Разработка цифровой платформы сопровождения образовательного процесса

Страницы 1 2 3

Содержание

Введение
Глава 1. Обзор предметной области и постановка задачи
1.1. Анализ предметной области
1.2. Анализ функциональности системы сопровождения образовательного процесса
1.3. Обзор существующих программных продуктов для сопровождения образовательного процесса
1.4. Формулирование требований к приложению
Глава 2. Проектирование цифровой платформы
2.1. Анализ средств разработки
2.2. Разработка базы данных
2.3. Проектирование клиентской части
2.4. Проектирование серверной части
Глава 3. Разработка цифровой платформы
3.1. Реализация базы данных
3.2. Реализация клиентской части
3.3. Реализация серверной части
3.4. Тестирование приложения
Заключение
Список использованной литературы
Приложения

Введение

Актуальность темы. В связи с активным развитием технического и социального механизма общества, информация стала важнейшим ресурсом, который является частью всех сфер человеческой деятельности. Современные информационные технологии приравниваются к материальным и энергетическим ресурсам, создавая, храня, перерабатывая и обеспечивая эффективные способы представления информации потребителю. Они стали важным аспектом жизни людей и инструментом, способствующим росту эффективности управления каждой областью деятельности общества.
Наиважнейшей областью использования IT-технологий служит образование. Связано это с необходимостью перехода на новый уровень развития, связанного с развитием цивилизации. В условиях постиндустриального информационного общества происходит интеграция образовательной среды в глобальное информационное пространство, что привело к стремительному проникновению информационных технологий в сферу образования.
В настоящее время информационные технологии благополучно интегрированы в систему образования.
Важно учитывать, что на современном этапе развития образовательной системы имеется практическая необходимость выработать теоретические, методологические и проектные решения, которые позволят совершенствовать образовательный процесс общеобразовательных организаций в направлении автоматизации оценки знаний, при этом, на сегодняшний день одним из эффективных способов контроля знаний являются образовательные системы тестирования, которые могут обеспечить повышение эффективности учебной деятельности в общеобразовательном учреждении.
Введение образовательных систем – одна из важнейших задач современной системы образования. Информационное общество, новое поколение студентов, ресурсная база образовательных учреждений требуют изменений в уровне подготовки преподавателей, методиках и средствах обучения.
Образовательные системы – современное эффективное средство обучения. Одна из главных особенностей образовательных систем – мультимедийная составляющая, дающая возможность широкого использования компьютерных технологий: графики, видео, анимации, звука, текста. Мультимедийные материалы могут значительно повысить результативность учебного процесса как под руководством педагога, так и при самостоятельном освоении дисциплины. После ознакомления с учебным материалом обучающийся может в интерактивном режиме провести самоконтроль с помощью тренировочных тестов, изучить дополнительные материалы.
Исследованиями данной тематики занимаются многие ученые автоматизации системы образования, среди которых: Н.В. Апатова, А.А. Бариева, Д.Ш. Матрос, И.П. Карпова, В.Э. Клюнин, И.В. Красильников, В.Г. Кречетников, Н.А. Ласкова, В.Н. Павлыш, О.И. Пащенко, Е.Ю. Сбитнева, В.М. Трембач. Общие вопросы организации образовательного процесса и проектирования образовательных программ в своих работах рассматривали: Ю.К. Бабанский, А. В. Баранников, Л.Н. Буйлова, Н.Д. Быковицкая, И.А. Колесникова, Р.Г. Чуракова. Разработкой образовательных систем занимались: Н.В. Никуличева, С.С. Хапаева. Методические положения проектирования системы сопровождения образовательного процесса установлены в основных положениях разработки новых информационных технологий (В.П. Беспалько, О.В. Зимина, Л.Х. Зайнутдинова, И. Руденко-Моргун, Н.Ф. Талызиной, И.Х. Галеева, А.А. Меньшикова, В.П. Мизинцева, В.А. Якунина и др.) и педагогических технологиях конструирования электронных курсов (В А. Каймин, Г.К. Нургалиева, Р.К. Ускенбаева, Ж.А. Караева и мн. др.) и ряда других работ по методологии и технологии разработки образовательной методической системы в рамках информатизации образования.
Цель работы: разработать цифровую платформу сопровождения образовательного процесса.
Задачи работы:
 провести анализ предметной области;
 проанализировать средства разработки;
 разработать базу данных;
 спроектировать клиентскую часть;
 спроектировать серверную часть;
 разработать цифровую платформу.
Объект работы: информационные технологии в образовании.
Предмет работы: цифровая платформа сопровождения образовательного процесса.
Методология исследования. В процессе исследования применялся научный аппарат информатики, методы проектирования и разработки программного обеспечения, и такие научные методы исследования, как: абстрактно-логический метод; анализ научной и учебной литературы; классификация; метод обобщения; методы проектирования и разработки веб-приложений; моделирование; описательный метод; проектный метод; синтез; системный анализ и подход; сравнительный анализ; тестирование; эмпирический метод.
Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в том, что проект системы может быть использован в процессах изучения материала и последующей проверки усвоенной информации.
Структура работы: работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений.

