Григорьев С. Г.

д.т.н., профессор

Московский городской педагогический университет

г. Москва

Мнацаканян В. В.

Московский городской педагогический университет

г. Москва


Концепция проекта разработки информационной экосреды образовательной организации


В статье рассмотрена концепция создания информационной экосреды образовательной организации, а также описаны дидактические принципы ее формирования. Исследование направлено на разработку универсальных дидактических основ для создания онлайн-платформы, полностью отвечающей образовательным требованиям участников учебного и научного процесса в образовательных учреждениях. Задачи исследования включают анализ необходимости создания единой информационной экосистемы для учебных заведений без учета существующих дидактических принципов ее разработки и функционирования. В работе представлены аргументы в пользу научной новизны, значимости и практической пользы предложенной концепции. Определено понятие информационной экосреды образовательного учреждения, описаны этапы ее создания и использованные научные методики. На примере кроссплатформенной системы управления IT-лабораторией демонстрируется ее практическая эффективность и методы интеграции в учебный процесс.


Grigoriev S. G.

doctor of technical sciences, professor

Moscow City University

Moscow, Russia

Mnatsakanyan V. V.

Moscow City University

Moscow, Russia


The concept of the project for the development of an information eco-environment of an educational organization


The article considers the concept of creating an information eco-environment of an educational organization, as well as describes the didactic principles of its formation. The research is aimed at developing universal didactic foundations for creating an online platform that fully meets the educational requirements of participants in the educational and scientific process in educational institutions. The objectives of the study include the analysis of the need to create a unified information ecosystem for educational institutions without considering the existing didactic principles of its development and functioning. The paper presents arguments in favor of the scientific novelty, significance, and practical benefits of the proposed concept. The concept of the information eco-environment of an educational institution is defined, the stages of its creation and the scientific methods used are described. Using the example of a cross-platform IT laboratory management system, its practical effectiveness, and methods of integration into the educational process are demonstrated.


Информационная экосреда учебного заведения – это интегрированная программно-аппаратная платформа, созданная для формирования единого цифрового образовательного пространства. Она объединяет множество информационных ресурсов и сервисов, которые способствуют эффективной организации образовательного процесса, как в пределах локальной сети учебного заведения, так и через Интернет, обеспечивая доступ к образовательным материалам и ресурсам.

В настоящее время не существует комплексного подхода к определению принципов цифровизации в образовании и критериев создания образовательных систем, охватывающих все аспекты работы образовательных учреждений. Хотя уже описан ряд проектов, касающихся данной темы, которые могут послужить методической базой для будущего анализа, наблюдается противоречие между необходимостью разработки информационной экосреды для учебных заведений и отсутствием четких дидактических рекомендаций для формирования и функционирования подобных онлайн-платформ, способных удовлетворить все потребности образовательного процесса.

Практическая ценность исследования проявляется в подтверждении необходимости создания экосреды для образовательных учреждений и разработке работоспособного прототипа такой системы. В начале исследования предполагается анализ уже изученных методик по созданию образовательных онлайн-платформ и идентификация основ, способствующих построению информационной экосреды. Далее, изучение прототипа экосреды демонстрирует её структуру и функциональность. Созданный прототип, основанный на дидактических принципах, позволит оценить его эффективность и оптимизацию. В конечном этапе экспериментальное исследование поможет определить влияние системы на качество образовательного процесса.

При анализе интеграции информационно-образовательных экосистем в учебный процесс выявлена проблема отсутствия стандартов для их использования на всех уровнях образования. Недостаток кроссплатформенности приводит к зависимости от технических характеристик устройств пользователей. Разработка и применение унифицированных правил использования таких платформ позволит устранить эти зависимости, обеспечивая доступ к образовательным ресурсам для всех участников процесса. Создание связанной цифровой экосреды учебного заведения, интегрирующей многочисленные ресурсы, удовлетворит потребности как педагогического состава, так и учащихся [1]. Выбор электронных образовательных материалов часто различается у преподавателей одного предмета, что подчеркивает потребность в унификации форматов. В исследовании будут применены теоретические (моделирование, классификация) и эмпирические (опросы, тестирование прототипа) методы для разработки единого подхода к выбору материалов. Ожидается, что результаты помогут сформулировать дидактические принципы формирования и функционирования информационной образовательной экосреды учебной организации, обеспечивая основу для создания и использования образовательных ресурсов по единым стандартам, способствуя унификации программного обеспечения в учебном процессе. В исследовании акцентируется внимание на создании и детальном описании прототипа системы, созданной строго придерживаясь разработанных дидактических принципов, где будет наглядно представлена структура образовательной экосреды. Это позволит в полной мере удовлетворить образовательные запросы всех участников учебного и научного процесса. В процессе разработки бета-версии системы будет подобран и описан весь ряд инструментов, который требуется при создании подобного рода программных продуктов, что подчеркивает практическую направленность исследования на решение актуальных задач в области образовательных технологий.

