УДК 004

Информационная база-платформа, оптимизирующая учебный процесс в образовательных учреждениях

Вейс Иван Анатольевич – бакалавр Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана

Аннотация: Объектом разработки является информационная база-платформа, оптимизирующая учебный процесс в образовательных учреждениях. Цель работы – оптимизация учебного процесса в образовательных учреждениях. Поставленная цель достигается за счет автоматизации подготовки обучающихся и обмена данных благодаря возможности создания собственного комплекса заданий и таблиц для контроля обучения, работ с параметрами контроля времени, поиска необходимого специалиста, а также средствам для коммуникации.

Ключевые слова: база, платформа, обучение, система поиска, система коммуникаций.

Процесс взаимодействия клиентов и обновления любых данных – комбинация из обработки баз данных, редактирования структуры серверных каталогов и управления анимацией клиентской стороны. Редактирование видимой структуры материалов затрагивает глобальное перераспределение данных для их будущей быстрой обработки. В связи с количеством связей в иерархии данных сервер с запроса по редактированию материалов обрабатывает больше данных, чем изменилось. Более того, сайт содержит несколько вспомогательных разделов для передачи информации между клиентами, вывода сводки о пользователях для их удобного поиска. Также существует раздел с таблицами для комментарий, ведения и анализа статистики учителями в качестве удобной необязательной функции.

В качестве языков программирования были выбраны: PHP, MySQL, JS, HTML, CSS. Никакие CMS системы не используются из-за их медлительности. Из плагинов и библиотек выбран только jQuery для осуществления быстрых запросов клиент-сервер [1]. Все механизмы должны разрабатываться вручную в целях достижения максимального быстродействия [2]. Для единичных запросов по составлению первичных структур БД была выбрана система PhpMyAdmin [3].

При проектировании платформы по автоматизации обучения, необходимы следующие этапы для ее реализации:

  1. Создание системы авторизации пользователей;
  2. Создание функционала по добавлению и редактированию разделов каталога с заданиями;
  3. Создание функции добавления заданий;
  4. Создание раздела для просмотра заданий;
  5. Хранение информации о клиентах платформы, о секциях с заданиями и домашними работами;
  6. Создание раздела для решения домашних работ;
  7. Создание систем коммуникаций между клиентами и обработки результатов работ;
  8. Создание системы поиска специалистов;
  9. Объединение функционала системы в общую CRM-систему.

В качестве примера информационной платформы для обучения рассмотрим системы “РЕШУ ЕГЭ” и “Moodle”.

Платформа “РЕШУ ЕГЭ” – ИС, в основе которой лежит база заданий для подготовки школьников к написанию экзаменов для поступления в университеты. Данная система является самой популярной в России в данных целях, так как задания обновляются достаточно часто. Зачастую задачи из каталога платформы “РЕШУ ЕГЭ” берут школьные преподаватели и репетиторы. Из результатов опроса данной категории людей стало ясно, что некоторые из них используют в своей программе задания как из каталога платформы “РЕШУ ЕГЭ”, так и из других источников таких, как банк заданий ФИПИ, информационного ресурса “KEGE” и сайта Константина Полякова.

Некоторые из опрошенных преподавателей подтвердили, что существует неудобство выбора заданий сразу из нескольких систем. Таким образом, ИС “РЕШУ ЕГЭ”, несмотря на свою популярность, не имеет возможности добавления персональных задач. Помимо того, на платформе отсутствует коммуникация, что заставляет пользователей обращаться к мессенджерам. Основное назначение данной ИС – банк заданий, однако при их решении большому количеству школьников требуется помощь со стороны преподавателя, поиск которого не осуществим на данной платформе.

Система “Moodle” – модульная объектно-ориентированная динамическая среда обучения, предлагающая готовый продукт для расположения своего курса заданий. Настройки данной системы гибкие, представляется большой функционал, в том числе числе удобная система тестирования. Таким образом, у университетов и других организаций, связанных с обучением, появляется возможность установить данный продукт и вести личные курсы, ограничивая доступ к ним.

Если посмотреть на проблему обучения глобально, то для прохождения большинства курсов, расположенных в среде “Moodle”, пользователю необходимо иметь доступ к ним, из-за чего курсы могут проходить только те пользователи, которые были изначально прикреплены к своей организации. Если рассмотреть категорию преподавателей, которые готовы предоставить помощь в обучении того или иного курса, а также помочь его выбрать, то у них нет возможности создавать свою программу обучения.

Сделав вывод, можно сказать, что, несмотря на все удобства использования данной ИС, не существует глобальной платформы, где пользователю представлены: поиск преподавателя, возможность создавать личные курсы без установки таких продуктов, как “Moodle”, публичный каталог заданий для подготовки.

Для проектирования платформы, оптимизирующей процесс обучения рассмотрим концептуальную модель ИС (см. рисунок 1):

1

Рисунок 1. Концептуальная модель.

В качестве примера работы поиска запросов рассмотрим несколько систем и алгоритмов:

  • прямая фильтрация;
  • фильтрация множествами;
  • фильтрация на базе графов;
  • ранжирование поисковой системы Google Chrome.

Прямая фильтрация подразумевает одновременный поиск сразу всего набора слов из запроса среди блоков данных. На сегодняшний день такой алгоритм используется на платформе Profi.ru. Таким образом на запрос "тестировщик Android" нет результатов в то время, как на "тестировщик приложения для Google Play" есть.

Недостатки:

  • потеря части потенциальных результатов согласно запросу;
  • низкая вероятность найти специалиста узкой направленности.

Преимущества:

  • простота реализации;
  • высокая релевантность.

Фильтрация множествами происходит относительно порядка – с начала или конца строки. Алгоритм собирает результаты среди баз данных информацию, которая может состоять как из полного набора слов запроса, так и из одного слова. Из-за отсутствия комбинаторики часть наборов слов не анализируется, отчего некоторые более релевантные результаты пропадают [4].

Недостатки:

  • потеря части потенциальных результатов согласно запросу;
  • низкая релевантность.

Преимущество заключается в простоте реализации.

Фильтрация на базе графов представляет алгоритм перебора множеств наборов из слов запроса, где вершинами являются сами слова в произвольном порядке. Продолжением одной из вариаций данной системы является сортировка результатов по ветвям.

Недостатки:

  • большая ресурсозатратность;
  • сложность реализации.

Преимуществ фильтрации на базе графов не выявлено.

Ранжирование поисковой системы Google Chrome представляет из себя много этапную систему фильтрации запроса относительно количества совпадений ключевых слов, релевантности, качества контента, достоверности и самого контента. За счет объемов информации результаты поиска релевантны. Однако стоит заметить, что от перестановки слов в запросе результат может измениться. В некоторых случаях поисковая система выдает более популярные страницы, которые не содержат нужную информацию, в то время как есть менее популярные ресурсы с нужной информацией. Алгоритм производит поиск данных по более популярным тематикам вместо уникальных. Например, если ввести длинный запрос со сферой и объектом из этой сферы, то Google Chrome выдаст больше результатов про сферу. Например, “Информатика STM Datasheet”. Информации по слову “Datasheet” будет меньше всего.

Таким образом, стоит отметить, что в любой системе должно присутствовать определение веса слов и приоритет результатам распределять согласно ему [4].

Чтобы улучшить ранжирование, стоит рассмотреть несколько факторов:

  • коэффициент связанности слова с остальными. Для того, чтобы определить связанность с другими словами, используется поле “branches” из таблицы. Чем меньше у слова связей с остальными, тем оно более уникальное. Чтобы определить уникальность необходимо для каждого слова из запроса посмотреть, сколько из связанных слов существует в запросе. Таким образом, поле “branches” определяет количество совпадений/количество всех связанных слов.
  • коэффициент спроса слова. Значение обратно пропорционально количеству использования данного слово во время поиска, которое берется из таблицы.
  • коэффициент частоты использования. Значение обратно пропорционально количеству использования данного слова среди ключевых слов специалистов, которое берется из таблицы.

Благодаря данным коэффициентам можно расположить данные слова в порядке убывания их уникальности/веса.