Глава 1. Обзор предметной области и постановка задачи

1.1. Анализ предметной области

История развития образовательных систем. Развитие электронной системы сопровождения образовательной деятельности происходило согласно ряду этапов .
Первоначальный этап попадает на 50-60 гг. XX века и посвящен исследованиям в области выявления возможностей по разработке систем обучающего характера. Так, в 1954 г. доктор наук Б. Ф. Скиннер предложил концепцию, которая в последствие стала называться «программированным обучением». Ее предназначение заключалось в потребности создания оптимальных условий для роста эффективного воздействия на управление учебной деятельностью, используя при этом систему соответствия психологическим знаниям, что другими словами трактуется как интеграция в обучение кибернетики. Изначально определяющим фактором в учебной деятельности являлись процессы на автоматизированную систему обучения, которая началась с привлечения в нее различных обучающих и контролирующих инструментов и средств. Популярность этих инструментов (устройств) выросла в 1960-1970 гг., однако из-за присутствия неполного набора функциональных возможностей, они не позволяли на должном уровне оценивать реальный уровень знаний учащегося. .
Разрабатывая первые образцы автоматизированных обучающих систем (далее АОС) ученые пришли к выводу о том, насколько не просто найти решение задачам по дисциплинарным знаниям, не забывая при этом о вопросах, которые требуют решения в сфере организации обратной связи с обучающимся (беседа с ярко-выраженным дефицитом лингвистических знаний). В ряде образовательных учреждений также были реализованы проекты и созданы свои собственные АОС, которые при разработке учитывали существующие условия образовательного учреждения. Тем не менее, в ходе дальнейшей апробации разработанных АОС часто наблюдалась их несовместимость между собой в рамках их технического и программного обеспечения, а это, в свою очередь, значительно осложняло реализацию возможности обмениваться учебными программами, курсами, в том числе и осуществлять обновление АОС .
Кроме того, отметим, что также волновал вопрос разработки АОС и другие страны. В США работа по созданию обучающих систем отличалась целью разработать специальное устройство для возможности нового обучения. Так, работы по созданию АОС велись крупнейшими компаниями, некоторыми университетами и колледжами, в том числе военными и индустриальными учебными базами .
В 1970 г. известный американский ученый в области информационных и компьютерных технологий Дж. Карбонелл стал автором введения новых интеллектуальных обучающих систем (далее ИОС). Его первый проект ИОС «SCHOLAR». Применяя ее в качестве примера, ученый смог показать насколько действенны методики искусственного интеллекта (далее ИИ) в образовательной системе. Сравнивая 1956 г., который ознаменовался исследованиями «сложными процессами обработки сведений», проводившимися в сфере ИИ Ньюэллом и Саймоном на базе начали Технологическомго института Карнеги, с 1970 г., можно сказать, что последний именуется как зарождения инновационного этапа научного направления, который появился стыке программированного обучения и искусственного интеллекта. Индивидуальная обучающая система позволяла выбрать или предоставить обучающее влияние, обуславливаясь целями и принимая в расчет уровень знаний обучающегося , .
Следующий этап развития сопровождающих систем учебной деятельности пришелся на 70-гг. и до середины 80-х гг двадцатого столетия. В тот момент истории ИИ находилось в состоянии кризиса, а это, естественно, характеризовало концепцию разработки ИОС практически не осуществимой, что так или иначе негативно сказалось не определении и восприятии понятия «автоматизированное обучение». Следует отметить, что АОС стали рассматривать любые программы, созданные с целью информационной или же функциональной поддержки обучения. Они представлены такими инструментами, как тестирование, цифровой учебник, лабораторные исследования и пр.
Более того, в то время, как наблюдался сокращение требований к образовательным системам, активно велись исследовательские работы по выявлению возможностей их применения, разрабатывались новые АОС, методики обучения, которые уже были рассмотрены в сфере ИИ. 1980 г. это год первых исследовательских и коммерческих ИОС, задача которых заключалась в проведении диагностики, отладки поведения учащихся.
Следующий период пришелся на конец 80-х гг. и начало 90-х гг. XX века, в котором основными вехами развития выступали глобальная популяризация ЭВМ и развитие вычислительных сетей, которые способствовали становлению направленности обучающих систем в режиме онлайн, используя при этом общепринятые нормы предоставления информации. Кроме того, в текущем периоде стали гораздо больше применять цифровые инновации, которые способствовали тому, что на первый план развития обучающих систем выдвинулось использование в них цифровых технологий.
Продолжающиеся в то время разработки и исследования в сфере высоких технологий, привели к тому, что роль содержательных и методических элементов систем обучения сошла на более низкую ступень.
Начиная с середины 80-х гг. прошлого века роль интеллекта в системах обучения, непосредственно была взаимосвязана с интеграцией их в практическую деятельность, а также интеграции их при создании новых инструментов и методик, разработанных в рамках исследовательских работ по обучающим системам .
Также, в этот период времени ИОС начали содержать в себе данные об учащемся (в частности, модель идеального учащегося), включая и стратегическое планирование обучения .
И заключительный этап. Начиная с 90-х гг. прошлого века наблюдается уже современный этап развития, который идет параллельно с резким развитием интернет-сети. Сравнивая локальные операционные системы, отметим, что в распределённых системах присутствуют заметные и эффективные преобразования функций благодаря использованию различных сетевых ресурсов с целью решения поставленных задач перед системой обучения. За счет применения вычислительной сети взаимодействие учащихся друг с другом и с педагогом начинает выступать наиболее результативным, что позволяет педагогам отслеживать весь процесс обучения (машинные инструменты контроля), а учащемуся получать ответы на свои вопросы в онлайн-форме и по электронной почте.
Развитие сетевых IT-технологий и результаты проведенных за последние годы исследований в направлении искусственного интеллекта это определяющие факторы, которые берутся за основу, в процессе созидания новых и более эффективных систем обучения. Данные системы способствуют наиболее благоприятно провести адаптационные мероприятия в отношении учащихся во время учебного процесса. Таким образом, в 90-е годы двадцатого века, в разработки ИОС начали внедрять агентно-ориентированные инновационные технологии. В обществе сформировалось и в дальнейшем подкреплялось в сознании мнение, что операционные системы, которые разрабатываются, в перспективе будут широко применять каждую возможность вычислительных сетей, включая в их число телекоммуникационные и интеллектуальные новшества. Тем не менее, перераспределяя в цифровую информационную среду все имеющиеся способы и методики формирования обучающих систем, не станет выступать гарантией для предполагаемых результатов, а уже тем более их эффективности в ходе обучения. Способы и инструменты по разрешению данного вопроса взаимосвязаны, в первую очередь, с применением компетентностного подхода в образовательной системе, который делает акцент не на содержание обучающего процесса, а на его результат .

