ОПЫТ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ТЕОРИИ И ПРАКТИКЕ БАЗ ДАННЫХ ПРИ ПОДГОТОВКЕ IT-СПЕЦИАЛИСТОВ СРЕДНЕГО ЗВЕНА

АННОТАЦИЯ

В статье обобщается преподавательский опыт в области изучения теории и практики баз данных в учебных заведениях разного уровня при подготовке специалистов в области информационных систем, формулируются проблемы этого обучения и предложения повышения качества образования.

Рассмотрен учебный процесс поэтапного освоения технологии использования систем управления базами данных (СУБД) на примере подготовки специалистов среднего звена по специальности 09.02.07 «Информационные системы и программирование» на факультете среднего профессионального образования в Орском гуманитарно-технологическом институте (филиал) ОГУ.  Показана преемственность учебных дисциплин, цели изучения каждой дисциплины, важность применения методических разработок, курсового проектирования.

Ключевые слова: базы данных, этапы, проектирование и реализация, информационные системы, профессиональные компетенции, практико-ориентированное обучение.

Среди разработчиков информационных систем проектирование и разработка баз данных является актуальной сферой деятельности. Сложившаяся на рынке IT-технологий ситуация ставит перед образовательными организациями разных уровней задачу подготовки все большего количества IT-специалистов в области проектирования, разработки и сопровождения информационных систем.

Цель данной статьи – обобщить методику обучения будущих IT-специалистов, в первую очередь процессу проектирования баз данных, предполагающую пошаговое освоение технологии баз данных: от приобретения начальных знаний и навыков до разработки действующего прототипа информационной системы, в состав которой входит база данных.

Тридцатилетний опыт работы автора в области высшего и среднего профессионального образования послужил отправной точкой данной статьи, обобщающей процесс обучения проектированию и использованию баз данных в различных информационных системах прикладной направленности.

Рассмотрим учебный процесс подготовки специалистов среднего звена по специальности 09.02.07 «Информационные системы и программирование». По данной специальности существует семь различных квалификаций.

В Орском гуманитарно-технологическом институте (филиал) ОГУ для специальности 09.02.07 выбрана квалификация «Специалист по информационным системам».

В учебном плане специальности 09.02.07 предусмотрен поэтапный процесс изучения понятия информации и структуризации данных с углублением в профессиональное использование баз данных и систем управления базами данных (СУБД). В таблице 1 представлен посеместровый перечень учебных дисциплин, касающихся изучения теории и практики применения баз данных.

Таблица 1.

Список учебных дисциплин

С самого начала изучения основ информатики и информационных технологий вводится понятие данных, табличного представления информации на примере электронных таблиц. Обучающиеся приобретают первичные навыки организации данных в виде двумерных таблиц, их обработку и представление результатов. Для этого используются средства сортировки и фильтрации списков, вводится начальное понимание анализа данных посредством сводных таблиц, которые позволяют посмотреть на данные под другим углом зрения, представить данные с итоговыми расчётами в различных «разрезах».

При изучении основ алгоритмизации и программирования у обучающихся формируется понимание, что алгоритм решения задачи напрямую зависит от структуры данных. Оптимальная структуризация данных позволяет применить более эффективный алгоритм, который позволит затратить меньше ресурсов и времени на решение поставленной задачи. Вводится понятие коллекции данных, функций и методов обработки коллекций различных видов.

В четвёртом семестре второго курса студенты изучают предмет «Основы проектирования баз данных», в котором подробно рассматривается концепция реляционной модели данных, базовые принципы реляционного подхода к организации данных, реляционная алгебра, язык обработки запросов SQL во всём его многообразии. В начале курса преподаватель предлагает студентам готовые базы данных, состоящие из небольшого количества таблиц. На них отрабатываются навыки формирования SQL-запросов для решения различных задач обработки и анализа данных.

При изучении теории и практики использования баз данных на учебных занятиях преподаватель использует авторское учебное пособие «Основы баз данных», изданное издательством Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ в 2021 году [1]. Оно содержит следующие разделы:

1 Инфологическое моделирование.

2 Реляционная модель данных.

3 Реляционная алгебра.

4 Функциональные зависимости между атрибутами.

5 Теория нормализации.

6 Язык запросов SQL.

7 SQL-запросы на модификацию данных.

8 Вложенные SQL-запросы.

9 SQL-запросы на создание таблиц.

10 Защита информации в базах данных.

По тематике каждого раздела сначала излагается теоретический материал, проиллюстрированный примерами, а затем приводятся практические задания, которые студенты выполняют в группе под наблюдением преподавателя или самостоятельно в качестве домашней работы.

При изучении этой дисциплины студенты приобретают профессиональные навыки, связанные с анализом предметной области, проектированием базы данных, изучают теорию нормализации, цель которой состоит в ликвидации избыточности хранения данных. По окончании изучения данного курса студентам выдаётся индивидуальное задание, в котором по описанию предметной области необходимо спроектировать нормализованную базу данных, реализовать основные функции обработки данных и представить их результаты в наглядном для пользователя виде. На лабораторных работах отрабатываются практические навыки на примере настольной СУБД. Студенты создают таблицы, устанавливают связи и другие ограничения, формируют запросы, формы, отчёты, макросы, используя визуальные инструментальны средства СУБД.

