Оригинал материала размещен в выпуске № 06 (20) https://f.almanah.su/20.pdf
Введение. С приходом современных технологий стало возможным автоматизировать многие интеллектуальные процессы на предприятиях, что позволяет экономить деньги и время. Соответствующее программное обеспечение позволяет вести учёт товаров, формирует договоры, следит за финансами организации и выполняют много иной работы, при успешной формализации соответствующих бизнес-процессов.
Учебное заведение также представляет собой предприятие, хотя и со специфическими бизнес-процессами, на первый взгляд не поддающимися формализации из-за большого интеллектуального компонента. На примере работы завуча видно, что в учебном заведении часто используется стандартное офисное программное обеспечение. В такое программное обеспечение входят редакторы: текста, таблиц, презентаций, звука и видео, а также браузер для работы с интернетом. Но, как правило, в арсенале завуча, нет специализированных программ для решения конкретных задач. Однако, опыт показывает, что возможно применить современные технологии для разработки специальных программ автоматизации работы завуча. В результате удается решать несколько управленческих задач, например, автоматически распределять учебную нагрузку преподавателей, формировать изменения учебного расписания в зависимости от возникновения различных условий и т.п. А если у кого-то из преподавателей возникают не штатные ситуации, например, в случае болезни, программа перестроит нагрузку и расписание с учетом новых условий.
Принцип работы. Завучу каждого учебного заведения изо дня в день приходиться делать много однотипной, рутинной работы, которая связанна с распределением нагрузки среди преподавателей, составлением расписания, формирование списка замен и т.п. На это завуч каждый день тратит внушительное время. Автоматизация таких рутинных действий позволит минимизировать не продуктивные действия, сэкономив время для решения творческих задач. Рассмотрим несколько таких задач, предлагая свое решение по автоматизации их решения.
1. Перед началом каждого учебного года необходимо распределить учебную годовую нагрузку между преподавателями, назначив каждому предметы, наилучшим образом подходящие ему в соответствии с квалификациями и опытом работы. В ручном режиме такое распределение отнимает не только много времени, часто возникают ситуации, когда преподаватели недовольны его итогами. В таком случае завуч либо оставляет всё как есть, что приводит к конфликтам в коллективе, либо переделывает нагрузки на год, что занимает много времени из-за необходимости учета дополнительных, трудно формализуемых условий. Это приводит к затратному поиску компромисса между преподавателями, желающими удовлетворить свои творческие и материальные запросы, и администрацией в лице завуча, обладающего ограниченными возможностями.
2. Во время учебного года завуч должен следить за коррекцией учебного расписания в зависимости от возникновения тех или иных ситуаций. Например, когда из-за болезни необходимо заменить одного преподавателя другим. Для этого завуч формирует новое расписание на определённый день, а иногда даже на всю неделю. В результате постоянное расписание формируется минимум два раза в год, а временное, связанное с заменами, почти каждую неделю. В итоге возникают конфликтные ситуации, когда кто-то из преподавателей уже построил собственные планы на свободное от работы время, но правки в расписании их нарушают. Поэтому необходимо вновь переформатировать расписание, учитывая новые условия, что представляется весьма трудоемким.
Рассмотрим задачу распределения учебной нагрузки чуть подробнее и как предлагаемое программное обеспечение автоматизирует ее решение. Механизм распределения учебной нагрузки основывается на задаче линейного программирования, решая задачу наподобие хорошо известной задачи о назначении. Для формирования нагрузки преподаватели, на основе собственных предпочтений в предоставленной им таблице выставляют свои оценки тем или иным предметам (в диапазоне от 0 до 10). Оценка 0 обозначает, что преподаватель категорически не примелет преподавание этого предмета, 10 – что этот предмет ему в высшей степени подходит. В результате все преподаватели указывают свои предпочтения и антипатии. После этого, используя симплекс-метод, формируется компромиссное решение, исходя из принципа максимального суммарного значения всех оценок. Тем самым достигается максимальный уровень проявляемой компетентности все преподавателей. С содержательной точки рения поиск решения разбивается на несколько этапов.
Во-первых, необходимо распределить между преподавателями часы учебных практик. Это вытекает из того, что занятость в группе во время учебной практики дневная, что не позволяют преподавателю параллельно вести предметы в других группах. Это вынуждает одновременно решать две задачи: с одной стороны, необходимо сделать работу преподавателя максимально эффективной, а с другой, - избежать наложения учебных предметов на временной интервал учебной практики. Т.е. в данном случае налицо решение оптимизационной задачи в условиях временных ограничений.
Во-вторых, когда практики зафиксированы за преподавателями, предстоит распределить учебные предметы. Каждый предмет, в свою очередь, состоит из учебных часов, экзамена и консультаций. Распределение не должно нагружать преподавателя сверх заявленной им или определенной законом нагрузки. Обязательным условием является то, что преподаватель должен вести предмет у той группы, в которой будет вести учебную практику.
Предлагаемые программой решения могут быть оспорены в течении определенного времени любым преподавателем. Если последний не согласен с назначенными предметами или учебными практиками, то может обратится к завучу и высказать своё мнение. В таком случае, ему предоставляется возможность изменить свои оценки любых предметов или практик либо изменить количество часов нагрузки. После получения от преподавателя новых оценок, происходит повторный запуск программы. Результаты распределения вновь рассылаются преподавателям для ознакомления. Если недовольных нет или срок, отведённый на подачу апелляции, закончился, результаты считаются окончательными.
После получения согласованной со всеми преподавателями учебной нагрузки, начинается этап формирования учебного расписания. В настоящее время эта задача решается различными способами, однако в планах по созданию автоматизированного места завуча эта задача сформулирована как одна из первоочередных. Данная задача так важна, потому что расписание самое слабое место в системе образование. Оно должно подстраиваться под множество факторов, которые невозможно предугадать, такие как заболевание преподавателя или необходимость отправки его, как сопроводителя группы или студента, на выставку или олимпиаду. В таких случаях завуч начинает формировать список замен, в котором подстраивает эталонное расписание под актуальные факторы, изменяя в нем определенные предметы или заменяет другим преподавателем.
Созданная к настоящему времени программа позволяет решить все три задачи в автоматическом режиме, не нарушая сформулированных условий. Для поиска решения программе необходимо предоставить начальные данные: список практик, предметов, консультаций и экзаменов. Дополнительно предоставляется информация о группе, учебной нагрузке для каждого предмета и практики. Также требуется информация по временным интервалам прохождения той или иной группой учебной практики, что позволит не допускать пересечения учебной деятельности преподавателя в других группах и проведения им учебной практики. Перечисленные параметры являются объективными и определяются особенностями учебного процесса в СПО.
Разработка программы была начата в начале 2019 года. Изначально программа разрабатывалась как макрос внутри редактора таблиц MSExcel для легкой передачи данных из файлов колледжа в рабочую книгу макроса. И предполагалось использование надстройку MSExcel «Поиск решения». Преподаватели должны были использовать Googlesheets для расстановки оценок желания - получить определённый предмет или практику. Но с ходом разработки выявилась проблема с надстройкой MSExcel «Поиск решения» она не могла обрабатывать более двухсот ячеек переменных. Из-за отказа от надстройки MSExcel «Поиск решения» появилась возможность перенести программу из среды MSExcel в среду Googlesheets для прямой работы преподавателей с интернет-таблицами. В результате переноса с языка VBA на JS работа программы существенно ускорилась.
Результаты апробации программы. Программа была протестирована в колледже КАИТ 20 с использованием реальных данных полученных от завуча колледжа и преподавателей. В результате проведенных исследований выявлено, что программа работает без ошибок, и выдает вполне разумное распределение педагогической нагрузки.