1.2. Анализ функциональности системы сопровождения образовательного процесса

Система сопровождения образовательного процесса – это программно-методический комплекс, который предназначен для изучения дисциплины в целом или отдельных её разделов и обычно содержит ряд актуальных вопросов и задач для самостоятельного контроля и аудита знаний, включая обеспечение обратной связи. Образовательная система сочетает в себе качества учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Но важно помнить, что использование системы сопровождения образовательного процесса является целесообразным в комплекте с другими системами, не отрицая, а взаимно дополняя печатные издания.
Системы сопровождения образовательного процесса помогают решать следующие задачи:
— первоначальное знакомство с предметной дисциплиной, изучение ее основных понятий, форм;
— базовая подготовка на разных уровнях глубины и детальности;
— мониторинг и оценка знаний и способностей;
— развитие умений в конкретных направлениях деятельности;
— реконструкция знаний и умений.
При создании системы сопровождения образовательного процесса должны учитываться ряд условий и правил:
— передача курса в форме разделов или тем;
— модульность и доступ к отдельным элементам содержания;
— интеграция в модуль системы образовательного процесса, системы самостоятельного контроля с анализом ошибок, системы самостоятельной коррекции обучающих процессов;
— применение разного рода информационных данных;
— разносторонность передачи материала;
-адаптируемость состава учебного материала к определенным условиям и к особый личностным характеристикам учащихся;
— сопровождение материала с текстом аудио- и видеоинформацией;
— поиск с помощью ключевого слова, словосочетания и т.д.;
— материал учебника должен быть доступен для копирования и печати;
— эта система должна быть открыта для коррекции и усовершенствования его авторами, а также иметь систему защиты от несанкционированных изменений учебника .
Система сопровождения образовательного процесса включает в себя очень подробный и систематизированные обучающий материал, который предоставляется учащемуся в форме блоков. Гипертекстовая структура дает возможность учащемуся установить курс и направление изучения материала, а также организовать приемлемые условия и скорость работы, в том числе метод изложения материала, который наиболее подходит и отвечает психофизиологическим факторам его восприятия. В данной образовательной системе возможно предусмотреть функцию протоколирования действий учащегося с целью их последующей оценки со стороны педагога.
Достоинствами данной образовательной системы являются:
— многовариантность, многоуровневость и разнообразие проверочных заданий, тестов;
— интерактивность и мультимедийность;
— доступность и мобильность;
— постоянное обновление информационного материала;
— мгновенная обратная связь;
— быстрый поиск информации (в том числе контекстный поиск);
— интерактивная система самопроверки;
— эмоциональный комфорт (индивидуальный темп, отсутствие боязни сделать ошибку);
— заметно сокращает время в случае неоднократных обращений к гипертекстовым структурам.
Подводя итог, можно отметить, что в целом система сопровождения образовательного процесса дает возможность обособить учебный процесс и контроль; замотивировать обучающихся в еще большей степени; организовать соответствующие условия для самостоятельной деятельности; способствовать становлению самооценки учащихся; организовать благоприятную образовательную среду.
Таким образом, несмотря на то, что новые ИКТ появились в учебном процессе сравнительно недавно, сопоставляя с общепринятыми формами, методиками и инструментами учебно-методического обеспечения дают возможность существенно поднять уровень технологичности преподавания и изучения предоставляемых знаний.

1.3. Обзор существующих программных продуктов для сопровождения образовательного процесса

Развитие современного образовательного процесса происходит путем внедрения новых информационных технологий, которые включают ряд новых аппаратных, программных, коммуникационных средств. Это позволяет улучшить сам процесс обучения, осуществить идеи развивающего обучения, увеличить темп урока, а также повысить объем самостоятельной работы школьников. Сейчас, пожалуй, нет ни одной сферы человеческой жизнедеятельности, где информационные технологии не нашли бы свое применение.
Внедрение информационных технологий в образовательный процесс в общеобразовательных учреждениях влечет за собой качественную модернизацию образовательной системы, наибольшей ее доступности, позволяет гармонично развиваться личности, которая может ориентироваться в информационном поле, и приобщена к ИКТ-возможностям современных инноваций.
Более подробно рассмотрим системы, которые являются мировыми лидерами в организации автоматизированных помощников для образовательных организаций. Так, наиболее удобным классом подобных программ являются системы дистанционного обучения, которые, по сути, являются совокупностью научно-методической, учебной и организационной поддержки образовательного процесса, которые реализуются, опираясь на IT-технологии. Со стороны существующей сегодня дидактической культуры интеграция цифровой среды и программного обеспечения предоставило огромное число инновационных возможностей в каждую область образовательной деятельности.
Существует множество платформ для организации системы дистанционного обучения, которые отличаются функционалом и технологиями программного обеспечения .
Наиболее популярными платформами для организации систем дистанционного обучения являются Moodle (Modular Object — Oriented Dynamic Learning Environment (в переводе с англ. — цифровая модульная объектно-ориентированная и динамическая среда обучения), eLearning Server и REDCLASS. Для наиболее полного понимания указанный систем, рассмотрим сравнительные характеристики систем в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Сравнительная характеристика LMS-систем

Кроме указанных систем, существуют и другие платформы для разработки систем онлайн-обучения:
1) Claroline. Поддержка: IMS/SCORM спецификации. Языки приложения: PHP, JAVA. СУБД: MySQL. Лицензия: GNU General Public License (GPL). Поддержка русского языка: есть. Создано бельгийскими разработчиками в институте педагогики и мультимедиа католического университета в г. Лувена.
2) Dokeos. Поддержка: IMS/SCORM. Платформа: PHP, MySQL. Лицензия: GNU General Public License (GPL). Поддержка русского языка: есть. Платформа для разработки сайтов онлайн-образования, основанная на ветке (fork) Claroline (версии 1.4.2.). Ветка представляет собой клон свободно распространяемого ПО, которое было разработано с целью редактирования оригинального приложения в каком-либо конкретном направлении. Dokeos — это итог работы ряда специалистов, участников самой первой команды разработчиков Claroline, выполнивших следующее:
 Возможность смены ориентации приложения. В наибольшей степени подходим предприятиям и компаниям, нежели учебным заведениям. При этом Claroline адаптирована для университетской среды, что можно наблюдать в поддержке большинства обучающихся и курсов. Dokeos ориентирован на профсреду, в частности – на работников компаний и пр;
 организацию (в большей степени вынос на продажу) набора дополнительных сервисов для платформы. Наименование Dokeos имеет прямое отношение к приложению, и к сообществу, которое предлагает совокупность разных сервисов к платформе: хостинг, интеграция контента, создание дополнительных модулей, техподдержка и пр.
Dokeos представляет собой бесплатную платформу. Это обуславливается тем, что лицензия Claroline (GNU/GPL) предусматривает, что ветки также относятся к данному лицензионному соглашению. Поскольку выделение ветки произошло сравнительно недавно, эти приложения в настоящий момент сравнительно идентичны, несмотря на то, есть ряд отличительных особенностей в эргономике, разработке интерфейса, функциональных возможностях, которые уже проявляются.
3) ATutor. Поддержка: IMS/SCORM. Язык приложения: PHP, JAVA. СУБД: MySQL. Лицензия: GNU General Public License (GPL). Поддержка русского языка: есть. Была разработана в Канаде. Включает в себя e-learning инструменты. Есть русскоязычная версия.
4) ILIAS. Поддержка: IMS/SCORM. Языки приложения: PHP. СУБД: MySQL. Лицензия: GNU General Public License (GPL). Поддержка русского языка: есть.
5) Open ACS (Open Architecture Community System) представляет собой платформу для выработки масштабируемого, которые может переноситься, образовательного ресурса. Данная система выступает фундаментальной основой для большинства компаний и учебных заведений, которые используют технологии цифрового обучения. СУБД: ORACLE. Лицензия: GNU General Public License (GPL). Поддержка русского языка: есть .

