The use of information technology to reduce the time spent on the organizational processes of SFC in universities

Введение / Introduction

Согласно государственной программе Российской Федерации «Развитие образования», введение принципов цифровизации в деятельность системы образования позволит дополнить традиционную систему образования и обеспечить равные условия для получения качественного образования на всей территории Российской Федерации [1]. В соответствии с Распоряжением Правительства РФ от 18 октября 2023 г. № 2894-р, достижение высокой степени «цифровой зрелости» сферы образования на базе единого, качественного, безопасного образовательного пространства – цель стратегического направления развития Российской Федерации [2].

Согласно публикации М. А. Большаковой, К. А. Ситар и Д. Д. Кожаного, подбор и развитие кадров – ключевой фактор обеспечения высоких показателей в отраслях с непрерывными технологическими процессами, таких как горнодобывающая и химическая промышленность [3]. М. А. Пашкевич с соавторами отмечают, что в них востребованы специалисты, способные внедрять инновационные технологии очистки, поддерживать современные технологические стандарты [4]. В. С. Литвиненко и соавторы отмечают, что уровень профессиональной компетентности инженера по добыче ресурсов является эквивалентом доверия к деятельности компании и ее способности соблюдать принципы ESG (environmental, social, governance) [5]. Исходя из материалов Д. А. Первухина, О. В. Афанасьевой, формирование модели специалиста, бакалавра, магистра требует комплексного подхода, ориентированного на взаимодействие с работодателями и развитие ключевых компетенций, отвечающих требованиям современного рынка [6]. На формирование кадрового резерва непосредственное влияние оказывает образовательный процесс.

Согласно п. 1 ст. 59 ФЗ от 21.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации», государственная итоговая аттестация (ГИА) – процедура установления соответствия уровня освоения выпускником образовательной программы определенным требованиям федеральных стандартов [7].

Порядок проведения процедуры ГИА по образовательным программам высшего образования устанавливает две возможные формы проведения: защита выпускной квалификационной работы (ВКР) и сдача государственных экзаменов. Объем и формат проведения ГИА устанавливается высшими учебными заведениями самостоятельно путем установления локальных нормативно-правовых актов [8].

В работе рассмотрена процедура защиты ВКР как формы проведения ГИА. Данный формат подразумевает выполнение обучающимся ВКР под контролем руководителя, представителя профессорско-преподавательского состава выпускающей кафедры. Помимо выпускника и руководителя, важным участником процесса ГИА является секретарь государственной экзаменационной комиссии (ГЭК), задача которого – формирование документации ГИА, включающей заявления на утверждение или изменение темы ВКР и руководителей, ведение протоколов о работе государственной экзаменационной комиссии на защите ВКР, формирование справок о выполнении учебного плана обучающимися, сбор данных об участниках ГИА, подготовка расписания проведения ГИА.

Процесс осложняется из-за наличия следующих критических моментов для каждого участника процессов:

‒     большая доля бумажного документооборота и ручного способа формирования документации ГИА;

‒     специфика регламентов проведения ГИА в вузах, разнообразие форм выполнения ВКР;

‒     значительные временные затраты на поиск руководителя и выбор темы ВКР для обучающихся.

Одним из возможных решений задачи оптимизации данного процесса может стать внедрение системы автоматизации процессов государственной итоговой аттестации, проектирование и разработка которой будут рассмотрены в работе.

Обзор литературы / Literature review

Результаты проведенных исследований подтверждают, что использование современных информационных технологий оказывает значительное положительное влияние на образовательный процесс. Традиционные методы обучения часто не способны удовлетворить разнообразные потребности студентов, что приводит к снижению их эффективности.

Зарубежные авторы в своих работах описывают опыт цифровизации процесса образования, решая различные задачи, с которыми ежедневно сталкиваются участники образовательных процессов.

Зарубежные авторы А. Брессан и соавторы отмечают, что искусственный интеллект (ИИ) помогает адаптировать обучение к индивидуальным потребностям учащихся, учитывая их образовательные стратегии и особенности, что повышает успеваемость [9]. А. Замфирою и Д. Василе в своих исследованиях подчеркивают, что автоматизация оценки студентов через онлайн-платформы минимизирует временные затраты и субъективность оценивания, одновременно улучшая взаимодействие с обучающимися [10].

П. К. Лам и его коллеги разработали подходы к оценке успеваемости, базирующиеся на моделировании, что позволяет преподавателям принимать обоснованные решения для мотивации студентов [11].

Важной составляющей образовательного процесса являются экзамены. Б. Д. Кумар и коллеги разработали систему автоматизации экзаменационных форм с использованием распознавания лиц, исключающую ручной ввод данных и повышающую удобство проведения экзаменов [12].

Технологии автоматической оценки кратких ответов, изученные С. Бонту и коллегами, показали высокую точность результатов оценки (до 90%), что превосходит традиционные методы ручной проверки и снижает трудозатраты преподавателей [13]. Ювэй Ли описал разработку системы подсчета очков, основанную на методах ИИ, задача которой – оценивать субъективные экзаменационные вопросы, демонстрируя высокую согласованность с человеческими оценками и повышая общее качество и эффективность процесса оценивания [14].

Как отмечают Х. Свеннингсен и его соавторы, проведение электронных экзаменов сопряжено с вызовами, включая риски списывания, вмешательства в программный код и нарушения работы сети. Эти проблемы требуют внедрения более строгих мер контроля [15]. В то же время приложения, такие как EffiESGen, разработанное М. М. Дахлан и коллегами, обеспечивают удобные инструменты для планирования экзаменов, включая составление расписания и коммуникацию участников, что улучшает организацию экзаменационных процессов [16].

Опыт отечественных исследователей также заключается в использовании информационных технологий в образовательном процессе.

Цифровизация образования также способствует внедрению индивидуализированных подходов, что особенно актуально для студентов с разной скоростью усвоения информации, отмечают В. Анисимов с соавторами [17].

М. С. Логачев с коллегами описывают создание системы мониторинга и управления качеством образовательных программ. Практическая значимость исследования заключается в оперативности и объективности мониторинга образовательных программ, сокращении трудозатрат на его проведение и унификации его содержания, что является особенно важным при ежегодном изменении ФГОС. Система детектирует ошибки несоответствия программ учебных документов нормативным документам, ошибки в содержании и технические ошибки [18].

И. А. Жуков, Ю. Л. Костюк реализовали систему автоматизированной оценки знаний студентов в области программирования. Разработана модель представления многовариантных задач с использованием конструктивно-выборочного метода, где решения описываются в виде последовательностей элементов, представляющих собой фрагменты кода. Для оценки разработан алгоритм, который сравнивает предложенное студентом решение с заданными шаблонами. Каждый шаблон оценивается автоматически, а итоговая оценка определяется на основе наибольшего балла. Реализованная система исключает необходимость ручного анализа кода преподавателем и обеспечивает объективную оценку знаний [19].

Научно-исследовательская деятельность – важная составляющая образовательного процесса. А. В. Глазкова разработала метод улучшения автоматической генерации заголовков для научных текстов, используя фильтрацию примеров обучения на основе ROUGE-1 и дополнение выборки псевдопримерами. Эксперименты показали, что этот подход повышает качество генерации заголовков, особенно при значениях порога ROUGE-1 0,7–0,8. Метод может быть полезен в образовательной и научной сферах для улучшения анализа научных текстов и эффективного обучения работе с большими объемами литературы [20].

Ю. С. Романова и Е. В. Пастухова в своей работе внедряют оптимальную систему учебных задач математической и профессиональной тематики для повышения мотивации обучающихся [21].

Е. Б. Мазаков и К. В. Матрохина в своей работе рассматривают различные подходы к управлению процессом изучения и разработке сложного программного обеспечения информационных систем с использованием методов ИИ, анализируя достоинства и недостатки предлагаемых режимов обучения [22].

Компьютерные симуляции и игровые подходы играют важную роль в подготовке специалистов в сложных отраслях. Например, Р. Барашкин и коллеги подчеркивают значимость таких методов в химической, энергетической и горнодобывающей промышленности для подготовки к непрерывным технологическим процессам [23]. Более того, М. Фролова и А. Таранов акцентируют внимание на внедрении теоретических веб-ресурсов и видеоуроков, которые не только улучшают изучение материала, но и мотивируют студентов благодаря игровому подходу [24].

Экзаменационный процесс – важнейшая часть образовательной системы, которая активно модернизируется за счет применения цифровых технологий. А. Прокудин и соавторы предложили генератор учебных заданий, который учитывает подготовку студентов и снижает вероятность списывания благодаря предметно-ориентированным ограничениям [25].

А. Петровская с соавторами показали, что нейронные сети позволяют генерировать тестовые задания с учетом предыдущих результатов студентов, что делает оценку более объективной и адаптивной [26]. Н. А. Кривошеев с коллегами рассмотрели процесс генерации текстов на основе нейронных сетей LSTM и SeqGAN для русского и английского языков. Разработанные методы генерации могут быть использованы для создания обучающих материалов и персонализированных заданий [27]. В. В. Беляев и другие ученые описывают формирование заданий к лабораторным работам численными методами в среде R-project [28].

Информационные технологии помогают активно трансформировать образовательный процесс, обеспечивая персонализацию обучения, автоматизацию оценивания и повышение эффективности как теоретической, так и практической подготовки. Экзаменационный процесс, являющийся важной частью образовательной системы, значительно выигрывает от внедрения таких технологий. Использование автоматизированных систем генерации заданий, распознавания лиц, а также технологий оценки кратких ответов помогает повысить объективность и ускорить процесс оценивания. Однако для обеспечения прозрачности и предотвращения нарушений требуется разработка новых методов контроля, что остается актуальной задачей для дальнейших исследований.

Методологическая база исследования / Methodological base of the research

Опрос 1000 выпускников различных учебных заведений показал следующие результаты: 20% опрошенных испытали трудности в поиске руководителя ВКР, 85% отметили, что система с наличием информации о вакантных местах на курирование у руководителей полезна, 45% меняли тему ВКР минимум один раз, 13% меняли руководителя, почти 60% испытывали трудности в поиске форм документов и тем ВКР, предложенных выпускающей кафедрой.

Интервьюирование секретаря ГЭК выявило необходимость инструмента для внесения тем ВКР как кафедрой, так и руководителями в публичный доступ; динамического внесения данных участников ГИА и возможности экспорта в формате *.xlsx; инструмента формирования графика защит ВКР и возможности его публикации в системе; оптимизации поиска среди приказов учебного заведения нужного выпускника (идентификатором может выступать номер зачетной книжки); решения задачи автоматизации документов процесса ГИА, включающих протоколы заседания ГЭК по защите ВКР, отчет председателя ГЭК о работе ГЭК.

Проведенные опрос и интервьюирование выступили основой формирования требований к проектируемому программному продукту.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя выявление и анализ требований, проектирование системы, разработку, внедрение и сопровождение, а также формирование документации по настройке, внедрению и эксплуатации продукта [29].

На этапе выявления требований на основе описанных выше процессов обнаружены критичные моменты процедуры проведения ГИА в высших учебных заведениях, которые сводятся к следующему:

1. Бумажный документооборот. Огромные объемы документов требуется обрабатывать, систематизировать и хранить. Из-за ручного заполнения документов существует риск возникновения ошибок и неточностей. Сложно контролировать версии документов. Ручное заполнение документов требует временных затрат.
2. Отсутствие инструмента коммуникации между участниками ГИА. Выпускники и руководители могут не обладать знаниями друг о друге. Также выпускник может не знать важных аспектов проведения ГИА в конкретном учебном заведении. Выпускник тратит время на поиск руководителя, а руководитель может не иметь сведений об успеваемости выпускника, его академических задолженностях.
3. Недостаточная информированность участников об особенностях процедуры. Выпускники могут не знать порядок проведения процедуры, предлагаемые учебным заведением темы ВКР, местонахождение полезных информационных ресурсов, в том числе шаблонов форм документации, что влечет за собой временные затраты на устранение данных дефицитов.

Таким образом, традиционный процесс проведения ГИА в вузах может быть оптимизирован путем уменьшения временных затрат на организационные процессы.

Для структурирования выделенных «узких мест» построена диаграмма Исикавы, представленная на рис. 1. Проблемы разбиты на четыре категории: Человек, Механизмы, Метод работы и Материалы.

Рис. 1. Диаграмма Исикавы исследуемого процесса

В ходе выявления требований были изучены регламенты проведения ГИА различных высших учебных заведений. При проектировании системы были учтены нормы публичного права, регламентирующие порядок оказания образовательных услуг [30]. Задачи секретаря ГЭК заключаются в формировании расписания проведения ГИА, бланков протоколов и ведомостей для членов ГЭК, ведомости об успеваемости выпускников и иной документации [31]. Помимо этого секретарь ГЭК осуществляет сбор, учет и хранение текстов ВКР, отзывов и рецензий на ВКР и иных сопроводительных документов [32]. Руководитель обязан систематически контролировать ход выполнения работы в соответствии с разработанным графиком и оценивать качество выполнения работы в соответствии с предъявленными к ней требованиями [33].

Выделено шесть акторов проектируемой системы: Выпускник, Руководитель, Секретарь ГЭК, Члены ГЭК, Слушатель и Администратор. Их роли в системе описаны в табл. 1.

Слушатель – неавторизированный пользователь, который видит график защиты ВКР. Данный актор введен для обеспечения открытости и гласности процесса защиты ВКР.

Таблица 1

Акторы и их роли

На рис. 2 представлена диаграмма прецедентов для акторов Секретарь ГЭК, Члены ГЭК, Слушатель, Администратор. Секретарь ГЭК имеет доступ к функциям автоматического формирования документации и к данным Выпускников и Руководителей, может формировать и публиковать расписание проведения ГИА, которое является доступным для всех пользователей системы. Члены ГЭК оценивают ВКР.

Рис. 2. Диаграмма прецедентов для Секретаря ГЭК, Членов ГЭК, Слушателя и Администратора

На рис. 3 представлена диаграмма прецедентов проектируемой системы для Выпускника и Руководителя. Наиболее важными вариантами использования являются создание и отправка заявки на курирование и выбор темы ВКР, возможность узнать количество вакантных мест у Руководителя и средний балл Выпускника, автоматическое формирование документации участниками, создание графика работы над ВКР.

Рис. 3. Диаграмма прецедентов для Выпускника и Руководителя

Для разделения логики приложения, масштабируемости, обеспечения независимости от операционных систем устройств, на которых будет использована система, обеспечения возможности быстрого реагирования участниками на события в системе система спроектирована как веб-приложение с архитектурой Model-View-Template [34]. Дальнейшая разработка системы возможна с использованием микросервисной архитектуры, преимуществами которой являются возможность модификаций отдельных модулей с минимальным воздействием на работоспособность системы в целом, перераспределение нагрузки и трафика, повышение устойчивости системы к сбоям [35]. Хранение и генерация документов осуществляются на клиентской стороне для снижения нагрузки на сервер. Для дальнейшего развития системы заложена возможность перемещения форм документов в облачное хранилище для облегчения контроля версий либо использование файлового сервера. На основе диаграммы прецедентов были сформулированы функциональные требования к системе, которые представлены в табл. 2.

Таблица 2

Функциональные требования

Выделенные другие требования представлены в табл. 3.

Таблица 3

Дополнительные требования

На основе выделенных акторов, роли которых описаны в табл. 1, и требований, описанных в табл. 2–3, разработаны концептуальная, логическая и физическая (см. рис. 4) модели данных. Также разработан макет клиентской части веб-приложения.

В рамках проектирования системы разработаны диаграммы деятельности, последовательности и развертывания.

Процесс «Опубликование в общем доступе списка тем ВКР» заключается в возможности формирования Секретарем ГЭК перечня тем ВКР, предложенных кафедрой или конкретным Руководителем, экземпляры тем ВКР хранят соответствующие значения об авторе. Перечень тем ВКР является общедоступным, пользователи также видят информацию о занятости темы.

Рис. 4. Диаграмма классов

Процесс «Подача заявки Выпускником на курирование ВКР» является начальной точкой взаимодействия Выпускника и Руководителя в системе. Выпускник изучает перечни Руководителей, количество вакантных мест и доступных тем ВКР, в заявке указывает Ф. И. О. Руководителя и желаемую тему, а также может предложить свою. Поле с темой ВКР может остаться пустым, тема может быть изменена в ходе дальнейшего взаимодействия. Для ограничения нагрузки на сервер существует ограничение на три отправленные заявки Руководителю, одновременно может существовать только одна. Для снятия ограничения необходимо обратиться к Администратору.

Назначение функции «Создание графика работы над ВКР» – обеспечение контроля хода выполнения ВКР. Руководитель совместно с Выпускником формируют график работы над ВКР, включающий даты начала и завершения, требуемый результат данного этапа. Доступна подписка на уведомления о приближении даты завершения этапа обоим акторам. Руководитель фиксирует факт прохождения этапа.

Вариант использования «Формирование списков по заданным критериям и их экспорт» предназначен для работы с большим количеством данных Секретарю ГЭК. Данные отображаются в табличном виде, присутствуют функции фильтрации, сортировки, скрытия столбцов и заготовленные кнопки с вызовом запросов генерации и экспорта файлов .xlsx, содержащих данные, удовлетворяющие запросу.

В систему заложена возможность работы с приказами, предусматривающая интеграцию с хранилищем опубликованных учебным заведением приказов, загрузку приказов в систему, подписку на уведомления для пользователей о вышедшем приказе (только при их упоминании в приказе или для всех), разбиение приказов по категориям для удобства использования.

Задача выбора технологического стека включает в себя выбор инструментов для программной реализации спроектированной системы. Архитектура клиент – сервер представляет собой два приложения, обменивающиеся данными по запросу. Выбор технологического стека описан в табл. 4.

Таблица 4

Выбранный технологический стек

Результаты исследования / Research results

Разработанная система представляет собой веб-приложение с клиент-серверной архитектурой [36]. Обмен данными в формате JSON между клиентской и серверной частями осуществляется по RESTful API. Проверка доступа к данным системы осуществляется по OAuth-токену, представляющему собой уникальный код, получаемый пользователем при авторизации. Разграничение прав пользователей основано на проверке типа пользователя к различным функциям, а также различиях в url‑маршрутах, доступных пользователям. Разработан практически весь спроектированный функционал.

На рис. 5 представлен личный кабинет Выпускника (далее – ЛК). ЛК состоит из блоков с персональными данными, функциями автоматической генерации документов и готовых форм-шаблонов документации ГИА, отправки и отслеживания статуса заявки на курирование, графика работы над ВКР с возможностью экспорта в формат .docx, методических рекомендаций написания ВКР, составленных на основе регламентов проведения ГИА.

В ЛК пользователя – Руководителя (см. рис. 6) – есть доступ к функциям просмотра и принятия полученных заявок, автоматической генерации и формам-шаблонам документов, работам с курируемыми Выпускниками, опубликованию списка тем ВКР в общий доступ и просмотру расписания проведения ГИА.

Рис. 5. Личный кабинет Выпускника

Рис. 6. Личный кабинет Руководителя

У Секретаря ГЭК в ЛК есть доступ ко всем формам документов ГИА, к данным всех участников. Реализовано формирование списков по заданным критериям (например, все Выпускники, у которых нет темы и Руководителя ВКР) и их экспорт в формате .xlsx (рис. 7). Помимо этого пользователь обладает доступом к формированию расписания проведения ГИА (рис. 8) и генерации документов протоколов с автоматическим экспортом расписания в формате .docx (см. рис. 9). Реализована функция публикации тем ВКР с указанием автора (кафедра или преподаватель), организации, рецензента.

Рис. 7. Формирование списков

Рис. 8. Расписание проведения ГИА

Рис. 9. Генерация протоколов

У всех пользователей системы есть доступ к перечню тем ВКР, графику проведения ГИА.

Отправка уведомлений о приближении даты дедлайна в графике ВКР, выходе приказов, дате и времени защиты ВКР и удалении выпускником подтвержденной заявки осуществлена на почту, указанную в личном кабинете.

Система наполнена инструкциями по имеющемуся функционалу, правилам заполнения форм и возникающим ошибкам. Инструкции представляют собой модальные окна с информацией, а также тексты, расположенные вблизи форм. На рис. 10 представлены правила подачи заявки – пример реализации инструкций в системе.

Рис. 10. Инструкции по работе в системе

Частично разработан модуль работы с приказами. В ходе работы выявлены сложности доступа к хранилищу актуальных приказов в связи с политикой безопасности, реализована ручная загрузка приказов Секретарем ГЭК с указанием тематики приказа. Данный функционал может быть улучшен путем использования технологий компьютерного зрения для поиска идентификаторов Выпускников (номеров зачетных книжек) по текстам приказов для отправки уведомлений о выходе приказов и снижения временных затрат на поиск пункта приказа о конкретном Выпускнике Секретарем ГЭК.

Тестирование системы осуществлено путем разработки серии тестов, охватывающих ключевые моменты ее функциональности и производительности, проведены функциональное, нагрузочное и юзабилити-тестирование. Результаты функционального тестирования представлены в табл. 5. У Выпускников, Руководителей и Секретаря ГЭК обнаружены ошибки, связанные с генерацией документов и валидацией полей ввода в формах.

Таблица 5

Результаты функционального тестирования

Результаты нагрузочного тестирования приведены в табл. 6. Система стабильно обрабатывает до 200 одновременных пользователей, сохраняя время отклика меньше 2,5 секунды.

Таблица 6

Результаты нагрузочного тестирования

Юзабилити-тестирование позволило выявить перечень рекомендаций для повышения удобства и полезности использования веб-приложения. Тестировщиком – Секретарем ГЭК – отмечена необходимость добавления импорта документов формата .xlsx, содержащего данные в табличном виде, для обработки и генерации документов с их использованием в системе. Целевая группа выпускников и руководителей сочла полезным добавление чата для осуществления коммуникации между пользователями внутри системы. Необходимо видоизменение функции расчета итоговой оценки за защиту ВКР для учета решающего голоса председателя комиссии ГЭК.

Сформирована документация по разработанной системе, включающая в себя описание архитектуры системы и API, руководство по развертыванию, тестовую спецификацию, руководство пользователя.

Заключение / Conclusion

Разработанная система может быть усовершенствована путем перемещения хранимых форм документов в облачное хранилище, увеличения гибкости для настройки системы под процесс ГИА любого высшего учреждения, добавления модуля с процедурами формирования документации по защите государственных экзаменов. Система предусматривает ручной ввод данных пользователями, что может быть модифицировано путем интеграции с информационными системами учебного заведения и автоматического сбора необходимых данных по API. Использование интеграции с хранилищем приказов может оптимизировать ручную загрузку приказов в общий доступ, использование технологий компьютерного зрения – решение задачи поиска данных Выпускника среди текстов приказов по идентификатору. Необходимо учесть результаты тестирования, показавшего выполнение нефункциональных требований к системе, и рекомендации к доработке функций системы.

Необходимо проведение апробации для сравнения количественных показателей временных затрат на организационные процессы.