Структурный и объектно-ориентированный подход к моделированию системы обучения

СТРУКТУРНЫЙ

И ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ

Е. Ю. Малышева С. М. Бобровский

При моделировании систем часто используются методы структурного анализа и объектно-ориентированного подхода. В работе рассмотрены примеры моделирования системы обучения студентов в университете на основе структурного и объектноориентированного подходов.

Structured Analysis and Object Oriented Analysis are widely adopted for system modelling. The article describes the examples of university training system modeling as examples of structured modeling and object-oriented modeling.

Ключевые слова: моделирование, система обучения, процессы, классы, объекты.

Key words: modeling, training system, processes, classes, objects.

Моделирование образовательных программ и систем обучения является в настоящее время одним из важных инструментов совершенствования системы образования, в том числе и непрерывного образования (lifelong learning). Многие современные методы моделирования построены на основе двух классических подходов: структурного и объектно-ориентированного. Рассмотрим далее применение этих подходов для моделирования системы обучения.

Начнем со структурного подхода, а в качестве инструмента выберем методологию функционального (процессного) моделирования. Для графического отображения функциональной модели используются диаграммы процессов. Основным, базовым процессом является сам процесс обучения, для организации которого необходимы учебные программы и планы, знания преподавателей, начальные знания студентов, методические пособия и другие необходимые объекты. Механизмами процесса (его исполнителями) являются, в первую очередь, преподаватели и сами студенты, оборудование учебных лабораторий и компьютерные программы. К управляющим элементам следует отнести «Закон об образовании в Российской федерации», образовательные и профессиональные стандарты, приказы и распоряжения по данному учебному заведению. И, наконец, в качестве результатов процесса мы получаем знания, навыки, умения и компетенции выпускников - все то, на что направлена данная система обучения. Деление учебного процесса на подпроцессы значительно зависит от самой предметной области обучения (дошкольное образование, дополнительное образование, курсы повышения квалификации, высшее образование). Для университета такими подпроцессами являются: лекционные занятия, практические и лабораторные занятия, подготовка курсовых работ и проектов, зачеты, экзамены, учебная, производ-

73

ственная и преддипломная практика, научная работа студентов, выпускная квалификационная работа и ее защита. Все эти подпроцессы группируются в многоуровневую иерархическую подсистему, где на каждом уровне формируются свои входные и выходные потоки, механизмы и управляющие объекты. Нельзя забывать, что кроме базовых процессов есть обеспечивающие процессы, такие как планирование учебного процесса, контроль знаний и навыков, полученных студентами, разработка учебно-методических материалов, формирование кадрового потенциала, обеспечение вычислительной техникой и программным обеспечением.

Структурный подход к моделированию наряду с моделированием процессов включает в себя еще ряд моделей, в том числе модель данных. Она дополняет процессную модель, показывая структуру информационной составляющей, которая в первую очередь соответствует входным, выходным и управляющим потокам процессной модели. Модель данных для системы обучения включает в себя такие связанные между собой сущности, как специальность, направление, учебный план, дисциплину, форму занятий, вид контроля, преподавателей, студентов и многое другое. В графическом виде модель данных отображается в виде диаграмм «Сущность-Связь».

К сожалению, модели структурного подхода содержат ряд недостатков. В первую очередь, - это недостаточная гибкость при моделировании динамических систем, особенно если эта система достаточно сложная. Эту проблему решает объектно-ориентированный подход. Его широко используют при разработке современных информационных систем, но область его применения выходит за пределы разработки программного обеспечения. В основе объектно-ориентированного подхода лежат понятия «классов» и «объектов». И если объекты обычно соответствуют физическим или абстрактным объектам реального мира, то классы - это описание «похожих» объектов. Более того, вместе с описанием характеристик (полей) объектов происходит описание поведения. Очевидно, что возможность сгруппировать данные и действия в виде классов, позволяет систематизировать работу с большими объемами данных и использовать одни и те же классы для решения различных задач предметной области: планирования учебного процесса, контроль успеваемости, контроль показателей учебного процесса - обеспеченность преподавателями соответствующей квалификации, методическими пособиями, аудиториями, вычислительной техникой. Классы часто объединяются в компоненты, которые создаются для решения вполне конкретных задач. Компоненты могут быть большими - на уровне подсистемы и маленькими - для решения небольших задач, кроме того, более крупные компоненты могут включать в себя более мелкие. Во всех случаях компонент должен быть описан интерфейсом, содержащим названия и входные и выходные данные тех функций, с помощью которых организован доступ к этому компоненту. Объектно-ориентированный подход формализован в виде универсального языка

74

моделирования, в основе которого лежит графическое представление моделей в виде набора диаграмм.