1.4. Формулирование требований к приложению

В обязательном порядке в системе сопровождения образовательного процесса необходимо наличие доступной логической структурной организации, где может легко и без трудностей работать любой человек. Понятие «логическая структура» проектируемого веб-приложения принято интерпретировать как систему работы html-страница между собой. Также структура должна делиться на первоначальные периоды разработки.
Логическая структура всегда должна выступать в роли определяющего фактора для мультизадачности дизайна. Структурная организация каждого элемента для целей по разработке обучающего пособия, включающего в себя ряд функций, показана на рис. 1.1. В прямоугольниках указаны информационные блоки, стрелки с указанием направления — это наличие возможности переходов от раздела к разделу.
Чтобы получить максимально благоприятные результаты достижения заданных целей, необходимо объединить и применить две структуры — древовидную и решетчатую. 1-ый уровень приложения это главное меню, представленное в форме страницы на которой указан доступных к просмотру учебных курсов, а 2-ой уровень приложения это уже скрытые страницы избранного учебного материала, также в приложении есть «шапка» и верхняя статическая часть пособия, выполняющая графические функции образовательной системы .

Рисунок 1.1. Структурная схема основных частей приложения

Выделим весь перечень основных элементов приложения, которые помогают в разработке системы обучения.
1. Главное меню это страница с отображением кратких сведений о самом приложении и перечне доступных к просмотру учебных материалов.
2. Компоненты графического оформления системы, среди которых:
a. Образцы графического оформления. В процессе формирования нового обучающего процесса у пользователя есть возможность использовать на выбор ряд шаблонов графического оформления.
b. Главная страница системы обучения. Название обучающей системы, составленное в процессе разработки в основном меню с помощью автоматизированных функций приложения, вводится в необходимое поле. Также, есть возможность редактировать интерфейс и содержание как главной страницы, так и остальные страницы.
c. «Шапка». Похожа больше на главную, нежели на остальные страницы приложения. Функция переноса графического оформления из выбранного шаблона. Название обучающей системы, составленное в процессе разработки в основном меню с помощью автоматизированных функций приложения, вводится в необходимое поле. Также, есть возможность редактировать вид и содержание шапки.
5. Интерактивное оглавление. Оглавление системы обучения выполняется выглядит как интерактивное иерархического древо и всегда ее местоположение определено по левую сторону экрана. Есть функции скрытия и разворачивания списка страниц наименьшего иерархического уровня, а благодаря режиму редактирования можно создавать в выбранном разделе подраздел, делать перенос страницы из подраздела в раздел и подраздел, используя функцию «drug and drop», и удалять страницы.
6. Панель инструментов. В процессе переключения в режим редактирования текущей страницы, можно увидеть на экране панель инструментов, которая и является при этом главной функциональным элементом приложения. В нее включены функции, которые доступны благодаря надлежащим активным компонентам, таким, как «кнопка», которые применяются с целью разработки содержимого страниц, включая также и мультимедиа.
7. Контроль доступа. В процессе разработки образовательной системы ее создателю можно сделать авторизацию, выбрать логин и пароль, которые требуются с целью корректировки содержимого исключительно данной системы. Запрос аутентификации делается только один раз за сессию интернет-браузера во время перехода в режим редактирования какого-либо конкретного учебного материала, учебника .
У пользователя есть возможность устанавливать свое сочетание логина и пароля для каждого цифрового учебных материала, используя для этого скрипты на языке программирования Python .
Более подробно опишем функционал приложения. В системе предусмотрено три типа пользователей системы: администратор, преподаватель, студент. Варианты использования системы для этих типов пользователей показаны на рисунке 1.2.
Администратор может выполнять следующие действия:
 вход в систему;
 управление пользователями (добавление, удаление, изменение, подтверждение регистрации пользователей, назначение роли пользователя);
 управление администраторами (добавление, удаление, изменение).
Преподаватель использует систему для следующего:
 вход в систему;
 регистрация в системе;
 редактирование информации о пользователе;
 просмотр расписания занятий;
 регистрация учетных записей студентов;
 подтверждение регистрации студентов;
 управление документами (учебными материалами) пользователя (добавление, удаление, изменение);
 просмотр и управление журналом (добавление, удаление, изменение).

Рисунок 1.2 — Диаграмма вариантов использования

Варианты использования системы для студента:
 вход в систему;
 регистрация в системе;
 редактирование информации о пользователе;
 просмотр расписания занятий;
 просмотр учебных материалов;
 дневник студента.

Страницы 1 2 3