Применение компетентностно-ориентированных заданий в инженерном образовании

4 Программная реализация

На основе рассмотренных выше ER-моделей компонентов образовательных программ была разработана логическая модель данных, которая была программно реализована в формате схемы реляционной базы данных. Проект был доведен до уровня действующего макета информационной системы, включающей базу данных и компоненты клиентских web-приложений.

Программная реализация базы данных и клиентских приложений осуществлена студентом КГУ А.А.Павловым под руководством автора. Тестирование показало эффективность принятого подхода к разработке модели и достаточную её информативность на всех уровнях декомпозиции.

5 заключение

По результатам проведенного анализа структуры образовательного процесса, реализуемого вузами (в основном, на примере КГУ) разработана и1^-модель вариантов использования, позволившая сформулировать основные требования к функциональным характеристикам автоматизированной информационно-образовательной среды, в том числе функции формирования и поддержки в актуальном состоянии компонентов учебно-методического обеспечения образовательных программ.

Разработана иерархическая структура информационной модели образовательного процесса, детально проработаны модели её компонентов, выполнена программная реализация макета системы, показавшая эффективность принятого подхода к разработке электронной информационно-образовательной среды.

Рассмотренная модель масштабируема и может быть использована при различных вариантах развертывания системы (кафедра, факультет или вуз в целом), а также создает концептуальную основу и открыта для функционального расширения или интеграции с другими подсистемами.

Например, дополнение модели компонентом «Контингент студентов» (тривиальным по своей структуре) и связывание его с существующим компонентом «Тематические планы изучения дисциплин» позволит реализовать задачу оценивания и оперативного учета индивидуальных результатов освоения студентами тематических разделов учебных дисциплин. Примером другого тривиального расширения (скорее, углубления) модели может быть дальнейшая декомпозиция сущности «Учебные занятия» и её детализация до уровня дидактических единиц и поурочного планирования.

Менее тривиальное расширение модели может быть связано с реализацией функций автоматизированного обучения, что потребует внедрения в проблематику инженерии знаний и не входит круг проблем, рассматриваемых в настоящей статье.

Список литературы

1 Система Tandem University — Тиражное программное обеспечение, которое реализует комплексную автоматизацию образовательных учреждений: вузов, колледжей, училищ, техникумов.URL: http://www.quorus.ru/pages/ sistema-tandem-university/

2 Intranet: Academic - Система автоматизации управления учебным процессом ВУЗа. URL: http://softwareinc.ru/ solutions/intranet-academic/

3 Автоматизированная система управления учебным заведением (АСУВУЗ) Universys 1/VS5. URL: https://allsoft.ru/ software/vendors/gisoft/asu-uz-universys-ws-5/

УДК 378 Н.Н. Соколова

Курганский государственный университет

применение компетентностно-ориентированных заданий в инженерном образовании

Аннотация. В статье речь идет о применении компетентностного подхода при обучении в университете студентов инженерных направлений. Формирование компетенций у студентов предлагается осуществлять через выполнение компе-тентностно-ориентированных заданий в процессе обучения информатике, поскольку именно на широком применении информационных и телекоммуникационных технологий основаны все современные технологические решения в сфере инженерной деятельности. Под компетентностно-ориенированным понимают задание, в ходе выполнения которого обучаемый не только овладевает новыми умениями и навыками по предмету, но и приобретает компетенции, необходимые в дальнейшей учебе и жизни.

Ключевые слова: Компетентностно-ориентированное задание, проектирование, база данных, сущность, атрибут, связь, информационная модель, логическая модель, реляционная модель.

N.N. Sokolova Kurgan State University

COMPETENCE-ORIENTED TASKS IN THE ENGINEERING EDUCATION

Annotation. The article deals with the application of the competency-based approach to the students education in engineering. Formation of the necessary competences must be based on competence-oriented task's implementation in the study of informatics, because modern technological solutions in the field of engineering are based exactly on wide application of i n fo rmat i o n a n d te l e com mun i cat i o n te ch n o l ogies.

113

The term competence-oriented task means that during the task performance a student gets new skills and abilities in the school subject , and, moreover, gets further studying and life required competences.

Keywords: Competence-orienred task, engineering, database, entity, attribute, relation, information model, logical model, relational model.

Инженерная профессия, используя свою коммуникативную и межпредметную сущность, объединяет междисциплинарное знание, инновационные представления и образы среды с собственными возможностями синтеза разнородной информации для создания новой предметной реальности. Инженерная деятельность требует целостного представления об объекте проектирования, сформированного «многоэкранного» мышления, знания языка формул, чертежей и схем, сочетания научного и художественного стилей мышления.

Современная социально-экономическая ситуация определяет новое содержание ответственности специалиста инженерного профиля. Современному производству свойственна быстрая смена технологий, обновление оборудования, внедрение новых процессов и материалов. Современный инженер должен не только обеспечить нормальное функционирование отработанных технологических процессов, но и применять научные методы при их исследовании и разработке, а также совершенствовать организацию и управление производством.

Формирование необходимых компетенций у студентов целесообразно осуществлять через выполнение компетентностно-ориентированных заданий в процессе обучения информатике, поскольку именно на широком применении информационных и телекоммуникационных технологий основаны все современные технологические решения в сфере инженерной деятельности. Под компетентностно-ориенированным понимают задание, в ходе выполнения которого обучаемый не только овладевает новыми умениями и навыками по предмету, но и приобретает компетенции, необходимые в дальнейшей учебе и жизни.

Современное знание информационных систем не может быть полным без знания концепции баз данных. База данных - это динамическая целевая модель некоторого сегмента предметной области, описывающая множество факторов, существенных в рамках функционирования проектируемой информационной системы. Студенты на практике имеют возможность пройти этапы проектирования базы данных, начиная с разработки внешних моделей предметной области, информационной модели предметной области до разработки логической и физической модели данных.

Под внешней моделью понимается совокупность требований к проектируемой базе данных. Основное назначение этапа разработки внешней модел и - изуч е н и е и п одробное о п и са н и е основ-

114

ных технологических и информационных процессов предметной области, подлежащих автоматизации средствами проектируемой системы. Предметной областью называется часть реального мира, о которой собирается и хранится информация. Информационная или концептуальная модель разрабатывается на основе внешней модели и предназначена для формального описания объектной структуры предметной области. Известно, что фундаментальными реалиями в концептуальном моделировании являются данные с их свойствами и связи между ними. Такое моделирование помимо указания о наличии определенных данных и связей нуждается в указаниях относительно смыслового, семантического содержания. Составляющие модели - объекты, их свойства и связи между объектами. Результаты информационного моделирования представляются в виде простой и удобной для понимания и анализа графической диаграмме «сущность-связь».

Рассмотрим информационную модель предметной области «Учет успеваемости студентов». Студентам в течение нескольких аудиторных занятий предлагается спроектировать базу данных, в которой содержатся сведения о студентах, факультетах, направлениях, группах и дисциплинах, преподаваемых в университете. Также в базе данных должна быть предусмотрена возможность формирования расписания занятий и учета успеваемости студентов. Отметим, что данная предметная область хорошо знакома студентам.

Решение данной задачи проектирования базы данных походит в два этапа. Первый этап занимает две пары - одно лекционное и одно лабораторное занятие. На данном этапе студенты занимаются собственно проектированием базы данных, т.е. разрабатывают информационную модель предметной области в виде диаграммы «сущность-связь». Часто ее называют ER-моделью (Entity - сущность, Relation - связь). Рассмотрим очередность построения диаграммы «сущность-связь»:

1 Сначала выделяются сущности предметной области. Сущность - это некоторый объект реального мира, который может существовать независимо. Сущность должна быть четко идентифицирована, т.е. у нее должно быть уникальное имя и должен быть способ отличить одну сущность от другой. На диаграмме «сущность-связь» сущности соответствует прямоугольник с вписанным внутри именем сущности, причем имя сущности должно быть существительным. В нашем примере сущности: студенты, факультеты, направления, группы, дисциплины, виды испытаний (зачет, экзамен, контрольная работа и др.).

2 У каждой сущности есть характеристики, которые называются атрибуты. Атрибуты обозначаются на диаграмме прямоугольниками с закруглёнными краями, внутри которых вписаны имена атрибутов. Особое значение имеет ключевой ат р и бут, которы й у н и ка л ь н ы м о б разо м и д е нтиф и -

цирует экземпляр сущности. Ключевой атрибут должен быть у каждой сущности. На диаграмме он выделяется подчеркиванием. Например, сущность «Студент» характеризуется атрибутами: № зачетной книжки, ФИО, Домашний адрес, Дата рождения. Особым способом, с помощью двойной рамки, выделяется многозначный атрибут - Номер телефона. Для него впоследствии будет создана отдельная таблица. Каждый экземпляр сущности представляет собой конкретного студента и будет обозначен строкой таблицы. «№ зачетной книжки» является ключевым атрибутом сущности, т.к. он однозначно идентифицирует каждого студента. (рисунок 1).

Рисунок 1 - Определение атрибутов сущности

3 Между сущностями должны быть созданы связи. Связь характеризует отношение между сущностями и отображает взаимосвязи между реальными объектами. Связь на диаграмме «сущность-

связь» представлена ромбом с вписанным внутри именем связи, которое обозначается глаголом. В общем случае между двумя сущностями может быть создана одна из трех видов связей: один-к-одному, один-ко-многим, многие-ко-многим. В нашей работе мы не будем использовать тип связи один-к-одному. Пример связи один-ко-многим: в одной группе учится много студентов (рисунок 2), многие-ко-многим: один студент сдает много дисциплин, на одну дисциплину сдают много студентов (рисунок 3).

Рисунок 2 - Связь один-ко-многим

Рисунок 3 - Связь многие-ко-многим

Итогом работы на первом этапе является созданная информационная модель данных представленная диаграммой «сущность-связь» (рисунок 4). На этом первый этап проектирования базы данных завершен.

Рисунок 4 - Диаграмма «сущность-связь» предметной области «Учет успеваемости студентов»

В информационной модели сущности-объекты - это факультеты, направления, группы, студенты, дисциплины и виды испытаний. У каждой сущности прямоугольниками с закруглёнными краями обозначены атрибуты - характеристики сущности. Так, характеристиками студента выступают «№ зачетной книжки», его фамилия с именем и отчеством, дата рождения, домашний адрес и номер телефона. В качестве ключевого атрибута выступает «№ зачетной книжки», т.к. он однозначным образом идентифицирует каждый экземпляр сущности. Предположим, что у один студент может предоставить несколько номеров телефонов, следовательно, атрибут «Номер телефона» является многозначным и поэтому заключается в двойную рамку. Аналогично для каждой сущности подобраны свои характеристики.

Особое место в диаграмме «сущность-связь» занимают связи между сущностями-объектами. Поскольку, как было отмечено ранее, связи отражают реальную взаимосвязь между объектами, студентам необходимо проанализировать внешнюю модель и выделить эти взаимосвязи. На диаграмме присутствуют пять связей с различной кардинальностью. Поясним их. Между сущностями «Факультеты» и «Направления» образуется связь один-ко-многим - на одном факультете сформировано несколько направлений, но одно направление только на одном факультете, что представлено на диаграмме связью «сформированы» между сущностями «Факультеты» и «Направления». Этот же вид связи один-ко-многим между сущностями «Направления» и «Группы» также представлен связью «сформированы» - на одном направлении сформировано много групп, но одна группа только на одном направлении. Между сущностями «Группы» и «Студенты» также связь один-ко-многим - в одной группе учатся много студентов, но один студент учится только в одной группе, что представлено на диаграмме связью «учатся». Между сущностями «Группы» и «Дисциплины» кардинальность связи многие-ко-многим - одна группа изучает много дисциплин и одну дисциплину изучают много групп, что представлено на диаграмме связью «изучают». Данная связь представляет расписание занятий групп по дисциплинам и имеет свои атрибуты - характеристики связи. В данном случае характеристиками связи «изучают» являются атрибуты «День недели», «Номер пары» и «Номер аудитории. Связь «сдают» также имеет кардинальность многие-ко-многим и собственные атрибуты - «Дата сдачи» и «Оценка». В этой связи участвуют зразу три сущности - «Студенты», «Дисциплины» и «Виды испытаний». Она позволяет вести индивидуальный учет успеваемости студентов по дисциплинам.

Следующий этап проектирования - преобразование информационной модели в логическую модель, которую можно реализовать в заданной системе управления базами данных (СУБД). Из множест ва существую щих моделей мы вы б рал и 116

для реализации реляционную модель данных, поскольку эта модель занимает лидирующее место и довольно проста в реализации на примере СУБД MS Access. Второй этап может занимать от четырех до восьми часов аудиторных занятий в зависимости от количества вводимых данных и сложности проектируемых запросов, форм и отчетов.

Второй этап начинается с преобразования информационной (концептуальной) модели в реляционную. Для этого для каждой сущности диаграммы «сущность-связь» создается базовое отношение (таблица, в которую будут занесены данные), причем каждому атрибуту сущности соответствует столбец таблицы. Ключевой атрибут сущности становится первичным ключом таблицы. Для сущностей, участвующих в связи один-ко-многим, в таблицу, представляющую сущность с кардинальностью «многие», добавляется столбец первичного ключа сущности с кардинальностью «один», и он становится внешним ключом таблицы. В нашем примере это сущности «Факультеты» и «Направления», «Направления» и «Группы», а также «Группы» и «Студенты». Для сущностей, которые участвуют в связи многие-ко-многим, создается отдельная таблица, и в нее помещаются ключевые атрибуты сущностей, участвующих в связи, и атрибуты связи. В нашем примере это сущности «Группы» и «Дисциплины» и сущности: «Студенты», «Дисциплины» и «Виды испытаний». Также отдельная таблица создается для многозначного атрибута, в эту таблицу помещается ключевой атрибут сущности и многозначный атрибут, первичным ключом становится сочетание этих атрибутов.

После того, как реляционная модель нарисована на бумаге, расставлены все первичные ключи и обозначены связи, наступает время работы на компьютере. Студенты запускают пакет MS Access, входящий в состав MS Office, и в режиме конструктора создают пустые таблицы базы данных. Затем в окне «схема данных» необходимо задать связи между таблицами и обязательно поставить галочку «обеспечение целостности данных» при задании связи. Только когда реляционная модель полностью создана в редакторе связей «схема данных» (рисунок 5), можно заполнять данными таблицы.

Информационное и логическое проектирование базы данных «Учет успеваемости студентов» относится к компетентностно-ориентированным заданиям, формирующим информационные, проблемно-исследовательские, инструментальные и коммуникативные компетенции. Опыт работы в области информационного моделирования повышает интеллектуальный уровень обучающихся и является одним из основополагающих факторов воспитания грамотных специалистов в инженерном образовании.

Рисунок 5 - Схема данных БД «Учет успеваемости студентов»