Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Структура и содержание образовательных процессов в вузе как основа обеспечения качества подготовки специалистов 13
1.1 Компетентностный подход в формировании требований к востребованному выпускнику вуза 13
1.2 Учебное подразделение вуза как основное звено обеспечения качества подготовки специалистов 30
1.3 Формализованный анализ информационных систем управления процессами деятельности учебного подразделения вуза 47
ГЛАВА 2 Моделирование информационно -образовательной среды учебного подразделения вуза 58
2.1 Анализ функциональной структуры информационно — образовательной среды учебного подразделения вуза 58
2.2 Методика моделирования информационно - образовательной среды на базе онтологического подхода 68
2.3. Формирование экономических оценок компетенций специалиста с учетом требований рынка труда 84
ГЛАВА 3 Разработка информационно-образовательной среды учебного подразделения вуза 98
3.1 Разработка объектно-ориентированной модели информационно- образовательной среды учебного подразделения вуза .98
3.2 Семантическая модель контента образовательного портала учебного подразделения вуза 109
3.3. Формирование ядра контента образовательного портала учебного подразделения вуза на основе разработанной модели ИОС 118
Заключение 130
Библиографический список 135
Приложения 146
- Учебное подразделение вуза как основное звено обеспечения качества подготовки специалистов
- Методика моделирования информационно - образовательной среды на базе онтологического подхода
- Формирование экономических оценок компетенций специалиста с учетом требований рынка труда
- Семантическая модель контента образовательного портала учебного подразделения вуза
Введение к работе
Растущие требования к повышению качества подготовки специалистов обусловливают необходимость поиска новых подходов к организации учебного процесса в вузах, к созданию новых, более эффективных информационных систем управления. Ведущую роль в вузах занимают выпускающие кафедры, как основные учебные подразделения, осуществляющие учебную, учебно-методическую, научно-методическую работу по одной или нескольким специальностям (направлениям подготовки), научные исследования, а также подготовку научно-педагогических кадров и повышение их квалификации. Важным моментом в формировании информационных систем управления деятельностью выпускающих кафедр (учебных подразделений вуза) является учёт требований работодателей, ведь именно они определяют тот уровень подготовки специалистов, который нужен на рынке труда. Одним из возможных подходов к решению этой задачи является построение адекватной информационно-образовательной среды (ИОС) для систем подготовки специалистов.
На вузовском уровне образование можно рассматривать как совокупность бизнес-процессов по предоставлению образовательных услуг, позволяющих использовать современные методы анализа эффективности процессов и последующего управления их качеством.
Информационно-образовательная среда является информационно-телекоммуникационной инфраструктурой образовательной деятельности учебного заведения, представляющей соответствующие средства ее поддержки в виде информационных ресурсов, программно-технического и организационного обеспечения1. Структура и содержание ресурсов ИОС
Скибицкий Э.Г. Информационно-образовательная среда вуза как средство формирования профессионализма студентов // Информатизация в образовании. - 2008. № 8. - С. 15-29.
5 оказывает непосредственное влияние на структуру знаний, а, следовательно, на качество подготавливаемых специалистов.
Согласование предоставляемых образовательных услуг с интересами работодателей позволяет реализовать социально-профессиональную адаптацию студентов и выпускников вузов к постоянно изменяющимся запросам рынка труда. Однако до сих пор нет точных методик, формализующих процессы разработки содержательной части образовательных услуг, которые далее могли бы служить основой создаваемых ИОС учебных подразделений вуза. Мало внимания уделено связи процессов трудоустройства выпускников с возможностью и необходимостью изменений в структуре образовательного процесса, а также разработке информационных систем, реализующих такой подход. Таким образом, актуальной является задача разработки информационно- образовательной среды, представляющей модель знаний специальности в системе поддержки процесса подготовки специалистов (бакалавров, магистров) на основе компетентностного подхода.
Вопросы разработки информационно-образовательных систем и качества подготовки специалистов занимают значительное место в трудах отечественных и зарубежных ученых. Общими вопросами применения компетентностного подхода к подготовке специалистов занимались отечественные исследователи В.И. Байденко, В.Д. Шадриков, В.И. Андреев, Ф.Т. Шагеева, В.Г. Иванов, Л.Л. Никитина, В.А. Болотов, В.В. Серов, Ю.К. Чернова и другие.
Проблематике исследования рынка образовательных услуг посвящены работы В.А. Антропова, В.В. Дудникова, Е.А. Курак, B.C. Лазарева, И.А. Майбурова, А.П. Панкрухина, И.К. Шахриманьян и др. Концепция стандартизации и качества высшего профессионального образования разрабатывается В.И. Байденко, В.А. Болотовым, Н.А. Селезневой, В.М. Соколовым, А.И. Субетто, Ю.Г. Татуром, М.Д. Ильязовой и др.
Вопросы обеспечения качества высшего образования и его связи с последующим трудоустройством выпускников рассматриваются в работах СВ. Арженовского, В.А. Долятовского, В.И. Ерошина, В.М. Жураковского, Е.П. Илясова, Ю.М. Краковского, М.А. Лукашенко, Ю.Ф. Тельнова, И.Б. Федорова, Г.Н. Хубаева, В.И. Шаврина и других.
Теоретико-методологические вопросы анализа качества и проектирования информационных систем рассмотрены в работах Т.П. Барановской, Г. Буча, A.M. Вендрова, В.В. Дика, В.А. Долятовского, А.И. Долженко, Е.Н. Ефимова, В.В. Липаева, Л.Г. Матвеевой, Ю.Ф, Тельнова, Е.Н. Тищенко, Г.Н. Хубаева, И. Ю. Шполянской и др.
Исследованиям в области разработки и использования онтологии посвящены работы Т. Грубера (Gruber Т), Н. Гуарино (Guarino N.), Т.А. Гавриловой, Л.А. Калиниченко, М.Р. Когаловского, В.А. Серебрякова, В.Ф. Тузовского, В.З. Ямпольского и других.
Однако, несмотря на большой интерес к данной предметной области, не уделено достаточно внимания моделированию структуры информационно-образовательных ресурсов для подготовки выпускника с учетом требований работодателей, связи этих процессов с возможностью и необходимостью изменений в структуре образовательного процесса, а также разработке эффективных информационных систем поддержки процесса обучения. Эти обстоятельства обусловили выбор темы диссертационного исследования, предопределили его цели, задачи и структуру.
Анализ специальной литературы, исследований и практического опыта экономически развитых стран показывает, что многие экономические, теоретические и практические проблемы определения пространства знаний специалиста и его тесной связи с качеством учебного процесса исследованы недостаточно, не проведен системный анализ содержания и технологий построения ИОС, не разработаны эффективные методы организации и управления этими процессами, их информационной поддержки.
Исследование процессов разработки ИОС в рамках системы высшего
7 образования актуально в связи с нерешенностью следующих проблем: неразработанностью методологических основ управления процессами формирования ИОС учебного подразделения вуза; отсутствием методологически обоснованных основ проектирования информационного обеспечения таких систем на основе онтологического подхода; отсутствием информационных связей между рынком труда и образовательным процессом.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются учреждения высшего профессионального образования (вузы) и их учебные подразделения (выпускающие кафедры). Предметом исследования являются процессы, связанные с формированием информационно-образовательной среды учебных подразделений вуза (выпускающих кафедр).
Цель диссертационного исследования. Целью диссертационного исследования является анализ процессов, связанных с формированием и обеспечением эффективного функционирования информационно- образовательной среды учебного подразделения вуза, проектирование структуры и исследование возможностей ее использования для упорядочения образовательной деятельности.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: разработать методику формирования структуры образовательных ресурсов специальности и соответствующей ей модели информационно-образовательной среды учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры), оценить возможность использования онтологического подхода2; разработать систему экономико-математических моделей, оптимизирующую структуру знаний учебной специальности и оперативно учитывающую текущие требования работодателя; 2 Гаврилова T.A. Онтологический подход к управлению знаниями при разработке корпоративных информационных систем //Новости искусственного интеллекта. - 2003. - №2. - С.24-30. выполнить оценку функциональной полноты существующих информационных систем с учетом деловых, управляющих и образовательных процессов, происходящих в учебном подразделении вуза (на выпускающей кафедре), необходимых для подготовки специалиста (бакалавра, магистра), а также систематизировать основные проблемы, возникающие при автоматизации указанных процессов; разработать комплекс моделей информационной системы управления учебным подразделением вуза (выпускающей кафедрой), обеспечивающий поддержку информационно-образовательной среды подготовки специалиста (бакалавра, магистра).
Теоретическую и методологическую основу исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные вопросам системного анализа, автоматизации управленческой деятельности, методам математической статистики, методам структурного и объектно-ориентированного анализа и моделирования информационных систем, законодательные и нормативные акты, инструктивные материалы Правительства РФ, Министерства образования РФ.
