Программные продукты и системы

На первом этапе автоматизации управления профессионально-техническим образовательным процессом в образовательном центре (ОЦ) проводятся мониторинг потребностей рынка труда, его анализ, прогнозирование экономического развития и демографической ситуации, тестирование учеников старших классов средних школ с целью определения наиболее целесообразной профессиональной ориентации, формирование групп по профессиям и разрядам, осуществляются предварительная подготовка и конкурсный отбор для поступления в образовательный ресурсный центр (ОРЦ). После этого формируются учебные планы по профессиям и проводятся их дифференциация по разрядам, распределение преподавательского состава по профессиям и формирование расписания занятий. Следующий этап – организация системы оценки качества обучения с учетом индивидуальных знаний и результатов работы выпускников на предприятиях, их непрерывная переподготовка, коррекция текущих учебных планов. Кроме этого, необходима переподготовка преподавательского состава с оценкой качества его работы и материального стимулирования.

Определены принципы построения информационной системы управления (ИСУ) учебным процессом (УП): соответствие архитектуры структуре управления ОРЦ; ориентация на комплексное решение задач управления с использованием базовых принципов систем информационной поддержки; обеспечение внешней и внутренней интеграции аппаратной, системной и объектно-ориен­тированной платформ и их унификации; простота развития, освоения и использования непосредственно на рабочих местах.

В соответствии с данными принципами обоснована архитектура ИСУ УП ОРЦ. Она должна создаваться как многоуровневая система с использованием модели сервер–сервер–клиент и обеспечивать взаимодействие с сетью ОРЦ, профессиональных лицеев и ПТУ, отечественными межрегиональными и региональными системами России и других стран через Интернет. Выбор трехзвенной технологии распределенной реализации вычислительного процесса определяется необходимостью решения достаточно большого количества целевых задач. Для этого во всех локальных подсистемах на верхнем иерархическом уровне должны использоваться более производительные серверы для решения достаточно сложных прикладных задач. А нижний уровень может строиться на базе распространенных ПЭВМ (от одной до нескольких однотипных, в зависимости от количества и сложности решаемых задач). Данные подсистемы объединяются в локальные сети и в единую систему с помощью физической магистрали или средств сети Интернет.

Структура построения проблемно-ориентиро­ванной программной платформы в соответствии с перечнем целевых задач и их структуризацией должна включать основные прикладные модули для решения целевых задач, управляющие средства, СУБД и БД, ряд дополнительных программ. В состав основных должны входить программные модули поиска информации и ее структуризации, тестирования и формирования групп по профессиям и разрядам, электронной помощи при формировании учебных планов, оптимизации расписаний, многомерной статистической диагностики качества обучения.

Основной задачей инструментальных средств является комплексная автоматизация управления всех этапов жизненного цикла оказания образовательных услуг. Процесс информационной поддержки решения целевых задач первого этапа связан с ведением БД о существующих и создаваемых предприятиях во всех отраслях хозяйства, с прогнозированием направлений их развития, определением на этой основе необходимого количества обучаемых и формированием групп по профессиям и разрядам. Следовательно, математический аппарат поддержки данного этапа должен обеспечивать ведение соответствующей БД, прогнозирование экономического развития, демографической ситуации и структуризации данных.

В соответствии с целевыми задачами [1] предложены математическая модель и алгоритм решения этих задач на основе структуризации данных, отличающихся возможностью определения оптимальных решений на основе формирования однородных множеств.

Пусть Т – множество документов; D – множество терминов документов; V – множество значений связи терминов с документами. Тогда d(t)=v, dÎD, tÎT, vÎV, то есть термин d относится к документу t со значением v. Использован принцип индексации дизъюнктивного типа: Dis[dj(t)=v1, dk=v2], то есть за документом t закреплен либо термин dj, либо dk [2].

Пусть имеется множество D={d1, d2, …,dn}. Документ t представляется как сложение дизъюнктивных множеств {di}, который обозначается . Доказывается, что множество t является родом, так как, если DiÎt, тогда Di-DjÎt; если (Dn) – ряд множеств t, тогда объединение Di по i ряда принадлежит t; по крайней мере, одно из множеств Di пустое. Пусть m – действительное скалярное измерение на роде t, то есть аддитивная аппликация множеств рода t на действительной прямой, . Тогда  независимо от ряда (Dn) дизъюнктивных множеств рода t, что влечет за собой m(Ø)=0. Следовательно, согласно введенному критерию, значение связи между термином di и документом t является значением меры множества Di, соотнесенным с термином di. Примером меры является карди- нальное число, которое удовлетворяет условию card(.

