CC BY
35
базы данных, а в общее информационное поле. И наоборот, при потребности в какой-либо информации из любой подсистемы она может быть получена из единого хранилища данных, что позволит повысить оперативность работы с информацией.
Новая преобразованная схема информационных потоков приведена на рис.3.
Использование такого единого хранилища данных в качестве информационного поля позволит повысить эффективность управления городской инженерной сетью, качество документооборота, оперативность и улучшить информационное обеспечение принимаемых решений.
Литература: 1. Евдокимов А.Г., Коринько И.В., Кузнецов В.Н., Самойленко Н.И. Рациональная эксплуатация и развитие систем водоснабжения и водоотведения. Т. 1. Компьютеризация в системах водоснабжения. Учебное пособие / Под ред. проф. А.Г. Евдокимова и Н.И. Самойленко. Х.:ХТУРЭ, 1997. 276 с. 2. Игнатьева А.В., Максимцов М.М. Исследование систем управления.
М.: ЮНИТИ, 2000 . 158 с. 3. АгаджановГ.К. Економіка водопровідно-каналізаційних підприємств: Навч. посібник. Х.: Основа, 2000. 304 с.
Поступила в редколлегию 16.12.2002
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Шостак В. Ф.
Манакова Наталья Олеговна, ассистент кафедры ПМ и ВТ ХГАГХ. Научные интересы: информационные технологии, сетевые системы. геоинформационные системы. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Революции, 12, к. 227, тел. 45-90-31.
Белогурова Анна Викторовна, канд. техн. наук, доцент кафедры ПМ и ВТ ХГАГХ. Научные интересы: информационные технологии, теория оптимизации. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Революции, 12, к. 227, тел. 45-90-31.
Гавриленко Ирина Александровна, аспирант кафедры ПМ и ВТ ХГАГХ. Научные интересы: информационные технологии, управление сложными системами. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Революции, 12, к. 227, тел. 45-90-31.
УДК 681.326
МОДЕЛЬ ІНФОРМАЦІЙНОЇ ВЗАЄМОДІЇ В ОРІЄНТОВАНИХ НА УПРАВЛІННЯ УЧБОВИМ ПРОЦЕСОМ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ І НАВЧАННЯ
КАТАЄВА Є.Ю.___________________________
Розглядається модель інформаційної взаємодії систем контролю знань і навчання та систем управління учбовим процесом. Викладаються підходи до побудови автоматизованих систем контролю знань і навчання, особливістю яких є комплексна автоматизація функцій підготовки спеціалістів та функцій управління учбовим процесом.
Складна ситуація, що склалась зараз у галузі освіти в Україні, потребує вирішення важливих завдань забезпечення стабільної роботи вищих закладів освіти (ВЗО) і розвитку нових освітніх програм в рамках існуючої системи управління ВЗО. Процес управління у вищих закладах освіти характеризується сукупністю властивостей: складністю та невизначеністю, багатокритеріальністю рішень, динамічним характером протікання процесів, суперечливістю та важко формалізованим характером функціонування елементів системи управління [ 1]. Існує єдиний вірний шлях задоволення цих вимог — інформатизація системи управління вищими закладами освіти на основі створення автоматизованих інформаційних систем та технологій, які забезпечують вирішення задач збору, обробки, зберігання та ефективного використання інформації в процесі управління. Наявність невирішених проблем в управлінні ВЗО і нагальна потреба їх розв’язання обумовили актуальність наукових дос-
ліджень, результати яких наведені в цій роботі. В основі інтенсифікації навчальної діяльності майже завжди знаходяться автоматизовані системи контролю знань і навчання (АСКЗН). Але крім основного призначення — навчання і контроль знань студентів, у цих систем є і похідна місія — вплив на процес управління навчанням (учбовим процесом). Створення АСКЗН, яка б ефективно формувала інформаційне наповнення тих об'єктів, що визначають рівень знань, вмінь і навичок випускників, і яка могла б характеризувати причини, що призводять до незадовільного рівня знань, вмінь і навичок, дозволило б підвищити ефективність учбового процесу. Виникає необхідність у підвищенні ефективності управління учбовим процесом на основі автоматизації і модернізації його інформаційного забезпечення через використання науково -обгрунтованої технології збору і представлення необхідної інформації в процесі автоматизованого контролю знань і навчання студентів.
Для вирішення цього завдання розглянемо зв’язок між технологією автоматизованого контролю знань і навчання та ефективністю процесу навчання. Наповнення інформаційного середовища ВЗО повинно бути таким, щоб цілеспрямовано і з найменшими витратами формувати ті зміни в інтелектуальному апараті суб’єкта навчання, які забезпечать випуск спеціаліста з необхідним рівнем знань, вмінь та навичок. Представимо сукупність знань, вмінь і навичок, які потрібно сформувати у спеціаліста, у вигляді множини інформаційних об’єктів інтелектуального апарату суб'єкта навчання. Тоді метою навчання є формування у студента набору інформаційних об’єктів (що відповідають знанням, вмінням та навичкам професійної діяльності), які відображають необхідні для спеціаліста реакції (або правила вироблення таких реакцій) на ті чи інші ситуації в предметній області.
134
РИ, 2003, № 1
Визначення 1. Під знаннями, вміннями та навичками студентів будемо розуміти множину інформаційних об’єктів Uj={ujk|, які відображають деякі факти, поняття, визначення чи алгоритми дій, що відносяться до предметної області професійної діяльності спеціаліста.
Основні фактори, які впливають на якість підготовки спеціаліста, — це початковий рівень знань студентів, умінь та навичок, а також система дій процесу навчання, що впливає на кінцевий рівень знань студента (спеціаліста). Різниця між початковим і кінцевим рівнем знань, вмінь і навичок є критерієм ефективності учбового процесу. Врахувавши, що знання, вміння та навички є відображенням наповнення інформаційних об’єктів, можна сказати, що різниця в рівнях знань, вмінь і навичок є критерієм ефективності технології наповнення інформаційного середовища суб’єктів навчання.
В загальному вигляді ефективність наповнення інформаційного середовища суб’єктів навчання залежить від ефективності наповнення інформаційно -го середовища процесу навчання. А ефективність останнього є результатом ефективності технології наповнення інформаційного середовища системи управління учбовим процесом. Тому інформаційна технологія управління учбовим процесом повинна бути спрямована на реалізацію такої системи інформаційних функцій (Rxe R) по відношенню до кожного студента, яка приводить до трансформації початкового стану (наповнення) інформаційних об’єктів (ипоч), що відповідають знанням, вмінням та навичкам, до необхідного рівня інформаційного наповнення (до рівня знань, вмінь та навичок спеціаліста) (икін) з мінімальними витратами.
Визначення 2. Під конкретизованими знаннями, вміннями та навичками будемо розуміти таке наповнення інформаційних об’єктів U; = {йу}, яке забезпечує однозначну і правильну поведінку спеціаліста в ситуації, пов’язаній з професійною діяльністю.
Оскільки процес формування конкретизованих знань, вмінь і навичок (інформаційного середовища суб'єктів навчання) є не чим іншим, як процесом інформаційної взаємодії студентів з оточуючим середовищем (до якого входять і викладачі), то для побудови математичної моделі можна використати результати, отримані в теорії несилової (інформаційної) взаємодії [2,3]. Виходячи з положень цієї теорії, визначення 2 можна перефразувати таким чином: конкретизовані знання, вміння та навички визначають максимальну інформаційну дію саме на допустиму реакцію в заданій ситуації:
i(dj (uik )/Si) > i(dm(uik )/Si), Vm Ф j,
де dj (uik ) —допустима реакція на ситуацію в області професійної діяльності суб’єкта навчання, який володіє знаннями uik; dm(uik ) — недопустима реакція на ситуацію в області професійної діяльності суб’єкта навчання, який володіє знаннями uik; sі— ситуація в предметній області професійної діяльності.
Представимо формування знань, вмінь і навичок суб’єктів навчання функцією:
икіН=і(иПоч, R), (1)
тут икін — знання, вміння та навички, якими володіє суб’єкт навчання по закінченню ВЗО; ипоч — знання, вміння та навички, якими володіє суб’єкт навчання до вступу в ВЗО; R — система інформаційних дій на суб’єкта навчання.
Тоді мета навчання може бути представлена такою цільовою функцією:
Z Zg(dj(Uкін)/s; max , (2)
контингент ; де
g(dj(UKffl )/si) =
1, якщо ;(dj(икін)/si) — iminTmin _ max (^(^m^Km )/si)X
dm(U кін D'
0, якщо ^(икін )/s; )< imin-
При обмеженнях: £g(dj (Uкін)/s; ) > min , D’={dj| i
— область допустимих рішень (реакцій);
2 P(U кін - Uпоч ) — Pmax
контингент
тут dj(U]dH) є D — допустима професійна дія в предметній області діяльності; ^(U^/s^ — кількість інформації, яка є у суб’єкта навчання, про професійну дію dj^^n) в ситуації s^ imin—мінімально допустима кількість інформації про дію; Рмах — допустимі витрати на навчання; Р(икін-ипоч) — витрати на навчання.
Визначення 3. Під ефективною системою управління учбовим процесом будемо розуміти таку систему інформаційних дій R={ri|, яка забезпечує досягнення цілей (2).
Щоб впливати на рівень знань, вмінь і навичок студентів через систему управління учбовим процесом, необхідно знати визначеність дій нижче граничної. Для цього треба об'єднати в одній автоматизованій системі функції управління учбовим процесом і контролю знань і навчання студентів. Оцінка впливу інформаційних об’єктів процесу навчання на формування знань студентів може базуватися лише на систематичному об'єктивному контролі знань. Чим частіше буде проводитись контроль знань, тим точніша інформація буде надходити до системи управління учбовим процесом. Цим забезпечується ефективний зворотний зв’язок між процесом навчання та системою управління учбовим процесом. З іншого боку, збільшення обсягів контролю знань веде до збільшення навантаження на цю процедуру і, відповідно, до зменшення обсягу академічних годин, які можуть бути виділені на сам процес навчання. Таким чином, необхідно досягти оптимуму в розрізі “затрат” і “вигод” від контролю знань студентів. А для цього в першу чергу треба оцінити вплив параметрів
РИ, 2003, № 1
135
інформаційних об’єктів системи управління учбовим процесом на формування знань студентів. Включення до складу АСКЗН тих елементів інформаційної бази системи управління учбовим процесом, наповнення яких раціонально проводити безпосередньо в процесі контролю знань і навчання, дозволяє поліпшити “економічні” показники системи управління учбовим процесом—знизити витрати на її наповнення інформацією і підвищити вигоди за рахунок отримання своєчасної, повної, адекватної реальному стану учбового процесу інформації.
Розглянемо ті об’єкти інформаційного середовища системи управління учбовим процесом, що відображають незадовільні знання, вміння і навички студентів, стан яких буде призводити до коригування навчального процесу по відношенню до студентів, тобто до активізації відповідних інформаційних дій (R) системи управління учбовим процесом. До них можна віднести:
— інформаційні об’єкти, наповнення яких використовується для формування статистичної звітності;
— інформаційні об’єкти нормативних документів учбового процесу (залікові книжки, відомості);
— інформаційні об’єкти контролю за процесом навчання (журнал виконання учбового навантаження, контрольні відвідування і т.п.);
— інформаційні об’єкти, наповнення яких свідчить про знання, вміння і навички студентів (вхідний, рубіжний, поточний, підсумковий контроль);
— інформаційні об’єкти, наповнення яких свідчить про ефективність роботи викладача (ректорські контрольні роботи, ККР, ККЗ).
Об’єктами дії (R) системи управління учбовим процесом можуть бути як самі суб’єкти навчання, так і інформаційне оточення процесу навчання:
— графік навчального процесу;
— контингент студентів;
— розклад занять;
— розподіл навантаження викладачів;
— нормативи навчального навантаження;
— навчальний план;
— робочий навчальний план;
— тематика занять.
Розглянемо дію незадовільного стану (незадовільних знань, вмінь і навичок) суб’єктів навчання на учбовий процес. Для цього приймемо, що існує прямо пропорційна залежність між оцінками та ефективністю діяльності в реальних професійних ситуаціях. Дійсно, з теорії несилової (інформаційної) взаємодії слідує: якщо икін = {uk }, то
i(dj (Ukih )/si )= Z i(dJ(uk)/s1) + i(dj(U кін )/si)
икєикін
де i(d j (UKiH )/si) — визначеність спільності дії інформаційних об’єктів, що входять до Ukjh в ситуації Sj.
Якщо i(dj (U кщ )/si) > imin, то можливі варіанти:
1) Z i(dj(uk)/si )> ^min,
uk eU кін 2
2) i(dj(Uкін )/si ^min .
Розглянемо кожен з варіантів.
1. Якщо Z i(dj(uk)/si)-Timin , то
^^кін 2
^U ^ Uкін • Z i(dj(uk)/si ) — Timin
UkeU' 2
2. Якщ° i(dj(U кін )/si )> 1imm , то
2
3U'с Uкін :i(dj(U')/si)> "Iimin .
Тоді контроль знань фіксує можливість “правильної” дії в ситуації в області професійної діяльності. 1 ця можливість визначається:
— важливістю інформаційних об’єктів — через величину можливої інформаційної дії на реакцію в області професійної діяльності;
— станом інформаційних об’єктів — їх інформаційним наповненням — фактичною величиною інформаційної дії.
Задамося множиною питань, відповідь на які характеризує визначеність реакції в області професійної діяльності W={wj}. Тоді
im (dj (uk )/si) = f (qm (Wk )),
де qm(Wk) є uk — відповідь суб’єкта навчання Om на питання Wk={wki} (Wk c W), які відносяться до інформаційного об’єкта uk; іт(Д) (uk/sj)) — кількість інформації про правильну поведінку (dj) суб’єкта навчання Om в ситуації sj, якщо він володіє інформацією uk.
Формально можна визначити належність питань до тих чи інших інформаційних об’єктів таким чином:
Vwki є Wk • im(dJ (uk)/si ) =
= f(qm (wkl)) » 0 ^ qm (wkl) c y(uk ) ,
тут y(uk) — область знань, вмінь, навичок (визначених нормативними документами), яка забезпечується інформацією uk.
Використавши зворотну залежність, можна оцінити стан наповнення інформаційного середовища суб’єктів навчання і отримати оцінку визначеності дій в області професійної діяльності:
Vwki :q n(wki) ^
^ оцінка (im(dj(uk)/si)) = f (qm (wkl)) .
Таким чином, можна визначити перелік об’єктів інформаційного середовища процесу навчання, ненаповнення яких призводить до незадовільного
136
РИ, 2003, № 1
рівня знань, вмінь і навичок окремого суб’єкта навчання. А це є основою для створення в системі управління учбовим процесом “схем дій” по підвищенню його ефективності.
Формування інформаційного ресурсу в АСКЗН дозволяє створити ефективну систему управління учбовим процесом, інформаційне середовище якої в значній мірі буде формуватися автоматично в АСКЗН і незалежно від роботи управлінських структур ВЗО. Особливістю наведеного підходу до побудови систем управління учбовим процесом є те, що як “фабрика” інформації використовується автоматизована система контролю знань і навчання. Основні переваги — мінімізація часу на формування інформаційного ресурсу систем управління учбовим процесом, підвищення достовірності, повнота інформації, яка автоматично формується в процесі автоматизованого контролю знань і навчання. Використання наведеної моделі інформаційної взаємодії при створенні систем контролю знань і навчання як елементів управління учбовим процесом дозволить “запрограмувати” такі зміни в інтелектуальному апараті суб’єкта навчання, які забезпечать формування спеціаліста з необхідним рівнем знань, вмінь та навичок.
На основі наведеної моделі в Черкаському державному технологічному університеті розроблена і впроваджена у виробничу експлуатацію інструмен -тальна програмно-інформаційна система контролю знань та навчання ТЕСТ, яка використовується для організації та проведення учбового процесу з урахуванням сучасних засобів і методів автоматизованого навчання та контролю знань. Особливістю системи ТЕСТ у порівнянні з традиційними контролюючими та навчаючими програмами є комп-
лексна автоматизація таких основних і найбільш трудомістких функцій підготовки спеціалістів та управління учбовим процесом, як: навчання; контроль знань; організація документообігу; облік студентів, викладачів, дисциплін; ведення баз параметрів контролю; формування та використання різних методик контролю; ведення архіву оцінок тестування студентів [4].
В цілому результати виробничої експлуатації системи ТЕСТ свідчать про її ефективність і дозволяють підійти до рішення задач управління учбовим процесом на якісно новому рівні, через максимальну автоматизацію процесів навчання та контролю знань.
Література: 1. Каган В.М., Сичеников И.А. Основы оптимизации процесса обучения в высшей школе. М.: Педагогика, 1987. 147 с. 2. Тесля Ю.Н. Основы теории информационного взаимодействия.Киев, 1995. 49с. (Препр. НАН Украины. Ин-т кибернетики им.В.М. Глушкова; 95-4). 3. Тесля Ю.Н. Информационное взаимодействие в природе. Киев, 1996. 37с. (Препр. НАН Украины. Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова; 96-5).
4. Тесля Є.Ю., Тесля Ю.М., Мисник Л.Д., Придворна О. О. Інформаційна технологія автоматизованого навчання та контролю знань як елемент системи управління учбовим процесом // Вісник Вінницького політехнічного інституту. Вінниця, 1999. №3. С.92-97.
Надійшла до редколегії 17.12.2002
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Златкін А.А.
Катаева Євгенія Юріївна, аспірант кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем Черкаського державного технологічного університету. Наукові інтреси: автоматизовані інформаційні системи та технології управління вищими закладами освіти. Адреса: Україна, 257006, Черкаси, вул. Героїв Дніпра, 15, кв. 34, тел: роб. (0472)433-341; дом. (0472)768-550.
УДК 004.827:510.635
ОПИСАНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ НАБОРОВ ПРИЗНАКОВ В ПРИБЛИЖЕННЫХ МНОЖЕСТВАХ
СИТНИКОВ Д.Э, ТИТОВА Е.В. * 1
Предлагается описание признаков приближенных множеств с помощью конечных предикатов. Дается геометрическая интерпретация задачи минимизации количества определяющих признаков. Определяется максимальное количество несократимых признаков для описания приближенного множества и решается задача выделения признаков, разбивающих множество на классы эквивалентности.
1. Введение
Теория приближенных множеств основывается на том, что нам изначально известна информация об элементах универсума. Некоторые объекты универ -сума являются неразличимыми с точки зрения имеющихся знаний, т.е. информация, связанная с ними, одинакова. Множества таких объектов представляют собой так называемые гранулы знаний [1,2].
С каждой гранулой ассоциируется определенный набор признаков, которые могут быть описаны различными способами. Уменьшение количества признаков при сохранении гранул универсума является важной и достаточно сложной задачей.
Рассмотрим подходы к нахождению минимального количества признаков, которые сохраняют гранулы знаний, так называемого редакта (reduct) [3]. Признаки объектов опишем с помощью конечных предикатов.
2. Представление редакта в геометрической форме
Пусть универсум U состоит из n объектов. С каждым из них связаны m признаков, каждый из которых задан с помощью одноместного предиката следующим образом:
1, если aj обладает признаком i;
0, если aj не обладает признаком i.
Множества объектов, с которыми связаны одинаковые наборы признаков, являются гранулами (т.е. объекты неразличимы с точки зрения имеющейся информации). Каждой грануле, таким образом, можно поставить в соответствие двоичный кортеж
РИ, 2003, № 1
137