Эмпирической базой исследования являлись данные официальной статистической отчетности; результаты статистических исследований автора по данным различных порталов занятости и трудоустройства; результаты анализа деловых и образовательных процессов кафедр ГОУ ВПО «РГЭУ (РИНХ)» и его филиалов.
Инструментально-методический аппарат исследования составили методы системного анализа, методы математической статистики, унифицированный язык моделирования UML, современное программное обеспечение общего и специального назначения: Protege 3.4, Microsoft Excel, Rational Rose; программы «Эксперт» и «Анализ функциональной полноты ИС», разработанные на кафедре «Экономической информатики и автоматизации управления» ГОУ ВПО «РГЭУ (РИНХ)».
9 Работа выполнена в рамках паспорта специальности 08.00.13 — «Математические и инструментальные методы экономики» п. 2.6 «Развитие теоретических основ, методологии и инструментария проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъектов экономической деятельности: методы формализованного представления предметной области, программные средства, базы данных, корпоративные хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии».
Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке методических основ построения информационно-образовательной среды учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры), обеспечивающей поддержку образовательных процессов с учетом требований рынка труда. Основные результаты, содержащие элементы научной новизны, состоят в следующем:
1. Разработана методика формирования структуры знаний специальности и соответствующей ей модели информационно- образовательной среды учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры), отличающаяся использованием онтологического подхода и позволяющая осуществить формализованное описание и анализ структуры знаний специальности; формировать структуру и содержание отдельных дисциплин учебного плана; проводить анализ взаимосвязи отдельных понятий; существенно упростить разработку автоматизированных обучающих систем, электронных учебных пособий, тестирующих систем, web-ориентированных информационных ресурсов.
2. Обосновано использование инструментального средства Protege , которое позволило осуществить формализованное описание объектов информационно-образовательной среды, структуры и содержания компетенций и понятий специальности, дать визуальное представление The Protege Ontology Editor and Knowledge Acquisition System [Электронный ресурс]. - Режим доступа: .
10 отношений между ними, сформировать базу знаний специальности, сгенерировать структуру ядра контента образовательного портала учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры).
Разработана система экономико-математических моделей, позволяющая оптимизировать структуру знаний учебной специальности с учетом требовании рынка труда, федеральных государственных образовательных стандартов и специфики конкретного вуза. Выполнена постановка задачи линейного программирования, коэффициентами целевой функции которой выступают экономические оценки компетенций специалиста (бакалавра, магистра). Оценки вычисляются как коэффициенты уравнения регрессии, описывающего зависимость уровня заработной платы специалистов от объема использования компетенций в их профессиональной деятельности.
Выполнена сравнительная оценка функциональной полноты существующих информационных систем, обеспечивающих поддержку образовательной деятельности учебного подразделения вуза, отличающаяся использованием метода анализа функциональной полноты систем4, позволившего количественно оценить сходство между рассматриваемыми системами, степень соответствия той или иной структуры «эталонной» модели информационной системы, учитывающей требования пользователя к информационно-образовательной среде. Результаты анализа позволили выделить группы однородных информационных систем со сходным набором функций. Информационные системы из одной группы в дальнейшем можно сравнивать между собой, сопоставляя другие характеристики, такие как цена, производительность, надежность, степень адаптации и другие, предоставляя пользователям возможность сделать обоснованный выбор.
Разработана модель информационной системы управления деятельностью учебного подразделения вуза (выпускающей кафедрой), 4 Хубаев Г.Н. Сравнение сложных программных систем по критерию функциональной полноты //Программные продукты и системы (Soft&Systcm). - 1989. - №2. - С.6-9 отличающаяся использованием целевого подхода, позволившего определить и структурировать основные цели деятельности учебного подразделения и построить функциональную модель информационной системы, обеспечивающей поддержку информационно-образовательной среды. Модель информационной системы представлена в нотации UML в виде диаграмм прецедентов, описывающих основные цели системы и ее пользователей, диаграмм деятельности для анализа содержания необходимых образовательных и деловых процессов выпускающей кафедры, диаграмм классов для отображения информационных объектов и связей в системе. Созданная модель позволяет существенно снизить затраты на разработку, модернизацию, модификацию и настройку программной системы.