Рассмотрим n случайных переменных d1, d2, …,dn и аппликацию t®(d1(t), d2(t), …, dn(t)) в Rn. Тогда в n-мерном пространстве каждый документ tÎT определен вектором x={dk(x) | k=}, где dk(x)=dk(t), названным вектором записи, координаты которого соответствуют терминам и величина каждой координаты соответствует одному элементу множества V.

Множество X векторов записи x образует матрицу фиксации, F=, колонки которой соответствуют терминам документа, а строчки – записям. Матрицу можно также представить как F=, где vij – значение термина di для записи xj. Матрица фиксации становится булевой матрицей, если V={0, 1}. В этом случае vij=0, если запись x не имеет термина di; vij=1 в противном случае.

Функция поиска информации устанавливает наложение множества записи X на реальную прямую , то есть соответствие, через которое к каждому элементу xÎX присоединяется элемент g(x)ÎR. Соответствия x®g(x) представлены упорядоченными парами (x, g(x)).

Для записи x={dk(x) | k=} функция поиска g принимает значение g(x)=g(dk(x), c1, c2…, ck), где c1, c2, …, ck – параметры функции. В работе рассмотрены три типа задания функции поиска g: линейная, квадратичная и матричная.

Описание параметров c функции поиска означает описание подмножества qÎD, которое называем поисковым предписанием: d(q)=v, dÎD, vÎV. Пусть Q – множество поисковых предписаний. Как и в случае записи, поисковое предписание qÎQ может быть представлено вектором q={dk(q) | k=}. Тогда стратегией поиска назовем пару s=(q, g). Стратегию поиска документов можно задать функцией a, которая устанавливает аппликацию a: X´Q®R, закрепляющую за каждой парой (x, q) элементов из X´Q реальное число так, чтобы ["xÎX] a(x, q)=a(q, x), ["xÎX] x=q«a(x, q)=1. Данная задача решается с учетом результатов тестирования учеников старших классов школ с целью определения наиболее целесообразной профессиональной ориентации и формирования групп учеников.

На основании тестовой аттестации учеников старших классов определяется предварительный контингент обучаемых Xj, для которых будет проводиться обучение по  профессиям и разрядам  данного профиля. Значимость j-й профессии в этом случае оценивается следующим образом: , .

Значение i-го разряда j-й профессии определяется как ,.

Ограничениями могут быть количество учеников, технические ресурсы (специальное оборудование и вычислительная техника), объем финансирования, время работы преподавательского состава, потребности рынка труда.

Целевая функция оптимального распределения контингента обучаемых по профессиям c учетом ограничений записывается в виде

, , , , , , , где х – количество обучаемых; qj – время использования технических ресурсов для одного обучаемого j-й профессии; Q – время использования вычислительной техники; bj – затраты на повышение квалификации одного обучаемого j-й профессии;

В – финансирование; Ф – фонд времени работы преподавателей; tjr – норма времени на выполнение r-го вида обучения по j-й профессии; R – количество видов учебной деятельности; x0 – потребности рынка труда.

Оптимальное распределение по разрядам внутри профессии следующее: ®max, , , , , , , , где хj – количество обу­чаемых j-й профессии; q – время использования технических ресурсов для одного обучаемого по i-му разряду j-й профессии;  – время использования вычислительной техники в j-й профессии; b – затраты на повышение квалификации одного обучаемого по i-му разряду j-й профессии; Вj – финансирование j-й профессии;  – фонд времени работы преподавателей j-й профессии;  – норма времени на выполнение r-го вида обучения по i-му разряду j-й профессии; R – количество видов учебной деятельности; x0ji – потребности рынка труда в j-й профессии i-го разряда.

Предложенный подход лег в основу построения автоматизированной информационно-анали­тической системы, обеспечивающей сбор и ведение соответствующей БД, поиск и анализ информации и формирование групп по профессиям и разрядам.

Литература

1. Анциферова В.И., Зольников В.К., Сербулов Ю.С. Информационная технология моделирования организационного управления и мониторинга учебного процесса // Моделирование систем и информационные технологии: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2006. Вып. Х. С. 78.

2. Фортинский Ю.К., Анциферова В.И. Декомпозиция задач моделирования управления организацией // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. № 2 (20). С. 171–178.