Комплекс вспомогательных программ мультиагентной системы поддержки управления качеством образования

УДК 004.94: 378.1

В.В. Быстров, Ю.О. Самойлов

КОМПЛЕКС ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ОБРАЗОВАНИЯ

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы, посвященные разработке информационных средств в области оценки и управления качеством образования. Авторы предлагают к рассмотрению мультиагентную систему поддержки управления качеством образования научно-образовательного комплекса. Одной из составляющих данной системы является комплекс вспомогательных программ. Подробно рассматривается архитектура разработанного комплекса, описывается назначения и особенности реализации отдельных его компонентов.

Ключевые слова:

информационная технология, управление качеством, система образования, комплекс программ, база данных.

V.V. Bystrov, Y.O. Samoilov

THE COMPLEX OF AUXILIARY PROGRAMS OF THE QUALITY MANAGEMENT SUPPORT MULTIAGENT SYSTEM OF EDUCATION

Abstract

The questions devoted to development of information means in the field of an estimation and quality management of formation are considered in article. Authors offer to consider the quality management support multiagent system of formation of a scientifically-educational complex. One of the considered system components is the complex of auxiliary programs. The architecture of the developed complex is considered in details. Also it is described appointments and realization features of its separate components.

Key words:

informational technology, quality management, education system, complex of programs, database.

Введение

На сегодняшний день основополагающим ресурсом для любого производства или организации вне зависимости от сферы деятельности являются люди. В большинстве случаев персонал играет очень важную роль в развитии предприятия, его стабильности и конкурентоспособности в условиях современных рыночных отношений. Однако к современному работнику предъявляются работодателем все более обширные требования, затрагивающие, кроме умения на высоком профессиональном уровне выполнять свои прямые трудовые обязанности, еще и владение информационными технологиями. Таким образом, для развития и стабильной деятельности экономики региона необходимо соответствующее кадровое обеспечение. За подготовку кадров в первую очередь отвечает система образования. На сегодняшний день проблемы по оценке и управлению качеством системы образования остаются открытыми и актуальными.

Комплекс вспомогательных программ

Для решения вопросов оценки и управления качества образования коллективом научных сотрудников Института информатики и математического моделирования КНЦ РАН предложена информационная технология, в основе которой лежит мультиагентная система поддержки управления качеством образования научно-образовательного комплекса.

Разработанная система представляет собой имитационную модель, реализованную средствами агентного моделирования и комплекс программ, осуществляющих поддержку принятия решения. Модель разработана в среде имитационного моделирования Anylogic v.5.0.[1]. Выделены два типа активных сущностей - «студент» и «преподаватель» и три типа сцен: аудиторное занятие, внеаудиторное занятие, научно-исследовательская деятельность. Каждый тип агента и сцены параметризирован и определен набор основных свойств и характеристик. Для каждой характеристики определен тип и диапазон допустимых значений. Использованы следующие типы параметров: измеряемые, экспертные и формальные. Для обработки реальных данных о студентах и преподавателях разработан комплекс приложений в среде программирования Borland C++ Builder, входящий в состав интегрированной среды разработки программ Borland Developer Studio 2006, и Web-приложений, реализованных с помощью классической связки «Apache+PHP+MySql». Разработанный комплекс программ выполняет следующие основные функции: хранение данных о лицах, принимающих участие в образовательном процессе; формирование данных для заполнения параметров имитационной модели управления качеством образования конкретными значениями; осуществление взаимодействия с мультиагентной моделью; обработка результатов имитации; формирование отчетов.

Для получения данных, обработки результатов моделирования были созданы приложения, взаимосвязанные между собой и мультиагентной моделью. Связь между приложениями организована через передачу служебных файлов и обращение к единой базе данных (БД) научно-образовательного комплекса. Взаимосвязь между имитационной моделью, созданной в среде Anylogic, и программным комплексом осуществляется через механизм Java-апплетов. На рис. 1 приводится схематичное представление организации взаимодействия основных программных компонентов разработанной мультиагентной системы поддержки управления качеством образования.

Комплекс вспомогательных программ состоит из следующих элементов:

• Программа информационного обмена. Реализована в среде Borland Developer Studio 2006. Основное назначение - обмен информацией между остальными приложениями и имитационной моделью, точнее средой моделирования Anylogic. Данные приводятся к унифицированному виду и отправляются в качестве параметров модели. В качестве механизма взаимодействия данной программы и среды имитационного моделирования используются Java-апплеты - процедуры, написанные на кросс-платформенном языке программирования Java[2].

• Информационная система кадрового обеспечения. Основное назначение - работает с персональными и служебными данными о сотрудниках научно-образовательного комплекса.

• Информационная система студенческого обеспечения. Основное назначение - работает с персональными и служебными данными о студентах научно-образовательного комплекса.

Мультиаг ентная модель

Anyiogic

~7S.

Java-аплеты

Программа

информационного

обмена

BDS2006

Комплекс вспомогательных щюграмм

ПС кадрового обеспечения PHP+Apache Служебный ПС студенческого обеспечения <~о-> Служебный Электронная библиотека, Сайт НОК

і \ файл і к файл > і

SQL - запросы SQL - запросы

данные

данные

Рис.1. Архитектура комплекса вспомогательных программ

• Электронная библиотека а сайт научно-образовательного комплекса (НОК). Основное назначение - работает с электронными источниками информации, предоставляет доступ к новостям и полезной информации о деятельности научно-образовательного комплекса.

• Единая база данных. Является основным хранилищем всей информации обо всех видах деятельности научно-образовательного комплекса. Имеет распределенную структуру. Реализована на основе технологии доступа к данным MySql. Обладает средствами защиты и резервного копирования.

Информационные системы кадрового и студенческого учета, а также электронная библиотека и сайт научно-образовательного комплекса реализованы в виде веб-ресурса с помощью языка программирования веб-приложений PHP и сервера Apache. Взаимодействие с другими приложениями осуществляется через специальные файлы или через данные в единой БД комплекса.

В настоящее время завершенными практическими разработками являются информационная система студенческого обеспечения, модуль информационного обмена и единая база данных. Другие приложения (информационная система кадрового обеспечения, электронная библиотека и сайт) прошли стадии проектирования и практической реализации и находятся на этапе тестирования и отладки. В связи с этим, в статье основное внимание уделено рассмотрению этапов реализации информационной системы

студенческого учета и единой базы данных. Положенные в их основу разработки средства, технологии, программные решения и алгоритмы будут применяться и для других приложений комплекса.

К разработанной информационной системе студенческого обеспечения (ИССО) на основе анализа предметной области были выдвинуты следующие требования:

• выполнение всевозможных операций данными, хранящимися в основной БД по студентам (создание карточек, удаление, перемещение и пр.);

• осуществление проверки прав пользователя на выполнение тех или иных действий;

• реализация запросов на формирование определённого вида статистики;

• формирование определенных видов документов на основе данных из БД;

• обеспечение дружественного интерфейса пользователя (работа в интерактивном режиме);

• обеспечение кросс-платформенности и интероперабельности программных компонентов.

Следует отметить, что за счет того, что ИССО разрабатывается в форме web-сайта её функциональность можно легко расширять, просто подключая к ней новые разработанные модули с незначительными изменениями в коде тех модулей, к которым подключаются новые.

ИССО изначально спроектирована в UML нотации [3] с учетом требований потенциальных пользователей к ее функциональному наполнению.

Для полноценного функционирования ИССО, а также для хранения большого количества данных по студентам, которые будут вноситься работниками соответствующих подразделений, была разработана база данных под управлением СУБД MySQL. С учетом будущего внедрения ИССО в деятельность конкретного ВУЗа, технология доступа к данным MySQL подходит как нельзя лучше: во-первых, является кросс-платформенной СУБД, во-вторых, Web-сервер научно-образовательного комплекса работает под управлением ОС FreeBSD, которая является Unix-подобной, и на его базе уже действует связка компонентов, включающая и MySQL.

Схема данных, разработанной базы данных, приводится на рис. 2. Данные карточек студентов реализованы в виде таблиц. В таблице «Студент» находятся все данные, касающиеся студентов и выбираться будут в зависимости от подразделения, в котором работает пользователь ИССО. Таблица «Студенты» относится к так называемым «оперативным» карточкам студентов со сроком хранения пять лет в общем случае. Данные в таблицу «Студенты» будут как переноситься из таблицы «Абитуриент» в случае зачисления студента, так и создаваться заново, в случае перевода студента. Данные таблицы «Абитуриент» формируются, как правило, в приемной комиссии. Таблица «Выпускник» относится к «архивным» карточкам студентов и будет храниться 75 лет. Данные этой таблицы формируются на основе данных таблицы «Студент» с добавлением соответствующей информации касательно дипломной работы, трудоустройства и прочее.

students student

number_zach : int

sex : enum

birthdatc : varcharO1)

in_year : varchar

propiskaaddrcss: varchart 60)

prozhivanic_addrcss: varchart 60)

category: cnumC6ci категорми','сирота',’иивалил')

type_obuchcnia : спшпСбюджет’,'оплата','целевое')

formaobuchenia: епит<'очная','ионная','вечерняя')

fakultct: int< It)

spec: int

gruppa: varchart 30)

stipendiya : cnunK'академическая','новы шейная','социальная','мат. помощь') language: епиш<’английский’,‘немецкий’) edu doc: text

students studprikazi

id: int(20) prikaz: int<20) date_podpis: date content: text

students uspevaemost

id: int

students disciplines

id: intO I) name: varchart 50)

students abituricnt

id: intO I) fio: varchart 50)

sex: епшпГмужскон','женский') birth datc : varchar( 12) edu doc: text

propiska addrcss: varchart60) category : cnum< '6ei категории’.'енрога'.'инналнд') forma obuchenia: спшпСочная'.'заочная’.'нсчсрняя') type_obuchenia: епит<'бюджет\'оплага','целевое')

students prikazi

id: into I) vid_prikaza: varchart 60)

students fakultct

id : intO I) fakultet: varchart 30)

students spec

id : intO I) spec: varchart30)

students authorization

id: int

students vypusknlk

numberzach: int

forma obuchenia: епшп<'очная','їаочная','вечерняя') diplom topic: varchart 10) otl diplom : tinyintf I) job: text

Рис. 2. Схема данных

Центральной, как видно из схемы данных, является таблица «Студент». С ней связаны вспомогательные таблицы «Факультет» и «Специальность». В этих таблицах хранятся статичные данные (справочники), необходимые для возможности заполнения соответствующих полей в таблице «Студент» из списка, а не вручную. Связаны они между собой связью «один-ко-многим». Кроме того, с таблицей «Студент» связаны таблицы, хранящие уникальные данные для каждого студента. Это таблицы «Успеваемость» и «Приказы студента». «Успеваемость» связана с таблицей «Дисциплины», хранящей список всех учебных дисциплин, преподаваемых в вузе, т.е. назначение таблицы также для обеспечения возможности выбора нужной дисциплины при формировании карточки, вместо ручного ввода. В таблице «Успеваемость» хранятся данные, ставящие в соответствие дисциплину, количество часов по ней и оценку или

зачет. Первичным ключом в данном случае является № зачетной книжки студента. Именно этот номер является уникальным идентификатором каждого студента. Таким образом, таблицы «студент» и «дисциплины» связаны соотношением «многие-ко-многим». «Приказы студента» связаны с таблицей «Приказы», хранящей список всех приказов, формирующих в процессе обучения студента, соответственно назначение этой таблицы такое же, как у таблицы «Дисциплины». В таблице «Приказы студента» хранятся данные, ставящие в соответствие вид приказа, дату подписи, служебную информацию. Первичным ключом также является № зачетной книжки. Таким образом таблицы «Студент» и «Приказы» связаны соотношением «многие-ко-многим». Остальные поля таблицы «Студент» заполняются вручную сотрудниками соответствующих подразделений.

Кроме того, в этой же БД хранится служебная информация, касающаяся системы авторизации. За нее отвечает таблица «Авторизация», хранящая имя пользователя (логин), пароль в зашифрованном виде (используется криптографическая хеш-функция MD5) права пользователя и подразделение, в котором пользователь работает. Данную таблицу использует модуль авторизации при разрешении доступа к системе, а также прав авторизованного пользователя в системе.

Архитектура информационной системы студенческого обеспечения имеет модульную структуру. Модули проекта структурированы по принципу от общего к частному. Особое внимание уделено как можно большему разделению ИССО на модули даже небольшие по своему функциональному значению. Связанно это, прежде всего, с необходимостью обеспечения возможности дополнения и наращивания системы новыми модулями, а соответственно новыми возможностями и функционалом.

«Дизайнерская» и «программная» части системы разделены между собой. К «дизайнерским» относятся html-документы, хранящие информацию о верстке страницы и об основных формах, находящихся на ней (кнопки, текстовые поля и прочее). К «программным» относятся php документы, содержащие преимущественно код функциональных элементов html страниц на языке PHP. Связываются между собой обе части в основном двумя способами: либо посредством включения include (‘module_name.php’), либо посредством вызова обработчика формы <form name-something' action=’module_name.php’> *** </form>. Для обеспечения безопасности доступа к содержимому и функциям ИССО используется механизм сессий, появившийся в возможностях PHP начиная с версии 4.1

Заключение

Разработанный комплекс вспомогательных программ входит в состав мультиагентной системы поддержки управления качеством образования научнообразовательного комплекса. Он служит для сбора и анализа статистических данных о деятельности учебного заведения, и преобразует результаты этих операций в определенный формат для последующей передачи в виде параметров имитационной модели. Имитационная модель используется как средство прогнозирования и имитации различных ситуаций в образовательной деятельности научно-образовательного комплекса. В целом предлагаемая

информационная технология может обеспечивать путем многократной имитации формирование предпочтительных, с точки зрения качества выпускаемых специалистов, сценариев управления образовательным процессом и на основе результатов их анализа вырабатывать управленческие решения по изменению деятельности учебного заведения.

Практическая значимость предлагаемой технологии, частью которой и является рассмотренный в данной статье комплекс вспомогательных программ, заключается в том, что она обеспечивает возможность решения основных задач управления региональным научно-образовательным комплексом и системой высшего образования в целом. Разработанная информационная технология может выступать в качестве примера применения современного когнитивного подхода для создания компьютерных средств информационной поддержки управления сложными социально-экономическими системами.

Литература

1. Карпов, Ю.Г. Имитационное моделирование систем / Ю.Г. Карпов // Введение в моделирование с AnyLogic 5 -СПб., БХВ-Петербург, 2005. - 400 с.

2. Свистунов, А.Н. Построение распределенных систем на основе Java: учеб. пособие /А.Н. Свистунова. - М., УРСС, 2010. -279 с.

3. Леоненков, А.В. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с использованием UML и IBM Rational Rose /А.В. Леоненков. - М., УРСС, 2009. -320 с.

Сведения об авторах

Быстров Виталий Викторович

к.т.н., научный сотрудник. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН.

Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24А. е-mail: vitbist@mail.ru

Vitalij V. Bystrov

Ph.D. (Tech. Sci.), researcher. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS.

Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24А.

Самойлов Юрий Олегович

аспирант, инженер-программист. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН.

Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24А. е-mail: samoilov@arcticsu.ru

Yu. О. Samoilov

post-graduate, programmer. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS. Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24А.