Теоретическая и практическая ценность исследования.Теоретическая значимость результатов диссертационной работы состоит в создании методики построения информационно-образовательной среды учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры) на основе формализованного анализа информационных процессов его деятельности.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке системы экономико-математических моделей, позволяющей оптимизировать структуру знаний учебной специальности, с учетом требований рынка труда, ФГОС и специфики конкретного вуза. Разработанные в диссертационном исследовании UML - модели дают представление о структуре и поведении информационной системы, что позволяет разработчикам программного обеспечения с минимальными затратами реализовать решения по созданию ИОС для любого учебного подразделения (выпускающей кафедры), а использование объектно-ориентированных технологий на всех стадиях разработки информационной системы позволяет с минимальными затратами осуществить программную реализацию системы на базе любого инструментария.
Разработанная информационная система принята к использованию на кафедре «Экономической информатики и автоматизации управления» ГОУ
12 ВПО РГЭУ (РИНХ) г. Ростов-на-Дону, филиалами ГОУ ВПО РГЭУ (РИНХ) в г. Батайске и г. Ейске, в Ейском высшем военном авиационном училище (военном институте), в НОУ ВПО «Южно-Российский гуманитарный институт». Основные положения, полученные в результате проведенного исследования, также используются в образовательном процессе в Ростовском государственном экономическом университете (РИНХ) и его филиалах.
Учебное подразделение вуза как основное звено обеспечения качества подготовки специалистов
В современных условиях рыночной экономики российские высшие учебные заведения работают в условиях жесткой конкуренции на рынке образовательных услуг, а их выпускники на рынке труда. В этих условиях возможность получения выпускниками вузов престижной и хорошо оплачиваемой работы, обеспечивающей возможности для их профессионального и карьерного роста, стало фактором, определяющим рейтинг вуза и, в конечном счете, его экономическое благополучие. Поэтому для каждого вуза большое значение приобретает создание условий, делающих выпускников конкурентоспособными на рынке труда. Это обеспечивается, прежде всего, качеством подготовки выпускаемых специалистов, своевременным изменением структуры и содержания подготовки специалистов, отражающим изменения, происходящие на рынке труда.
Качество образования - это комплекс характеристик, определяющих способность специалиста успешно осуществлять профессиональную деятельность в соответствии с современными требованиями экономики [34]. Традиционный подход к качеству образования рассматривает образование как способ и процесс передачи знаний, умений и навыков. На современном этапе вопрос обеспечения качества подготовки специалистов непосредственно связан с вопросом о востребованности выпускников на рынке труда, когда вуз должен готовить таких специалистов, которые нужны современной экономике, а не тех, которых вуз может готовить. Решение этого вопроса необходимо рассматривать в соответствии с требованиями динамично изменяющегося рынка, когда именно потребитель диктует что, в каком виде и по какой цене он хочет получить от специалиста (бакалавр, магистра).
Каждый вуз, выступая в роли поставщика образовательных услуг, связан со следующими группами заинтересованных лиц: 1) потребители образовательных и услуг: коммерческие организации, государственные учреждения и др.; 2) абитуриенты-студенты, желающие получить качественное образование и их родители; 3) профессорско-преподавательский персонал вуза, предоставляющий образовательные услуги в виде своих знаний; 4) Минобразования РФ в качестве вышестоящей организации. Для создания эффективной системы управления качеством образования в вузе необходимо обеспечить выявление и анализ реальных потребностей каждой из данных групп с целью достижения и поддержания баланса их интересов. При этом основным принципом управления образовательным процессом вуза должно стать соответствие профессиональных компетенций выпускников требованиям внешней среды (не только вышестоящей организации, но прежде всего будущих работодателей). Анализ опроса руководителей российских предприятий показывает, что в настоящее время требуется непрерывная модернизация образовательных программ, которые должны быть направлены на развитие навыков решения конкретных профессиональных задач. Кафедра является основным учебно-научным структурным подразделением вуза, осуществляющим учебную, учебно-методическую, научно-методическую работу по одной или нескольким родственным дисциплинам, научные исследования, а также подготовку научно-педагогических кадров и повышение их квалификации. Основными задачами учебного подразделения вуза (профилирующей кафедры) являются: 1) удовлетворение потребности личности в интеллектуальном, культурном и нравственном развитии посредством получения высшего образования и квалификации в определенной области профессиональной деятельности; 2) удовлетворение потребности общества и государства в квалифицированных специалистах с высшим образованием определенного профиля и в научно-педагогических кадрах высшей квалификации; 3) организация и проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований и иных научно-технических, опытно-конструкторских работ по профилю кафедры и работ по проблемам высшего образования; 4) подготовка и повышение квалификации специалистов и руководящих работников; 5) сохранение и приумножение нравственности, культурных и научных ценностей общества. К основным функциям кафедры относятся: - проводит по всем формам обучения (дневное и заочное, по индивидуальным планам, специальному заказу организаций и предприятий и др. формам) все виды учебных занятий и учебной работы; - разрабатывает в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования и нормативными актами вуза учебные планы специальностей (направлений подготовки), графики учебного процесса, рабочие программы по дисциплинам, закрепленным за кафедрой, всех видов практик, программы итоговой государственной аттестации выпускников и т.д., отражающих последние достижения науки, техники и культуры и перспективы их развития, а также учитывающие потребности предприятий и организаций соответствующей отрасли, отраслевые и региональные условия и особенности подготовки специалистов; - осуществляет комплексное методическое обеспечение учебных дисциплин кафедры: подготовку учебников, учебных пособий, разработку учебно-методических материалов по проведению всех видов учебных занятий, а также других пособий, предусматривающих использование наиболее целесообразных форм и методов преподавания, рациональное сочетание методических приемов, эффективное использование современной учебной техники и лабораторного оборудования; - обеспечивает непрерывное совершенствование качества преподавания: повышение уровня лекций как ведущей формы обучения, активизацию практических, семинарских, лабораторных и самостоятельных занятий как эффективных форм закрепления знаний, привития необходимых умений и навыков, развития творческих способностей студентов; - организует и руководит научно-исследовательской работой студентов, учебной и производственной практиками, курсовым и дипломным проектированием, способствуя приближение условий их проведения к реальным условиям производственной и исследовательской деятельности; проводит курсовые экзамены и зачеты, анализирует их итоги.
Методика моделирования информационно - образовательной среды на базе онтологического подхода
Когда речь идет о познавательной деятельности, не начинающейся с нуля, а опирающейся на относительно широкую базу знаний, которыми владеет обучающийся, главным становится не процесс формирования (например, умственных действий), а оперирование материалом — как тем, который подлежит усвоению, так и тем, который уже входит в сложившуюся систему знаний индивида. При этом немаловажным становится то обстоятельство, что само оперирование происходит с учетом ранее усвоенных знаний.
Для решения поставленной задачи появляется необходимость разработки специализированного программного средства, реализующего ИОС учебного подразделения вуза. На стадии проектирования системы для построения модели предметной области нами был использован онтологический анализ. Онтология - это подробная спецификация структуры определенной проблемной области. Основное назначение онтологии -интеграция информации о данной предметной области. Онтологии связывают два важных аспекта: во-первых, они определяют формальную семантику информации, позволяя обработку этой информации компьютером, и, во-вторых, определяют семантику реального мира, позволяя на основе общей терминологии связывать информацию, представленную в виде, требуемом для компьютерной обработки, с информацией, представленной в удобной форме для восприятия человеком. Онтологии являются словарями точно определенных понятий, их сущность заключается в описании связей между сущностями предметной области.
Следует отметить, что понимание термина «онтология» зависит от контекста и целей его использования. Можно выделить несколько аспектов его применения, в частности, в работе [58] выделяются следующие интерпретации: 1) Онтология как философская дисциплина. 2) Онтология как неформальная концептуальная система. 3) Онтология как формальный взгляд на семантику. 4) Онтология как спецификация концептуализации. 5) Онтология как представление концептуальной системы через логическую теорию. 6) Онтология как словарь, используемый логической теорией. 7) Онтология как (метауровневая) спецификация логической теории. Резюмируя все вышесказанное, можно сказать, что онтология - это точная спецификация некоторой предметной области, которая включает в себя словарь терминов предметной области и множество логических связей, которые описывают, как эти термины соотносятся между собой. На рисунке 16 представлена классификация онтологии по [12]. Онтологическая модель ИОС предназначена для адаптации процесса обучения к индивидуальным характеристикам обучаемых, она освобождает вовлеченных в учебный процесс преподавателей, студентов и администрацию от ряда трудоемких и рутинных операций по представлению учебной информации и контролю знаний, что способствует разработке объективных методов контроля знаний и облегчению накопления учебно-методического опыта. Поэтому центральное место в системе занимают онтологии. Учебный