Classrooms reserving system as a part of electronic educational environment of the University

В настоящее время происходит развитие сферы образования в России, идет становление новой системы образования, ориентированной на вхождение в мировое информационно-образовательное пространство, которое требует новых технических решений по управлению повседневными процессами в образовательной организации. Этот процесс сопровождается значительными изменениями как в педагогической теории, так и в технологиях, благодаря которым происходит техническое обеспечение процесса образования, связанного с внедрением новых компонентов в повседневные задачи, которые должны быть адекватны современным техническим возможностям и способствовать гармоничному вхождению обучающегося в информационное общество. Новые технологии призваны стать неотъемлемой частью целостного образовательного процесса, значительно повышающей его эффективность [1].

Образовательные процессы уже не могут проходить без привлечения технических и информационных ресурсов нового типа. Современная и будущая система образования должна уметь использовать подобные ресурсы и технологии, уметь управлять распространением образовательной информации с помощью информационных технологий, формировать электронную образовательную среду (далее – ЭОС).

Одной из составляющих ЭОС можно считать системы управления и учета различных помещений внутри образовательных организаций. Они разрабатывались еще до использования цифровых технологий, и с их развитием появлялись абсолютно новые цифровые решения, как виртуальные, так и привязанные к каким-либо устройствам (либо гибридные). Проблема управления помещениями стоит в следующем: чем больше организация, тем больше ей требуется помещений для различных целей, и необходимо обеспечивать соответствующий контроль над собственными площадями. Без внедрения цифровых технологий проблема обычно решается следующим образом:

1)   нанимаются работники, ведущие учет выдаваемых ключей к различным аудиториям, хозяйственным и иным помещениям;

2)   выделяется специальное хранилище для хранения всех ключей от помещений, а также журнал, где фиксируется, кто и когда взял тот или иной ключ;

3)   создаются дубликаты ключей, которые в случае потери заменяют основные.

Такой способ контроля за помещениями в современных условиях (а тем более при функционировании ЭОР в образовательных организациях) можно охарактеризовать как неавтоматизированный, экономически неэффективный и немасштабируемый. Неавтоматизированным его можно назвать, так как применяется ручной труд. Экономически неэффективным его делает наем сотрудников и выделение обязанностей, что влечет за собой дополнительные затраты.

Цифровые же технологии устраняют все недостатки, однако для использования данной системы ее сначала требуется разработать и внедрить с предварительной апробацией, для этого нужны определенные ресурсы и время. Однако в долгосрочной перспективе преимущество цифровых технологий очевидно: низкая стоимость обслуживания, постоянная работа круглые сутки и т. д.

В статье присутствует большое количество терминов, названий программного обеспечения и технологий, основные из которых представлены в табл. 1.

Таблица 1

Словарь определений и терминов

Обзор отечественной и зарубежной литературы

В настоящее время происходит активное развитие электронной образовательной среды в сфере высшего образования. Компьютер становится доступным и мобильным устройством, обеспечивающим выполнение учебной работы и в аудиториях, и вне стен учебного заведения. Это приводит к глобальным изменениям условий функционирования вузов, вызывающим необходимость пересмотра многих традиционных подходов к организации их работы и используемых образовательных технологий. Основой этого процесса становится содержательное и технологическое развитие любого образовательного учреждения, предполагающее в условиях использования информационно-коммуникационных технологий (далее – ИКТ) постоянную модернизацию программного и технического обеспечения имеющейся вычислительной техники, регулярное повышение квалификации преподавателей и специалистов вуза в области разработки и использования ИКТ в учебном процессе, совершенствование управления учебным процессом и вузом в целом [14]. Последний аспект мы и будем рассматривать в рамках написания данной статьи.

На законодательном уровне основные компоненты, которые должны быть включены в состав ЭОС (при осуществлении электронного обучения) отражены в ст. 16 п. 3 ФЗ № 273 «Об образовании в Российской Федерации» (в редакции от 29 июля 2017 г.) в следующей формулировке: «При реализации образовательных программ с применением исключительно электронного обучения, дистанционных образовательных технологий в организации, осуществляющей образовательную деятельность, должны быть созданы условия для функционирования электронной информационно-образовательной среды, включающей в себя электронные информационные ресурсы, электронные образовательные ресурсы, совокупность информационных технологий, телекоммуникационных технологий, соответствующих технологических средств и обеспечивающей освоение обучающимися образовательных программ в полном объеме независимо от места нахождения обучающихся» [15].

В вузе формируется его электронная образовательная среда. Она представляет собой интегрированную среду информационно-образовательных ресурсов, программно-технических и телекоммуникационных средств, правил ее поддержки, администрирования и использования, обеспечивающих едиными технологическими средствами информационную поддержку, организацию и управление учебным процессом, научными исследованиями и профессиональное консультирование. Всё это в совокупности способствует повышению качества обучения и научных исследований и их интенсификации [16].

Многоаспектной проблеме использования ИКТ и развитию ЭОС в сфере образования посвящены работы следующих зарубежных исследователей: E. Шенингер, T. Уитби, K. Корбет, У. Ричардсон [17, 18], M. A. Уайт [19], Дж. Сакс [20], Д. А. Пратт [21], которые изучают проблемы, возникающие при реализации электронного обучения. Вопросы, связанные с развитием ИКТ в системе образования, исследуют многие российские ученые: А. А. Андреев [22], Е. А. Барахсанова [23, 24], Е. С. Полат [25], Т. Н. Носкова [26], И. В. Роберт [27, 28], М. Ю. Бухаркина [29], Е. З. Власова [30], М. И. Нежурина [31] , Н. М. Якушева [32], которые уделяют особое внимание методическим и структурным компонентам информатизации образования.

Однако вопросы управленческого и структурного исследования технических процессов в учебном заведении как в единой образовательной системе в условиях активного использования ЭОС оказались недостаточно затронуты исследователями, в отличие от структуры и содержания образовательного процесса (в том числе электронного обучения и дистанционных образовательных технологий).

Наиболее популярны исследования в области информационно-образовательных сред образовательных учреждений разного уровня, являющихся основой для систем электронного образования. Вместе с тем тенденции развития современных средств ИКТ позволяют экстраполировать это понятие и на другие аспекты образования, например на управленческую или технологическую составляющую.

Аспекты, связанные с формированием единой системы доступа в помещения, рассматриваются в работах О. И. Евдошенко [33], А. О. Зиберта, В. И. Хрусталева [34], М. Д. Шлей, И. В. Калинина [35].

В работах А. О. Зиберта и В. И. Хрусталева на примере предприятия добывающей отрасли рассматривается вопрос организации совместной работы с переговорными комнатами и общими ресурсами. Учеными проанализирована схема такой работы, а также существующие решения по организации совместной работы с переговорными комнатами и описан процесс внедрения выбранного решения в статье «Организация системы бронирования общих ресурсов». Авторы пришли к выводу, что сама система бронирования «применима вообще к любым объектам, допускающим совместное использование. Сам процесс бронирования переговорной происходит следующим образом: сотрудник компании через один из почтовых клиентов, либо через смартфон или планшет, либо через веб-интерфейс заходит в раздел создания собрания, указывает дату и время, на которое он хочет забронировать переговорную, при этом время указывается местное для пользователя» [36]. Однако при проектировании нашего решения от такого способа пришлось отказаться и разработать собственную технологию.

Материалы и методы исследования

Исследование осуществлялось в 2016/2017 году на базе ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова» (далее – СВФУ). Для осуществления исследования применялись такие методы, как анализ психолого-педагогической литературы по теме исследования, анализ и обобщение опыта работы системы контроля и бронирования аудиторий, анализ продуктов по созданию электронной образовательной среды. Основным методом исследования выступил экспериментальный метод (пилотная апробация), с помощью которого были выявлены, зафиксированы и изменены характерные свойства разработанного веб-ресурса.

 Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе (2016 год) выявлялось состояние исследуемой проблемы в теории и при практической реализации. Была проанализирована структура и последовательность бронирования аудиторий в университете, построена модель функционирования системы контроля за доступом в аудитории.  Наряду с этим, исходя из анализа литературы и опыта, было определено содержание веб-приложения.

На втором этапе (январь – май 2017 года) осуществлялось обобщение полученных в ходе первого этапа данных, благодаря чему подбирался наиболее эффективный способ реализации проекта по бронированию аудиторий. На данном этапе было рассмотрено несколько языков программирования (HTML, Typescript, CSS, Javascript) и других сопутствующих программ для осуществления разработки. Созданы прототипы программного обеспечения, позволяющие протестировать разработанное приложение и устранить возможные недочеты и технические ошибки.

Третий этап (сентябрь 2017 года) был посвящен апробации и анализу результатов апробации созданного веб-приложения по бронированию аудиторий в университете. На данном этапе организовывалось мероприятие, на основании которого любой желающий мог апробировать созданную систему и внести предложения по ее дальнейшему развитию. Сделанный студентами и преподавателями рефлексивный анализ показал важность продолжения работы в данном направлении и необходимость дальнейшего внедрения разработанной системы.

Результаты исследования

В качестве примера использования подобной системы бронирования аудиторий можно привести офис Microsoft в г. Москве в Российской Федерации. Архитектурно система корпорации базируется на собственном продукте Microsoft Dynamics – CRM-системе учета клиентов. Несмотря на иную специфику системы, инженерам компании удалось адаптировать ее для использования как системы бронирования аудиторий. Из аппаратной части представлены терминалы доступа в каждой комнате, где сотрудник с помощью своей карты доступа может войти в комнату и/или указать желаемое время использования помещения, то есть осуществляется бронирование. Так как использованная конфигурация и архитектура системы не предполагает ее коммерциализации и адаптации под другие предприятия, то принято решение не использовать данный набор технологий ввиду большого количества времени на доводку решения под нужды университета.

Решено было разрабатывать наше веб-приложение для СВФУ с возможностью его дальнейшей коммерциализации под нужды других образовательных учреждений (вузов, школ). Специфика решения позволяет применять его в большинстве вузов, требуя минимальной доводки со стороны разработчиков и заказчиков.

В Северо-Восточном федеральном университете имени М. К. Аммосова существует порядка 17 факультетов и институтов, используется более 20 зданий, а каждая учебная аудитория относится к какому-либо деканату, кафедре или ответственному лицу. Нами проведен эксперимент по бронированию аудитории в текущих условиях. Текущий порядок подачи заявки на использование аудитории для проведения лекции включает следующее (с позиции студента и молодого ученого):

1)   определиться с аудиторией и количеством слушателей;

2)   подойти и оформить заявку на проведение мероприятия в соответствующий деканат;

3)        сделать копии заявки и с одной из копий подойти в департамент обеспечения качеством образования, заверить ее и внести свою заявку в соответствующий список;

4)   с другой копией заявки требуется подойти к посту охраны в том же здании, где планируется забронировать аудиторию, чтобы оповестить службу охраны, когда готовить ключи к выдаче;

5)   уточнить расписание использования аудитории во всех заинтересованных департаментах и кабинетах (кто регулярно использует аудиторию).

В качестве темы доклада в эксперименте указано «Использование бесплатного ПО от СВФУ», а в качестве объекта была выбрана аудитория 120 в здании учебно-лабораторного комплекса университета. Эксперимент был назначен на 28 сентября 2017 года, и его длительность составила 1 ч 40 мин в период с 14:00 по 15:40 ч. Эксперимент завершился успешно, аудитория была забронирована на нужный срок. Среди трудностей и особенностей самого процесса подачи заявки стоит отметить нечеткое распределение обязанностей среди сотрудников, что стало причиной ожидания ответственного по аудиториям; поиск кабинетов департаментов, которые потенциально могут использовать аудиторию; ожидание оформления заявки во всех необходимых таблицах и базах данных. В итоге выяснилось, что централизованная система управления и контроля помещений отсутствует как таковая, отсутствует единый формат хранения данных, а также ведение журнала использования зависит от конкретного человека, и другой сотрудник может неправильно интерпретировать записи в таблицах.

Наше же решение в перспективе позволяет полностью автоматизировать процесс контроля и бронирования помещений, назначение ответственных и другие функции, связанные с ведением журнала учета. Сократится время, необходимое для бронирования, до нескольких секунд (в зависимости от пользователя). Исчезнет большое количество посредников, и перестанет быть необходимостью посещение отдельных каких-либо контролирующих органов для сверки. Самым главным достоинством, мы считаем, станет централизованная база, к которой все участники могут обращаться в режиме реального времени с любого устройства, так как система будет представлена в виде веб-приложения (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид стартовой страницы веб-приложения при отладке (англ. Debugging) в браузере Chrome

Количество шагов в нашем решении позволяет подать заявку в два шага:

1)   определиться с аудиторией (можно на веб-сайте) и количеством слушателей;

2)   зайти на веб-сайт системы бронирования аудиторий и подать заявку на данную аудиторию.

Данный ресурс является частью электронной образовательной среды вуза, ускоряет и автоматизирует все процессы, связанные с получением доступа к аудиториям и контролем за их использованием.

Технически наше решение базируется на следующем наборе (стеке, англ. stack) технологий:

‒     управляющий сервер – NGINX;

‒     серверная логика – NodeJS;

‒     база данных – MongoDB;

‒     фронт-энд-фреймворк – Angular;

‒     язык программирования – Typescript.

Все указанные выше средства – новейшие версии на момент написания статьи. Разрабатываемая система является веб-приложением (или просто «приложением» в контексте веб-решений) и поддерживает все современные технологии представления: PWA (англ. Progressive Web Apps, рус. Прогрессивные веб-приложения), Service workers (рус. сервис-воркер) для офлайн-работы, но тем не менее совместима с большинством веб-браузеров, начиная от Internet Explorer 10 и первых версий Chrome.

В разработке нашего веб-приложения используется множество инструментов, утилит и ПО, помимо вышеперечисленных: Visual Studio Code как редактор кода, Git как система контроля версий (англ. VCS, Version Control System), веб-сервис GitHub для хранения репозиториев Git, а также Docker для хранения параметров окружения в изолированном контейнере и автоматические тесты Karma и Mocha. Браузером для отладки является Google Chrome последней стабильной версии, а собирает/упаковывает исходный код утилита Webpack. Помимо этого используются шаблонизаторы и надстройки для языков, которые указаны в табл. 2.

Таблица 2

Надстройки и компилируемые из них языки

Все вышеперечисленные решения в колонке 1 табл. 2 на этапе сохранения проекта компилируются в указанные в колонке 2 языки программирования, разметки и стили. Их использование оправдано тем, что Typescript (JS), Pug (HTML) и SASS (CSS) являются более гибкими решениями и популярны в разработке подобных веб-приложений, обеспечивая статическую типизацию, предоставляя более удобные языковые конструкции и масштабируемость.

Так, среди возможностей Typescript стоит отметить:

‒     поддержку новейших стандартов;

‒     компилируемость в нативный Javascript любого нужно стандарта: от ES3 до ES8 (ECMA Script 2017);

‒     обеспечение иммутабельности семантики благодаря аннотациям типов, интерфейсам, классам, перечисляемым типам (enum) и т. д.;

‒     отсутствие необходимости в установке Babel и иных транспайлеров кода (конвертеров в различные стандарты JS);

‒     легкость в отладке кода;

‒     выявление ошибок уже на стадии написания кода;

‒     легкость масштабирования благодаря полной поддержке ООП (объектно ориентированного программирования).

Примерную зону охвата языковых и семантических возможностей можно представить в виде схемы, где Typescript имеет максимальную зону охвата благодаря внедрению типизации и совместимости с новейшими стандартами Javascript. Из нее можно извлечь следующие выводы.

1. Если веб-разработчик знает Typescript – принято считать, что он знает все три компонента, изображенных на рис. 2.
2. TS лучше задокументирован, чем JS, так как типы могут описывать функции и вызовы.
3. Typescript проще изучать, так как легче допустить ошибку и исправить ее. Большинство редакторов кода и интегрированных сред разработки (англ. IDE, Intergrated Development Environment) поддерживают автоматическое исправление ошибок в коде.

На рис. 2 представлено графическое сравнение возможностей языков Typescript и Javascript.

Рис. 2. Схематическое сравнение возможностей языков TS и JS

Также можно провести сравнение по исходному коду:

[] + []; // JavaScript вернет "", TypeScript--- ошибку

//

// Все, что по факту бессмысленно, в JavaScript не возвращает ошибку (это очень усложняет отладку).

// А вот TypeScript вернет ошибку времени выполнения еще до компиляции проекта.

//

{} + []; // JS : 0, TS Error

[] + {}; // JS : "[object Object]", TS Error

{} + {}; // JS :NaN, TS Error

"hello" - 1; // JS :NaN, TS Error

Также стоит описать так называемый “workflow” (рус. «рабочий процесс») разработки веб-приложения по этапам:

1. Пишется исходный код в редакторе Visual Studio Code.

2. При сохранении кода Webpack «упаковывает» файлы исходного кода (создает дистрибутив приложения) и загружает его в localhost.

3. Автоматические тесты Karma и Mocha проверяют соответствие выполнения кода на localhost и обнаруживают ошибки, если таковые есть.

4. Если ошибок нет, то сохраненные изменения оборачиваются в коммиты утилиты Git командой «gitadd .&git commit -m “[Описание изменений]”».

5. Описанные изменения загружаются в сервис GitHub.

6. Сохраняется снимок состояния веб-приложения в Docker и загружается на сервер разработки на нужный URL, например rooms.s-vfu.ru.

Именно таким образом происходит «шаг» разработки. Количество «шагов» может быть определено так называемыми «спринтами» по методологиям разработки AGILE и SCRUM. Нами рассматривалось использование одной из этих методологий, однако ввиду их ориентации на большие команды решено было отказаться от них, так как разработка системы ведется всего двумя людьми и необходимость дополнительной прослойки в коммуникации разработчиков отсутствовала.

Заключение

Возможности веб-приложения по бронированию аудиторий в Северо-Восточном федеральном университете имени М. К. Аммосова не ограничены исключительно процессом бронирования аудиторий; благодаря гибким новейшим технологиям, описанным в статье, становится несложной реализация следующего функционала: ведение журнала бронирования аудиторий, легкость смены ответственного по аудиториям, изменение условий бронирования и параметров помещений, вывод статистики использования комнат. Эти функции уже занесены в дорожную карту проекта и будут внедрены в ходе дальнейшего исследования и реализации проекта.