Рассмотрим возможности использования классов при моделировании системы обучения. Дадим описание классов и объектов системы обучения на примере системы обучения студентов университета. Для простоты рассмотрим только структуру полей классов и будем использовать русские названия классов. К простым по структуре классам относятся такие классы как «Дисциплина», «Вид занятий», «Форма контроля», «Вид обучения», «Ученая степень» и т. д. Они, как правило, содержат одно текстовое поле - название (дисциплины, вида занятий, формы контроля и т.д.). Более сложными классами являются «Аудитория», «Подразделение» (в том числе «Группа студентов», «Кафедра», «Факультет»), «Сотрудник» (в том числе «Преподаватель»), «Студент», «Вычислительная техника» и др. Так, класс «Группа студентов» кроме названия группы будет содержать специальность, список студентов (точнее, список ссылок на объектов-студентов), год создания и ряд других данных. И, наконец, сложными классами являются «Учебный план специальности» (направления), «Рабочий план», «Педагогическая нагрузка на кафедру», «Успеваемость студента» и др. В качестве примера рассмотрим «Учебный план». Он включает в себя график учебного процесса и список дисциплин учебного плана, каждая из которых содержит не только название соответствующей дисциплины, но и привязку к семестрам, видам занятий, часы по каждому виду занятий, форму контроля, информацию о том, к какому циклу и компоненту принадлежит данная дисциплина. Данный класс содержит также методы определения соответствия часам федерального государственного стандарта, расчета количества часов в неделю по видам занятий, количества курсовых, зачетов и экзаменов за каждый семестр и ряда других показателей. Не менее сложным является класс «Рабочий план», который содержит информацию об учебной нагрузке для групп на текущий учебный год с указанием преподавателей, которых может быть несколько на одну дисциплину и с учетом объединения групп в потоки или деления их на подгруппы.

Из рассмотренных выше примеров видно, что структурный и объектноориентированный подходы, несмотря на существенные различия, имеют много общего. Так, сущности модели данных во многом напоминают классы и объекты, а диаграммы процессов соответствуют диаграммам прецедентов и диаграммам активностей. Это и понятно, так как и те и другие отображают одну и ту же предметную область, в данном случае - систему обучения. Не удивительно, что многие современные технологии моделирования включают в себя черты структурного и объектно-ориентированного подхода, что позволяет точнее отразить моделируемую реальность и, как следствие, получить более надежный и объективный инструмент для анализа и совершенствования моделируемой системы.

75

Описанные выше модели являлись частью проекта информационной системы Поволжского государственного университета сервиса (ПВГУС), использовались при разработке совместной образовательной программы по направлению «Computer Science» ПВГУС и Русенского университета «Ангел Кънчев» (Болгария), применялись при разработке образовательных программ центра дополнительного профессионального образования ПВГУС.

Список литературы

1. Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя. - 2-е изд. / пер. с англ. Н. Мухина. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 496 с.

2. Вендров, А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. - М.: Финансы и статистика, 2005. - 544 с.

3. Маклаков С.В. Моделирование бизнес-процессов с AllFusion PM. - 2-е изд., испр. и доп.

- М.: Диалог-МИФИ, 2007. - 224 с.

4. Малышева Е.Ю., Бобровский С.М. Архитектура информационной системы оценки интегрированных систем менеджмента // Вектор науки Тольяттинского гос. ун-та. 2012. - № 1.

- С. 64-67.

5. Проблемы моделирования систем управления и разработки информационных технологий в промышленности, науке и образовании: моногр. / под ред. О.М. Горелик. - СПб.: Инфо-да, 2009. - 524 с.

6. Попов А.В., Григорьева А. Л., Лошманов А. Ю. Объектно-ориентированный анализ, проектирование и программирование информационной системы университета // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6.

76