процесс, его структура и бизнес-процессы описываются в терминах связанных знаний. Для описания отношений в онтологиях используются различные формальные модели и языки, существующие в искусственном интеллекте -предикаты, продукции, фреймы, семантические сети и др. Формально онтология определяется как тройка множеств [13]: О = Х, R, F , где X - множество концептов (понятий, терминов) предметной области, которую представляет онтология О; R - множество отношений между концептами заданной предметной области; F - множество функций интерпретации (аксиоматизация), заданных на концептах и/или отношениях онтологии О. Словарь предметной области требует наличия только концептов, в то время как таксономия понятий требует дополнительного указания отношений между этими концептами в виде отношения «это есть» для моделирования наследования концептов. Для разделения понятий предметной области на синонимы, антонимы и другие классы дескриптивной логики вводятся отношения нескольких типов, соответствующие этим классам разделения (например, синоним, антоним, отлично - от). Структурная (композиционная) схема, являющаяся подтипом сетевой структуры, использует только один тип отношений part-of (является-частью) или обратное ему contains (содержит). Таким образом, использование отношений между концептами занимает важное место в модели онтологии. Многообразие различных типов отношений позволяет моделировать не только информационную структуру, но и операционную семантику понятий предметной области ИОС. Предметная область учебного процесса содержит достаточно большое количество связанных понятий и их экземпляров. Концептуальное моделирование и проектирование модели онтологии этой предметной области требует применения многоуровневой системы онтологии различных типов. В классической сетевой семантической модели отношения можно рассматривать как подмножество концептов на основании их принадлежности этому множеству в виде самостоятельных понятий предметной области, связывающих концепты. Модель онтологии может быть представлена семантической сетью, которая интерпретирует онтологию с точки зрения элементарных составляющих на низком уровне абстракции. После определения атрибутов концептов может быть построена и реализована информационная модель, например, в виде реляционной базы данных. В результате анализа онтологической модели базовых понятий предметной области определены основные сущности модели, представленные на рисунке 17.
Формирование экономических оценок компетенций специалиста с учетом требований рынка труда
Система Ontolingua [109] была разработана в KSL (Knowledge Systems Laboratory) Стенфордского университета и стала первым инструментом онтологии. Она состоит из сервера и языка представления знаний. Сервер Ontolingua организован в виде набора онтологии, относящихся к Web-приложениям, которые надстраиваются над системой представления знаний Ontolingua. Редактор онтологии - наиболее важное приложение сервера Ontolingua - является Web-приложением на основе форм HTML. Кроме редактора онтологии сервер Ontolingua включает Webster (получение определений концептов), сервер ОБСВС (доступ к онтологиям Ontolingua по протоколу ОКВС) и Chimaera (анализ, объединение, интегрирование онтологии). Все приложения, кроме сервера ОКВС, реализованы на основе форм HTML. Система представления знаний реализована на Lisp. Сервер Ontolingua также предоставляет архив онтологии, включающий большое количество онтологии различных предметных областей, что позволяет создавать онтологии из уже существующих. Сервер поддерживает совместную разработку онтологии нескольким пользователям, для чего используются понятия пользователей и групп. Система включает графический браузер, позволяющий просмотреть иерархию концептов, включая экземпляры. Ontolingua обеспечивает использование принципа множественного наследования и богатый набор примитивов. Сохраненные на сервере онтологии могут быть преобразованы в различные форматы для использования другими приложениями, а также импортированы из ряда языков в язык Ontolingua. Protege [109] - локальная Java программа, разработанная специальной группой информатики Стенфордского университета. Программа предназначена для построения (создания, редактирования и просмотра) онтологии моделей прикладной области. Её первоначальная цель — помочь разработчикам программного обеспечения в создании и поддержке явных моделей предметной области и включение этих моделей непосредственно в программный код. Protege включает редактор онтологии, позволяющий проектировать онтологии, разворачивая иерархическую структуру абстрактных или конкретных классов и слотов. Структура онтологии сделана аналогично иерархической структуре каталога. На основе сформированной онтологии, Protege может генерировать формы получения знаний для введения экземпляров классов и подклассов. Инструмент имеет графический интерфейс удобный для использования пользователями, снабжен справками и примерами. Protege основан на фреймовой модели представления знания ОКВС (Open Knowledge Base Connectivity) и снабжен рядом плагинов, что позволяет его адаптировать для редактирования моделей в разных форматах (стандартный текстовый, базы данных JDBC, языков XML, XOL, SHOE, RDF и RDFS, DAML+OIL, OWL).
OntoEdit [109] первоначально был разработан в Университета Karlsruhe (сейчас коммерциализован Ontoprise GmbH) выполняет проверку, просмотр, кодирование и модификацию онтологии. В настоящее время OntoEdit поддерживает языки представления: FLogic, включая машину вывода, OIL, расширение RDFS и внутреннюю, основанную на XML, сериализацию модели онтологии, используя OXML. К достоинствам инструмента можно отнести удобство использования; разработку онтологии под руководством методологии и с помощью процесса логического вывода; разработку аксиом; расширяемую структуру посредством плагинов, а также очень хорошую документацию. Так же как и Protege, OntoEdit — автономное Java-приложение, которое можно локально установить на компьютере, но его коды закрыты. Существует две версии OntoEdit: свободно распространяемая OntoEdit Free и лицензированная OntoEdit Professional. OntoEdit Professional имеет более широкий набор функций и возможностей (например, машину вывода, графический инструмент запросов, больше модулей экспорта и импорта, графический редактор правил, поддержку формата баз данных JDBC и т.д.).
WebOnto [109] разработан для Tadzebao и представляет собой инструмент исследования онтологии. Предназначен для поддержки совместного просмотра, создания и редактирования онтологии. Для него характерны: простота использования и предоставление средств масштабирования для построения больших онтологии. Для моделирования онтологии WebOnto использует язык OCML (Operational Conceptual Modeling Language). В WebOnto пользователь может создавать структуры, включая классы с множественным наследованием, что можно выполнять графически. Все слоты наследуются корректно. Инструмент проверяет вновь вводимые данные контролем целостности кода OCML. Инструмент имеет ряд полезных особенностей: сохранение структурных диаграмм, раздельный просмотр отношений, классов, правил и т.д. Другие возможности включают совместную работу нескольких пользователей над онтологией, использование диаграмм, функций передачи и приёма и др. . OntoSaurus [109] является Web-браузером для баз знаний LOOM, обеспечивая для них графический интерфейс. OntoSaurus также предоставляет ограниченные средства редактирования, но его основная функция - просмотр онтологии. Однако для построения сложных онтологии нужно понимать язык LOOM. В OntoSaurus обеспечиваются: автоматический контроль совместимости, дедуктивная поддержка рассуждения и некоторые другие функции. Все редакторы онтологии за исключением Ontolingua и OntoSaurus обеспечивают графические средства редактирования и просмотра онтологии, где классы обычно представлены узлами на графах, а отношения - дугами между ними. Дополнительно к этим графическим функциям, OntoEdit Professional и Protege предоставляют некоторую поддержку в написании формальных аксиом и сложных выражений. OntoEdit, Ontolingua, OntoSaurus, и WebOnto поддерживают совместную разработку онтологии, предоставляя отдельным пользователя и или группам пользователей разрешение на доступ и написание различных наборов онтологии.
Для построения онтологии нами был использован редактор онтологии Protege 3.4. Построенная при этом онтология определяет общий тезаурус для преподавателей и студентов, которым нужно совместно использовать информацию в предметной области - специальности. Она включает машинно-интерпретируемые формулировки основных понятий предметной области и отношения между ними.
Семантическая модель контента образовательного портала учебного подразделения вуза
Любую систему можно представить ее моделью, имеющей разнообразные определения. В общем случае модель — это объект, имеющий сходство в некоторых отношениях с прототипом и служащий средством описания, объяснения или прогнозирования ее поведения. Выделяют множество моделей, обладающих специфическими чертами, - физические, математические, компьютерные, логические, абстрактные и т.д.
Моделирование - процесс исследования ИС, включающий построение модели, изучение ее свойств и перенос полученных сведений на разрабатываемую систему.
При разработке модели можно использовать различные подходы, в частности в данном исследовании мы использовали объектно-ориентированный подход. В объектно-ориентированной модели любая сущность реального мира представляется всего одной универсальной категорией - объектом. С объектом ассоциируется его состояние и поведение. Состояние объекта определяется значениями его свойств (атрибутов) или связями между самим объектом и другими объектами. Поведение объекта определяется набором операций, которые могут быть выполнены над объектом или самим объектом. Объекты, обладающие схожими свойствами и поведением, группируются в классы, при этом объект может быть экземпляром одного или нескольких классов. Классы организуются в иерархии классов. Объектно-ориентированные модели обладают рядом особенностей [30]: - возможность определения пользователями новых объектов, отображающих структуры данных в сложных задачах; - меньшей потребностью в соединениях между объектами за счет неявных соединений, порождаемых иерархической вложенностью объектов, что упрощает навигацию по структуре объектов в модели; - более высокой производительностью работы приложений, реализованных в объектной среде; - поддержкой различных версий проекта и др. Для облегчения визуализации проводится моделирование предметной области на языке UML, оно заключается в описании концептов и отношений между ними. Использование нотации UML оправдано ввиду наличия удобных средств моделирования, концептуального в том числе, и наличия удобных способов представления статической структуры и динамического поведения объектов. Однако, учитывая то, что UML ориентирован в первую очередь на разработку программного обеспечения на основе объектно-ориентированного подхода, необходима некоторая адаптация его применения для онтологического моделирования, поэтому вносятся некоторые расширения: - состояние и поведение объектов на данном этапе концептуального моделирования не указываются, поскольку они больше важны для построения информационной модели и архитектуры реализации и будут доопределяться на более поздних этапах; - расширены типы отношений между понятиями — добавлены некоторые отношения предметной области; - использованы несколько отношений между классами; - использованы внутренние отношения (отношение порядка, выстраивающее иерархию подчинения в коллекции). Моделирование системы проводилось посредством построения UML - диаграмм. Для этой цели использовалась CASE - система Rational Rose фирмы IBM Rational, которая реализует программную поддержку объектно-ориентированных технологий создания информационных систем на основе языка UML. Данная система поддерживает все стадии жизненного цикла проекта системы и предоставляет пользователю широкий набор функций для анализа, проектирования, построения и сопровождения программного обеспечения. UML (унифицированный язык моделирования) позволяет визуально представлять модель системы с помощью набора диаграмм. Это достаточно логичная и простая нотация. UML является языком диаграмм или обозначений для спецификации, визуализации и документации модели объектно-ориентированных программных систем. UML не является методом разработки, то есть он не определяет последовательность действий при разработке программного обеспечения. Он помогает описать свою идею и взаимодействовать с другими разработчиками системы. UML управляется Object Management Group (OMG) и является промышленным стандартом, описывающим модели программного обеспечения. Так как UML создан для применения в разработке объектно-ориентированного программного обеспечения, он с некоторыми ограничениями может применяться для других парадигм программирования. UML состоит из множества модельных элементов, которые представляют различные компоненты разрабатываемой системы. Элементы UML используются для создания диаграмм, которые описывают определённую часть системы или точку зрения на неё. При этом используются следующие типы моделей: - диаграммы вариантов использования отображают действующих лиц (людей или пользователей системы), варианты использования (сценарии использования системы) и их взаимодействие; - диаграммы классов отображают классы и взаимодействие между ними; - диаграммы последовательностей отображают объекты и их взаимодействие, выделяя хронологию обмена сообщениями между объектами; - диаграммы взаимодействия отображают объекты и их взаимодействие, выделяя объекты, которые участвуют в обмене сообщениями; - диаграммы состояния отображают состояния, изменения состояний и события в объектах или компонентах системы; - диаграммы активности отображают активность, состояния и изменения состояний объектов, а также события, возникающие в компонентах системы. - диаграммы компонентов показывают компоненты верхнего уровня. Нами проведен анализ требований к ИОС учебного подразделения вуза, представлена модель образовательных и деловых процессов учебного подразделения, описаны требования к программной реализации ИОС. Для реализации этих целей выполнено визуальное моделирование разработанной структуры ИОС с использованием языка UML. Объектно ориентированные принципы, лежащие в основе языка моделирования, позволяют эффективно использовать UML-диаграммы для автоматизированного синтеза программной системы. Основу информационно-образовательной среды учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры) составляют: 1) модель знаний специальности, описывающая структуру ее ключевых компетенций; 2) образовательные процессы, регламентирующие порядок формирования структуры знаний студента; 3) деловые процессы учебного подразделения, осуществляющие информационную поддержку управления образовательными процессами учебной специальности. Модель знаний специальности представляет собой полное описание всех ее понятий, а также набор базовых семантических отношений, определяющих структуру ее знаний. К образовательным процессам учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры) относятся процессы по формированию и актуализации информационных образовательных ресурсов специальности, в том числе: формирование учебно-методических комплексов, включая курсы лекций, методические разработки, тестовые задания и т.д.
К деловым процессам учебного подразделения вуза (выпускающей кафедры) отнесены процессы, обеспечивающие поддержку образовательной деятельности, в том числе: разработка учебных планов; планирование нагрузки преподавателей; учет фактически отработанной нагрузки и отклонений между плановой и фактической нагрузкой; контроль выполнения распоряжений заведующего кафедрой; ведение протоколов заседаний кафедры и т.д.
