важного для жизни в пределах общества социально-ориентированного опыта и принятия уста-новленной в обществе системы ценностей, проектирование условий для всестороннего развития и непрерывной социализации личности в свободное от учебных занятий время; организация воспитывающей среды, направленной на активизацию как социальных, так и интеллектуальных приоритетов субъекта образовательного процесса, развитие здоровой и постоянно совершен-ствующейся личности, обладающей сформированной гражданской позицией и правовой куль-турой, готовой к жизни в условиях новой социальной реальности, подготовленной к реализации практической деятельности, имеющей важное значение для социума [1]. Организация ВР связа-на со значительным количеством особенностей, а именно:
большим количеством направлений [2, 3];
сложностью распределения ресурса времени на направления ВР;
необходимостью учета личностных особенностей каждого обучающегося для создания плана ВР с учетом индивидуальных предпочтений;
необходимостью учета требований СанПиН для ряда мероприятий;
необходимостью учета специфики уровня образования (младшая школа, средняя школа, СПО, вуз и т. д.) с точки зрения направлений ВР, соответствующих им мероприятий, их форм и ограничений;
необходимостью учета экспертных мнений внешних экспертов и (или) методического коллектива образовательной организации [3];
необходимостью осуществлять математическую обработку данных (в том числе ран-жирование и статистическую обработку);
необходимостью стремиться к критериям и показателям эффективности результатов внеучебной деятельности (ВД) на различных уровнях [4, 5];
необходимостью индивидуализации плана ВД [6].
Многие из перечисленных проблем поддаются формализованному описанию и могут быть поддержаны путем использования специального программного обеспечения, и автоматизация подхода к созданию плана ВР позволит значительно снизить трудоемкость составления планов ВР для различных уровней образования.
В работах [7–11] обсуждается возможность использования информационных технологий
в вопросах организации ВД. Отмечается, что в данной предметной области могут использовать-ся веб-сайты и социальные сети как компоненты электронной среды, а также автоматизирован-ные средства управления для учета информации о ВД, технические средства для обеспечения ее индивидуализации. Но в рассмотренных работах не уделяется внимание возможности разработ-ки автоматизированной системы поддержки принятия решений по разработке плана ВД, сфор-мулированной в качестве задачи принятия решений.
В связи с необходимостью автоматизации процесса ВР появилась задача реализации при-ложения, способного генерировать план ВД в оптимизационной постановке, а именно – полу-чать оптимальный вектор форм ВД с учетом охвата всех направлений и ограничений.
Создание плана ВР основывается на различных критериях выбора форм организации тру-да и отдыха. Согласно ФГОС ВД учащихся формируется по следующим направлениям [1]:
спортивно-оздоровительное;
духовно-нравственное;
общеинтеллектуальное;
общекультурное;
социальное.
Помимо этого направления ВР могут различаться по видам и формам. Все это приводит к пониманию того, что план, полученный в ходе реализации поставленной задачи, должен соответствовать образовательным нормам и помогать выполнять цели ФГОС, направленные на всестороннее воспитание личности, способной выполнять социально-ориентированную деятельность на практике.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что существует большое число ограни-чений, способных скорректировать выбор дисциплин, участвующих в создании плана ВР. В це-лях повышения индивидуальной направленности генерируемого плана пользователю должен предоставляться функционал, реализующий выбор мероприятий по отдельно взятым направле-ниям развития. Особого внимания заслуживает ограничение по времени для различных меро-приятий ВР. С точки зрения различных государственных стандартов существуют четкие огра-ничения времени, отводимого на учебную деятельность. Так, нормы СанПиН вводят ограниче-ния на количество учебных часов в неделю. Кроме того, существуют нормы, регулирующие ко-личество физической и умственной активности у обучающихся в неделю, нормы количества времени применения технических средств обучения. Однако стандарты не могут регулировать ограничения по всем формам и всем мероприятиям ВР, поэтому организатор должен иметь воз-можность вводить желаемые временные рамки для отдельно взятых мероприятий, исходя из личных предпочтений или возможностей образовательного учреждения.
Модели автоматизации разработки плана внеучебной деятельности
В качестве критериев анализа существующих программных решений по организации
ВД были выбраны следующие:
– классификационная однородность – представленные программные средства должны от-носиться к профессиональному программному обеспечению, предназначенному для педагогов
и лиц, занимающихся образовательной деятельностью;
– функциональное сходство – главная функция аналогичных программных средств по ге-нерации планов ВР должна быть направлена на построение учебных планов;
– функционально обусловленные параметры – степень соответствия образовательным стандартам и количество захватываемых уровней образования.
Исходя из анализа предметной области – процесса организации ВР в образовательных учреждениях разных уровней образования, – можно сделать вывод о том, что автоматизация процесса организации ВР позволит значительно сократить трудоемкость составления ее плана, а также генерировать индивидуальный план ВР с учетом индивидуальных предпочтений обучающихся.
Разрабатываемая система должна удовлетворять следующим функциональным требованиям:
– функция выбора уровня образования в соответствии с возрастом обучающегося;
– функция выбора направлений ВР и ввода общего фонда времени, отведенного на
их реализацию;
– функция ввода мероприятий ВР и соответствующих им временных ограничений;
– возможность расставлять приоритеты направлениям и мероприятиям ВР, ранжирующие как направления ВР (духовно-нравственное, социальное, общеинтеллектуальное и т. д.), так и конкретные мероприятия (игра, посещение музея, просмотр фильма и т. д.) по степени важности;
– автоматическая генерация плана ВР в оптимизационной постановке с учетом ограниче-ний – в соответствии с методами математического программирования по нахождению опти-мального значения целевой функции на множестве допустимых значений;
– автоматическая корректировка плана на предмет равномерности распределения меро-приятий по дням недели/месяца.
При создании плана ВД возможны следующие входные данные:
– название плана ВД;
– дата начала исполнения плана ВД;
– дата окончания исполнения плана ВД;
– уровень образования обучающихся;
– мероприятия, входящие в состав плана ВД;
– приоритет каждого мероприятия;
– временные ограничения для мероприятий ВД.
Выходные данные системы:
– информация об аккаунте пользователя: имя и фамилия пользователя, e-mail;
– краткая информация о каждом созданном плане ВД: название плана, дата начала испол-нения плана, дата окончания исполнения плана;
– список созданных планов ВР, отражающий реализуемые мероприятия по каждой от-дельной части плана, длительность каждого реализуемого мероприятия.
Генерация планов ВД обучающихся в оптимизационной постановке предполагает решение задачи целочисленного программирования. Целевая функция, поддающаяся максимизации в рамках данной задачи, имеет вид
где aij = – приоритет мероприятий в составе плана ВР обучающихся;
– искомые компоненты оптимального распределения ресурса времени, со-ответствующие набору мероприятий, выбранных при создании плана ВД.
Представленная целевая функция принадлежит некоторому множеству допустимых значений:
T – общий ресурс времени, отводимого на исполнение плана ВР; D – множество допустимых значений; R – пространство вещественных чисел; n – общее число мероприятий; m – общее число типов мероприятий; i, j – переменные, характеризующие номера строк и столбцов.
Матричная форма записи мероприятий ВР представлена в табл.
Матричная форма записи математической модели плана ВР
Направления развития Мероприятия для уровня образования Y
Спортивно-оздоровительное x11 x12 … x1n
Духовно-нравственное x21 x22 x1n
Социальное … … …
Общеинтеллектуальное … … …
Общекультурное … … …
…… … …
Направление M (дополнительное) xm1 xm2 … xmn
При недостаточном количестве ограничений, накладываемых на целевую функцию, необ-ходимо предусмотреть возможность их автоматической корректировки.
Согласно требованиям ФГОС, осуществление мероприятий ВР происходит по спортивно-оздоровительному, духовно-нравственному, социальному, общеинтеллектуальному, об-щекультурному направлениям и т. д. При поиске оптимального вектора решения целевой функции должна происходить проверка, определяющая наличие в генерируемом плане ВР ме-роприятий по всем представленным ФГОС направлениям.
Решение представленной задачи математического программирования должно происходить в целочисленной постановке. При решении может использоваться симплекс-метод с по-следующим поиском целочисленного ответа при помощи алгоритма Гомори.
На рис. 1 представлена функциональная модель процесса, подлежащего автоматизации,
в формате потоков данных нотации DFD.
Рис. 1. Процесс создания плана внеучебной работы
На рис. 2 представлена модель программной архитектуры спроектированной системы генерации плана ВР с использованием диаграммы последовательности объектно-ориентированного языка UML.
Рис. 2. Программная архитектура системы
На рис. 3, 4 представлены результаты работы веб-сервиса по формированию плана ВД.
Рис. 3. Фрагмент работы веб-сервиса по добавлению мероприятий
Рис. 4. Фрагмент работы веб-сервиса по добавлению ограничений
Сгенерированный план ВР, соответствующий оптимальному значению целевой функции на заданном множестве допустимых значений, представлен на рис. 5.
Рис. 5. Сгенерированный план внеучебной деятельности
При выборе одного из пунктов списка пользователю открывается сгенерированный опти-мальный план ВД.
Таким образом, использование моделей оптимизации позволяет автоматически генериро-вать план ВР с учетом формальных ограничений предметной области, а также автоматически корректировать его в случае необходимости учета новых требований.
Заключение
Представленное программное решение позволяет осуществлять методическую, математи-ческую и программную поддержку процесса разработки плана внеучебной работы образова-тельного учреждения, значительно сокращая трудоемкость процесса его генерации, а также учитывать специфику его осуществления на разных уровнях образования в автоматизированном формате. Дальнейшая разработка предложенного направления предполагает развитие матема-тической модели, а именно добавление проверки на равномерность распределения мероприятий в течение месяца и проверку на параллельность выбранных мероприятий.
1. ФГОС основного общего образования // Федеральные государственные образовательные стандарты. URL: https://fgos.ru (дата обращения: 10.04.2020).
2. Григорьев Д. В., Степанов П. В. Внеурочная деятельность школьников. Методический кон-структор. М.: Просвещение, 2014. 223 c.
3. Черных Л. А., Созонтова О. В. Методические рекомендации по организации внеурочной дея-тельности в ходе реализации ФГОС. Липецк: ЛИРО, 2012. 94 с.
4. Алиева Л. В., Руденко И. В. Теоретические подходы к разработке критериев и показателей сформированности общепрофессиональных компетенций студентов во внеучебной деятельности вуза // Изв. Волгогр. гос. педаг. ун-та. 2016. № 6 (110). С. 53-59.
5. Григорьев Д. В., Степанов П. В. Организация внеучебной деятельности учащихся начальной школы // Инновационные проекты и программы в образовании. 2010. № 5. С. 22-27.
6. Канаева Т. А. Понятие «Внеучебная деятельность» в аспекте профессионального становления студентов СПО // Современные исследования социальных проблем (электронный научный журнал). 2012. № 11. С. 38.
7. Гладышева М. М., Вальковская С. С. Разработка автоматизированной системы управления «Внеучебная деятельность института энергетики и автоматики» // Гаудеамус. 2012. Т. 2. № 20. С. 171-173.
8. Яковлева О. В. Электронная среда университета: возможности поддержки внеучебной деятельности студентов // Изв. Рос. гос. педаг. ун-та им. А. И. Герцена. 2015. № 177. С. 132-137.
9. Чуланова О. Л., Яворская К. И. Разработка программы формирования компетенций конкурентоспособного выпускника во внеучебной деятельности вуза // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 8-1. С. 238-247.
10. Денисова А. Б. Информационные и коммуникационные технологии в формировании корпора-тивной культуры вуза // Вестн. Рос. ун-та дружбы народов. Сер.: Информатизация образования. 2012. № 2. С. 23-29.
11. Гриншпун Д. М., Коцюба И. Ю. Концепция воспитательной работы в рамках подготовки технических специалистов в системе среднего профессионального образования на базе вуза // Инновации в образовании. 2016. № 9. С. 138-146.
