Проектирование информационной системы образовательного учреждения: методология, база данных и веб-технологии в российском контексте

В 2023 году доля домохозяйств, использующих интернет для образовательных целей, достигла 44,7%¹, что является ярким свидетельством глубокой трансформации образовательной среды под влиянием цифровых технологий. Этот показатель не просто статичная цифра; он отражает динамику вовлеченности общества в онлайн-обучение и подчёркивает возрастающую потребность в эффективных, надёжных и масштабируемых информационных системах (ИС) для образовательных учреждений. Современное образование уже невозможно представить без цифровых инструментов, будь то электронные журналы, онлайн-курсы, системы управления обучением или платформы для дистанционного взаимодействия. Из этого следует, что образовательные учреждения, которые не инвестируют в развитие своих информационных систем, рискуют отстать и потерять конкурентоспособность в условиях цифровой экономики.

Проектирование такой ИС — это не только техническая задача, но и комплексный процесс, требующий глубокого понимания специфики образовательной деятельности, актуальной нормативно-правовой базы Российской Федерации и вызовов цифровой эпохи. Данная курсовая работа ставит своей целью не просто описать общие принципы проектирования, но и предложить исчерпывающее руководство, учитывающее российский контекст. Мы рассмотрим методологические подходы к системному анализу, принципы проектирования баз данных, оптимальные веб-технологии для реализации клиент-серверной архитектуры, а также ключевые аспекты безопасности, надёжности и оценки эффективности. В конечном итоге, этот материал призван стать фундаментальным ресурсом для студентов, позволяя им создать курсовую работу, которая будет отличаться не только академической глубиной, но и практической применимостью в реалиях современного российского образования.

Теоретические основы и классификация информационных систем в образовании

Понятие и сущность информационной системы и информационных технологий в образовании

В современном мире информационные технологии (ИТ) стали неотъемлемой частью практически любой сферы человеческой деятельности, и образование не является исключением. ИТ в образовании – это не просто набор цифровых инструментов, а целостная совокупность методов, средств и систем, используемых для оптимизации образовательного процесса, эффективного управления учебными учреждениями и повышения общего качества обучения. Это включает в себя широкий спектр компонентов: от персональных компьютеров и специализированного программного обеспечения до глобальных сетей, мультимедийных устройств и сложных образовательных платформ.

Согласно международному стандарту ISO/IEC 2382-1:1993, информационная система (ИС) определяется как система обработки информации и соответствующие организационные ресурсы (человеческие, технические, финансовые и т.д.), которые обеспечивают и распространяют информацию. Российское законодательство, в частности Федеральный закон РФ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», даёт более сжатое, но не менее точное определение: информационная система – это совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих её обработку информационных технологий и технических средств. Таким образом, любая ИС представляет собой сложный механизм, неотъемлемыми компонентами которого являются данные, техническое и программное обеспечение, квалифицированный персонал и чётко регламентированные организационные мероприятия.

Основная цель внедрения ИТ и ИС в образовании заключается в улучшении процессов обучения и преподавания, что достигается за счёт нескольких ключевых факторов:

• Увеличение доступности образовательных ресурсов: ИС позволяют студентам и преподавателям получать доступ к учебным материалам, библиотекам и онлайн-курсам из любой точки мира, что особенно актуально для дистанционного обучения.
• Индивидуализация обучения: Современные ИС способны адаптировать образовательный контент под индивидуальные потребности каждого студента, предлагая персонализированные траектории обучения, что способствует более глубокому усвоению материала.
• Создание интерактивной среды: Мультимедийные и интерактивные элементы, интегрированные в ИС, делают процесс обучения более увлекательным и эффективным, стимулируя активность студентов.
• Автоматизация учебного процесса: От формирования расписания до учёта успеваемости – ИС автоматизируют рутинные задачи, освобождая время преподавателей и администрации для более важных функций.

В этом контексте, автоматизированная система управления (АСУ) выступает как комплекс технических и программных средств, совместно с организационными структурами, обеспечивающий управление объектом в производственной, научной или общественной среде, к которой, несомненно, относится и образовательное учреждение. Таким образом, ИС и АСУ в образовании – это не просто вспомогательные инструменты, а стратегические активы, определяющие качество, эффективность и конкурентоспособность образовательного учреждения в цифровую эпоху.

Классификация информационных систем и их функционал в образовательных учреждениях

Многообразие информационных систем, применяемых в образовании, требует их структурированной классификации, которая позволяет лучше понять их функционал и место в общей архитектуре учреждения. Классификации могут быть построены по различным признакам, каждый из которых отражает определённый аспект функционирования ИС.

1. По функциональному признаку:

Эта классификация отражает основные задачи, которые решают ИС в образовательном учреждении.

• Управленческие ИС: Эти системы нацелены на планирование, организацию, контроль и анализ учебного процесса. Примером может служить Информационная система управления учебным процессом (ИСУУП) в вузе, которая является многофункциональной системой оперативного уровня. Её функционал включает модули для формирования и публикации учебного и экзаменационного расписаний, контроля выполнения учебных планов (в соответствии с ФГОС ВО, ФГТ) и ведения фонда рабочих программ дисциплин. В крупных вузах, например, в Оренбургском государственном университете, такие системы интегрированы в ИАС (Интегрированную Автоматизированную Систему) и включают подсистемы:
  • Кадры: Учёт кадровых перемещений, отпусков, листков нетрудоспособности, материальной ответственности, стажа работы, формирование сведений для Социального фонда России.
  • Организация учебного процесса: Учёт сеток учебных часов, учебных планов, матрицы компетенций, автоматизация формирования расписаний.
  • Приёмная комиссия: Ведение личных дел абитуриентов, обмен данными с федеральными информационными системами («Абитуриент», Суперсервис «Поступление в вуз онлайн»), ранжирование списков и формирование приказов на зачисление.
• Финансовые ИС: Автоматизируют бухгалтерский учёт, расчёт заработной платы, финансовый анализ. В образовательных учреждениях широко используются прикладные решения, такие как «1С:Предприятие» и «1С:Бухгалтерия».
• Кадровые ИС: Предназначены для управления персоналом, ведения документации и отчётности. Часто интегрированы с управленческими ИС или являются их частью.

2. По способу организации:

Эта классификация характеризует архитектуру построения ИС.

• Системы на основе архитектуры файл-сервер: Более простые, где данные хранятся на одном сервере, а обработка происходит на клиентских машинах.
• Клиент-серверные системы: Разделяют функции обработки данных между клиентом (рабочей станцией пользователя) и сервером (хранилищем данных и логикой обработки).
• Многоуровневые архитектуры: Усложнённые клиент-серверные системы, где функции разделены на несколько логических уровней (например, уровень данных, уровень бизнес-логики, уровень представления).
• Системы на основе Интернет/интранет-технологий: Позволяют доступ к ИС через веб-браузер, что обеспечивает кроссплатформенность и удалённый доступ.

3. По сфере применения:

Эта классификация охватывает конкретные задачи, которые решают ИС.

• Системы обработки транзакций (СОТ): Предназначены для выполнения рутинных операций и учёта. Примером в российском образовании являются Автоматизированные информационные системы (АИС) для приёма заявлений и постановки на регистрационный учёт детей в дошкольные образовательные организации, например, «Аверс: web-комплектование».
• Системы поддержки принятия решений (СППР / DSS): Используются на верхнем уровне управления для формирования стратегических целей, планирования и привлечения ресурсов, решая задачи, требующие аналитической обработки информации. Они могут создавать управленческие отчёты и обеспечивать информационную поддержку пользователя, предоставляя доступ к информации в базе данных и её частичную обработку.
• Информационно-справочные системы: Предназначены для хранения и предоставления информации. Это официальные сайты образовательных организаций, Федеральные государственные информационные системы, такие как ГИС «Реестр организаций, осуществляющих образовательную деятельность по имеющим государственную аккредитацию образовательным программам», предоставляющие открытые и общедоступные сведения об аккредитации.
• Офисные информационные системы: Включают средства автоматизации офисной деятельности, например, Единые системы электронного документооборота (ЕСЭД «Дело»).

4. По особенностям работы с информацией:

• Системы справочно-информационного обслуживания, справочно-библиографические системы: Обеспечивают поиск и выдачу справочной информации.
• Системы выборочного распространения информации: Предоставляют пользователям только релевантную для них информацию.

Примеры реальных российских платформ:

В России активно развиваются и применяются различные образовательные платформы и приложения, которые интегрируют в себе функции различных типов ИС:

• Московская электронная школа (МЭШ): Комплексная платформа для управления учебным процессом, электронными журналами и дневниками, библиотекой образовательных материалов.
• Яндекс.Учебник (для 1-5 классов) и Учи.Ру: Онлайн-платформы, предлагающие интерактивные задания и образовательный контент для школьников.
• «Моя школа в online» от Министерства просвещения РФ: Федеральный портал, обеспечивающий доступ к образовательным ресурсам.
• «Урок цифры»: Проект, реализуемый ведущими технологическими компаниями, направленный на популяризацию ИТ-знаний.
• «СберКласс», iSMART: Образовательные платформы с программами, адаптированными для различных категорий учащихся, в том числе для детей с ОВЗ.
• Лекториум, МЭО (Методическое электронное обучение): Предоставляют массовые открытые онлайн-курсы и используются в более чем 80 субъектах РФ, обеспечивая доступ к ведомственным библиотекам онлайн и хранилищам различных типов данных (документы, графика, звук, видео).

Внедрение ИТ обработки данных в высшем образовании позволяет создавать и использовать такие хранилища для интернет- и интранет-приложений, включая доступ к ведомственным библиотекам онлайн. ИТ поддержки принятия решений реализуются через системы, использующие большие данные для анализа успеваемости студентов, оптимизации учебного процесса, создания индивидуальных программ обучения и автоматической оценки качества обучения на основе анализа поведения студентов в онлайн-курсах, помогая корректировать курсовые планы и привлекать квалифицированных преподавателей. Таким образом, информационная система типичной современной организации, особенно образовательной, является сложным и многогранным образованием.

Современные тенденции и вызовы информатизации образования в России

Информатизация образования — это целенаправленно организованный процесс, который обеспечивает сферу образования методологией, технологией и практикой создания и оптимального использования научно-педагогических, учебно-методических разработок, ориентированных на реализацию возможностей средств ИКТ. Этот процесс в России развивается стремительными темпами, формируя новые тенденции и сталкиваясь с серьёзными вызовами.

Современные тенденции:

1. Активное оснащение образовательных организаций современными средствами ИКТ: В рамках федерального проекта «Цифровая образовательная среда» в 2023 году продолжилось масштабное обеспечение школ и вузов компьютерным оборудованием, интерактивными досками, высокоскоростным доступом в интернет. Это создаёт материально-техническую базу для полноценного внедрения цифровых технологий.
2. Развитие электронного обучения (e-learning) и дистанционных образовательных технологий (ДОТ): После 2020 года электронное обучение и ДОТ стали нормой, а не исключением. Значительно увеличилось число онлайн-курсов, образовательных платформ и ресурсов. По данным исследований, доля образовательных организаций, активно использующих ЭО и ДОТ, достигает высоких показателей, особенно в высшем и среднем профессиональном образовании.
3. Интеграция ИТ в образовательные программы: ИТ не просто используются как вспомогательные инструменты, но и интегрируются в сами образовательные программы на всех уровнях – от школьного до послевузовского. Это способствует совершенствованию учебно-воспитательного процесса, повышению мотивации и развитию цифровых компетенций.
4. Разработка педагогических программных средств, веб-сайтов учебного назначения, методических и дидактических материалов: Активно создаются специализированные программные продукты, электронные учебники, интерактивные симуляторы и онлайн-тренажёры, а также платформы для проведения компьютерных экспериментов и поиска информации в сетях.
5. Внедрение передовых технологий:
   • Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение: В российском образовании активно внедряются технологии ИИ. Проект «Урок цифры» включает модули по ИИ и машинному обучению. Российский университет дружбы народов (РУДН) и «Школа 21» открыли совместный кампус для обучения студентов работе с данными, машинным обучением и применением ИИ в практических задачах. ИИ используется для персонализации обучения, адаптации контента, автоматической оценки знаний и предиктивной аналитики успеваемости.
   • Большие данные (Big Data): В таких вузах, как МГУ, большие данные позволяют анализировать успеваемость студентов, оптимизировать учебный процесс, создавать индивидуальные программы обучения и оценивать качество обучения на основе анализа поведения студентов в онлайн-курсах.
   • Облачные технологии: Широко используются для хранения и обработки образовательных данных, а также для обеспечения доступа к ресурсам. Примером может служить Московская электронная школа (МЭШ), функционирующая на облачной инфраструктуре.
   • Интернет вещей (IoT): Хотя пока менее распространён в образовании, IoT имеет потенциал для создания «умных» кампусов, мониторинга посещаемости, управления климатом в аудиториях и обеспечения безопасности.
   • Кибербезопасность: С ростом цифровизации возрастает и внимание к вопросам кибербезопасности, что становится отдельным направлением развития и модернизации ИТ-инфраструктуры.

Вызовы информатизации образования:

1. Неравномерное распределение доступа к современным технологиям (цифровое неравенство): Несмотря на усилия по оснащению, в удалённых регионах и малокомплектных школах по-прежнему наблюдается недостаток современной инфраструктуры, оборудования и стабильного доступа к интернету.
2. Недостаток средств на оборудование и программное обеспечение: Быстрое устаревание информационных продуктов требует регулярного обновления, что сопряжено со значительными финансовыми вложениями.
3. Недостаток цифровой грамотности у преподавателей: По данным исследований, одной из ключевых проблем является недостаточный уровень владения ИТ у части педагогов, что замедляет полноценное внедрение ИКТ в учебный процесс. В ответ на это реализуются государственные и региональные программы повышения квалификации, направленные на освоение цифровых инструментов и методик.
4. Проблемы кибербезопасности и приватности данных: Образовательные учреждения сталкиваются с утечками персональных данных студентов и преподавателей, несанкционированным доступом к электронным журналам, DDoS-атаками на образовательные платформы и фишингом. Вопросы приватности данных строго регулируются Федеральным законом № 152-ФЗ «О защите персональных данных».
5. Этические вопросы использования технологий: Внедрение ИИ, Big Data и других технологий поднимает вопросы этичности их применения, возможного влияния на развитие личности, а также риски дезинформации.
6. Усугубление общественного неравенства: Высокая стоимость современной техники может увеличивать разрыв между учащимися из разных социальных слоёв.
7. Потенциальное снижение значимости устной и письменной речи, снижение активности и мотивации: Чрезмерное увлечение цифровыми технологиями без должной методической поддержки может привести к ослаблению традиционных навыков и снижению глубины освоения материала.
8. Снижение уровня социализации личности: Дистанционное обучение и виртуальные взаимодействия могут ограничивать живое общение и развитие социальных навыков.

Таким образом, информатизация образования в России представляет собой сложный и многогранный процесс, который, наряду с огромными возможностями, несёт в себе и серьёзные вызовы. Успешное проектирование информационных систем для образовательных учреждений требует не только технических знаний, но и глубокого понимания этих тенденций и проблем, а также учёта действующей нормативно-правовой базы.

Методология системного анализа и проектирования информационной системы

Жизненный цикл разработки информационной системы: модели и стандарты

Проектирование информационной системы (ИС) – это не одномоментный акт, а последовательность взаимосвязанных этапов, объединённых в концепцию жизненного цикла (ЖЦ) ИС. Методология проектирования ИС описывает этот процесс как последовательность стадий и процессов, с определением состава работ, результатов, методов, средств и ролей. Модель жизненного цикла ИС, в свою очередь, отражает все состояния системы от возникновения необходимости в ней до полного выхода из употребления, представляя собой динамическое описание процесса создания, внедрения и функционирования системы.

В мировой практике сформировались несколько ключевых моделей ЖЦ ИС, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки, определяющие её применимость к конкретным проектам, в том числе и к проектам в образовательной сфере.

1. Каскадная (водопадная) модель:

• Описание: Это классический, последовательный подход, при котором каждый этап (анализ требований, проектирование, реализация, тестирование, внедрение, эксплуатация) завершается полным объёмом документации, и переход к следующему этапу возможен только после полного завершения предыдущего.
• Преимущества: Хорошая управляемость, простота планирования, чёткая структура документации, что особенно ценно для проектов с хорошо определёнными и стабильными требованиями, например, при автоматизации рутинных административных процессов в образовании.
• Недостатки: Низкая гибкость, сложность внесения изменений на поздних этапах, позднее обнаружение ошибок. Для образовательных ИС, где требования могут часто меняться (например, в связи с изменениями в ФГОС или новыми педагогическими методиками), эта модель может быть неоптимальной.

2. Поэтапная модель с промежуточным контролем (итерационная):

• Описание: Предполагает повторение этапов разработки с обратной связью. Система создаётся постепенно, через ряд итераций, где на каждой итерации уточняются требования, корректируется проект и реализуется часть функционала.
• Преимущества: Повышенная гибкость, возможность раннего обнаружения и исправления ошибок, снижение рисков, связанных с изменением требований. Это делает её более подходящей для проектов с нечётко определёнными или изменяющимися требованиями, что часто встречается при разработке инновационных образовательных платформ.
• Недостатки: Может требовать более активного участия заказчика на всех этапах, что не всегда возможно.

3. Спиральная модель:

• Описание: Объединяет элементы каскадной и итерационной моделей, акцентируя внимание на управлении рисками. Каждый виток спирали представляет собой создание очередной версии продукта, при этом на каждом витке проводится тщательный анализ рисков и планирование следующего этапа.
• Преимущества: Высокая адаптивность к изменяющимся требованиям, эффективное управление рисками, возможность создания промежуточных прототипов. Эта модель особенно эффективна для крупных, сложных проектов с высокой степенью неопределённости, например, при разработке комплексных интегрированных информационных систем для вузов, включающих множество подсистем.
• Недостатки: Может быть сложна в управлении, требует высококвалифицированных специалистов и постоянного мониторинга рисков.

Стандарты ЖЦ ИС в России:

В Российской Федерации при создании автоматизированных систем руководствуются стандартом ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания». Этот стандарт предусматривает следующие стадии и этапы создания АС:

• Формирование требований: Определение целей, задач, функций системы, а также требований к ней (функциональных, нефункциональных, требований к данным, к безопасности и т.д.).
• Разработка концепции системы (при необходимости): Детальное описание общей идеи системы, её основных принципов и решений.
• Техническое задание: Формирование основного документа, фиксирующего все требования к системе.
• Эскизное проектирование: Разработка предварительных проектных решений, определение общей архитектуры системы.
• Техническое проектирование: Детальная проработка проектных решений, разработка структуры базы данных, модулей программного обеспечения, интерфейсов.
• Рабочее проектирование: Создание рабочей документации, необходимой для реализации системы.
• Реализация (программирование): Написание кода программного обеспечения.
• Тестирование: Проверка работоспособности системы, соответствия требованиям.
• Ввод в действие: Установка и настройка системы, обучение пользователей.
• Эксплуатация: Использование системы по назначению.
• Сопровождение: Поддержка работоспособности системы, устранение ошибок, внесение изменений и доработок.

Применительно к задачам проектирования информационной системы образовательного учреждения, выбор модели ЖЦ будет зависеть от масштаба проекта, его сложности, степени определённости требований и доступных ресурсов. Однако, независимо от выбранной модели, проектирование ИС охватывает три основные области: проектирование объектов данных для базы данных, проектирование программ, экранных форм и отчётов, а также учёт конкретной среды или технологии (топология сети, аппаратные средства, архитектура). Цель проекта ИС всегда одна – обеспечить требуемую функциональность, пропускную способность, время реакции, безотказную работу, необходимый уровень безопасности, простоту эксплуатации и поддержки.

Этапы системного анализа предметной области образовательного учреждения

Системный анализ предметной области является краеугольным камнем успешного проектирования любой информационной системы, особенно в такой сложной и многогранной сфере, как образование. На этом этапе происходит глубокое погружение в существующие процессы, выявление потребностей, проблем и возможностей для автоматизации.

Процесс анализа предметной области в контексте образовательного учреждения включает в себя следующие ключевые шаги:

1. Выявление всех сущностей и их атрибутов:

• Сущности: Это объекты или понятия, о которых системе необходимо хранить информацию. В образовательном учреждении такими сущностями могут быть:
  • «Студент» (или «Обучающийся»)
  • «Преподаватель» (или «Педагогический работник»)
  • «Дисциплина» (или «Учебный курс»)
  • «Группа» (учебная группа)
  • «Учебный план»
  • «Расписание»
  • «Оценка»
  • «Факультет» / «Кафедра»
  • «Аудитория»
  • «Документ» (личные дела, приказы)
  • «Родитель/Опекун» (для школ)
  • «Заказчик» (для платных образовательных услуг)
• Атрибуты: Характеристики каждой сущности. Например, для сущности «Студент» атрибутами могут быть: ФИО, дата рождения, паспортные данные, адрес, номер зачётной книжки, форма обучения, курс, специальность, статус (активен, академический отпуск, отчислен). Для «Дисциплины»: название, код, количество часов, кафедра-исполнитель, семестр.

2. Определение связей между сущностями:

• Сущности редко существуют изолированно; они связаны друг с другом определёнными отношениями. Например:
  • «Студент» учится в «Группе» (связь «один ко многим»: одна группа может иметь много студентов).
  • «Группа» изучает «Дисциплины» (связь «многие ко многим»: одна группа изучает много дисциплин, и одну дисциплину изучают много групп).
  • «Преподаватель» ведёт «Дисциплину» (связь «многие ко многим»: один преподаватель может вести несколько дисциплин, и одну дисциплину могут вести несколько преподавателей).
  • «Студент» получает «Оценку» по «Дисциплине» (связь «многие ко многим» через промежуточную сущность «Успеваемость»).
• Необходимо определить тип связи (один-к-одному, один-ко-многим, многие-ко-многим) и её кардинальность (обязательность участия каждой сущности в связи).

3. Выявление бизнес-правил:

• Бизнес-правила – это ограничения и логические условия, регулирующие образовательный процесс и обеспечивающие целостность данных. Они могут быть явными (зафиксированы в нормативных документах) или неявными (сложившаяся практика). Примеры:
  • «Один студент может быть зачислен только в одну учебную группу на данный период времени.»
  • «Дисциплина может быть прочитана только преподавателем соответствующей квалификации.»
  • «Для получения диплома студент должен успешно освоить все дисциплины учебного плана и сдать итоговую аттестацию.»
  • «Расписание не должно допускать пересечения занятий у одной группы или одного преподавателя.»
  • «Доступ к личным делам студентов строго регламентирован и доступен только уполномоченным сотрудникам.»

Документирование моделей процессов с помощью Диаграмм Потоков Данных (DFD):

Для визуализации того, как информация перемещается и обрабатывается в рамках образовательного учреждения, активно используются Диаграммы Потоков Данных (DFD — Data Flow Diagram). DFD позволяют абстрагироваться от деталей реализации и сосредоточиться на логике движения данных.

В контексте проектирования ИС образовательного учреждения DFD позволяют:

• Визуализировать информационные потоки: Например, как заявление абитуриента поступает в приёмную комиссию, обрабатывается, как формируется приказ о зачислении и как данные о новом студенте передаются в учебную часть.
• Определить внешние сущности: Участники или системы, взаимодействующие с ИС, но находящиеся вне её границ (абитуриенты, преподаватели, администрация, Министерство образования, банки для оплаты обучения).
• Идентифицировать процессы: Функции, которые преобразуют входные данные в выходные (регистрация абитуриента, формирование расписания, выставление оценок, выдача справок).
• Обнаружить хранилища данных: Места, где информация хранится между процессами (база данных студентов, архив учебных планов, электронный журнал).

Пример DFD-контекстной диаграммы для ИС «Управление учебным процессом»:

Внешние сущности: Абитуриент, Студент, Преподаватель, Администрация (Деканат/Учебная часть), Министерство образования.
Основной процесс: Информационная система управления учебным процессом.

Потоки данных:

• От Абитуриента к ИС: «Заявление на поступление», «Документы».
• От Студента к ИС: «Запросы на справки», «Заявления», «Отзывы».
• От Преподавателя к ИС: «Оценки», «Отчёты по успеваемости», «Предложения по расписанию».
• От Администрации к ИС: «Учебные планы», «Приказы», «Данные о сотрудниках».
• От ИС к Абитуриенту: «Статус заявления», «Приглашение на экзамены».
• От ИС к Студенту: «Расписание», «Оценки», «Учебные материалы», «Справки».
• От ИС к Преподавателю: «Расписание», «Списки групп», «Учебные планы».
• От ИС к Администрации: «Отчёты об успеваемости», «Статистика», «Документы».
• От ИС к Министерству образования: «Отчётность по ФГОС», «Сведения о выпускниках» (для федеральных систем).

Детализация DFD до более низких уровней позволяет глубоко проанализировать каждый функциональный блок системы, что является основой для дальнейшего проектирования логической и физической структуры базы данных и программных модулей. Этот этап системного анализа критически важен для того, чтобы будущая ИС максимально соответствовала потребностям образовательного учреждения и эффективно решала поставленные задачи.

Формирование функциональных и нефункциональных требований к ИС образовательного учреждения

После детального системного анализа предметной области необходимо чётко сформулировать требования к будущей информационной системе. Эти требования делятся на две основные категории: функциональные и нефункциональные. Цель проекта ИС всегда включает обеспечение требуемой функциональности, пропускной способности, времени реакции, безотказной работы, необходимого уровня безопасности, простоты эксплуатации и поддержки.

Функциональные требования описывают, что система должна делать, то есть её конкретные функции и возможности. В контексте информационной системы управления учебным процессом (ИСУУП) вуза, эти требования будут включать:

1. Управление абитуриентами:

• Регистрация заявлений и личных дел абитуриентов.
• Интеграция с федеральными информационными системами («Абитуриент», Суперсервис «Поступление в вуз онлайн»).
• Формирование ранжированных списков поступающих.
• Автоматическое формирование приказов на зачисление.
• Генерация отчётности для приёмной комиссии.

2. Управление студентами:

• Ведение личных дел студентов (ФИО, паспортные данные, контактная информация, форма обучения, курс, специальность, статус).
• Учёт успеваемости (электронные зачётные книжки, ведомости).
• Формирование справок (об обучении, вызовов на сессию).
• Управление академическими отпусками, переводами, отчислениями.
• Отслеживание оплаты за обучение (для контрактников).

3. Управление преподавательским составом:

• Ведение базы данных преподавателей (ФИО, должность, учёная степень, кафедры).
• Учёт педагогической нагрузки.
• Формирование отчётов по кадрам для Социального фонда России.

4. Управление учебным процессом:

• Разработка и хранение учебных планов (в соответствии с ФГОС ВО, ФГТ).
• Формирование учебного, экзаменационного расписаний.
• Автоматическое распределение аудиторий и преподавателей.
• Публикация расписания на веб-портале.
• Ведение фонда рабочих программ дисциплин и тестовых заданий.
• Формирование матрицы компетенций.

5. Документооборот:

• Создание, хранение и управление электронными документами (приказы, заявления, отчёты).
• Интеграция с системами электронного документооборота (например, ЕСЭД «Дело»).

6. Отчётность и аналитика:

• Генерация различных статистических и аналитических отчётов для администрации.
• Поддержка принятия решений на основе агрегированных данных.
• Обмен данными с федеральными информационными системами (например, ФИС ГИА и приёма).

Нефункциональные требования описывают характеристики системы, такие как производительность, надёжность, безопасность, удобство использования, масштабируемость, а не её конкретные функции. Эти требования критически важны для обеспечения качества и успешности ИС.

1. Производительность:

• Скорость обработки информации: Система должна обеспечивать быструю обработку запросов, например, при формировании расписания, поиске информации о студентах или генерации отчётов. Время реакции на типичные операции не должно превышать N секунд.
• Пропускная способность: Способность системы обрабатывать определённое количество операций или пользователей в единицу времени. Например, одновременная работа до X пользователей без деградации производительности.
• Масштабируемость: Возможность системы эффективно обрабатывать возрастающий объём данных и число пользователей без существенной перестройки архитектуры. Это особенно важно для образовательных учреждений, которые могут расти или расширять спектр услуг.

2. Надёжность:

• Безотказность: Система должна функционировать без сбоев в течение длительного времени. Ожидаемое время наработки на отказ (MTBF) должно быть не менее N часов.
• Восстанавливаемость: В случае сбоя система должна быстро восстанавливаться до рабочего состояния с минимальной потерей данных. Должны быть предусмотрены механизмы резервного копирования и восстановления данных.
• Доступность: Система должна быть доступна для пользователей 24/7 или в соответствии с установленным регламентом (например, с допустимым временем простоя для планового обслуживания).

3. Безопасность:

• Конфиденциальность персональных данных: Критически важное требование. Система должна обеспечивать надёжную защиту персональных данных студентов, преподавателей и сотрудников в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О защите персональных данных».
• Разграничение прав доступа: Строгая система аутентификации и авторизации, гарантирующая доступ к информации только уполномоченным пользователям в соответствии с их ролями (студент, преподаватель, администратор, декан).
• Защита от несанкционированного доступа и кибератак: Применение современных криптографических методов, систем обнаружения вторжений, межсетевых экранов.
• Защита от дезинформации: Механизмы проверки целостности и достоверности информации, особенно в общедоступных разделах.

4. Удобство использования (юзабилити):

• Интуитивно понятный интерфейс: Простота и логичность навигации, минимизация шагов для выполнения типичных задач.
• Эргономичность: Дизайн, учитывающий особенности зрительного восприятия и минимизирующий утомление пользователя.
• Обучаемость: Лёгкость освоения системы новыми пользователями. Наличие справочных материалов и онлайн-помощи.

5. Совместимость:

• Способность ИС взаимодействовать с другими информационными системами и оборудованием (например, с бухгалтерскими программами «1С», федеральными ГИС, системами контроля доступа).
• Кроссбраузерность: корректная работа веб-интерфейса в различных браузерах.

6. Поддерживаемость:

• Лёгкость внесения изменений, обновлений и устранения ошибок. Качественная документация и модульная архитектура способствуют этому.

Требования к информационной системе образовательного учреждения определяются не только техническими параметрами, но и педагогическими, организационными и управленческими задачами. Например, для ИСУУП вуза критически важны скорость обработки информации о студентах, преподавателях и учебных планах, а также обеспечение конфиденциальности персональных данных и бесперебойный доступ к учебным материалам. Чёткое и полное определение этих требований на ранних этапах проекта позволяет избежать дорогостоящих переделок и гарантировать создание эффективной и востребованной системы.

Проектирование базы данных для информационной системы образовательного учреждения

Основы реляционной модели данных и принципы проектирования

В самом сердце любой информационной системы лежит база данных (БД) – организованное хранилище информации, обеспечивающее её надёжное хранение, быстрый доступ и эффективное управление. Для большинства современных приложений и систем хранения структурированных данных основой служит реляционная база данных (РБД). Реляционная модель, разработанная Эдгаром Коддом в 1970 году, является наиболее популярной благодаря своей простоте, логичности и гибкости, позволяя эффективно управлять структурированными данными и обеспечивать их целостность и согласованность. Для образовательных учреждений это крайне важно при хранении данных о студентах, преподавателях, учебных планах и успеваемости.

Сущность реляционной модели:

Реляционная база данных представляет информацию в виде двумерных таблиц, которые также называются отношениями (relations). Каждая таблица состоит из множества строк (записей, кортежей) и колонок (полей, атрибутов). Данные хранятся в отдельных «ячейках» таблицы, а связи между таблицами устанавливаются с помощью ключей.

Ключевые принципы проектирования реляционных баз данных:

Правильное проектирование реляционных баз данных позволяет минимизировать ошибки, повысить эффективность работы БД и упростить её поддержку.

1. Определение таблиц (сущностей):

• Принцип: Каждая таблица должна представлять собой отдельный объект или понятие, которое необходимо отслеживать в системе. Избегайте «гигантских» таблиц, объединяющих слишком много разнородной информации.
• Пример в образовании: Таблицы «Студенты», «Преподаватели», «Дисциплины», «Группы», «Учебные планы», «Оценки». Каждая таблица будет хранить информацию только об одной сущности.

2. Определение атрибутов (колонок):

• Принцип: Каждый атрибут в таблице должен описывать характеристику соответствующей сущности. Атрибуты должны быть атомарными, то есть содержать одно неделимое значение.
• Пример: В таблице «Студенты» атрибутами будут Фамилия, Имя, Отчество, Дата_рождения, Номер_зачётной_книжки. Не следует создавать атрибут ФИО, так как это нарушит атомарность.

3. Определение ключей:

• Первичный ключ (Primary Key, PK): Уникальный идентификатор каждой записи в таблице. Он не может содержать NULL-значений и должен быть уникальным для каждой строки.
• Пример: ID_Студента в таблице «Студенты», ID_Дисциплины в таблице «Дисциплины».
• Внешний ключ (Foreign Key, FK): Атрибут (или набор атрибутов) в одной таблице, который ссылается на первичный ключ в другой таблице. Внешние ключи устанавливают связи между таблицами.
• Пример: В таблице «Студенты» может быть внешний ключ ID_Группы, который ссылается на первичный ключ ID_Группы в таблице «Группы», устанавливая таким образом связь «Студент относится к Группе».

4. Установление связей между таблицами:

• Связи реализуются с помощью внешних ключей. Существуют три основных типа связей:
  • Один-к-одному (1:1): Редко используется, обычно означает, что информацию можно объединить в одну таблицу.
  • Один-ко-многим (1:M): Самый распространённый тип. Например, одна «Группа» может иметь много «Студентов», но каждый «Студент» принадлежит только одной «Группе». В этом случае внешний ключ ID_Группы будет в таблице «Студенты».
  • Многие-ко-многим (M:M): Возникает, когда одна запись из первой таблицы может быть связана с несколькими записями из второй, и наоборот. Например, «Преподаватель» может вести много «Дисциплин», и одну «Дисциплину» могут вести много «Преподавателей». Такие связи разрешаются с помощью создания промежуточной таблицы, называемой таблицей связи или ассоциативной таблицей (например, «Преподаватель_Дисциплина»), которая будет содержать внешние ключи обеих связанных таблиц.

5. Нормализация базы данных:

• Принцип: Процесс организации колонок и таблиц реляционной базы данных для минимизации избыточности данных и устранения аномалий при вставке, удалении и изменении информации. Нормализация достигается путём применения правил, называемых нормальными формами (НФ). Наиболее часто используются 1НФ, 2НФ и 3НФ.
• Первая нормальная форма (1НФ): Каждый атрибут должен быть атомарным (неделимым), и в таблице не должно быть повторяющихся групп атрибутов.
• Вторая нормальная форма (2НФ): Таблица должна быть в 1НФ, и все неключевые атрибуты должны полностью зависеть от первичного ключа. Это означает, что если первичный ключ составной, то ни один неключевой атрибут не должен зависеть только от части первичного ключа.
• Третья нормальная форма (3НФ): Таблица должна быть во 2НФ, и неключевые атрибуты не должны транзитивно зависеть от первичного ключа. То есть, не должно быть ситуаций, когда один неключевой атрибут зависит от другого неключевого атрибута.
• Пример важности нормализации: Если в таблице «Успеваемость» мы будем хранить не только ID_Дисциплины, но и Название_Дисциплины, ФИО_Преподавателя_Дисциплины, то при каждом изменении названия дисциплины или преподавателя придётся обновлять множество записей об успеваемости. Нормализация (вынесение данных о дисциплинах и преподавателях в отдельные таблицы) позволяет устранить эту избыточность и аномалии.

Эффективность работы БД проявляется в быстроте выполнения запросов, минимизации избыточности данных, что достигается за счёт нормализации, а также в упрощении масштабирования и администрирования системы. Таким образом, следование принципам реляционного проектирования является фундаментальным условием для создания надёжной, эффективной и легко поддерживаемой информационной системы в образовательном учреждении.

Инфологическое и даталогическое моделирование базы данных

Проектирование базы данных – это многоступенчатый процесс, который начинается с высокоуровневого, концептуального представления информации и постепенно детализируется до конкретной физической реализации. Этот процесс традиционно разделяют на два основных этапа: инфологическое (концептуальное) и даталогическое (логическое) моделирование.

1. Инфологическое проектирование (Концептуальная модель):

Инфологическое проектирование закладывает основы методологии проектирования базы данных как модели предметной области. На этом этапе происходит абстрагирование от технических деталей реализации и сосредоточение на сущностях реального мира и связях между ними.

• Цель: Создать модель данных, максимально точно отражающую информационные потребности пользователей и бизнес-процессы образовательного учреждения, без привязки к конкретной системе управления базами данных (СУБД).
• Методы и средства: Основным инструментом для инфологического моделирования являются ER-диаграммы (Entity-Relationship Diagrams – Диаграммы Сущность-Связь).
  • Сущности: Представляются прямоугольниками и обозначают объекты или понятия, о которых необходимо хранить информацию (например, «Студент», «Дисциплина», «Преподаватель»).
  • Атрибуты: Характеристики сущностей, описывающие их свойства (например, для «Студента»: «ФИО», «Дата рождения», «Номер зачётной книжки»). Представляются овалами или эллипсами, связанными с сущностями.
  • Связи: Отношения между сущностями (например, «Студент учится в Группе»). Представляются ромбами, связывающими сущности. Указываются тип связи (1:1, 1:M, M:M) и кардинальность (обязательность/необязательность участия в связи).
• Процесс:
  1. Идентификация сущностей: Выявление всех значимых объектов в предметной области, как было описано в разделе о системном анализе.
  2. Определение атрибутов для каждой сущности: Выделение ключевых характеристик.
  3. Установление связей между сущностями: Определение типов и кардинальности связей.
  4. Разрешение связей «многие ко многим»: Создание промежуточных (ассоциативных) сущностей для связей M:M (например, «Успеваемость» между «Студентом» и «Дисциплиной»).
  5. Добавление первичных и потенциальных ключей: Идентификация уникальных атрибутов.

Инфологическая модель является результатом анализа требований и служит основой для перехода к следующему этапу.

2. Даталогическое проектирование (Логическая модель):

На этом этапе инфологическая модель преобразуется в логическую модель данных, которая уже учитывает особенности выбранной модели данных (в нашем случае – реляционной) и нормализации, но всё ещё независима от конкретной СУБД.

• Цель: Создать детальную структуру базы данных, состоящую из таблиц, колонок, первичных и внешних ключей, индексов, триггеров и процедур, с соблюдением принципов нормализации.
• Методы и средства:
  • Нормализация: Применение правил нормальных форм (1НФ, 2НФ, 3НФ и выше) для устранения избыточности и аномалий данных.
  • Выбор СУБД: При выборе СУБД для образовательных учреждений в России часто отдают предпочтение таким системам, как:
    • PostgreSQL: Мощная, расширяемая, объектно-реляционная СУБД с открытым исходным кодом. Отлично подходит для проектов с высокими требованиями к надёжности и функциональности, особенно в контексте импортозамещения.
    • MySQL: Популярная реляционная СУБД с открытым исходным кодом, широко используемая в веб-разработке. Оптимальна для проектов, где нет строгих требований по импортозамещению и нужна простота администрирования.
    • Microsoft SQL Server и Oracle Database: Коммерческие решения для более крупных и ресурсоёмких систем, если это не противоречит политике учреждения и бюджетным ограничениям.
  • Инструментальные программные средства (CASE-средства): Используются для автоматизации процесса проектирования.
    • ERWin Data Modeler: Профессиональный инструмент для создания инфологических, логических и физических моделей данных.
    • Microsoft Visio: Позволяет строить ER-диаграммы и другие схемы, хоть и не является специализированным CASE-средством для БД.
    • DBeaver, MySQL Workbench, pgAdmin: Среды разработки и администрирования, интегрированные с выбранной СУБД, которые позволяют создавать и модифицировать структуру БД.
• Процесс:
  1. Преобразование сущностей в таблицы: Каждая сущность ER-диаграммы становится таблицей в логической модели.
  2. Преобразование атрибутов в колонки: Атрибуты сущностей становятся колонками таблиц.
  3. Определение первичных ключей: Для каждой таблицы выбирается или создаётся первичный ключ.
  4. Реализация связей через внешние ключи: Связи между сущностями преобразуются в связи между таблицами с использованием внешних ключей.
  5. Применение нормализации: Анализ таблиц на предмет соответствия нормальным формам и декомпозиция таблиц при необходимости.
  6. Выбор типов данных: Определение подходящих типов данных для каждой колонки (например, INT для чисел, VARCHAR для строк, DATE для дат).
  7. Определение ограничений целостности: Установка правил для поддержания корректности данных (например, NOT NULL, UNIQUE, CHECK).

Моделирование процессов позволяет анализировать и имитировать поведение физической БД без её физической реализации, предотвращая ошибки на ранних стадиях и уменьшая стоимость ошибок. После даталогического проектирования следует физическое проектирование, где логическая модель адаптируется к особенностям конкретной СУБД и аппаратному обеспечению, включая оптимизацию производительности, создание индексов и распределение данных.

Проектирование базы данных для неструктурированных данных в образовании

Традиционные реляционные базы данных (РБД) блестяще справляются со структурированными данными — информацией, которая легко укладывается в таблицы с заранее определёнными колонками и строками. Однако современная образовательная среда генерирует огромные объёмы неструктурированных данных: видеолекции, аудиозаписи семинаров, сканы документов (заявлений, аттестатов), фотографии студентов, презентации, текстовые комментарии в онлайн-курсах, архивные документы. Для РБД работа с такими данными является ограничением, так как они не могут эффективно хранить и индексировать их напрямую.

Проектирование информационной системы образовательного учреждения должно учитывать эту реальность, предлагая гибридные подходы для эффективной интеграции структурированных и неструктурированных данных.

Проблема хранения неструктурированных данных в РБД:

Попытки хранить неструктурированные данные непосредственно в реляционных таблицах (например, в полях типа BLOB/TEXT) приводят к ряду проблем:

• Увеличение размера БД: Таблицы становятся очень большими, что замедляет работу всей системы, особенно операции резервного копирования и восстановления.
• Снижение производительности: Поиск и выборка структурированных данных замедляются из-за необходимости пропускать большие объёмы неструктурированных данных.
• Ограниченная функциональность СУБД: Реляционные СУБД не оптимизированы для эффективного поиска по содержимому видео или сканированных документов.
• Сложность администрирования: Управление такими БД становится более громоздким.

Гибридные подходы к хранению и управлению неструктурированными данными:

Для интеграции неструктурированных данных с реляционной ИС образовательного учреждения используются следующие стратегии:

1. Использование файловых хранилищ с хранением ссылок в РБД:

• Принцип: Сами неструктурированные объекты (файлы) хранятся вне реляционной базы данных — на файловых серверах, в сетевых хранилищах (NAS, SAN) или в облачных сервисах (например, Яндекс.Облако, SberCloud, или иностранные AWS S3, Google Cloud Storage при соблюдении требований к размещению персональных данных). В реляционной базе данных хранится только метаинформация об этих файлах и уникальная ссылка (путь к файлу или его URI/URL).
• Пример: Таблица ВидеоЛекции в РБД будет содержать поля ID_Лекции, Название, Дисциплина, Дата_загрузки, URL_видео (ссылка на видеофайл в облачном хранилище).
• Преимущества: Оптимизация производительности РБД, возможность использования специализированных сервисов для хранения и потоковой передачи медиаконтента, гибкость в выборе места хранения, более простое масштабирование хранилища неструктурированных данных.
• Недостатки: Требуется синхронизация между РБД и файловым хранилищем, обеспечение безопасности доступа к файлам, возможные проблемы с целостностью данных при удалении файлов или ссылок.

2. Применение NoSQL баз данных для неструктурированных данных:

• Принцип: Для некоторых типов неструктурированных данных (например, текстовые комментарии, логи активности пользователей, метаданные о медиафайлах) могут использоваться NoSQL базы данных, которые изначально разрабатывались для работы с большими объёмами неструктурированной или полуструктурированной информации.
• Типы NoSQL БД:
  • Документоориентированные БД (MongoDB, CouchDB): Отлично подходят для хранения документов в формате JSON/BSON, что может быть удобно для метаданных о курсах, профилях студентов с расширенными атрибутами.
  • Ключ-значение БД (Redis, Cassandra): Высокая скорость чтения/записи, подходит для кэширования или хранения сессионной информации.
  • Графовые БД (Neo4j): Для моделирования сложных связей, например, между учебными материалами, компетенциями и студентами, но пока менее распространены в образовательных ИС.
• Интеграция: Реляционная БД остаётся основным хранилищем структурированных данных, а NoSQL БД используются для дополняющей неструктурированной информации. Связь между ними осуществляется через идентификаторы.
• Пример: В РБД хранится основная информация о студенте, а в документоориентированной NoSQL БД могут храниться его портфолио, расширенные записи о достижениях, отзывы о курсах, которые не требуют жёсткой структуры.

3. Использование специализированных решений для управления контентом:

• Принцип: Для управления большим объёмом документов, мультимедийного контента могут использоваться системы управления контентом (CMS) или системы управления цифровыми активами (DAM), которые интегрируются с основной ИС.
• Пример: Для хранения и управления видеолекциями может быть развёрнута платформа типа Moodle или специализированный видеохостинг, а ссылки на него будут храниться в основной РБД.

Обеспечение целостности и безопасности:

При использовании гибридных подходов критически важно обеспечить:

• Целостность данных: При удалении записи в РБД должны быть удалены и соответствующие файлы в хранилище, и записи в NoSQL БД (каскадные операции, триггеры).
• Безопасность: Доступ к неструктурированным данным должен быть так же строго регламентирован, как и к структурированным, с учётом требований Федерального закона № 152-ФЗ.
• Резервное копирование: Должны быть разработаны комплексные стратегии резервного копирования, охватывающие как РБД, так и файловые/NoSQL хранилища.

Таким образом, проектирование базы данных для информационной системы образовательного учреждения требует гибкого подхода, комбинирующего преимущества реляционных моделей для структурированных данных и специализированных решений (файловые хранилища, NoSQL БД) для эффективной работы с постоянно растущим объёмом неструктурированного контента.

Веб-технологии для реализации клиент-серверной архитектуры ИС

Обзор архитектурных решений и стека технологий (LAMP/XAMPP)

Современные информационные системы образовательных учреждений, как правило, реализуются на основе клиент-серверной архитектуры, что обеспечивает гибкость, масштабируемость и доступность. В такой архитектуре клиент (например, веб-браузер пользователя) отправляет запросы на сервер, который обрабатывает их, взаимодействует с базой данных и возвращает результат клиенту.

Преимущества клиент-серверной архитектуры:

• Централизованное управление данными: Все данные хранятся на сервере, что упрощает администрирование, резервное копирование и обеспечение безопасности.
• Масштабируемость: Можно добавлять новые серверы или улучшать их производительность по мере роста нагрузки.
• Разграничение ответственности: Разделение логики на клиентскую и серверную части упрощает разработку и поддержку.
• Доступность: Пользователи могут получать доступ к системе с различных устройств и операционных систем через веб-браузер.

Обоснование выбора стека LAMP/XAMPP:

Для разработки клиент-серверной информационной системы образовательного учреждения связка LAMP (Linux, Apache, MySQL, PHP) или XAMPP (кроссплатформенная сборка с Apache, MySQL, PHP, Perl) является одним из наиболее оптимальных и популярных решений. Эта комбинация технологий с открытым исходным кодом предлагает мощный, гибкий и экономичный фундамент для веб-приложений.

Рассмотрим роль каждого компонента:

1. L/X (Linux/Cross-platform): Операционная система

• Linux (LAMP): Операционная система с открытым исходным кодом, известная своей стабильностью, безопасностью и высокой производительностью. Является стандартом для серверных приложений. Предоставляет надёжную среду для работы всех остальных компонентов стека.
• X (XAMPP): «Cross-platform» означает, что XAMPP может быть установлен на различных операционных системах: Windows, macOS, Linux. Это делает его идеальным для локальной разработки и тестирования, позволяя разработчикам работать в привычной среде перед развёртыванием на Linux-сервере.

2. A (Apache): Веб-сервер

• Роль: Apache HTTP Server — самый популярный в мире веб-сервер с открытым исходным кодом. Он отвечает за приём HTTP-запросов от клиентских веб-браузеров и отправку им веб-страниц и других ресурсов.
• Преимущества: Стабильность, гибкость (благодаря модульной архитектуре), широкая поддержка сообщества, обширная документация. Apache легко настраивается для обработки большого количества одновременных запросов, что критично для образовательной системы, к которой одновременно могут обращаться сотни или тысячи студентов и преподавателей.

3. M (MySQL): Система управления базами данных (СУБД)

• Роль: MySQL — одна из самых распространённых реляционных СУБД с открытым исходным кодом. Она используется для хранения всех структурированных данных информационной системы: информация о студентах, преподавателях, учебных планах, расписаниях, оценках и т.д.
• Преимущества: Высокая производительность, надёжность, простота использования и администрирования, широкая поддержка различных языков программирования. MySQL идеально подходит для веб-приложений благодаря своей оптимизации для быстрых запросов и транзакций. Для проектов, требующих более строгих стандартов или большей функциональности, возможна замена на PostgreSQL.

4. P (PHP): Язык программирования для серверной логики

• Роль: PHP (Hypertext Preprocessor) — скриптовый язык программирования, специально разработанный для веб-разработки. Он выполняется на сервере и отвечает за обработку запросов от клиента, взаимодействие с базой данных (MySQL), выполнение бизнес-логики и генерацию динамического HTML-контента, который затем отправляется обратно в браузер пользователя.
• Преимущества: Прост в освоении, имеет обширную экосистему библиотек и фреймворков (например, Laravel, Symfony), обладает высокой производительностью и хорошей масштабируемостью. PHP хорошо интегрируется с Apache и MySQL, что делает его естественным выбором для стека LAMP/XAMPP.

Пример взаимодействия в стеке LAMP/XAMPP:

1. Пользователь (студент) в своём веб-браузере вводит адрес портала образовательного учреждения.
2. Браузер отправляет HTTP-запрос веб-серверу Apache.
3. Apache принимает запрос и, если это запрос на PHP-скрипт, передаёт его PHP-интерпретатору.
4. PHP-скрипт обрабатывает запрос: возможно, подключается к базе данных MySQL для извлечения информации (например, расписания студента), выполняет необходимые вычисления или проверки.
5. MySQL возвращает запрошенные данные PHP-скрипту.
6. PHP-скрипт генерирует динамическую HTML-страницу, используя полученные данные.
7. Apache отправляет сгенерированную HTML-страницу обратно в браузер пользователя.
8. Браузер отображает страницу, например, личный кабинет студента с актуальным расписанием.

Таким образом, стек LAMP/XAMPP предоставляет полный набор необходимых инструментов для создания надёжной, функциональной и масштабируемой информационной системы образовательного учреждения, поддерживающей клиент-серверную архитектуру.

Разработка пользовательского интерфейса и серверной части

Разработка информационной системы образовательного учреждения включает два ключевых направления: создание интуитивно понятного пользовательского интерфейса (клиентская часть) и реализацию надёжной, функциональной серверной логики (серверная часть). Их гармоничное взаимодействие обеспечивает интерактивность, производительность и эффективность всей системы.

1. Разработка Пользовательского Интерфейса (Клиентская часть):

Пользовательский интерфейс – это лицо системы, через которое пользователи (студенты, преподаватели, администрация) взаимодействуют с её функционалом. Он должен быть не только эстетически привлекательным, но, что гораздо важнее, интуитивно понятным, эргономичным и доступным. Основными технологиями для разработки веб-интерфейса являются HTML, CSS и JavaScript.

• HTML (HyperText Markup Language): Язык разметки, который определяет структуру и содержание веб-страницы. С его помощью создаются заголовки, параграфы, списки, таблицы, формы, ссылки, изображения. В контексте образовательной ИС HTML будет использоваться для:
  • Создания форм регистрации и авторизации.
  • Разметки страниц личного кабинета студента/преподавателя.
  • Отображения учебных планов, расписаний, ведомостей.
  • Структурирования учебных материалов (лекций, заданий).
• CSS (Cascading Style Sheets): Язык стилей, отвечающий за внешний вид и оформление веб-страниц. С его помощью задаются цвета, шрифты, размеры элементов, отступы, расположение блоков. CSS позволяет создать единый корпоративный стиль для всей системы, обеспечить адаптивность дизайна для различных устройств (десктоп, планшет, смартфон), что критично для доступности образовательных ресурсов.
• JavaScript: Скриптовый язык программирования, который обеспечивает интерактивность и динамическое поведение веб-страниц. Он выполняется непосредственно в браузере пользователя и позволяет реализовать:
  • Валидацию форм на стороне клиента (проверка корректности введённых данных до отправки на сервер).
  • Динамическое обновление контента без перезагрузки страницы (например, фильтрация списков студентов, отображение уведомлений).
  • Интерактивные элементы интерфейса (выпадающие меню, всплывающие окна, слайдеры).
  • Асинхронные запросы к серверу (AJAX) для подгрузки данных «на лету» (например, отображение оценок по мере их появления).

Примеры пользовательских сценариев и их реализация в UI:

• Личный кабинет студента:
  • HTML: Структура страницы с разделами «Моё расписание», «Мои оценки», «Мои курсы», «Профиль».
  • CSS: Оформление разделов, кнопок, таблиц с оценками. Адаптивность для мобильных устройств.
  • JavaScript: Динамическая подгрузка актуального расписания и оценок, интерактивные фильтры для курсов, уведомления о новых событиях.
• Электронный журнал/ведомость преподавателя:
  • HTML: Табличная форма для ввода оценок, списки групп.
  • CSS: Стилевое оформление таблицы, выделение строк, кнопок сохранения.
  • JavaScript: Автоматическое сохранение оценок, проверка корректности ввода, динамическое обновление среднего балла.
• Формирование и публикация расписания (для администрации):
  • HTML: Формы для выбора групп, дисциплин, преподавателей, аудиторий.
  • CSS: Оформление элементов форм.
  • JavaScript: Интерактивный календарь для выбора дат, валидация на предмет пересечений занятий, drag-and-drop для перемещения занятий.

2. Разработка Серверной части:

Серверная часть (backend) – это «мозг» системы, где происходит основная обработка данных, взаимодействие с базой данных и реализация бизнес-логики. В стеке LAMP/XAMPP за это отвечает PHP.

• Взаимодействие с базой данных (MySQL/PostgreSQL):
  • PHP-скрипты получают данные от пользователя через веб-интерфейс (например, данные из формы регистрации).
  • Они формируют SQL-запросы (INSERT, SELECT, UPDATE, DELETE) для добавления, извлечения, изменения или удаления данных в БД.
  • Полученные из БД данные обрабатываются PHP и готовятся для отправки на клиентскую часть.
  • Используются механизмы защиты от SQL-инъекций (подготовленные запросы, экранирование данных) для обеспечения безопасности.
• Реализация бизнес-логики: Это набор правил и алгоритмов, которые определяют, как система обрабатывает данные и выполняет операции. В образовательной ИС это может быть:
  • Проверка прав доступа пользователя (аутентификация и авторизация).
  • Расчёт среднего балла студента.
  • Проверка условий для перевода студента на следующий курс.
  • Логика формирования расписания с учётом загрузки аудиторий и преподавателей.
  • Генерация отчётов на основе данных из БД.
• Обработка запросов и генерация ответов:
  • Серверная часть принимает запросы от клиентской части (например, через HTTP POST или GET).
  • Выполняет соответствующую логику.
  • Формирует ответ – обычно в формате HTML для отображения веб-страницы, или в формате JSON/XML для динамического обновления данных на клиентской стороне (через AJAX).

Взаимосвязь клиентской и серверной части:

Клиентская и серверная части работают в тесной связке. JavaScript на клиенте может выполнять первичную проверку данных и отправлять их на сервер. PHP на сервере принимает эти данные, проверяет их повторно, обрабатывает, взаимодействует с БД, а затем формирует ответ, который JavaScript на клиенте может динамически отобразить, обновляя часть страницы без полной перезагрузки. Эта синергия обеспечивает высокую интерактивность и отзывчивость информационной системы, что является ключевым для положительного пользовательского опыта в образовательной среде.

Безопасность, надёжность и масштабируемость информационной системы в образовании

Защита персональных данных и информационная безопасность

В условиях активной цифровизации образовательного процесса вопросы защиты персональных данных и обеспечения информационной безопасности приобретают первостепенное значение. Образовательные учреждения обрабатывают огромные объёмы конфиденциальной информации: персональные данные студентов и преподавателей, сведения об успеваемости, медицинские справки, финансовые данные. Утечка, несанкционированный доступ или модификация этой информации могут привести к серьёзным репутационным, правовым и финансовым последствиям. Какой важный нюанс здесь упускается? Не только последствия для учреждения, но и для самих субъектов данных, чьи права могут быть нарушены, а личная жизнь — скомпрометирована.

Основные угрозы для образовательных данных:

1. Утечки персональных данных: Несанкционированный доступ к базам данных, электронным журналам и ведомостям, что может произойти из-за уязвимостей в системе, слабой защиты паролей или инсайдерских угроз.
2. Несанкционированный доступ: Попытки сторонних лиц или недобросовестных сотрудников получить доступ к информации, для которой у них нет необходимых разрешений.
3. Кибератаки:
   • DDoS-атаки: Направлены на перегрузку серверов и вывод из строя образовательных платформ, что приводит к нарушению учебного процесса.
   • Фишинг и социальная инженерия: Методы обмана пользователей для получения их учётных данных или другой конфиденциальной информации.
   • Внедрение вредоносного ПО: Вирусы, трояны, программы-вымогатели, способные повредить данные или заблокировать доступ к системе.
   • SQL-инъекции: Атаки, направленные на манипулирование базой данных через уязвимости в веб-приложениях.
4. Дезинформация: Распространение недостоверных учебных материалов или ложной информации в образовательных онлайн-средах, что может влиять на качество обучения и формировать искажённое представление о мире.
5. Несоблюдение нормативно-правовых требований: Игнорирование или недостаточное выполнение законодательных актов по защите информации.

Меры защиты и механизмы обеспечения информационной безопасности:

Комплексная защита информационной системы образовательного учреждения требует многоуровневого подхода:

1. Правовое и организационное обеспечение:

• Федеральный закон № 152-ФЗ «О защите персональных данных»: Является основой для всех мер по защите персональных данных. ИС должна проектироваться с учётом всех его требований: получение согласия на обработку, определение целей обработки, обеспечение конфиденциальности, целостности и доступности данных.
• Методические рекомендации по ограничению доступа к вредной информации: Разработанные Министерством образования и науки РФ, они предусматривают использование систем контентной фильтрации, организационные меры (правила работы в компьютерных классах) и повышение осведомлённости.
• Разработка внутренних политик и регламентов: Документы, описывающие правила работы с конфиденциальной информацией, порядок доступа, использования и хранения данных.
• Обучение персонала: Регулярные тренинги для сотрудников по вопросам информационной безопасности, распознаванию фишинговых атак и правилам работы с ИС.

2. Технические средства защиты:

• Аутентификация и авторизация:
  • Аутентификация: Проверка подлинности пользователя (логин/пароль, двухфакторная аутентификация).
  • Авторизация: Разграничение прав доступа на основе ролей (студент, преподаватель, администратор). Каждый пользователь должен иметь доступ только к тем данным и функциям, которые ему необходимы для выполнения своих обязанностей.
• Шифрование данных: Использование криптографических методов для защиты данных как при хранении (на дисках), так и при передаче по сети (SSL/TLS для веб-трафика).
• Межсетевые экраны (файрволы): Контроль и фильтрация сетевого трафика для предотвращения несанкционированного доступа.
• Системы обнаружения/предотвращения вторжений (IDS/IPS): Мониторинг сетевой активности на предмет подозрительных действий и блокировка атак.
• Антивирусное ПО: Защита от вредоносных программ на серверах и клиентских машинах.
• Регулярное обновление ПО: Своевременная установка патчей безопасности для операционных систем, СУБД, веб-серверов и приложений.
• Защита от SQL-инъекций и XSS-атак: Использование подготовленных запросов (prepared statements), экранирование входных данных, валидация всех пользовательских данных.
• Резервное копирование и восстановление: Создание регулярных резервных копий всех данных и программного обеспечения, а также разработка планов восстановления после сбоев или атак.
• Физическая безопасность: Защита серверного оборудования от несанкционированного доступа, пожаров, наводнений.

В российском образовании риски сохранения конфиденциальности включают утечку персональных данных студентов и преподавателей, несанкционированный доступ к электронным журналам и ведомостям, а также кибератаки на информационные ресурсы образовательных учреждений. Дезинформация может проявляться через распространение недостоверных учебных материалов или ложной информации в образовательных онлайн-средах. Поэтому системный подход к информационной безопасности, основанный на действующем законодательстве и лучших практиках, является абсолютно необходимым для любой информационной системы в сфере образования.

Требования к надёжности и масштабируемости ИС

Создание информационной системы для образовательного учреждения, особенно крупного, — это инвестиция в долгосрочное развитие. Поэтому, помимо функциональности и безопасности, критически важными аспектами являются её надёжность и масштабируемость. Эти качества гарантируют, что система сможет эффективно функционировать в условиях постоянно меняющихся требований и возрастающей нагрузки.

Надёжность информационной системы:

Надёжность ИС – это её способность выполнять заданные функции, сохраняя при этом значения установленных эксплуатационных показателей в течение требуемого периода времени. Для образовательной ИС это означает обеспечение бесперебойной работы, минимизацию простоев и сохранность данных.

1. Бесперебойная работа и отказоустойчивость:

• Цель: Свести к минимуму время простоя системы.
• Меры:
  • Резервирование оборудования: Дублирование критически важных компонентов (серверы, блоки питания, сетевые карты, диски). При выходе из строя одного компонента его функцию автоматически берёт на себя резервный.
  • Кластерные решения: Объединение нескольких серверов в кластер, где нагрузка распределяется между ними. В случае отказа одного сервера, остальные продолжают работу.
  • Балансировка нагрузки: Распределение входящих запросов между несколькими серверами приложений или баз данных, что предотвращает перегрузку одного узла и повышает общую доступность.
  • Непрерывный мониторинг: Системы мониторинга (например, Zabbix, Nagios) позволяют отслеживать состояние всех компонентов ИС в реальном времени, обнаруживать аномалии и предупреждать о потенциальных сбоях.

2. Резервное копирование и восстановление данных:

• Цель: Обеспечить сохранность всех данных и возможность их полного восстановления в случае потери (сбой оборудования, программная ошибка, кибератака).
• Меры:
  • Регулярное резервное копирование: Автоматизированное создание полных, инкрементных или дифференциальных копий базы данных и файлового хранилища по установленному расписанию (ежедневно, еженедельно).
  • Хранение резервных копий: Копии должны храниться в нескольких местах, желательно, на разных физических носителях и в разных географических точках (например, в облачном хранилище).
  • Проверка восстанавливаемости: Регулярное тестирование процесса восстановления из резервных копий для подтверждения их работоспособности.
  • Журналирование транзакций: Для баз данных – ведение журналов транзакций, позволяющих восстановить данные до определённого момента времени (Point-in-Time Recovery).

Масштабируемость информационной системы:

Масштабируемость – это способность системы эффективно справляться с возрастающим объёмом работы (данных, запросов, числа пользователей) путём добавления ресурсов, без значительной переработки архитектуры. Образовательные учреждения могут расти, увеличивать число студентов, расширять спектр образовательных программ, что требует от ИС соответствующей гибкости.

1. Вертикальное масштабирование (Scale-up):

• Принцип: Увеличение вычислительной мощности одного сервера путём добавления более мощных процессоров, большего объёма оперативной памяти или более быстрых дисков.
• Преимущества: Относительная простота реализации.
• Недостатки: Имеет физические ограничения, есть предел, после которого дальнейшее увеличение ресурсов одного сервера невозможно или неэффективно. Создаёт «единую точку отказа».

2. Горизонтальное масштабирование (Scale-out):

• Принцип: Добавление дополнительных серверов (узлов) в систему и распределение нагрузки между ними.
• Преимущества: Практически неограниченный потенциал роста, повышение отказоустойчивости (отказ одного узла не приводит к падению всей системы). Это основной подход для обработки возрастающего объёма данных и числа пользователей в образовательном учреждении.
• Меры:
  • Распределение баз данных:
    • Шардинг (Sharding): Разделение большой базы данных на несколько меньших, независимых частей (шардов), каждая из которых хранится на отдельном сервере. Например, данные студентов разных факультетов или курсов могут храниться на разных шардах.
    • Репликация: Создание копий базы данных на нескольких серверах. Один сервер (мастер) обрабатывает операции записи, а другие (реплики) — операции чтения.
  • Микросервисная архитектура: Разделение монолитного приложения на набор слабосвязанных, независимо развёртываемых сервисов. Например, отдельный микросервис для управления расписанием, отдельный для управления оценками. Это позволяет масштабировать каждый сервис независимо.
  • Облачные технологии: Использование облачных платформ (например, Yandex.Cloud, SberCloud) с их возможностями автоматического масштабирования ресурсов (автоскейлинг) в зависимости от текущей нагрузки.

Современные ИС для образования должны быть спроектированы таким образом, чтобы изначально предусматривать возможности для масштабирования, предпочтительно горизонтального, что позволит им эволюционировать вместе с потребностями учреждения и гарантировать стабильную работу на долгие годы.

Нормативно-правовое регулирование ИКТ в образовании

Внедрение и эксплуатация информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в сфере образования в Российской Федерации строго регламентируется обширной нормативно-правовой базой. Эта база призвана обеспечить не только техническую эффективность, но и законность, безопасность и соответствие образовательных процессов государственным стандартам. Знание и учёт этих документов критически важны при проектировании любой информационной системы для образовательного учреждения.

Ключевые нормативные акты РФ:

1. Федеральный закон от 29.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»:

• Является основополагающим документом. Статья 98 этого закона регулирует информационные системы в системе образования, закрепляя основы для создания и функционирования различных государственных и муниципальных ИС, обеспечивающих образовательную деятельность.
• Закон определяет принципы организации электронного обучения и дистанционных образовательных технологий.

2. Федеральный закон от 27.07.2006 № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»:

• Определяет правовые основы формирования информационных ресурсов России, регулирует отношения, возникающие при осуществлении права на поиск, получение, передачу, производство и распространение информации.
• Устанавливает требования к информационным системам, их созданию и эксплуатации.

3. Федеральный закон от 27.07.2006 № 152-ФЗ «О защите персональных данных»:

Ключевой документ для любой ИС, обрабатывающей личные данные. Он требует от образовательных учреждений соблюдения строгих правил по сбору, хранению, обработке и передаче персональных данных студентов, преподавателей и сотрудников, включая получение согласия, обезличивание, шифрование и разграничение доступа. Проектирование ИС должно с самого начала включать механизмы, соответствующие этому закону, поскольку несоблюдение может привести к серьёзным штрафам и юридическим последствиям.

4. Постановления Правительства РФ:

• Постановление Правительства РФ от 29.11.2021 № 2085 «О Федеральной информационной системе обеспечения проведения государственной итоговой аттестации обучающихся, освоивших основные образовательные программы основного общего и среднего общего образования, и приёма граждан в образовательные организации для получения среднего профессионального и высшего образования» (ФИС ГИА и приёма): Эта система создана для информационного обеспечения государственной итоговой аттестации и приёма в образовательные организации. Доступ к ней имеют только организации, указанные в пунктах 2 и 3 данного Постановления, частные лица не имеют доступа. Любая ИС приёмной комиссии вуза или школы должна быть спроектирована с учётом необходимости взаимодействия и обмена данными с ФИС ГИА и приёма.
• Постановление Правительства РФ от 11.10.2023 № 1678 «Об утверждении Правил применения организациями, осуществляющими образовательную деятельность, электронного обучения, дистанционных образовательных технологий при реализации образовательных программ» и Приказ Министерства науки и высшего образования РФ от 6 апреля 2021 г. № 245: Эти документы регулируют порядок и условия использования электронного обучения и ДОТ, устанавливая требования к организации учебного процесса, платформам и взаимодействию участников.

5. Приказы Министерства науки и высшего образования РФ и Министерства просвещения РФ:

• Методические рекомендации по использованию электронного обучения и ДОТ: Детализируют порядок применения технологий, обеспечивая практическое руководство для образовательных организаций.
• Приказы Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки (Рособрнадзора): Касаются процедур аккредитации, лицензирования и осуществления государственного контроля (надзора) в сфере образования, где ИКТ играют всё более значимую роль (например, аккредитация электронных образовательных ресурсов).

6. Государственные стандарты (ГОСТы) в области информационных технологий и автоматизированных систем:

• ГОСТ 34.601-90: «Автоматизированные системы. Стадии создания». Определяет этапы жизненного цикла ИС.
• ГОСТ Р 52652–2006: «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Общие положения».
• ГОСТ Р 52653–2006: «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Термины и определения».
• ГОСТ Р 52655-2006: «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Интегрированная автоматизированная система управления учреждением высшего профессионального образования. Общие требования». Этот ГОСТ особенно важен, так как он устанавливает требования к функциональности и структуре ИСУУП вуза.

7. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН):

• СанПиН 2.4.2.2821-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях»: Устанавливает конкретные требования к использованию персональных компьютеров и других средств ИКТ в образовательном процессе. Например, продолжительность непрерывной работы за компьютером для учащихся 1-4 классов не должна превышать 15 минут, для 5-7 классов – 20 минут, для 8-11 классов – 25 минут на одном уроке, а суммарное время работы за день ограничено в зависимости от возраста. Эти требования необходимо учитывать при проектировании интерфейсов и функционала, связанных с длительной работой за компьютером.

8. Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС):

• ФГОС 3-го поколения: Вводят понятия «универсальные навыки» и «примерная основная образовательная программа», предъявляя дополнительные требования к разработке образовательных программ и, следовательно, к ИС, которые должны поддерживать учёт и формирование этих компетенций. Детализирован и усовершенствован с учётом опыта прошлых правил, влияя на все ступени образования.

Эти документы формируют сложную, но необходимую правовую основу для проектирования, разработки и эксплуатации ИС в образовательной сфере. Игнорирование любого из них может привести к серьёзным нарушениям и неэффективности создаваемой системы.

Оценка эффективности внедрения информационной системы образовательного учреждения

Методы оценки эффективности: функциональные точки и совокупная стоимость владения

Оценка эффективности внедрения информационной системы в образовательном учреждении является ключевым этапом, позволяющим определить целесообразность инвестиций, выявить достигнутые результаты и скорректировать дальнейшие планы развития. Проблема оценки эффективности информационных систем хорошо изучена, и существуют различные методы, направленные на выявление экономического эффекта от внедрения или использования ИС. Среди них выделяются метод функциональной точки (Function Point Analysis, FPA) и совокупная стоимость владения (Total Cost of Ownership, TCO), которые позволяют получить всестороннее представление о проекте.

1. Метод функциональной точки (Function Point Analysis, FPA):

FPA — это метод оценки объёма программного обеспечения, основанный на анализе его функциональных требований с точки зрения пользователя, независимо от используемой технологии. Вместо подсчёта строк кода, FPA фокусируется на том, что система делает для пользователя. Это позволяет оценить трудоёмкость и стоимость разработки ИС на ранних стадиях, а также сравнивать продуктивность команд и проектов.

• Как работает FPA:
  1. Определение типов функций: Выделяются пять типов функций:
     • Внешние входы (External Inputs, EI): Операции, которые пользователь выполняет для ввода информации в систему (например, ввод данных студента, регистрация на курс).
     • Внешние выходы (External Outputs, EO): Операции, которые система выполняет для вывода информации пользователю (например, генерация отчёта об успеваемости, отображение расписания).
     • Внешние запросы (External Inquiries, EQ): Операции, которые позволяют пользователю получить информацию из системы без изменения её состояния (например, просмотр личного дела, поиск дисциплины).
     • Внутренние логические файлы (Internal Logical Files, ILF): Логические группы данных, хранящиеся внутри системы и управляемые ею (например, база данных студентов, учебных планов).
     • Внешние интерфейсные файлы (External Interface Files, EIF): Логические группы данных, используемые системой, но поддерживаемые другой системой (например, данные из ФИС ГИА и приёма).
  2. Оценка сложности каждой функции: Каждому типу функции присваивается балл сложности (простой, средний, сложный) на основе количества элементов данных и логики обработки.
  3. Расчёт количества функциональных точек (НФТ): Суммируются баллы по всем функциям.
  4. Корректировка на факторы влияния: Полученное значение НФТ корректируется с учётом 14 общих характеристик системы (например, сложность обработки, производительность, повторное использование).
  5. Получение количества функциональных точек (ФТ): Окончательное значение, которое затем используется для оценки трудоёмкости (человеко-часы на ФТ), стоимости (рубли на ФТ) или сроков проекта.
• Применение в образовании: FPA позволяет оценить объём работы по созданию ИСУУП, автоматизированной системы приёмной комиссии или электронной библиотеки, ещё до начала детальной разработки, что важно для планирования бюджета и ресурсов.

2. Совокупная стоимость владения (Total Cost of Ownership, TCO):

TCO — это комплексная оценка всех прямых и косвенных затрат, связанных с владением и эксплуатацией информационной системы на протяжении всего её жизненного цикла. Для образовательного учреждения TCO позволяет получить полную картину финансовых вложений, выходящих за рамки первоначальной стоимости приобретения.

• Компоненты TCO:
  • Прямые затраты (очевидные):
    • На приобретение: Стоимость лицензий на ПО (СУБД, операционные системы, специализированное ПО), стоимость оборудования (серверы, рабочие станции, сетевое оборудование).
    • На развёртывание: Затраты на установку, настройку, интеграцию с существующими системами.
    • На обучение: Затраты на обучение пользователей и администраторов системы.
    • На техническую поддержку и обслуживание: Годовые платежи за поддержку, лицензии, регулярное обслуживание оборудования.
    • На модернизацию и обновление: Затраты на приобретение новых версий ПО, улучшение оборудования.
    • На энергопотребление: Расходы на электричество для работы серверов и оборудования.
  • Косвенные затраты (скрытые, менее очевидные):
    • На управление и администрирование: Заработная плата IT-специалистов, занятых поддержкой и развитием системы (администраторы баз данных, системные администраторы).
    • На простои: Потери от неработоспособности системы (нарушение учебного процесса, снижение производительности сотрудников, репутационные издержки).
    • На безопасность: Затраты на внедрение и поддержание мер информационной безопасности, устранение последствий инцидентов.
    • На потери данных: Потери, связанные с утечками или уничтожением данных.
    • На снижение продуктивности: Время, которое сотрудники тратят на освоение новой системы, или на решение проблем, связанных с её работой.
    • На риски: Затраты, связанные с возможными рисками проекта (задержки, перерасход бюджета).
• Применение в образовании: Расчёт TCO для ИС позволяет руководству учреждения принимать обоснованные решения о долгосрочных инвестициях, сравнивать различные варианты систем (например, облачные решения против локального развёртывания) и оптимизировать эксплуатационные расходы. Например, для ИСУУП вуза TCO включает затраты на приобретение оборудования и ПО, установку, обучение персонала, техническое обслуживание, лицензии, энергопотребление, управление и поддержку.

Оба метода – FPA и TCO – дополняют друг друга, предоставляя как оценку объёма и стоимости разработки, так и полную картину затрат на владение системой на протяжении всего её жизненного цикла, что является критически важным для комплексной оценки эффективности ИС в образовательном учреждении.

Критерии и показатели эффективности ИС в образовательной среде

Оценка эффективности информационной системы в образовательном учреждении – это не только экономические расчёты, но и глубокий анализ её влияния на образовательный процесс, административные процедуры и развитие компетенций участников. Для этого необходимо разработать систему критериальных показателей, которые охватывают различные аспекты функционирования ИС. Эффективность использования информационных систем в вузе зависит от технологических параметров системы (функциональность, надёжность, удобство, быстродействие), экономических показателей проекта, готовности персонала, полноты учебно-методических материалов, наличия обновляемых баз данных, качества электронного документооборота и интегрированности мультимедийных аудиторий.

Предложенная система критериальных показателей для оценки эффективности применения ИКТ в сфере образования может быть разделена на несколько групп:

1. Педагогические критерии: Отражают влияние ИС на качество и результативность обучения.

• Повышение успеваемости:
  • Показатели: Сравнение среднего балла студентов, использующих ИС, с контрольными группами. Динамика успеваемости по ключевым дисциплинам.
• Развитие компетенций:
  • Показатели: Рост цифровой грамотности студентов и преподавателей. Количество успешно выполненных заданий в интерактивной среде. Формирование универсальных навыков (soft skills) за счёт работы с ИС (например, командная работа в онлайн-проектах).
• Индивидуализация обучения:
  • Показатели: Доля студентов, использующих индивидуальные образовательные траектории. Степень адаптации образовательного контента под персональные потребности.
• Мотивация обучающихся:
  • Показатели: Уровень вовлечённости студентов в использование ИС (посещаемость, активность на форумах, выполнение интерактивных заданий). Результаты опросов удовлетворённости студентов.
• Доступность учебных материалов:
  • Показатели: Своевременность доступа к учебным материалам (лекциям, презентациям, заданиям). Соответствие контента учебной программе.

2. Экономические критерии: Отражают финансовую эффективность и оптимизацию ресурсов.

• Снижение затрат на обучение:
  • Показатели: Сокращение расходов на бумажный документооборот, печать учебных пособий. Оптимизация использования аудиторного фонда.
• Повышение эффективности использования учебных ресурсов:
  • Показатели: Увеличение коэффициента использования оборудования (компьютерных классов, лабораторий). Оптимизация нагрузки на преподавателей.
• Привлекательность образовательных услуг:
  • Показатели: Рост числа абитуриентов, увеличение среднего балла поступающих. Увеличение доходов от платных образовательных услуг за счёт расширения охвата (онлайн-курсы).
• Сокращение административных расходов:
  • Показатели: Уменьшение трудозатрат на рутинные административные операции (формирование расписания, учёт успеваемости, подготовка отчётов).

3. Социальные критерии: Отражают влияние ИС на социальную среду и доступность образования.

• Доступность образования для различных категорий граждан:
  • Показатели: Расширение охвата обучающихся (включая лиц с ОВЗ, жителей удалённых регионов). Количество онлайн-курсов, доступных широкой аудитории.
• Формирование цифровой грамотности:
  • Показатели: Уровень владения ИКТ студентами и преподавателями (по результатам тестирований, опросов).
• Улучшение взаимодействия:
  • Показатели: Частота и качество коммуникаций между студентами, преподавателями и администрацией через ИС.

4. Технологические критерии: Отражают качество самой информационной системы.

• Надёжность и функциональность системы:
  • Показатели: Время безотказной работы (uptime). Количество сбоев. Полнота реализации заявленного функционала.
• Удобство использования (юзабилити):
  • Показатели: Время на выполнение стандартных операций. Результаты юзабилити-тестирования. Уровень удовлетворённости пользователей (по опросам).
• Безопасность данных:
  • Показатели: Количество инцидентов информационной безопасности. Соответствие требованиям ФЗ-152.
• Быстродействие:
  • Показатели: Время отклика системы на запросы. Пропускная способность.

Для оценки эффективности ИС в образовательном учреждении предложены показатели, основанные на оценочном векторе, где 1 соответствует удовлетворительной ситуации, а 0 – неудовлетворительной. Методика позволяет оценить, насколько результаты работы обучающей системы соответствуют целям обучения, и может применяться для студенческих групп, профилей, направлений обучения. Например, оценка соответствия результатов работы обучающей системы целям обучения может производиться через анализ успеваемости студентов, активности на платформе, результатов тестирования, а также путём опросов и сбора отзывов. Эффекты от внедрения мультисервисной ИС могут быть разделены на экономические и эксплуатационно-технологические, что позволяет оценить не только прямые финансовые выгоды, но и улучшение качества управленческих решений, доступности ресурсов и безопасности данных.

Экономический эффект и срок окупаемости инвестиций

Оценка экономической эффективности внедрения информационной системы в образовательном учреждении является одним из важнейших компонентов анализа, позволяющим оценить финансовую целесообразность проекта. В отличие от коммерческих предприятий, где прямой экономический эффект зачастую выражается в увеличении прибыли или доли рынка, в образовании выгоды могут быть менее очевидными, особенно «нематериальные». Однако, даже в таких условиях, необходимо использовать методы количественной оценки. Классические финансовые модели оценки отдачи от инвестиций в инфраструктурные ИТ-проекты часто не применимы из-за «нематериальности» выгод и изменения бизнес-процессов. В таких случаях применяются альтернативные подходы, такие как расчёты на основе нефинансовых метрик (например, увеличение удовлетворённости пользователей, сокращение времени выполнения задач, улучшение качества обучения), а также экспертные оценки и бенчмаркинг.

В широком смысле эффективность ИС — это влияние информационных ресурсов на качество принимаемых решений для достижения целей организации. В узком смысле эффективность ИС — это обеспечение информационных потребностей при помощи ИС для управления предприятием с наименьшими затратами. Экономическая эффективность ИС должна исходить из влияния ИС на соотношение результатов и затрат.

На этапе эксплуатации ИС используются следующие показатели экономической эффективности:

1. Годовой экономический эффект (Э_г):

Этот показатель позволяет определить чистую экономию или дополнительный доход, который приносит ИС за год. Он рассчитывается как разница между суммой сэкономленных затрат и дополнительных расходов, связанных с эксплуатацией ИС, плюс дополнительные доходы от её внедрения.

Формула:
Э_г = (З₁ — З₂) + Д₁

Где:

• З₁ – затраты до внедрения ИС (например, на ручной документооборот, оплату труда сотрудников, выполняющих рутинные операции, расходы на бумагу, печать, архивное хранение).
• З₂ – затраты после внедрения ИС (включают затраты на эксплуатацию новой системы: обслуживание оборудования, лицензии, зарплату ИТ-специалистов, энергопотребление).
• Д₁ – дополнительные доходы от внедрения ИС. В образовании это может быть:
  • Увеличение числа студентов за счёт повышения привлекательности образовательных услуг.
  • Доходы от предоставления платных онлайн-курсов или дополнительных образовательных услуг через ИС.
  • Сокращение потерь от ошибок или простоев.

Пример расчёта:
Предположим, до внедрения ИС ежегодные затраты на административные процессы составляли 5 000 000 рублей. После внедрения ИС эти затраты снизились до 3 000 000 рублей. Кроме того, ИС позволила запустить два новых онлайн-курса, которые принесли дополнительный доход в 1 500 000 рублей в год.
Э_г = (5 000 000 − 3 000 000) + 1 500 000 = 2 000 000 + 1 500 000 = 3 500 000 рублей в год.

2. Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Е_к):

Этот коэффициент показывает, какую часть капитальных вложений приносит система в виде годового экономического эффекта.

Формула:
Е_к = Э_г / К

Где:

• Э_г – годовой экономический эффект (рассчитанный выше).
• К – капитальные вложения в ИС (стоимость разработки, приобретения оборудования и ПО, обучения, установки).

Пример расчёта:
Если капитальные вложения в ИС составили 10 000 000 рублей, а годовой экономический эффект – 3 500 000 рублей.
Е_к = 3 500 000 / 10 000 000 = 0.35

Чем выше Е_к, тем эффективнее капитальные вложения.

3. Срок окупаемости капитальных вложений (Т_ок):

Этот показатель определяет, за какой период времени капитальные вложения в ИС окупятся за счёт получаемого годового экономического эффекта.

Формула:
Т_ок = К / Э_г

Где:

• К – капитальные вложения в ИС.
• Э_г – годовой экономический эффект.

Пример расчёта:
Если капитальные вложения – 10 000 000 рублей, годовой экономический эффект – 3 500 000 рублей.
Т_ок = 10 000 000 / 3 500 000 ≈ 2.86 года.

Эти показатели позволяют количественно оценить выгоды от инвестиций в ИС. Однако важно помнить, что экономическая эффективность в образовании не всегда может быть выражена только в прямых финансовых показателях. Необходимо учитывать и нематериальные выгоды, такие как:

• Повышение качества образовательного процесса.
• Улучшение имиджа учреждения.
• Рост удовлетворённости студентов и преподавателей.
• Улучшение управляемости и прозрачности процессов.
• Повышение безопасности данных.

Эти нематериальные выгоды, хотя и не всегда поддаются прямой количественной оценке в рублях, являются критически важными для долгосрочного успеха и развития образовательного учреждения. Поэтому при принятии решения о внедрении ИС всегда необходимо учитывать как прямые экономические показатели, так и весь спектр качественных улучшений.

Заключение

Цифровизация глубоко преобразовала образовательный ландшафт, сделав информационные системы не просто инструментом, а стратегическим активом для любого современного образовательного учреждения. Как показал наш анализ, проектирование такой системы — это сложный, многогранный процесс, требующий не только технических знаний, но и глубокого понимания специфики российской образовательной среды, её нормативно-правовой базы и актуальных вызовов.

Мы детально рассмотрели теоретические основы информационных систем, их классификацию и функционал, подчёркивая роль таких российских платформ, как МЭШ, Учи.Ру и ФИС ГИА и приёма. Был представлен обзор современных тенденций, таких как искусственный интеллект и Big Data, а также вызовы, включая кибербезопасность и цифровое неравенство, которые формируют контекст для любого проекта ИС в образовании.

Методологическая часть работы осветила жизненный цикл разработки ИС, различные модели (каскадная, итерационная, спиральная) и стандарты ГОСТ, адаптированные для образовательных проектов. Особое внимание было уделено системному анализу предметной области, включающему выявление сущностей, связей и бизнес-правил, а также формированию функциональных и нефункциональных требований.

Ключевым аспектом является проектирование базы данных, где были подробно изложены принципы реляционной модели, нормализации и методы работы с неструктурированными данными, что позволяет создавать гибкие и эффективные хранилища информации. В части веб-технологий обоснован выбор стека LAMP/XAMPP как оптимального для реализации клиент-серверной архитектуры, а также представлены подходы к разработке пользовательского интерфейса и серверной логики.

Наконец, мы акцентировали внимание на критически важных аспектах безопасности, надёжности и масштабируемости ИС, включая защиту персональных данных в соответствии с ФЗ № 152-ФЗ и СанПиН, а также методы обеспечения бесперебойной работы. Предложенная многомерная методика оценки эффективности, включающая экономические, педагогические, социальные и технологические критерии, с примерами расчётов годового экономического эффекта и срока окупаемости, позволяет комплексно оценить целесообразность инвестиций.

Обобщая, можно сказать, что успешное проектирование информационной системы образовательного учреждения требует не только следования общепринятым стандартам и методологиям, но и глубокой адаптации к уникальным потребностям и условиям российского образования. Комплексный подход, предложенный в данной работе, позволяет студентам и молодым специалистам создать проект, который будет отличаться не только академической строгостью, но и высокой практической применимостью.

Для дальнейших исследований и практической реализации рекомендуется:

1. Проведение пилотных проектов: Разработка и тестирование отдельных модулей системы на базе реального образовательного учреждения для сбора обратной связи и корректировки требований.
2. Детализация интеграции с государственными системами: Более глубокое изучение API и протоколов взаимодействия с ФИС ГИА и приёма, ГИС «Моя школа» и другими федеральными и региональными ИС.
3. Изучение адаптации ИИ-технологий: Исследование конкретных алгоритмов машинного обучения для задач персонализации обучения, предиктивной аналитики и автоматической оценки в контексте образовательных данных.
4. Разработка стратегий кибербезопасности: Создание детализированных планов по реагированию на инциденты и обеспечению непрерывности работы ИС в условиях возрастающих угроз.

Таким образом, проектирование ИС в образовании — это динамичная и постоянно развивающаяся область, которая требует от специалистов междисциплинарных знаний и готовности к непрерывному обучению и адаптации.

Список использованной литературы

1. Анисимов, Б. В., Савельев, А. Я. Применение ЭЦВМ для автоматизации процесса составления учебных планов и расписаний // Использование ЭВМ в организации и планировании учебного процесса. — М.: Высшая школа, 1972. — С. 121-142.
2. Архангельский, С. И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы. — М.: Высшая школа, 1980. — 368 с.
3. Архангельский, С. И., Михеев, В. И. Теоретические основы научной организации педагогических исследований. — М.: Знание, 1976. — 27 с.
4. Бобков, В. П., Казмирчук, В. М., Морозов, Ю. Д., Франчук, В. И. Обеспечение надежности автоматизированных экономических информационных систем. — М.: МЭСИ, 1989. — 142 с.
5. Бойко, В. В., Савинков, В. М. Проектирование баз данных информационных систем. — М.: Финансы и статистика, 1989. — 35 с.
6. Виейра, Р. Программирование баз данных Microsoft SQL Server 2005. Базовый курс = Beginning Microsoft SQL Server 2005 Programming. — М.: Диалектика, 2007. — 832 с.
7. Войтюк, Т. Е., Осетрова, И. С. Основы проектирования реляционных баз данных средствами инструментальной среды: учеб.-метод. пособие. — СПб: Университет ИТМО, 2020.
8. Гайдамакин, Н. А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. — М.: Гелиос, 2002.
9. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. — Москва, 1995.
10. Гусев, И. Т., Мухин, Э. В., Сорокин, А. С., Сумароков, Л. Н. Методика разработки учебного плана // Использование ЭВМ в организации и планировании учебного процесса. — М.: Высшая школа, 1972. — С. 176-195.
11. Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. — 8-е изд. — М.: Вильямс, 2006. — 1328 с.
12. Джексон, Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микро ЭВМ: пер. с англ. — М.: Мир, 1991. — 252 с.
13. Диго, С. М. Проектирование и использование баз данных: учебник. — М.: Финансы и статистика, 1995. — 208 с.
14. Дьяченко, В. А., Набоков, В. И. Критерии оценки эффективности образовательного процесса на основе применения современных ИКТ // Молодой ученый. — 2011. — № 12. — С. 132-135.
15. Ермаков, А. В. Оценка экономической эффективности использования мультисервисной информационной системы вуза // Проблемы современного образования. — 2015. — № 1. — С. 27–34.
16. Захарова, И. Г. Информационные технологии в образовании. — М.: Академия, 2008. — 192 с.
17. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. (ГОСТ 34.201-89, ГОСТ 34.602-89, РД 50-682-80, РД 50-680-88, ГОСТ 34.601-90, ГОСТ 34.401-90, РД 50-34.698-90, ГОСТ 34.003-90, Р 50-34.119-90). — М., 1991. — 144 с.
18. Ларионова, О. А. Оценка эффективности информационных технологий как инструмента совершенствования организации процесса обучения // Экономика промышленности. — 2017. — Т. 10, № 1. — С. 87-95.
19. Леонтьев, Л. П., Гохман, О. Г. Проблемы управления учебным процессом. — Рига, 1984. — С. 24-62.
20. Методика оценки эффективности электронных образовательных систем // Современные наукоемкие технологии. — 2016. — № 10-1. — С. 138-142.
21. Михайлов, А., Мухин, А. Концепция информационного обеспечения МП в России. — М.: Инфоцентр, 1996. — 183 с.
22. Мэтьюс, М. Грамотная разработка программных приложений. — М., 1998.
23. Надзафова, М. Н. Тенденции развития информационных технологий, внедряемых в системе образования // Современные наукоемкие технологии. — 2021. — № 6. — С. 132-136.
24. Райкова, Ю. Д. Современные проблемы использования информационных технологий в образовании // Инженерно-педагогическое образование в XXI веке: материалы республиканской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (25 ноября 2022 г.): в 2 ч. — Минск: БНТУ, 2023. — Ч. 2. — С. 266-270.
25. Туровец, Н. О., Ващилов, А. Д., Маркоў, А. Н., Мигалевич, С. А. Виды и классификация информационных систем // Вестник БГУИР. — 2017. — № 6(112). — С. 115-121.
26. Ульман, Дж. Основы систем баз данных. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 334 с.
27. Уолтерс, Р. Э. SQL Server 2008: ускоренный курс для профессионалов = Accelerated SQL Server 2008. — М.: Вильямс, 2008. — 768 с.
28. Щербина, С. Web-интеграция: новый взгляд на построение корпоративных информационных систем // Информационные ресурсы России. — 2001. — № 5. — С. 10-11.
29. Аксюхин, А. А., Вицен, А. А., Мекшенева, Ж. В. Информационные технологии в образовании и науке // Современные наукоемкие технологии. — 2014. — № 5-2. — С. 200-202.
30. Реляционные базы данных: основные принципы, структура и характеристики. URL: https://cloud.yandex.ru/docs/managed-mysql/concepts/rdb (дата обращения: 24.10.2025).
31. Современные тенденции информационных технологий. URL: https://iis.guu.ru/articles/sovremennye-tendencii-informacionnyh-tehnologij (дата обращения: 24.10.2025).
32. Нормативно-правовая база реализации ЭО и ДОТ. URL: https://eios.mguu.ru/normativnye-dokumenty (дата обращения: 24.10.2025).
33. Проектирование реляционной базы данных. URL: https://www.hse.ru/data/2012/03/17/1261386127/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%80%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D0%B1%D0%B0%D0%B7%D0%B0%20%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
34. Проектирование информационных систем. Структура и модели жизненного цикла. URL: https://cito-web.ru/s/prjis.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
35. Лекция 1: Основные понятия технологии проектирования информационных систем (ИС). URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/2301/22/lecture/610 (дата обращения: 24.10.2025).
36. Методы оценки эффективности ИС. URL: https://rib.asu.ru/files/docs/1366079164_DS.F.4_Otsenka_pokazateley_effektivnosti_IS.doc (дата обращения: 24.10.2025).
37. Статья 98. Информационные системы в системе образования // КонсультантПлюс. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_140174/8a536979606d15b248a3c5a698622f991f863071/ (дата обращения: 24.10.2025).
38. Информационные системы/ресурсы. URL: https://obrnadzor.gov.ru/gosudarstvennye-uslugi/informatsionnye-sistemyresursy/ (дата обращения: 24.10.2025).
39. Эффективность информационных систем и технологий. URL: https://elib.uspu.ru/bitstream/handle/123456789/2312/12.pdf?sequence=1&isAllowed=y (дата обращения: 24.10.2025).
40. Использование населением информационных технологий и информационно-телекоммуникационных сетей, 2021 год. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/11194/document/13289 (дата обращения: 24.10.2025).
41. Информатизация образования. Общие показатели технической оснащенности системы образования региона. URL: https://koiro.edu.ru/files/documents/2016-10-04_analiticheskaya-spravka-itogi-2015-g.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
42. Проектирование образовательных систем в рамках ФГОС 3-го поколения. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49214732 (дата обращения: 24.10.2025).
43. Информационные системы, которые используются или будут использоваться в сфере начального общего, основного общего и среднего общего образования // КонсультантПлюс. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_355919/c39433d790d5718a93a129033481617d5c58972f/ (дата обращения: 24.10.2025).
44. Современные тенденции информатизации системы образования. URL: https://e.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/98520/02_Semenova.pdf (дата обращения: 24.10.2025).