С целью повышения качества образовательного процесса целесообразно применить деление многочисленной студенческой группы на подгруппы по 10-12 человек при проведении лабораторных работ. В этом случае у преподавателя будет возможность уделить время каждому обучающемуся, ответить на его вопросы, пояснить смысл теоретических знаний на практике. В положительном эффекте такого деления практикующие преподаватели убедились на личном многолетнем профессиональном опыте.

В пятом семестре третьего курса в учебном плане предусмотрен профессиональный модуль ПМ.05 «Проектирование и разработка информационных систем», в состав которого входят междисциплинарные комплексы МДК.05.01 Проектирование и дизайн информационных систем, МДК.05.02 Разработка кода информационных систем. Именно в такой последовательности следуют этапы жизненного цикла программного обеспечения согласно международному и российскому стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Информационная технология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств».

На этом этапе происходит изучение основ унифицированного языка моделирования UML, в арсенале которого имеется большой спектр моделей для описания проекта создаваемой информационной системы. Основное внимание в учебном процессе уделяется диаграммам прецедентов (use case diagram), диаграммам деятельности (activity diagram), диаграммам классов (class diagram). Каждая диаграмма описывает определённый аспект информационной системы, так как нельзя описать сложную систему с помощью модели какого-то одного вида.

Диаграмма прецедентов определяет роли пользователей и описывает их взаимодействие с программным продуктом в виде обозначенных сервисов, которые отражают функциональные характеристики будущего приложения.  Диаграммы деятельности относятся к динамическим и описывают события, реакцию системы, действия пользователя в соответствии с бизнес-логикой информационной системы. Они напоминают блок-схемы, понятные студентам-программистам, но имеют некоторые особенности. Диаграммы классов призваны описать структуру хранимой информации в базе данных в соответствии с требованиями предметной области. Объекты реального мира трансформируются в классы с присущими им характеристиками и методами поведения.

На занятиях по учебной дисциплине «Разработка кода информационных систем» студенты изучают конкретную инструментальную среду реализации программного приложения и СУБД, которая будет использоваться для хранения данных. В рамках этой дисциплины предусмотрен курсовой проект, при выполнении которого студенты реализуют прототип программного приложения заданной предметной области. Обучающиеся учатся формировать техническое задание на разработку автоматизированной системы в соответствии с ГОСТ 34.602-2020 «Межгосударственный стандарт. Информационные технологии. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы». Затем выполняют проектирование, которое заключается в построении моделей и диаграмм, а на следующем этапе – программную реализацию индивидуального программного приложения. Каждое программное приложение, которое разрабатывает студент, использует информацию, хранимую в СУБД. Поэтому необходимо выбрать оптимальную СУБД, реализовать её интеграцию с приложением, использовать современные методы обмена данными, а также манипулирование данными в соответствии с требованиями технического задания. Структура курсового проекта:

Введение   

1. Техническое задание на разработку программного средства

2. Проектирование информационной системы

2.1 Диаграмма вариантов использования

2.2 Диаграмма деятельности

2.3 Реляционная схема базы данных

3. Программная реализация информационной системы

3.1 Структура программного приложения

3.2 Источники данных проекта

3.3 Справочная информация

3.4 Реализация основной учётной функции

3.5 Отчётная информация

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Программный код

В процессе курсового проектирования студенты должны применять на практике теоретические аспекты, видеть взаимосвязь учебных дисциплин, приобретать профессиональные навыки проектирования и разработки программных приложений, демонстрировать творчество в дизайне интерфейса пользователя, умение самостоятельно решать технические проблемы. Кроме того, обучающиеся оформляют пояснительную записку в строгом соответствии со стандартом организации: «Работы студенческие. Общие требования и правила оформления. СТО 02069024.101 – 2015». Это дисциплинирует студентов и готовит их к работе с технической документацией.

Все эти аспекты учитываются на защите курсового проекта, а также то, как студент представляет свою работу, отвечает на вопросы преподавателя, делает необходимые поправки в программном приложении. В профессиональном модуле ПМ.05 формируются следующие профессиональные компетенции:

ПК 5.1. Собирать исходные данные для разработки проектной документации на информационную систему.

ПК 5.2. Разрабатывать проектную документацию на разработку информационной системы в соответствии с требованиями заказчика.

ПК 5.3. Разрабатывать подсистемы безопасности информационной системы в соответствии с техническим заданием.

ПК 5.4. Производить разработку модулей информационной системы в соответствии с техническим заданием.

В шестом семестре в составе профессионального модуля ПМ.06 «Сопровождение информационных систем» студенты изучают методологии внедрения информационных систем, устройство и функционирование различных информационных систем, инженерно-техническую поддержка сопровождения информационных систем, интеллектуальные системы и технологии. В рамках этих дисциплин рассматриваются последующие этапы жизненного цикла разработки программного обеспечения, рассматриваются более профессиональные корпоративные СУБД архитектуры «клиент-сервер», технические вопросы сопровождения программных средств, резервное копирование и методы переносы базы данных с одних носителей на другие. Изучение систем искусственного интеллекта знакомит студентов с понятием базы знаний и возможностью её использования в подобных приложениях.

Междисциплинарный комплекс МДК.07.01 «Управление и автоматизация баз данных» в составе профессионального модуля ПМ.07 «Соадминистрирование баз данных и серверов» студенты изучают в седьмом семестре на четвёртом курсе. Здесь рассматриваются различные виды серверов, функции администратора баз данных на примере корпоративной СУБД, различные архитектуры организации многопользовательских информационных систем и способы работы с ними. В рамках этой дисциплины студенты выполняют курсовую работу по разработке автоматизированной системы на более профессиональном уровне. А именно, разграничивают функционал различных пользователей программного приложения в соответствии с их ролями, реализуют авторизацию пользователя, решают вопросы информационной безопасности, используют представления и хранимые процедуры, созданные в СУБД, администрируют базу данных согласно техническому заданию. Оформление пояснительной записки выполняется в соответствии со стандартом оформления студенческих работ. Эта дисциплина является подготовкой к выполнению выпускной квалификационной работы, которая предстоит студентам по окончании восьмого семестра. В профессиональном модуле ПМ.07 формируются следующие профессиональные компетенции:

ПК 7.1. Выявлять технические проблемы, возникающие в процессе эксплуатации баз данных и серверов.

ПК 7.2. Осуществлять администрирование отдельных компонент серверов.

ПК 7.3. Формировать требования к конфигурации локальных компьютерных сетей и серверного оборудования, необходимые для работы баз данных и серверов.

ПК 7.4. Осуществлять администрирование баз данных в рамках своей компетенции.

ПК 7.5. Проводить аудит систем безопасности баз данных и серверов, с использованием регламентов по защите информации.

В седьмом семестре на общепрофессиональной дисциплине ОП.09 «Веб-программирование» студенты изучают технологии разработки Интернет ресурсов разной прикладной направленности: сайты-визитки, Интернет витрины, образовательные сетевые ресурсы, обучающе-тестирующие порталы, Интернет-магазины, сайты сферы услуг и другое. В основе подобных систем обязательно лежит некоторая база данных, расположенная на веб-сервере. Студенты изучают приёмы управления данными на веб-сервере, обмен данными между сервером и веб-приложением, применяют навыки обработки данных, приобретённые при изучении предыдущих дисциплин учебного плана.

В заключительном восьмом семестре в учебном плане представлены общепрофессиональные дисциплины ОП.15 «Программные решения для бизнеса» и ОП.16 «IT-решения для бизнеса на платформе 1С: Предприятие 8», в которых продолжается углубленное изучение новых технологий программной разработки в совокупности с базами данных архитектуры «клиент-сервер», платформы 1С: Предприятие8.

Для преподавания этих и некоторых других дисциплин факультет приглашает потенциальных работодателей, имеющих большой практический опыт в разработке и сопровождении программных систем. Они обучают студентов навыкам разработки на основе реальных требований рынка и в условиях, приближённых к реальным, а также ориентируют выпускников на дальнейшее трудоустройство.

Таким образом, для повышения качества образования при подготовке будущих программистов и специалистов по информационным системам считаю необходимым следующее:

1. вводить в учебный процесс современные технологии разработки программных приложений и СУБД, востребованные на рынке труда;
2. преподавателям создавать и использовать в учебном процессе учебные пособия и другие методические разработки;
3. при проведении лабораторных работ делить учебную группу более 15 человек на подгруппы;
4. проводить конкурсы курсовых работ внутри учебной группы;
5. обучающимся участвовать со своими разработками во внутривузовской апрельской научно-практической конференции и в других внешних конкурсах студенческих работ разных уровней;
6. привлекать потенциальных работодателей для преподавания дисциплин профессионального цикла;
7. организовывать экскурсии в отделы ИТ на промышленные предприятия или в организации, занимающиеся разработкой и сопровождением ИС.

Проведение подобных мероприятий поможет вызвать у студентов направления подготовки 09.02.07 «Информационные системы и программирование» факультета среднего профессионального образования интерес к профессии, мотивировать их к получению новых знаний не только в рамках учебного процесса, приобрести начальный практический опыт для дальнейшего получения высшего образования и трудоустройства по специальности.

Список литературы:

1. Кузниченко, М. А. Основы баз данных : учебно-методическое пособие / М. А. Кузниченко. – Орск : Издательство Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ, 2021. – 101 с.
2. Титовская Н.В., Титовский С.Н.  Методика обучения будущих IT-специалистов проектированию и разработке баз данных на основе интерактивного подхода // Научный журнал «Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева». 2019. № 4 (50)