Введение
Национальные проекты и программы («Цифровая экономика», «Современная цифровая образовательная среда») подчеркивают необходимость внедрения новых технологий обучения и расширения доступа к образованию независимо от места нахождения обучающихся. Разработка и применение отечественных решений виртуальных лабораторий также способствует технологическому суверенитету образовательной отрасли.
Однако современные Learning Management System (с английского «система управления обучением» – это платформа для онлайн-обучения – LMS) не обеспечивают полноценной поддержки практико-ориентированных лабораторных занятий в системе дистанционного обучения обеспечения систем управления и механизмов принятия решений [1] в организационных системах. Это выражается в сложностях интеграции виртуальных лабораторий в образовательный процесс и отсутствии унифицированных подходов к автоматизации дистанционных практико-ориентированных лабораторных занятий.
Актуальность исследования обусловлена потребностью образовательных организаций в эффективных решениях [2] для управления процессами проведения практических занятий в организационных системах дистанционного обучения [3]. Практико-ориентированное обучение провозглашено одним из приоритетов современной высшей школы [4], а технологии виртуальных компьютерных лабораторий позволяют реализовать его в условиях цифровой образовательной среды. Разработка интегрированных решений на стыке LMS и систем виртуализации [5] соответствует задачам национальных проектов по цифровой трансформации образования и создает предпосылки для повышения качества подготовки выпускников [6], их цифровых компетенций и конкурентоспособности на рынке труда.
Цель исследования – разработать архитектуру образовательной системы, обеспечивающей управление организационными системами и автоматизацию дистанционных образовательных процессов лабораторно-практических занятий. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
– исследовать текущие процессы организации лабораторных работ при дистанционном обучении, выявить узкие места и ограничения;
– проанализировать ограничения распространенных LMS в контексте интеграции и поддержки виртуальных компьютерных лабораторий;
– разработать типовые сценарии взаимодействия пользователей с интегрированной системой виртуальных компьютерных лабораторий.
На основании предложенной модели будет выполнена формализация процессов с помощью нотации BPMN 2.0 [7].
Материалы и методы исследования
Исследование выполнено в рамках анализа преподавательской практики в Российской академии народного хозяйства и государственной службы (РАНХиГС) и исследования открытых данных [3]. В качестве методологической основы использованы методы анализа бизнес-процессов [7].
В рамках исследования проведено моделирование текущего состояния процессов дистанционного выполнения лабораторных работ с использованием нотации BPMN 2.0. Эта модель характеризуется разрозненностью инструментов [8], где студенты используют LMS для теории и отчетности, а практические задания выполняют в отдельных виртуальных средах, не связанных напрямую с LMS.
Был выполнен сравнительный обзор распространенных систем управления обучением (LMS), включая коммерческие и открытые решения с особым вниманием к платформе Moodle, являющейся одной из наиболее популярных открытых LMS [9], широко используемых образовательными учреждениями по всему миру [10].
Для достижения цели исследования применен комплекс методов.
Во-первых, проведено моделирование пользовательских сценариев для основных ролей системы: студент, преподаватель и администратор. Каждый сценарий в существующей модели подробно описывает последовательность действий и взаимодействие пользователя с LMS и внешними лабораторными средствами, что позволило выявить узкие места и избыточную нагрузку на участников.
Во-вторых, разработана целевая модель интеграции LMS с виртуальными лабораториями (модель to be) [11], в которой спроектировано единое пространство [12], обеспечивающее взаимодействие между LMS с инфраструктурой виртуальных машин. Данная модель была визуализирована с помощью диаграмм бизнес-процессов (BPMN) для отображения сценариев выполнения лабораторной работы.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ показал, что существующая неинтегрированная модель создает ряд проблем.
Во-первых, наблюдается высокая нагрузка на студента, ему приходится работать сразу в нескольких разрозненных системах, самостоятельно переносить результаты между ними и помнить отдельные учетные данные.
Отсутствие единого окна, представленное на рис. 1, для доступа к учебным материалам и лабораториям усложняет процесс обучения и отвлекает от освоения практических навыков, являющихся целью лабораторной работы.
Рис. 1. Процесс предоставления задания на лабораторную работу Источник: составлено авторами по результатам анализа преподавательской практики в РАНХиГС
LMS должна выступать единым порталом для всех учебных ресурсов, включая лабораторные работы; однако в текущей модели это не реализовано, и студент лишен подобных удобств.
Во-вторых, отмечается отсутствие унификации инфраструктуры виртуальных машин на уровне вуза, а именно, каждая установка необходимых средств для виртуальной лаборатории существует как обособленное решение под нужды конкретной кафедры или курса без единых стандартов. Процесс представлен на рис. 2.
Исследования показывают, что большинство удаленных и виртуальных лабораторий разрабатываются изолированно, под специфические требования отдельных учреждений. Это приводит к дублированию усилий и затрате значительного времени и ресурсов на поддержку каждой отдельной системы.
В-третьих, имеется разрозненность систем: платформа LMS и средства виртуальных лабораторий фактически не связаны друг с другом. Учебные данные не передаются автоматически в LMS, отсутствует сквозная аутентификация.
Рис. 2. Процесс настройки рабочего окружения Источник: составлено авторами по результатам анализа преподавательской практики в РАНХиГС
Многие удаленные лаборатории функционируют автономно, независимо от других учебных систем, что подтверждает данный вывод. В итоге текущая разрозненная модель снижает эффективность обучения, а значительная часть усилий студентов и преподавателей тратится на организационные и технические вопросы вместо концентрации на содержании лабораторных работ.
Выявленные проблемы во многом обусловлены тем, что возможности типичной LMS в области проведения практических занятий ограничены. Во время сравнительного анализа было установлено, что в стандартной функциональности Moodle отсутствуют средства для прямого запуска полноценных виртуальных машин. Чтобы предоставить студентам доступ к виртуальному стенду или эмуляции, требуется привлечение внешних сервисов или плагинов, так как штатными средствами Moodle не позволяет развернуть персональные экземпляры виртуальных машин (далее - ВМ) для каждого пользователя. Поддержка интерактивных практических занятий также минимальна, LMS отлично справляется с тестированием, размещением материалов, форумами и видеоконференциями, но не предоставляет встроенных инструментов для выполнения лабораторных сценариев без сторонних расширений. Кроме того, обнаружено отсутствие разграничения доступа в текущей модели лабораторных работ. Из-за того, что лабораторная инфраструктура функционирует отдельно, роль и права пользователя в LMS не переносятся автоматически во внешнюю систему. В результате администраторы вынуждены выдавать студентам прямой доступ к лабораторным серверам, что создает риски для информационной безопасности. Таким образом, предоставление обучающимся прямого удаленного доступа к лабораторному оборудованию даже с ограниченными правами несет угрозы безопасности и считается нежелательным.
Система цифровых двойников [6] компьютерной лаборатории автоматически управляет жизненным циклом ВМ, а именно подготовкой образов, запуском ВМ по запросу, остановкой по завершении работы, а при необходимости удалением или сбросом окружения. Такой автоматизированный жизненный цикл позволяет избежать ручной работы преподавателей и администраторов по выдаче доступа и мониторингу состояний каждой ВМ. Внедрение цифрового двойника компьютерной лаборатории также решает проблему распределения ролей и прав студента, преподавателя и администратора в цифровом двойнике компьютерной лаборатории.
Разработанная архитектура виртуальной компьютерной лаборатории предусматривает передачу в лабораторную систему информации о роли пользователя в LMS, тем самым обеспечивая разграничение доступа. Таким образом, студент получает изолированную виртуальную машину с ограниченными правами. Все участники работают под своими учетными записями LMS, что облегчает управление пользователями.
Рис. 3. Процесс для роли «Студент» Источник: составлено авторами по результатам анализа преподавательской практики в РАНХиГС
Рис. 4. Процесс для роли «Преподаватель» Источник: составлено авторами по результатам анализа преподавательской практики в РАНХиГС
Рис. 5. Процесс для роли «Администратор» Источник: составлено авторами по результатам анализа преподавательской практики в РАНХиГС
Отдельно были проработаны сценарии использования системы для каждой роли. На рис. 3 в новой модели студент авторизуется на платформе, запускает лабораторную работу из интерфейса курса и выполняет задания в открывшейся виртуальной среде, после чего прикрепляет отчет и завершает задание. Если студент не нажимает на кнопку завершить задание, то происходит остановка ВМ.
Преподаватель через LMS предварительно направляет заявку на создание требуемого образа ВМ для лабораторной работы, создает задание и настраивает параметры для лабораторной работы, получает отчетность по завершении выполнения задания со стороны студента и прикрепления отчета по заданию, далее, согласно представленному отчету, преподаватель выставляет оценку в кабинете LMS. Если в рамках проверки отчета о задании его требуется доработать, то преподаватель возвращает задание на доработку и ожидает исправленный отчет от студента. Процесс представлен на рис. 4.
Администратор управляет интеграцией и добавляет доступные типы лабораторий в систему, следит за нагрузкой на серверы виртуальных машин [13], контролирует распределение ресурсов. В рамках процесса, представленного на рис. 5, администратор разворачивает интегрированную инфраструктуру LMS и ВМ, создает требуемые образы и выполняет мониторинг нагрузки на сервер ВМ и LMS. По окончанию семестра администратор очищает образы ВМ.
Таким образом, новая to be модель интеграции инфраструктуры ВМ и LMS обеспечивает полное технологическое и интерфейсное слияние LMS и виртуальных лабораторий, что позволяет устранить недостатки исходной схемы, а эксплуатация системы упрощается за счет автоматизации.
Предложенное решение превосходит текущую разобщенную модель по ряду показателей. Прежде всего, снижается лишняя нагрузка на студентов.
Во-вторых, все лабораторные работы выполняются в одном формате через LMS, что упрощает методическое сопровождение курсов.
В-третьих, интеграция обеспечивает централизованное управление доступом и ресурсами. Администраторы и преподаватели работают в единой системе, где автоматически синхронизируются данные пользователей [14, 15] и результаты лабораторных заданий, что повышает прозрачность и контроль.
Также интеграция виртуальных лабораторий в образовательный процесс положительно сказывается на качестве практико-ориентированного обучения. Студенты получают больше возможностей для непосредственного освоения навыков в безопасной виртуальной среде, что ведет к лучшему усвоению материала и результатам. Таким образом, предложенная модель не только решает обнаруженные недостатки, но и создает условия для более эффективного и современного образовательного процесса.
Заключение
Обобщены выявленные проблемы текущей организации лабораторных занятий в дистанционном формате и подтверждена необходимость системной интеграции LMS и виртуальных лабораторий для их решения. Подчеркнута значимость предложенной целевой модели в повышении качества дистанционного образования.
Внедрение систем виртуальных компьютерных лабораторий находится в русле государственной политики по созданию современной цифровой образовательной среды.
Создание моделей процессов позволило выявить места возможных усовершенствований и четко регламентировать взаимодействие между ролями.
Функциональный анализ, проведенный в данной работе, подтверждает, что интеграция виртуальных компьютерных лабораторий в LMS является перспективным путем повышения качества управления организацией дистанционного обучения. Создавая виртуальные учебные пространства, максимально приближенные по возможностям к реальным лабораториям, вузы смогут готовить студентов-практиков в цифровом формате, не уступая очной форме. Это особенно актуально для подготовки специалистов в области информационных технологий и инженерии, где практика является обязательной частью обучения. Реализация разработанных моделей интеграции LMS с виртуальными компьютерными лабораториями будет способствовать достижению целей образовательных стандартов и национальных программ в части цифровой трансформации образования, а также обеспечит устойчивость системы высшего образования перед внешними вызовами, требующими оперативного перехода на дистанционные технологии.
Библиографическая ссылка
Михеева Е.О., Ромашкова О.Н. УПРАВЛЕНИЕ ДИСТАНЦИОННЫМ ОБУЧЕНИЕМ В КОНТЕКСТЕ ОРГАНИЗАЦИИ ВИРТУАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ // Современные наукоемкие технологии. 2025. № 7. С. 43-51;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=40439 (дата обращения: 08.08.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/snt.40439