Составление расписания занятий в вузе: архитектура и требования к информационной системе

Введение

Современные высшие учебные заведения сталкиваются с вызовом эффективной организации учебного процесса в условиях экстенсивного роста и усложнения образовательных траекторий. Однако значительная доля инициатив по внедрению информационных систем в управление образованием не достигает поставленных целей, поскольку организации стремятся к автоматизации существующих, но неоптимизированных процедур [1].

Так в РосНОУ, несмотря на наличие развитой цифровой информационно-образовательной инфраструктуры, фундаментальный процесс формирования расписания остается ручным, осуществляемым посредством табличных редакторов. Согласно данным проведенного анкетирования [2], это порождает комплекс системных проблем: 58% обучающихся указывают на наличие значительных временных интервалов между учебными занятиями, 52% сталкиваются с регулярными (3–5 раз за семестр) корректировками расписания, а 54% научно-педагогических работников отмечают неудобства, связанные с необходимостью проведения занятий в различных корпусах в пределах одного дня.

1. Анализ информационных потоков при составлении расписания

Эффективное формирование учебного расписания обусловлено необходимостью консолидации информации, генерируемой в рамках различных управленческих процессов. Проведенный анализ текущей практики в РосНОУ позволил идентифицировать следующие источники данных и оценить их состояние:

• Нормативно-правовое обеспечение: учебные планы, показатели трудоемкости дисциплин и формы аттестации регламентированы утвержденными документами, однако отсутствует их интеграция в единую информационную систему.
• Планирование педагогической нагрузки: сведения о закреплении преподавательского состава за дисциплинами и распределении учебных часов представлены в расчетных ведомостях (в бумажном и электронном форматах), что требует ручного ввода данных.
• Движение контингента обучающихся: актуальные данные о составе учебных групп, численности студентов и наличии подгрупп фиксируются в ежемесячных отчетах УМУ в формате Excel.
• Аудиторный фонд: информация об аудиториях, их вместимости, специализации и принадлежности к корпусу.
• Цифровая среда: портал вуза служит для отображения расписания, однако процесс загрузки данных является ручным, автоматическая выгрузка не реализована.

В настоящее время система управления информацией страдает от фрагментации источников данных, дефицита автоматизированной синхронизации и значительной зависимости от ручного труда. [3] Подобная ситуация порождает повышенный риск ошибок, неэффективное использование времени и замедленную реакцию на необходимость внесения корректировок.

2. Трехуровневая архитектура учебного расписания

Для устранения обнаруженных упущений вводится трехуровневая архитектура, призванная оптимизировать организацию учебного процесса. Данная структура гарантирует как вертикальную интеграцию информации, так и четкое разграничение функциональных обязанностей.

Уровень 1. Нормативно-справочный

Фундаментом системы является первый уровень, где хранятся данные, которые считаются условно-постоянными. Они обновляются по мере необходимости, например, при изменении учебных планов, кадровых перестановок или при изменении состава студентов. Этот уровень включает следующие ключевые блоки информации:

• Структура университета: список институтов, кафедр, а также информация о корпусах (4 в Москве) и филиалах (6).
• Учебные планы: детализация дисциплин, их трудоемкость в часах, формы аттестации и распределение по семестрам.
• Преподавательский состав: полные данные о преподавателях, их должностях, ставках, статусе (штатный, совместитель) и временных предпочтениях/ограничениях.
• Аудиторный фонд: перечень всех аудиторий (94, включая 19 компьютерных классов) с указанием их вместимости, назначения (лекционные, лабораторные, лингафонные и т. д.) и принадлежности к корпусу.
• Контингент студентов: списки учебных групп, их численность, деление на подгруппы, форма обучения (очная, заочная, очно-заочная формы).

Уровень 2. Расчетно-плановый

Второй уровень системы отвечает за автоматический расчет педагогической нагрузки. Для этого он использует нормативно-справочную информацию (НСИ) и заранее определенные правила. Процесс расчета проходит через следующие стадии:

• Привязка учебных дисциплин: на этом этапе происходит закрепление каждой дисциплины из учебного плана за конкретной кафедрой и преподавателем. Важным условием является соответствие квалификации преподавателя требованиям дисциплины.
• Учет форм обучения: система дифференцирует нагрузку в зависимости от того, в какой форме проходит обучение (очная, очно-заочная или заочная). Это связано с тем, что каждая форма имеет свои временные нормативы и объем аудиторных часов.
• Работа с группами: производится расчет количества студентов в учебных потоках. На основе этих данных принимается решение о том, нужно ли делить поток на подгруппы (например, для семинарских или лабораторных занятий) или, наоборот, объединять студентов в более крупные группы для лекций.
• Расчет трудоемкости: вычисляется общее количество часов, необходимое для проведения каждого вида занятий: лекций, практических занятий, семинаров и лабораторных работ.
• Сведение нагрузки: рассчитанная нагрузка суммируется по каждой кафедре и каждому преподавателю. Это делается для последующей проверки соответствия установленным нормам и требованиям.

На выходе данного этапа формируется стандартизированный план распределения учебной нагрузки. Этот план включает в себя детальную информацию по каждому занятию: назначенного преподавателя, наименование дисциплины, вид занятия, его продолжительность в академических часах, а также перечень задействованных учебных групп (или подгрупп).

Уровень 3. Оперативного управления

Третий уровень отвечает за финальное формирование расписания занятий. Здесь происходит распределение учебных мероприятий по временным интервалам и аудиториям, при этом учитываются все заданные ограничения. Источниками информации для этого этапа служат: данные о распределении учебной нагрузки (полученные с расчетно-планового уровня), сведения о наличии и характеристиках аудиторий (из нормативно-справочной информации) и формализованные требования к расписанию (как обязательные, так и гибкие). Для решения этой комплексной комбинаторной задачи, где множество условий тесно связаны, предлагается применять оптимизационные алгоритмы (например, генетические или гибридные), способные находить эффективные решения даже при большом количестве ограничений.

Результатом завершающего этапа третьего уровня является формирование итогового расписания. Оно предоставляется в трех форматах, ориентированных на различные категории пользователей:

• Для студентов: расписание по группам, обеспечивающее наглядное представление их учебного графика.
• Для профессорско-преподавательского состава (ППС): расписание по преподавателям, позволяющее контролировать индивидуальную нагрузку.
• Для администрации: расписание по аудиториям, необходимое для анализа эффективности использования помещений.

Финальным действием является публикация данного расписания в единой цифровой среде университета (например, на портале или в мобильном приложении), что гарантирует доступ к нему всем участникам образовательного процесса.

3. Требования к информационной системе составления расписания

По итогам изучения выявленных проблем и разработанной архитектуры были определены требования к автоматизированной системе. Эти требования классифицированы на функциональные и нефункциональные.

Функциональные требования к системе описывают, что именно она должна делать:

• Автоматический импорт данных: система должна уметь самостоятельно загружать данные о учебных планах, составе групп и распределении нагрузки из различных источников, таких как файлы Excel, XML или существующие базы данных. При этом она должна проверять, что загруженные данные полные и корректные.
• Возможность задать жесткие ограничения: необходимо предусмотреть возможность установки обязательных условий, которые система должна неукоснительно соблюдать при составлении расписания.
• Возможность задать мягкие ограничения: система должна также учитывать менее строгие, но желательные условия, которые можно настраивать. Это позволит сделать расписание более удобным и эффективным.
• Автоматическая генерация расписания: система должна автоматически генерировать расписание, которое может быть как полным на весь семестр, так и частичным. Этот процесс будет основан на продвинутом алгоритме, который стремится найти наилучшее решение, учитывая все заданные строгие и гибкие ограничения.
• Визуализация расписания: сгенерированное расписание должно отображаться в удобном табличном формате. Пользователи должны иметь возможность легко находить нужную информацию, фильтруя данные по конкретной группе, преподавателю или аудитории.
• Ручное внесение изменений в расписание с автоматическим контролем на предмет пересечений (по времени, преподавателю, группе, аудитории).
• Возможность локального обновления только измененных частей расписания, что гарантирует его целостность и предсказуемость.
• Экспорт финального расписания в цифровые ресурсы университета (веб-портал, мобильное приложение) посредством налаженного канала обмена данными.
• Создание отчетов для анализа эффективности использования аудиторий и загруженности преподавателей.
• Поддержка трех форм обучения (очного, очно-заочного и заочного) с учетом их специфических временных ограничений.

Нефункциональные требования в свою очередь определяют качественные характеристики работы системы:

• Производительность: создание полного расписания на учебный семестр, учитывающее все группы, дисциплины и наложенные ограничения, должно занимать не более 10 минут.
• Масштабируемость: система должна без сбоев справляться с одновременным управлением данными для 5000 студентов, 500 преподавателей и 200 аудиторий, обеспечивая стабильную работу даже при такой нагрузке.
• Надежность: предусмотрена полная история всех изменений, вносимых в расписание, с возможностью в любой момент вернуться к любой предыдущей версии документа.
• Интеграция: система будет оснащена интерфейсом (API), позволяющим беспрепятственно обмениваться информацией в обе стороны с уже существующими цифровыми сервисами университета.
• Ролевая модель доступом: будет реализована система ролей, четко определяющая полномочия для различных категорий пользователей: администраторов, сотрудников учебного отдела, преподавателей и студентов.
• Соответствие политике импортозамещения: при разработке и внедрении будут использоваться программные решения, одобренные для применения в российских образовательных учреждениях.

Заключение

Представленный подход к построению системы управления учебным процессом, который охватывает все уровни – от базовых справочников до оперативного составления расписания, позволяет сократить время, необходимое для планирования работы по формированию расписания и, уменьшить количество допускаемых при этом ошибок.

Также сформулированы требования к функционалу и качеству будущей автоматизированной системы. Эти требования могут послужить отправной точкой для разработки или выбора подходящего программного обеспечения. Предложенная структура может быть реализована как с помощью готовых отраслевых решений, так и путем создания собственной системы в университете.