Следующим этапом реализации информационной базы-платформы, оптимизирующей учебный процесс в образовательных учреждениях, заключается в создании основных алгоритмов работы системы на языке программирования PHP, структуры и разметки страниц платформы на языке HTML, их дизайна на языке CSS версии 3.0, обработки управления интерфейсом и контроллером передачи информации между браузером и сервером с помощью языка программирования JavaScript.

Рассмотрим структуру платформы и иерархию директорий:

2

Рисунок 2. Основные узлы платформы.

Визуальная часть платформы – страницы, отображаемые в сети интернет, состоящие из гиперразметки. В основании структуры всех страниц, не считая страницы авторизации, расположен шаблон разметки, отвечающий за боковые панели и их содержание. Настройки составления шаблона прописываются в файле конструкторе “page_construct.php”. В нём описаны настройки выгрузки гипертекстовой разметки относительно профиля пользователя. Существует три вида пользователя – ученик, учитель и администратор. Рассмотрим публичные страницы.

Главная страницы “index.php” – страница по умолчанию, на которую автоматически переходит пользователь. Если он не авторизован, функционал ограничен, представлена информация, описывающая систему и её возможности. Для авторизованных пользователей представляется возможность поиска специалистов. Рассмотрим алгоритм комбинаторики и фильтрации поиска. Из строки поиска удаляются все лишние слова, не влияющие на смысл запроса, а также они приводятся в базовую форму в целях экономии места базы данных.

Функция комбинаторики слов в запросе определяет список всех возможных вариаций словосочетаний запроса в порядке возрастания смысловой нагрузки в числовом виде.

Получив список комбинаций в числовом формате, рассчитывается список комбинаций слов. Функция поиска специалистов высчитывает вес слов, относительно которого выстраивается порядок запросов к базе данной. Также используется спрос и  частота употребления слов, чтобы определить коэффициент уникальности.

Затем происходит поиск по базе данных [5]. По сформированному списку выбираются информация до тех пор, пока количество уникальных записей не достигнет требуемого количества. Этот параметр можно изменить, по умолчанию 25. Далее эти записи используются для создания блока анкет специалистов в виде текстовой переменной, содержащей гипертекстовую разметку. Данный блок кодируется в формат JSON и с помощью контроллера передается на клиентскую сторону платформы, а именно через файл “search_system.js”, который декодирует информацию и выстраивает список подобранных специалистов на странице.

Принцип поиска заключается в определенном порядке поиска набора из данных слов, а именно поиск будет точнее, если будет использоваться больше слов. В противном случаем будут отсекаться слова с меньшим весом (то есть с конца).

Следовательно, порядок для запроса состоящего из 4-х элементов, каждый из которых пронумерован от 1-го до 4-х:

  • 4 слова: “1234”;
  • 3 слова: “123 124 134 234”;
  • 2 слова: “12 13 23 14 24 34”;
  • 1 слово: “1 2 3 4”.

Данный порядок реализован через рекурсию, где в качестве вершины выступает два массива – левая часть, из которой можем удалять, и правая. На выходе имеем массив 4 слова – “1234 123 124 134 234 12 13 23 14 24 34 1 2 3 4”. Этот набор индексов слов и является параметрами для выборки специалистов/курсов [5].

Страница авторизации “authorization.php” предназначена для регистрации и аутентификации пользователей. Данная страница важна, так как без нее пользователь не сможет получить доступ ко всему функционалу ИС. В качестве предложенных вариантов регистрируемого профиля существует “специалист” и “ученик”. Форма документа оповещает пользователя о синтаксических ошибках, а также недопустимых вариантов заполнения полей. Например, запрещено использование уже существующих никнеймов [6].

Страница редактора позволяет создавать многоуровневые списки. Элементы списка – тематические разделы с заданиями. В качестве одного экземпляра задания выступает форма с индивидуальными условием, графическим рисунком и ответов в двух форматах на выбор. Специалисту предлагается добавить правильный ответ и 10 неправильных в текстовой форме или графической – расширения jpeg, png, gif, svg и другие. В списках есть возможность добавлять разделы друг в друга или прикреплять и редактировать задания в любых из них. Панель управления каждым разделом позволяет:

  • удалить раздел;
  • добавить подраздел;
  • сместить раздел относительно других вверх или вниз;
  • управлять видимостью элемента в общем доступе;
  • изменить название раздела.

Страница “каталог” отображает список общедоступных курсов и заданий. Для каждого раздела существует ссылка на страницу просмотра заданий по выбранной тематике. При просмотре заданий все ответы скрыты.

Страница созданий домашних работ позволяет создавать работы, выбирая задания из личного и общедоступного каталога заданий. Помимо создания производится выгрузка информации об уже готовых работах, а именно номер, название, дата, количество задач и ссылка на прохождение. При переходе по ссылке открывается новая страница - окно, информирующее о готовности начала прохождения тестирования.

Страница созданий  самостоятельных работ аналогична домашним работам, однако здесь можно добавить ограничение по времени на прохождение теста и выбор ответа из предложенных.

Страница тестирования предлагает пройти домашнюю или самостоятельную работу. Для каждого задания выгружается условие и изображение, если оно существует. Для домашней работы ограничения на время ответа и саму работу нет. Для самостоятельной работы начало тестирования фиксируется как на сервере, так и в браузере клиента, поэтому как только закончится время, ответы перестанут приниматься вне зависимости от подключения пользователя.

Страница поиска сообщества предназначена поиска пользователей. В данном документе создан выбор поиска категорий пользователей.

Страница “Сообщения” предназначена для вывода диалогов и групп, а также их поиску по названию. Под названием каждой группы выводится изображение группы, последний отправитель сообщения, само сообщение и время.

Страница “Чат” состоит из панели управления группой, отправленных сообщений и панели ввода сообщения. В панели управления для владельца группы доступно изменение названия, описания группы, а также ее участники. Владелец группы имеет возможность добавлять и исключать пользователей. Для остальных участников группы информация доступна только в качестве просмотра. В панели ввода сообщения расположено окно для ввода текста, кнопки выбора вложенных файлов и отправления сообщения. Сообщения обрабатываются через отдельный порт по веб сокетам. Это реализовано для мгновенной отправки и получения[6].

Страница “Таблица” предназначена для учета данных. Данный документ предназначен для учета данных в таблице. Создан функционал для добавления строк и столбцов, для переименования и удаления таблицы.

Таким образом, можно создать информационную базу-платформу, оптимизирующую учебный процесс в образовательных учреждениях, которая позволяет:

  • объединить все учебные материалы в одну базу;
  • искать специалистов, готовых помочь с подготовкой;
  • общаться, не выходя из системы;
  • проходить тестирование с ответами в двух форматах;
  • вести учет в таблицах.

В данной работе были учтены все недостатки рассмотренных аналогов. Данная платформа расположена в глобальной сети интернет по адресу veysoft.ru. Была реализована система представления курсов и специалистов пользователям ИС, которая позволила бы автоматизировать работу и систематизировать поступающие данные, которые, впоследствии, можно в дальнейшем редактировать и анализировать. При этом платформа должна полностью соответствовать CRM системе для удобств коммуникации между клиентами с обеих сторон.

Список литературы

  1. Крис Джамса. Эффективный самоучитель по креативному Web-дизайну / Крис Джамса, Конрад Кинг, Энди Андерсон. – ДиаСофтЮП, 2005. – 672 с.
  2. Серверный скриптовой язык Python [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://bourabai.kz/alg/python.htm
  3. А.П. Пашкевич. Современные технологии программирования: Конспект лекций / А.П. Пашкевич, О.А. Чумаков; Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники: Минск, 2007. – 64 с.
  4. Н. А. Стефанова. Оценка эффективности поисковой оптимизации сайтов вузов с использованием поисковых запросов.
  5. Улучшенный модуль MySQL [Электронный ресурс] сайт: php. net/manual/ru/book.mysqli.php.
  6. Веллинг Томсон. Разработка веб-приложений с помощью PHP и MySQL.

 

Интересная статья? Поделись ей с другими: