Математические модели и программные средства при формировании цифровой среды университета



Статья посвящена рассмотрению математических моделей и программных средств, используемых в процессе формирования цифровой среды университета. Отдельное внимание уделено составляющим элементам цифровой среды. Также обозначены требования к ее построению, которые позволили формализовать математическую модель в виде информационно-связанных подсистем.

Ключевые слова: цифровая среда, университет, математическая модель, программный комплекс.

The article is devoted to the consideration of mathematical models and software tools used in the process of forming the digital environment of the university. Special attention is paid to the constituent elements of the digital environment. It also outlines the requirements for its construction, which made it possible to formalize the mathematical model in the form of information-related subsystems.

Keywords: digital environment, university, mathematical model, software package.

Особенности эволюции современного глобального мира обусловлены процессами, которые проявились на рубеже тысячелетий и получили широкое развитие в начале XXI в., — это переход к экономике знаний и информационному обществу, усиление цифровизации (цифровой трансформации), что в свою очередь определяет экономический и социальный тип развития международной и национальной экономик, регионов и отдельных отраслей [1].

Широкое внедрение цифровых технологий во все сферы деятельности влечет за собой необходимость модернизации современной системы образования. Очевидно, что использование цифровых технологий в образовательном процессе обусловливает необходимость создания и функционирования цифровой среды учебного заведения. Активно данный тренд на сегодняшний день поддерживают университеты, которые все больше склоняются к необходимости рационального сочетания дистанционной и стационарной форм обучения, где первая является дополнением второй. Смешанная форма получения образования, построенная на цифровых технологиях, очень удобна для работающей молодежи, желающей обеспечить себе карьерный рост. К примеру, в школе медицинских сестер Райдаут (Rideout) Рочестерского университета через интернет студенты получают 41 % от всех кредитов, программа поставляется через класс в виртуальной среде в рамках разработанной интерактивной платформы 2U [2].

Облачно-ориентированные системы обучения дают возможность создания цифровой среды и учебно-методического пространства в университетах, в результате чего происходит трансформация личного информационного пространства участников образовательного процесса и информационно-образовательного пространства учебного заведения в сетевое образовательное пространство. Не подлежит сомнению тот факт, что оптимально организовать цифровую среду университета возможно в процессе ее целенаправленного моделирования, поскольку в каждом отдельном случае она должна решать уникальный комплекс задач.

Однако, несмотря на актуальность рассматриваемых проблем, в современной научно-экспертной литературе они исследуются фрагментарно и не системно. Наработанные методы моделирования используются недостаточно и мало влияют на практические разработки приложений, также очень ограниченно они находят свое применение в решении реальных задач создания цифровой среды университета. Если рассматривать более подробно вопросы автоматизации информационного обмена, то, как правило, применяемые модули охватывают его отдельные звенья и не имеют единой системы проектирования и моделирования.

Таким образом, указанные обстоятельства предопределяют выбор темы данной статьи.

Сегодня существует множество публикаций, посвященных внедрению цифровых технологий в образовательный процесс, но, как правило, в них информационная архитектура и технологии рассматриваются отдельно. Средства моделирования и проектирования цифровых сред нашли свое отражение в работах Е. А. Паламарчука, В. Быкова, А. Гуржия, А. Ершовой, М. Жалдака. Однако вопросы формализации требований как к программной, так и к аппаратной части таких сред остаются открытыми.

Задача построения информационных систем оптимальной физической структуры исследована, в частности, в работах Г. Йеркса, К. Херрингшоу и других ученых, однако с развитием глобальной сети Интернет и web-технологий возникли принципиально новые виды этой задачи. Очевидно, что в новых условиях построение цифровой среды университета должно осуществляться с учетом глобального, многоуровневого характера информационных систем и стохастического поведения пользователей и участников этой среды.

Таким образом, цель статьи заключается в детальном рассмотрении математических моделей и программных средств, используемых в процессе формирования цифровой среды университета.

Итак, прежде всего, уточним составляющие цифровой среды университета. По мнению автора, она должна содержать в себе инвариантные компоненты, обеспечивающие информатизацию основных видов деятельности, к числу которых относится:

 образовательная (непосредственно учебно-воспитательный процесс);

 управление, в том числе, образовательным процессом, контингентом обучающихся, ресурсами университета;

 обеспечение коммуникаций всех участников образовательного пространства.

Система проектирования любого из обозначенных компонентов может быть представлена как система взаимосвязанных АРМов с возможностью интенсивного и целевого обмена информацией. Поскольку АРМы работают с информацией (данными, фактами, знаниями), необходимо на концептуальной стадии создания среды подать общую схему процессов циркуляции информации в виде матрицы.

В таблице источники и пользователи информации связаны между собой на уровне фактологической информации (отрезков, фреймов или ячеек знаний), , которая характеризует единицу анализируемых данных (символ, слово, кортеж, указатель, характеристика, объект, класс и т. д.), C _ij — подает суммарную кратность передач единиц данных.

В дальнейшем задача АРМ математически может быть сформулирована следующим образом: необходимо найти такие значения, которые будут минимизировать потоки информации. В качестве целевой функции этой задачи можно принять суммарную кратность передач всех единиц данных — Z0.

Итак, минимизируем целевую функцию (1), при условии (2–4):

Условие (2) обеспечивает полную передачу единиц данных от всех анализируемых пользователей информации; условие (3) фиксирует передачу единиц данных ко всем пользователям информации; условие (3) показывает степень информативности единиц данных.

Для управления цифровой средой университета необходимо использовать механизмы распределения нагрузки для достижения высокой производительности системы, а для поддержки ее надежного функционирования следует применять механизмы резервного копирования, архивирования и восстановления данных, защиты резервных копий от несанкционированного доступа [3].

На основе выше сформулированных требований к построению цифровой среды, ее структурная математическая модель может быть представлена в виде совокупности информационно связанных подсистем: обусловленных как четверка: , где множество E _i — внешние сущности относительно данной подсистемы; P _i — процесс или подсистема, которая превращает входные потоки данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом; D _i — абстрактное хранилище для хранения информации (накопители данных), в общем случае является прообразом базы данных; F _i — поток данных, определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приемнику.

Что касается программных комплексов, которые могут быть использованы в процессе формирования цифровой среды, следует отметить, что в настоящее время существует широкое разнообразие различных пакетов и специализированных программ, предлагаемых как ведущими компаниями-разработчиками, так и новичками на рынке. Рассмотрим некоторые из них.

Например, система Rexo Educational ERP , она обеспечивает эффективный анализ данных учащихся и учет другой информации, что делает процесс принятия решений легким. Все пользователи, включая студентов, учителей, бухгалтеров, библиотекарей и других сотрудников, входят в одну систему. Права пользователя управляются с использованием методов контроля доступа.

Oracle Student Cloud — это программное обеспечение, разработанное специально для высшего образования, которое оптимизирует работу бэк-офиса и улучшает работу студентов. Программное обеспечение обеспечивает управление образовательным процессом, финансовой деятельностью, также позволяет проводить анализ в режиме реального времени и включает в себя инструменты для совместной работы как студентов, так и преподавателей [4].

Таким образом, резюмируя полученные результаты можно сделать следующие выводы. Математические модели создания цифровой среды университета позволяют формализовать законченную совокупность данных и знаний, которые пригодны к применению в образовательном процессе как целостный информационный ресурс. При этом при их разработке следует учитывать множество ограничений, к числу которых относятся: объемы обрабатываемой информации; типы задач и функций, а также их количество; корректировки и частота обновления и т. д. Выбирая конкретный программный комплекс для создания цифровой среды необходимо руководствоваться оптимизационными критериями, такими как: стоимость, время, ресурсы, соответствие мировым стандартам и т. д.

Литература:

1. Гонта С. И. Проблемы информатизации и компьютеризации общества // Московского технического университета связи и информатики. 2019. № 2. С. 312–315.
2. Aiqun, Zhu An IT Capability Approach to Informatization Construction of Higer Education Institutions // Procedia computer science. 2018. Volume 131; pp 683–690.
3. Тарарыкин С. В. Информационная поддержка принятия управленческих решений в вузе // Университетское управление: практика и анализ. 2019. Т. 23. № 4. С. 69–79.
4. Higher Education ERP Systems URL: https://softwareconnect.com/higher-education-erp/