modeliranje koncepata i podataka za nastavni plan područja...
TRANSCRIPT
P – 402
Modeliranje koncepata i podataka za nastavni plan područja
računarstva
Karmen Klarin
Sveučilišni odjel za stručne studije, Sveučilište u Splitu, Split, Hrvatska
Sažetak. Planiranje i izrada kurikuluma važan su dio obrazovnog procesa. Kurikulum za područje
računarstva treba biti osmišljen tako da studentima pruži znanja iz više područja, poput operacijskih
sustava, programskih jezika, informacijskih sustava, inteligentnih sustava, sigurnosti mreža i
komunikacije i slično. Kroz obrazovni proces studente treba pripremiti za razna zanimanja. Tako su,
osim osnovnih informatičkih zanimanja poput programiranja, danas aktualna i zanimanja vezana za
računalnu kemiju, ekoinformatiku ili bioinformatiku. Stoga kurikulum mora pružiti jasne i primjenjive
ciljeve obrazovnog procesa uz mogućnost fleksibilnih programa obrazovanja koji se mogu prilagoditi
stalnim promjenama na tržištu rada. Uz to, nastavni planovi moraju pripremiti studente za cjeloživotno
obrazovanje, moraju sadržavati elemente stručne prakse i iskustva u komunikaciji, timskom radu i
etici te moraju naučiti studente da prepoznaju važnost apstrakcije kako bi bili u stanju objediniti
teoriju i praksu.
U ovom radu prikazan je postupak raščlanjivanja osnovnih koncepata područja računarstva kao što su:
područja znanja i njihovi dijelovi, kolegiji i nastavne jedinice, ishodi učenja te radna mjesta i potrebne
vještine. Dizajniran je model podataka i implementiran ogledni skup podataka kurikuluma
računarstva. Izrađeno je nekoliko primjera upita kojima se mogu dobiti informacije o ciljevima i
ishodima učenja, traženim kompetencijama na tržištu rada te mogućnosti studenata da se zaposle i
mogućnosti poslodavaca da dobiju kandidate s potrebnim znanjem i vještinama. Model koncepata
oblikovan je pomoću alata za prikaz znanja preko konceptualnih grafova, a podaci i upiti oblikovani su
i izrađeni u relacijskoj bazi podataka.
Ključne riječi: modeliranje koncepata, modeliranje podataka, kurikulum, područje računarstva
1. Uvod
Obrazovanje i znanost u RH su od posebnog javnog interesa. Obrazovanje je jedan od
najvažnijih razvojnih prioriteta s obzirom na dinamičnost promjena u društvu, gospodarstvu i
kulturi, a naročito globalizaciju i primjene novih tehnologija koji se s uspjehom mogu
rješavati samo uz pomoć znanosti [1]. Obrazovni sustav i tržište rada moraju međusobno
surađivati jer će jedino tako pridonijeti razvoju gospodarstva, odnosno društva. Na slici 1
opisan je koncept povezivanja tržišta rada i procesa obrazovanja [2]. Hrvatski kvalifikacijski
okvir1 - HKO ima zadatak osigurati povezivanje između kompetencija koje opisuju zanimanja
pojedinih radnih mjesta u poduzeću i kvalifikacija koje se stječu u obrazovnim programima.
Kvalifikacija je naziv za objedinjene skupove ishoda učenja2 određenih razina, obujma,
profila, vrste i kvalitete, a dokazuje se svjedodžbom, diplomom ili drugom javnom ispravom
1 Hrvatski kvalifikacijski okvir je reformski instrument kojim se uređuje cjelokupni sustav kvalifikacija na svim
obrazovnim razinama u Republici Hrvatskoj kroz standarde kvalifikacija temeljene na ishodima učenja i usklađene s
potrebama tržišta rada, pojedinca i društva u cjelini. http://www.kvalifikacije.hr/
2 Ishodi učenja su kompetencije koje je osoba stekla učenjem i dokazala nakon postupka učenja. [3]
P – 403
koju izdaje ovlaštena pravna osoba [3]. Stoga je težnja da obrazovni programi stvaraju ishode
učenja koja su temelj za podršku ključnim poslovima na odgovarajućim radnim mjestima.
Slika 1. Povezivanje potreba tržišta rada i obrazovanja [1]
Treba napomenuti kako proces izrade standardnih kvalifikacija (a što je zadatak HKO-a)
započinje od definiranja zanimanja po sektorima u privredi i ispitivanja u kojim djelatnostima
se zapošljavaju osobe s tim zanimanjima (uz anketiranje poslodavaca) [2]. Zatim se definiraju
kompetencije3 i skupovi kompetencija potrebne za prepoznata zanimanja na temelju kojih se
izrađuju ishodi učenja i skupovi ishoda učenja4 koji postaju dijelom obrazovnih programa.
Standardi bi trebali osigurati kvalitetu i garantirati iste ishode učenja za iste kvalifikacije [2].
Drugo poglavlje ovog rada opisuje ukratko osnovne elemente obrazovnog procesa i potreba
tržišta rada s naglaskom na kvalifikacije koje povezuju ova dva subjekta. Izrađen je
konceptualni model s primjerima koncepata i veza među konceptima za studij informacijske
tehnologije (računarstva).
U trećem poglavlju prezentiran je model podataka sustava obrazovanja vezano za nastavni
plan (kurikulum). Za neke segmente organiziranja i praćenja uspješnosti obrazovnog procesa
osmišljen je prototip s upitima nad podacima. Rezultat upita prikazuje odnos nastavnih cjelina
i područja znanja koje je u njima zastupljeno, a također i razinu odgovarajućih ishoda učenja.
U četvrtom zaključnom poglavlju dan je osvrt na pojavljivanje ishoda učenja u procesu
obrazovanja i potreba tržišta rada. Cilj je ukazati na potencijal programskih rješenja (jednog
ili više informacijskih sustava) koji se mogu povezati preko odgovarajućih standarda
kvalifikacija i radnih mjesta i tako pravovremeno pomoći svim sudionicima u donošenju
kvalitetnih poslovnih odluka.
2. Koncepti obrazovnog procesa i njihova veza s tržištem rada
Prema slici 1, kompetencije su točka u kojoj se susreću kvalifikacije koje je osoba stekla
učenjem i završenim obrazovanjem s jedne strane te s druge strane zanimanja koja su
potrebna poduzećima, a za koja se traže određene kompetencije. Na slici 2 prikazan je s lijeva
na desno proces obrazovanja u kome se stječu kompetencije poput određenih znanja i vještina
koje se vrednuju preko ishoda učenja koji su, nadalje, sastavni dio potvrde (dokumenta) o
kvalifikacijama nakon završenog obrazovanja s kojom osoba može tražiti posao na tržištu
rada.
3 Kompetencije su znanja i vještine te pripadajuća samostalnost i odgovornost. [3]
4 Skup ishoda učenja je najmanji cjelovit skup povezanih ishoda učenja iste razine, obujma i profila. [3]
P – 404
Slika 2. Osnovni elementi kvalifikacija [5]
2.1 Konceptualno modeliranje obrazovanja i potreba tržišta rada
Model sustava obrazovanja i njegovih osnovnih elemenata poput studijskih programa,
pripadajućih predmeta i kompetencija prikazan je na primjeru studija informacijske
tehnologije (IT), studijskih modula i nekoliko oglednih predmeta (slika 3). Model je izrađen
tehnikom modeliranja koncepata u alatu Cogui [6]. Da bi priča bila zaokružena, u modelu je
nabrojano i nekoliko osnovnih zanimanja iz područja IT. Uz model koncepata (naziva se i
taksonomija koncepata) nužno je modelirati i relacije među konceptima koje opisuju prirodu
njihove povezanosti (slika 3).
Slika 3. Koncepti sustava obrazovanja i pripadajuće relacije
P – 405
Na temelju taksonomije koncepata i taksonomije relacija mogu se graditi pravila povezanosti,
poput konceptualnog grafa [7] na slici 4. Ovaj graf opisuje odnos između obrazovanja,
kompetencija i zanimanja (slika 1.) povezano preko primjera studija Informacijske tehnologije
i zanimanja programera.
Slika 4. Konceptualni graf za primjer studija IT i znanja i vještina koje pruža za zanimanje programera
U nastavku rada predložen je prototip modela podataka za opseg promatranog područja, a to
je sustav obrazovanja (desni dio slike 4). Prepoznati su osnovni dijelovi tog sustava: nastavni
planovi studijskog programa, eventualno modula unutar studija i pojedinačnih predmeta.
Nastavni plan treba povezati s kompetencijama, a prema dosadašnjoj analizi to povezivanje
treba ostvariti preko ishoda učenja. Pogledajmo kako je to zadano u dokumentu Strategije
obrazovanja, znanosti i tehnologije.
2.2 Ciljevi obrazovnog sustava
Strategija obrazovanja, znanosti i tehnologije [1] u domeni visokog obrazovanja navodi
nekoliko ciljeva koje treba implementirati u nastavni proces, prvenstveno kroz prilagodbu
nastavnog plana i proširenje elementima ishoda učenja. Evo primjer dva zanimljiva cilja
(djelomično izdvojeno iz originala [1]) koji se mogu implementirati u programsko rješenje za
poboljšanje obrazovnog sustava:
1) Prilagoditi sadržaje studijskih programa jasno definiranim ishodima učenja – treba
zadati jasne i provjerljive ishode učenja na svim razinama studijskog programa koji
trebaju biti potvrđeni odgovarajućom kvalifikacijom.
2) Utemeljiti razlikovanje sveučilišnih, odnosno stručnih studijskih programa isključivo
na transparentnim verificiranim kompetencijama – na stručnim studijima prevladavaju
stručni nastavni sadržaji kojima se usvajaju vještine, a na sveučilišnim studijima
prevladavaju sveučilišni nastavni sadržaji kojima se pretežno usvajaju (teorijska)
znanja. Stručni bi studiji trebali biti fleksibilniji tako da mogu brzo odgovarati na
kratkoročne zahtjeve tržišta.
Razmišljajući kao informatičari, ova dva cilja možemo protumačiti kao glavne korisničke
zahtjeve visoke razine koji definiraju skup funkcionalnosti programskog rješenja. Prvi cilj je
temeljni za modeliranje baze podataka u koju bi se evidentirali svi elementi obrazovnog
procesa. Drugi cilj je više strateškog karaktera jer je potrebno realizirati prvi cilj da bi se kroz
lepezu upita nad osnovnim podacima dobila pregledna izvješća koja bi služila za poboljšanje
obrazovnog procesa i donošenje strateških odluka. Pogledajmo prijedlog realizacije ova dva
navedena cilja.
P – 406
3. Model prototipa nastavnog plana studija Informacijske tehnologije
Modeliranje podataka započinje definiranjem osnovnih entiteta poput popisa predmeta i
oblika održavanja nastave, popisa kategorija znanja (područja i pripadajuće jedinice znanja5) i
slično. Nakon toga će biti zadana glavna skupina podataka koja prikazuje nastavne cjeline za
pojedini predmet podijeljene po tjednima održavanja nastave. Nastavnim cjelinama će se
dodijeliti jedinice znanja pomoću kojih će biti moguće praćenje nastavnog plana po
područjima znanja za pojedini predmet, ali i na razini studija (ili neke druge podjele). Na
kraju će ishodi učenja povezati jedinice znanja i nastavne cjeline. Tako se otvara niz
mogućnosti praćenja obrazovnog procesa i njegovih dijelova kroz ishode učenja i pripadajuća
područja znanja (kompetencija). U nastavku su detaljnije opisani elementi modela podataka i
preglednih izvješća.
3.1 Osnovni entiteti nastavnog plana
Osnovni entiteti baze podataka nastavnog plana (za područje računarstva, odnosno
informacijske tehnologije Sveučilišnog odjela za stručne studije Sveučilišta u Splitu) prikazani
su na slici 5. To su podaci o: predmetima, području znanja i jedinicama znanja, oblicima
nastave i razinama ishoda učenja.
Slika 5. Osnovni entiteti i primjeri podataka nastavnog plana
5 U ovom primjeru prototipa programskog rješenja za kompetencije je, radi jednostavnosti, uzeta samo
kategorija znanja.
P – 407
3.2 Praćenje važnih funkcionalnosti obrazovnog procesa
Na slici 6a) zadan je konceptualni graf koji povezuje predmet Informacijski sustavi na studiju
IT s odgovarajućim kompetencijama; to je područje znanja Programskog inženjerstva. Desni
dio slike 6b) prikazuje primjer podataka u bazi gdje se uz zadane koncepte vodi i podatak o
postotku udjela pojedinog područja znanja u jednoj nastavnoj cjelini. Uz pomoć takve mjere
moguće je kroz izvješće Područja znanja po predmetu dobiti udio pojedinog područja znanja
u održanim satima, slika 6c). Naravno da je uz odgovarajući algoritam moguće taj podatak
prevesti u ECTS bodove. Kada bi se nastavne cjeline i znanje u ostalim predmeta mjerili na
isti način mogli bi na kraju obrazovanja dobiti udio pojedinog područja znanja u cjelokupnom
studiranju. To je prvi korak k postizanju kompetencija koje se traže na tržištu rada jer se lako
može usporediti koje kompetencije pruža studij, a koje se traže na tržištu rada.
Slika 6. Povezivanje nastavnih cjelina i područja znanja
3.2.1 Proširenje podataka s ishodima učenja
Daljnja usporedba dobiva još jednu dimenziju proširenjem postavljenog modela s ishodima
učenja. Ako se definiraju ishodi učenja na razini predmeta onda se može dobiti pregled kao na
slici 7. Ako grupiramo predmete prema područjima znanja pa kažemo da se predmet
Informacijski sustavi i Projektiranje informacijskih sustava nalaze uglavnom u području
znanja Programskog inženjerstva onda možemo pomoću izvješća sa slike 7 usporediti koliko
su ishodi učenja usklađeni.
P – 408
Slika 7 Ishodi učenja za pojedini predmet
Predložena usporedba je prihvatljiva ako pregledavamo ograničenu količinu informacija,
poput ovo primjera koji se odnosi na dva predmeta. Pregledi koji bi nam pružili usporedbu
znanja i/ili ishoda učenja na razini cijelog studija, modula na koje je studij podijeljen, godina
studiranja i slično, zahtijevaju međusobno povezivanje elemenata obrazovnog procesa i
unošenje velikog broja podataka. Složenost takvog programskog rješenja nadilazi opseg ovog
rada. Ipak, možemo pogledati primjer povezivanja područja znanja i ishoda učenja na razini
koncepata kao na slici 8.
Slika 8. Primjer povezivanja koncepata znanja i ishoda učenja
Ako se povezivanje među konceptima na slici 8. realizira preko nastavnih cjelina za pojedini
predmet onda se mogu dobiti pregledi strukturirani u raznovrsnim hijerarhijama, ovisno o
potrebi analiziranja elemenata sustava obrazovanja. Jedan primjer je i izvješće na slici 9, koje
pokazuje ishode učenja grupirane prema područjima znanja.
Slika 9. Izvješće pregleda znanja i ishoda učenja za predmet Informacijski sustavi
P – 409
3.2.2 Nastavne cjeline, ishodi učenja i područja znanja
Područjima i jedinicama znanja pridijeljeni su ishodi učenja razrađeni prema osnovnim
razinama ishoda učenja [9] [10]. Slika 10. prikazuje razradu pojedine cjeline znanja na
očekivane ishode učenja. Taj popis ishoda učenja zadan je za cijeli studij (eventualno za
studijski modul). Pojedinom predmetu se po područjima znanja pridružuju podskupovi
odgovarajućih ishoda učenja. Na kraju te ishode učenja pridružimo nastavnim cjelinama (i
njihovim područjima znanja, slika 11) i tada dobivamo temelj za pretraživanje i zaključivanje
na osnovu svih važnih elemenata procesa obrazovanja.
Slika 10. Povezivanje područja znanja i ishoda učenja
Slika 11. Nastavne cjeline razrađene na područja znanja kojima se pridružuju odgovarajući ishodi učenja
Na slici 11 razrađene su nastavne cjeline predmeta na područja znanja (od prije slika 6b)
kojima se onda dodatno pridružuju upravo oni ishodi učenja koji se odnose na ta područja
znanja. Razrada ishoda učenja po područjima znanja trebala bi sadržavati potpuni skup ishoda
učenja koja na kraju studija definiraju kompetencije završenog studenta. Kada bi cijeli
nastavni plan bio razrađen do detalja onda bi se mogla pratiti evolucija svakog područja
znanja i konačni rezultat bi definirao završene kvalifikacije (slika 2).
U nastavku su prikazani: (1) primjer pregleda znanja i pripadajućih ishoda učenja u odnosu na
nastavne cjelina pojedinog predmeta (slika 12) i (2) primjer pregleda znanja i nastavnih
cjelina pojedinog predmeta u odnosu na očekivane ishode učenja (slika 13).
P – 410
Slika 12. Podjela znanja na ishode učenja te pridružene nastavne cjeline, po predmetima
Slika 13. Podjela znanja po nastavnim cjelinama predmeta i pridruženi ishodi učenja
P – 411
Složene usporedbe svih elemenata sustava obrazovanja koji su u ovom radu opisani mogu
pružiti preglede sintetizirane na razini studija i stečenih kvalifikacija. Primjerice, u baznim
predmetima nekog studija ishodi učenja mogu biti nižih razina (takozvani lower order
thinking [11]), a onda se u predmetima viših godina uče detalji nekog područja uz povezivanje
i korištenje znanja i tada se postižu više razine ishoda učenja po područjima (takozvani higher
order thinking [11]). Pregledom područja znanja i dostignutih razina ishoda učenja moglo bi
se zaključiti za koje kvalifikacije je student više, a za koje manje obrazovan. Dodavanjem
dimenzije ECTS bodova dostignute razine mogu biti mjerene i u postotku.
Nadalje, iz literature [11], zanimljivo je kako se nad ovom dimenzijom kognitivnog procesa
(Congitive Process Dimension, odnosno podjela prema Bloomovoj taksonomiji, kakvu
poznajemo u ovom radu [4]) može dodati takozvana dimenzija znanja (Knowledge
Dimension). Tako se dimenzija znanja može klasificirati u četiri stanja: činjenično,
konceptualno, proceduralno i metakognitivno znanje. Načelno bi se moglo reći da ta
dimenzija znanja odvaja stručne sadržaje od teorijskih znanja. Sigurno bi bilo zanimljivo
napraviti dodatnu analizu primjera u ovom radu uključivanjem i dimenzije znanja u praćenje
obrazovnog procesa.
4. Zaključak
Za zaključak bi se mogli osvrnuti na pojavljivanje ishoda učenja u procesu obrazovanja i
potreba tržišta rada [4]. Na početku procesa obrazovanja u nastavnom planu svrha praćenja
ishoda učenja je utvrditi očekivanja od svake aktivnosti učenja. U postupku ocjenjivanja,
ishodi učenja bi trebali osigurati homogenost u procjeni uspješnosti studenata. Sve ove
elemente, zajedno s pružanjem informacija poslodavcu o kvalifikacijama kandidata na osnovu
ishoda učenja opisali smo kroz jednostavni primjer/prototip programskog rješenja u ovom
radu. Potreba i plan da se dobro definiraju kvalifikacije na razini cijelog sustava obrazovanja
RH osnovni je cilj HKO-a [3], ali ne samo u Republici Hrvatskoj nego i na razini EU. I
najvažniji zadnji korak u ovoj priči, ali prvi u procesu izrade HKO je standard zanimanja koji
se može koristiti pri utvrđivanju kvalifikacija, prvenstveno u strukovnom obrazovanju. Time
je još jednom naglašena povezanost s obrazovnim procesom koji treba biti u stanju brzo
odgovoriti na potrebe tržišta rada prilagođavanjem svog nastavnog plana.
Primjer prototipa programskog rješenja razrađenog u ovom radu ukazuje na mogućnost
povezivanja (jednog ili više) informacijskih sustava obrazovanja koji bi se mogli povezati
preko odgovarajućih standarda kvalifikacija i radnih mjesta i tako pravovremeno pomoći svim
sudionicima u donošenju kvalitetnih poslovnih odluka.
REFERENCE
[1] „Strategija obrazovanja, znanosti i tehnologije,“ Narodne novine br.124, 24.10.2014.
[2] „Smjernice za izradu standarda zanimanja (radna verzija),“ Ministrastvo rada i mirovinskog
sustava, Zagreb, veljača 2016.
[3] „Zakon o Hrvatskom kvalifikacijskom okviru,“ Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta, ISBN
978-953-6569-82-3, Zagreb, 2013.
[4] „Primjena ishoda učenja,“ četvrta publikacija iz serije o Europskom kvalifikacijskom okviru
(EQF), Ministarstvo obrazovanja, znanosti i sporta, ISBN 978-953-6569-88-5, Zagreb, 2013.
[5] R. Beljo Lučić et al., „Uvod u kvalifikacije, HKO,“ Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta,
Zagreb, 2009.
[6] http://www.lirmm.fr/cogui, ožujak, 2014.
[7] J. F. Sowa, „Conceptual graphs for representing conceptual structures,“ in Conceptual Structures
in Practice, pp. 125-136., 2009.
P – 412
[8] M. Chein, M.-L. Mugnier, „Graph-based knowledge representation: Computational foundations
of conceptual graphs,“ DOI: 10.1007/978-1-84800-286-9, Springer, 2010.
[9] „Computer Science Curricula 2013, Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs
in Computer Science,“ The Joint Task Force on Computing Curricula ACM, IEEE Computer
Society, 2013.
[10] http://www.eucip.com/, 10.02.2016.
[11] „A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assessing: A Revision of Bloom's Taxonomy of
Educational Objectives,“ editors L. W. Anderson and D. R. Krathwohl, 2012.
Conceptual and Data Modeling for a Computer Science
Curriculumm
Karmen Klarin
University department of professional studies, University of Split, Split, Croatia
Abstract. The stage of planning and creation of a Curriculum is an important step in the educational
process. A Curriculum in Computer Sciences must be conceptualized in such a way that students
acquire knowledge from various areas such as operational systems, programming languages,
information systems, intelligent systems, communications and network security, etc. The educational
process must prepare students for various professions. In addition to classical IT professions, today's
IT related jobs include EcoInformatics or BioInformatics. Therefore the curriculum must offer a clear
and applicable purpose of the educational process, including flexible educational programs that can be
easily adjusted to the continuous changes in the job market. In addition, the curriculum must prepare
students for life-long learning, including the on-hand work experience and communication skills, team
work and ethics and teach them to appreciate the importance of abstraction in order to unify their
theoretical and practical knowledge.
This paper describes the decomposition of key concepts of the field of Computing such as: knowledge
domains and their parts, academic courses, learning objects and outcomes, as well as work places and
required skills. A data model has been designed together with an experimental set of data describing
the Computer Science Curriculum. Several queries have been constructed that can be used to obtain
information on learning aims and outcomes, required competencies on the job market, and the ability
of students to find employment, as well as the possibility that the employers find candidates that match
the required skills and competencies. The conceptual model was designed with a tool for knowledge
representation that uses conceptual graphs. Data and queries were designed and built in a relational
database.
Key words: conceptual modeling, data modeling, curriculum, Computer science