AUTOMATION OF DEVELOPING PLAN FOR EXTRA-CURRICULAR ACTIVITIES USING INTELLIGENT INFORMATION TECHNOLOGIES
Authors:
1.
ITMO University
(Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Faculty of Technological Management and Innovations)
employee
St. Petersburg, Russian Federation
employee
St. Petersburg, Russian Federation
2.
ITMO National Research University
(Student)
student from 01.01.2016 to 01.01.2020
student from 01.01.2016 to 01.01.2020
Type:
Article
Pages:
from 132
to 140
Status:
Published
Received:
21.10.2020
Accepted:
21.10.2020
Published:
21.10.2020
Subject area:
UDK 50 Общие вопросы математических и естественных наук
Language:
Russian
Keywords:
educational institution, plan of extracurricular activities, organization of extracurricular work, level of education, activities, process automation.
Abstract (English):
The article analyzes the problem of organizing extracurricular activities, which, along with the organization of the learning process, is important in modern education characterized by the person integrated development and individualization of training and education programs. The important problems need to be addressed at various stages of the organization of extracurricular activities, from its methodological study to organizational and technical planning. There has been offered a review of the directions of extracurricular activities, the forms in which it can be organized, as well as the specifics of its implementation at various levels of education. In order to reduce the complexity of time costs, ability to choose forms of extracurricular activities in suitable areas, taking into account the time available for its implementation, as well as the ability to generate plans based on individual preferences, an intelligent information system has been developed. A mathematical model of method optimization aimed to solve the problem of decision support, functional and software-architectural models of the developed web service and examples of its work at various stages of generating the extracurricular activities plan in the optimization statement have been presented. The proposed approach can be widely used in the educational institutions of various levels interested in reducing the costs of organizing extracurricular activities, automatic check for compliance with the requirements of the Federal State Educational Standard and generating a working plan taking into account the opinions of various categories of experts.
The article analyzes the problem of organizing extracurricular activities, which, along with the organization of the learning process, is important in modern education characterized by the person integrated development and individualization of training and education programs. The important problems need to be addressed at various stages of the organization of extracurricular activities, from its methodological study to organizational and technical planning. There has been offered a review of the directions of extracurricular activities, the forms in which it can be organized, as well as the specifics of its implementation at various levels of education. In order to reduce the complexity of time costs, ability to choose forms of extracurricular activities in suitable areas, taking into account the time available for its implementation, as well as the ability to generate plans based on individual preferences, an intelligent information system has been developed. A mathematical model of method optimization aimed to solve the problem of decision support, functional and software-architectural models of the developed web service and examples of its work at various stages of generating the extracurricular activities plan in the optimization statement have been presented. The proposed approach can be widely used in the educational institutions of various levels interested in reducing the costs of organizing extracurricular activities, automatic check for compliance with the requirements of the Federal State Educational Standard and generating a working plan taking into account the opinions of various categories of experts.
Keywords:
educational institution, plan of extracurricular activities, organization of extracurricular work, level of education, activities, process automation.
educational institution, plan of extracurricular activities, organization of extracurricular work, level of education, activities, process automation.
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. FGOS osnovnogo obshchego obrazovaniia [FSES for basic general education (5-9 grades?)]. Federal'nye gosudarstvennye obrazovatel'nye standarty. Available at: https://fgos.ru (accessed: 10.04.2020).
2. Grigor'ev D. V., Stepanov P. V. Vneurochnaia deiatel'nost' shkol'nikov. Metodicheskii konstruktor [Extracurricular activities of schoolchildren. Methodical constructor]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 2014. 223 p.
3. Chernykh L. A., Sozontova O. V. Metodicheskie rekomendatsii po organizatsii vneurochnoi deiatel'nosti v khode realizatsii FGOS [Methodical recommendations for organizing extracurricular activities in process of implementing Federal State Educational Standards]. Lipetsk, LIRO Publ., 2012. 94 p.
4. Alieva L. V., Rudenko I. V. Teoreticheskie podkhody k razrabotke kriteriev i pokazatelei sformirovannosti obshcheprofessional'nykh kompetentsii studentov vo vneuchebnoi deiatel'nosti vuza [Theoretical approaches to developing criteria of formation of general professional competencies of students in the university extracurricular activities]. Izvestiia Volgogradskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta, 2016, no. 6 (110), pp. 53-59.
5. Grigor'ev D. V., Stepanov P. V. Organizatsiia vneuchebnoi deiatel'nosti uchashchikhsia nachal'noi shkoly [Organization of extracurricular activities of primary schoolchildren]. Innovatsionnye proekty i programmy v obrazovanii, 2010, no. 5, pp. 22-27.
6. Kanaeva T. A. Poniatie «Vneuchebnaia deiatel'nost'» v aspekte professional'nogo stanovleniia studentov SPO [Concept of extracurricular activities in aspect of professional development of vocational education students]. Sovremennye issledovaniia sotsial'nykh problem (elektronnyi nauchnyi zhurnal), 2012, no. 11, p. 38.
7. Gladysheva M. M., Val'kovskaia S. S. Razrabotka avtomatizirovannoi sistemy upravleniia «Vneu-chebnaia deiatel'nost' instituta energetiki i avtomatiki» [Development of automated control system Extracurricular Activities of Institute of Energy and Automation]. Gaudeamus, 2012, vol. 2, no. 20, pp. 171-173.
8. Iakovleva O. V. Elektronnaia sreda universiteta: vozmozhnosti podderzhki vneuchebnoi deiatel'nosti studentov [University electronic environment: opportunities to support extracurricular activities of students]. Izvestiia Rossiiskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A. I. Gertsena, 2015, no. 177, pp. 132-137.
9. Chulanova O. L., Iavorskaia K. I. Razrabotka programmy formirovaniia kompetentsii konkuren-tosposobnogo vypusknika vo vneuchebnoi deiatel'nosti vuza [Developing program of forming competencies of competitive graduate in extracurricular activities of university]. Aktual'nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk, 2015, no. 8-1, pp. 238-247.
10. Denisova A. B. Informatsionnye i kommunikatsionnye tekhnologii v formirovanii korporativnoi kul'tury vuza [Information and communication technologies in developing university corporate culture]. Vestnik Rossiiskogo universiteta druzhby narodov. Seriia: Informatizatsiia obrazovaniia, 2012, no. 2, pp. 23-29.
11. Grinshpun D. M., Kotsiuba I. Iu. Kontseptsiia vospitatel'noi raboty v ramkakh podgotovki tekhnicheskikh spetsialistov v sisteme srednego professional'nogo obrazovaniia na baze vuza [Concept of educational work in framework of training technical specialists in secondary vocational education under university]. Innovatsii v obrazovanii, 2016, no. 9, pp. 138-146.