В рамках экосреды образовательного учреждения предлагается использовать мультиплатформенную систему для контроля над оборудованием IT-лабораторий. Данная система функционирует через локальные и облачные сети, предоставляя доступ к управлению через универсальный веб-интерфейс. Это позволяет пользователям взаимодействовать с системой с помощью различных интернет-подключенных устройств [2]. Интерфейс на этих устройствах перехватывает команды пользователя и направляет их на соответствующий сервер, который, в свою очередь, управляет необходимым оборудованием, независимо от его местоположения. Пример системы представлен на рисунке 1.


Рис. 1 – Строение системы

 

Гипотетически возможностей для расширения системы управления оборудованием не ограничено. Любое устройство, контролируемое компьютером, может быть включено в систему благодаря обработке команд на удаленном сервере. Дальнейшее обсуждение будет посвящено примерам использования такой системы.

Телефон – сервер – компьютер – устройство. Ученик может подготовить 3D модель для урока и запустить её печать дистанционно, не требуя физического доступа к компьютеру или 3D принтеру. Это возможно благодаря системе, позволяющей отправить модель и команду на печать через сервер на компьютер, подключенный к 3D принтеру. Процесс печати инициируется автоматически, используя заранее подготовленные шаблоны, что делает процедуру удобной и эффективной для обучающихся, даже находясь дома.

Компьютер – сервер – компьютер – устройства. Методика использования системы аналогична предыдущему примеру, с тем отличием, что для взаимодействия с интерфейсом применяется компьютер. Этот подход особенно актуален для выполнения сложных операций, требующих детальной настройки оборудования, например, настройки режимов работы лазерного резака. Ученик через веб-интерфейс подготавливает векторное изображение, затем запрашивает доступ к оборудованию, настраивает необходимые параметры и отправляет данные на сервер. Сервер перенаправляет информацию на компьютер, подключенный к резаку, который инициирует процесс резки. Схема такого взаимодействия изображена на рисунке 2.


Рис. 2 – Работа с устройствами через удаленный доступ

 

Телефон – сервер – телефон. Преподаватель может задействовать систему для выдачи заданий по программированию. Учащиеся получают доступ к заданиям через веб-ресурс, где могут напрямую вводить и исполнять код [3]. Система анализирует написанный код, выполняет его, сравнивает результаты с ожидаемыми и предоставляет обратную связь. Таким образом, веб-интерфейс служит не только для представления заданий, но и как средство для разработки и тестирования программ. Пример такого взаимодействия с системой представлен на рисунке 3. В качестве примера взаимодействия с системой может выступать платформа на базе Telegram для программирования на Python.


Рис. 3 – Программирования на языке Python при помощи веб-интерфейса

 

Телефон/компьютер – компьютер – устройство (-а). Этот подход особенно эффективен для лабораторной работы, например, при использовании VR-оборудования [4]. Взаимодействие с компьютером, подключенным к устройству, может быть не всегда удобным, и в таких случаях предпочтительнее удаленно управлять компьютером, например, с помощью телефона. Это также упрощает запуск однотипных процессов на нескольких компьютерах одновременно, делая управление более гибким и эффективным. Пример схемы применения на рисунке 4.


Рис. 4 – Схема телефон – компьютер – устройства

 

С учетом многообразия способов использования описываемой системы и практически неограниченных возможностей подключения новых устройств крайне важно разработать и четко описать основополагающие принципы построения системы. Это обеспечит ее гибкость, масштабируемость и удобство использования в различных образовательных и научных процессах.

Принцип кроссплатформенности – система не должна быть завязана на одном типе устройств. Основной принцип системы заключается в том, что любая функция должна быть доступна для выполнения с различных устройств, несмотря на их разнообразие. Для этого в экосреде предусмотрено использование веб-ресурса, который может быть открыт с любого современного интернет-подключенного устройства, обеспечивая универсальный доступ и взаимодействие со всеми функциями системы.

Принцип унификации интерфейса – весь интерфейс должен быть выполнен в едином стиле и использовать схожие методы взаимодействия. В современном мире, где множество устройств разработано различными производителями, взаимодействие с оборудованием становится сложной задачей из-за уникальности интерфейсов каждого устройства. Длительное изучение ГИП (графического интерфейса пользователя) требуется для начала работы с каждым новым устройством. Создание единого, унифицированного интерфейса значительно упростит этот процесс, позволяя обучающимся сосредоточиться на освоении устройства, а не на изучении специфики программ. Этот принцип реализуется через унифицированные программы, которые обеспечивают прямую передачу команд или управление ГИП специализированных приложений. Выбор метода управления зависит от конкретного устройства. Например, для управления конструктором Lego Mindstorm используется специальный графический интерфейс разработчика, и внутри системы взаимодействие с этим интерфейсом происходит автоматически согласно логике, заданной пользователем. Это может быть реализовано через программирование блоками или с использованием доступных языков программирования. Другой пример — код, написанный в веб-интерфейсе, который напрямую транслируется в терминал компьютера с установленным соответствующим языком программирования, демонстрируя гибкость системы в обучении и практическом применении.

Принцип актуальности используемого оборудования и навыков, получаемых во время работы с системой – всё что находится и используется внутри системы должно обучать актуальным навыкам. Система разрабатывается для улучшения взаимодействия студентов с технологическим оборудованием и глубокого погружения в сферу IT. Она направлена на работу с актуальным оборудованием и приобретение навыков, востребованных на рынке труда. Важно, чтобы по окончании обучения учащиеся обладали опытом работы с современными устройствами и знаниями в актуальных областях информационных технологий, что сделает их квалификацию релевантной и конкурентоспособной.

Разработка системы будет осуществлена на Python с использованием фреймворка Django и дополнительных библиотек, таких как «pywinauto» для управления графическим интерфейсом пользователя (ГИП), «os» для управления процессами и «socket» для коммуникации через локальные соединения. Python выбран из-за его актуальности и широкой популярности, постоянного развития и обширной библиотеки, позволяющей реализовать разносторонние функции системы, включая управление ГИП, запуск скриптов и обработку процессов.

Подводя итог статьи, можно сделать следующий вывод: инициатива по созданию и детализации дидактических основ для формирования информационной экосреды образовательных учреждений, поддержанная разработкой прототипа и перечнем необходимых инструментов, представляет собой передовую и востребованную идею в контексте цифровизации образовательного процесса [5]. Примеры из практики демонстрируют как важность, так и возможности реализации такой экосреды в образовательной деятельности, подчеркивая ее значимость и применимость на практике.

 

Литература:

1. Аникьева, М. А. Управление в электронной среде персонализированным обучением с учетом индивидуальных особенностей обучающегося : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Аникьева Марина Анатольевна. – Пенза, 2022. – 166 с. – EDN LEGYPS.

2. Бешенков, С. А. Факторы развития цифровой образовательной среды / С. А. Бешенков, М. И. Шутикова, Р. Ф. Рямов // Вестник МГПУ. Серия: Информатика и информатизация образования. – 2021. – № 4(58). – С. 118-124. – DOI 10.25688/2072-9014.2021.58.4.11. – EDN BHMUGL.

3. Очкасова, А. А. Применение ИТ-технологий в системе дистанционного обучения / А. А. Очкасова, Т. А. Серебрякова // Вестник МГПУ. Серия: Информатика и информатизация образования. – 2023. – № 3(65). – С. 77-90. – DOI 10.25688/2072-9014.2023.65.3.07. – EDN KRSDMG.

4. Гриншкун, А. В. Области применения различных видов дополнения виртуальности в школьном образовании (в рамках исследовательского проекта РФФИ № 19-29-14153) / А. В. Гриншкун // Информатизация образования и методика электронного обучения: цифровые технологии в образовании : Материалы V Международной научной конференции. В 2-х частях, Красноярск, 21–24 сентября 2021 года / Под общей редакцией М.В. Носкова. Том Часть 1. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2021. – С. 120-124. – EDN DGBFMU.

5. Трифонов, А. А. Методологические основы совершенствования подготовки педагогов к работе в цифровой образовательной среде / А. А. Трифонов // Вестник МГПУ. Серия: Информатика и информатизация образования. – 2023. – № 2(64). – С. 19-31. – DOI 10.25688/2072-9014.2023.64.2.02. – EDN LTNKRO.

вопросы и комментарии: