CC BY
86
УДК004:519.713
КИБЕРСЕРВИСЫ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ УНИВЕРСИТЕТОМ
ХАХАНОВ В.И., МИЩЕНКО А.С.,
ЧУМАЧЕНКО С.В., ЗАЙЧЕНКО С.А._____________
Киберфизическая система Smart Cyber University (CyUni) характеризуется: наличием оцифрованного пространства регуляторных правил, точным мониторингом и активным киберуправлением научно-образовательными процессами, автоматическим генерированием оперативных актюаторных воздействий, независимым от руководителей принятием кибер-решений по управлению финансовыми и кадровыми ресурсами, исключением бумажных носителей из производственных процессов. Предлагаются модели метрического оценивания студентов, ученых, преподавателей, структурных подразделений, науки и образования университета для создания киберсервисов точного мониторинга и управления ресурсами и производственными процессами в целях достижения востребованного рынком качества выпускаемой продукции. Рассматриваются вопросы масштабирования киберсервисов управления применительно к высшей школе в целях существенного снижения государственных расходов на аппарат управления, повышения эффективности научно-образовательных процессов за счет полного искоренения коррупции, укрупнения университетов, киберстимулирования конструктивных ученых и профессоров, создающих рыночно востребованную продукцию.
1. Введение
Цель CyUni-проекта - повышение качества образовательных услуг и научных достижений высшей школы путем создания метрической системы отношений, регулирующей правила цифрового мониторинга и активного облачного киберуправления научно-образовательными процессами, что дает возможность уничтожить коррупцию, привлечь внешние инвестиции, существенно повысить производительность труда, уровень жизни конструктивных ученых и профессоров, создающих рыночно востребованную продукцию.
Реализация проекта позволит решить проблему существенного повышения уровня жизни работников высшей школы и устранения коррупции путем внедрения киберсервисов цифрового мониторинга и прозрачного управления ресурсами, подразделениями и научно-образовательными процессами, что обеспечит приток внешних инвестиций и повышение качества научных исследований и выпускников.
Объект исследования - научно-образовательные процессы и организационные структуры высшей школы, призванные готовить квалифицированные кадры (бакалавр, магистр, доктор философии, доктор наук) для внутреннего и международного рынка труда.
Предмет исследования - университет как кибер физическая система, состоящая из семи взаимосвязанных компонентов (Отношения, Roadmap, Управление, Инфраструктура, Кадры, Ресурсы, Продукция (вы-
пускники и научные достижения)), реализующих научно-образовательные процессы.
Анализ исследований в области создания киберфизических сервисов [1-10] свидетельствует об отсутствии на внутреннем (внешнем) рынке науки и образования системного понимания облачных киберсервисов, использующих метрические отношения, которые регулируют правила не только цифрового мониторинга (это есть [1,5-7]), но и активного human-free киберуправления научно-образовательными процессами [8-10] для уничтожения коррупции, привлечения внешних инвестиций, повышения производительности труда, уровня жизни ученых и профессоров.
Облачные сервисы (функцилъналъности) CyUni. Переход человечества от каменного носителя информации к бумаге, как и переход от бумажного носителя к электронному (далее - к квантовому), является неотвратимым. Бумага - это наши вырубленные леса. Сделаем планету зеленой, а социальные отношения всех процессов и явлений - электронными. Облачные сервисы мониторинга и управления CyUni должны: исключать бумажные носители, быть независимыми от субьективности руководителя или чиновника, активно управлять оцифрованными процессами, связанными с наукой и образованием, а также с производственной деятельностью основных и вспомогательных структурных подразделений университета. Сервисы киберфизической системы CyUni в рамках технологической культуры IoT, создающей вертикаль иерархии Cloud - Fog Networks - Mobile, в частности, включают сервис активного online мониторинга и управления научно-образовательной деятельностью студента по индивидуальному учебному плану посредством использования мобильного гаджета, который отображает функциональности: расписание, посещение занятий, оценки тестирования и экзаменов, интегральная накопительная метрика мониторинга научной, образовательной, волонтерской деятельности и предложения по карьерному росту.
2. Киберсистема мониторинга и управления процессом достижения цели (образование студента)
Научная новизна заключается в создании математической модели карьерного роста человека в форме уравнения, описывающего взаимодействие трех матриц компетенций: 1) будущей социальной роли P (Purpose); 2) настоящих достижений C (Current); 3) текущей активности A (Activity). Уравнение (PCA) носит универсальный характер и определяет расстояние между тремя компонентами (матрицами: цель -компетентность - активность) с помощью xor (exclusive or) операции на двоичном алфавите описания переменных: P © C © A = 0. Если алфавит описания переменных в матрицах многозначный, то уравнение использует операцию симметрической разности, которая также формирует расстояние (производную, различие) между компонентами: PACAA = 0. Если зна-
чения координат матриц численные, то формируются разности между ними с помощью арифметической операции вычитания. Далее следует использовать формулу с операцией xor, которая будет обозначать операцию сравнения между матрицами в любом алфавите определения координат. С помощью PCA-уравнения формулируются три задачи состоятельности человека. 1) P-задача: кем ты хочешь стать - потенциальная достижимость желаемой социальной роли: P = C © A. 2) С-задача: какой ты сегодня умный -оценивание текущего уровня компетентности: C = P © A. 3) А-задача: что тебе делать для достижения желаемого будущего - активность (Roadmap) в образовательном пространстве, на временном интервале: A = P © C. Таким образом, предложенная математическая модель описывает и оценивает все процессы становления индивидуума, как социально значимой личности, на временном интервале. В соответствии с PCA-уравнением достаточно просто создать киберсервис мониторинга и управления процессом образования студента в форме модели Хаффмена (рис. 1) для ответа на самый сложный вопрос - как достичь желаемого будущего. Модель содержит облачный киберсервис, который выдает студенту на гаджет туманной сети актюаторные рекомендации: Roadmap - что, где и когда изучать в ответ на введенные начальные условия (индивидуальный учебный план - syllabus) в форме матриц: будущей социальной роли и текущей компетентности. Естественно, что данная компетентностная PCA-модель масштабируется на все социальные, производственные и технические процессы и объекты, где существует необходимость в решении любой из трех упомянутых задач, если известны два из трех компонентов (цель, план, условия).
1) Целевая функция (Goal) - будущая желаемая социальная роль (бизнесмен, ученый, политик), уровень потребления (машина, дом, путешествия), счет в банке ($1M).
2) Ресурсы для достижения цели - образовательные сервисы от лучших университетов и ученых, время и деньги.
3) Матрицы компетенций - определенные во времени и пространстве численные метрические характеристики знаний, умений, конструктивной деятельности, формирующие исчерпывающую характеристику индивидуума (цели, активности) для адекватного материального, морального стимулирования и карьерного роста.
4) Киберсервис управления активностью студента -во времени и пространстве выполняет сравнение матриц компетенции и цели для формирования актюатор-ных воздействий, передаваемых на гаджет, по координатам параметров, имеющих ненулевые значения. Киберсервис также выполняет и две другие задачи (C, P) по синтезу и анализу компетентностной состятель-ности индивидуума, объекта, процесса или явления. Например, какие регуляторные (законодательные) воздействия следует применить к университету (стране), чтобы достичь уровня MIT (Германии)? Задача решается сравнением текущей матрицы исходного и целевого объекта. Далее все зависит от желания и воли первых лиц.
Обобщенная автоматная структура киберуниверситета раскладывается на сервисы, обслуживающие процессы (наука, образование) и объекты (студент, профессор, кафедра). Например, облачные киберприложения, ориентированные на активное сопровождение студентов, представляют собой полезные мобильные сервисы, доставляемые каждому из них посредством гаджетов в режиме online (рис. 2). Таковыми являются:
1) Интегральный рейтинг студента на момент запроса или оценки при сдаче экзаменов.
2) Формирование индивидуального плана обучения в зависимости от уровня компетенций студента.
3) Online-генерирование документов, сертифицирующих качество студента, включая приведение образовательных сертификатов к ECTS-стандарту.
4) Online-информирование студента обо всех затрагивающих его мероприятиях и документах в настоящем, прошедшем и будущем (расписание занятий и изменения, научные и волонтерские мероприятия, выстав-
Саґпреі$ґіс*
Home PG
Cloud Cyher Services{Sluderitl
ІПр-Ui
Road Map
Competence
TUB picul LIM
MalrKss
iTicU'iduai
A=C©P
Cyber Service
—I?
Smart Cyber University (Student)
Fbtj Nelworks (Students)
Services
Goal
Market of
ШаШ
Laptop
SbCiai Rot?
Education
Рис. 1. Кибер система мониторинга и управления процессом достижения цели
Cloud Cyber $g ПГНСЄ5 few Student
Relationship
■CUWCULUM
Curriculum
Generation
Competence
Online
D&CamentS
ECT&-Local Transfer
Home PC
Road Map
Educational
Stage of
Regulations
Education
Smart Cyber University for Student
Fop Networks of Students
Market of
Life Quality
Education
Sources
Gadget
Sensors
Laptop
Рис. 2. Автоматная модель киберфизической CyUni-системы для студента
ленные экзаменационные оценки и изменения в рейтингах, приказы и положения).
Данный список сервисов можно продолжать по заданному формату функционирования киберфизической системы.
Выбор университета сегодня для абитуриента менее важен, чем выбор ученого-профессора. Это связано с тем, что число активных ученых в каждом университете год от года сокращается. Сегодня их количество в вузе составляет не более, чем 20 %, в то время как на Западе или в Америке - 80%. Студент, поступив в популярный университет, может не получить качественного образования. Верно и наоборот, если он найдет известного в мире ученого в заурядном университете.
Все дело в том, что матрицу компетенций студента сегодня можно и нужно собирать из лучших курсов, предоставляемых рынком образования [coursera (33 univ., 200 courses, exam - $89), udacity, edx, edutainme, moodle, «ukr_ed», coursebuffet]. В связи с этим отпадают за ненадобностью неуспешные попытки создать библиотеку всех курсов учебного плана по каждой специальности для дистанционного образования при каждом университете. Сегодня следует интегрироваться каждому университету несколькими курсами в локальное (глобальное) образовательное пространство страны или мира. На первый план выступает значимость менеджмента в подготовке качественного специалиста из лучших деталей (курсов) всех университетов мира. Это может сделать только продвинутый в международном плане ученый или (кибер)-менеджер.
3. CyUni-сервисы образовательного процесса
3.1. Управление научно-исследовательской работой студентов (НИРС)
НИРС - нерегламентируемый во времени и пространстве творческий процесс сбора и анализа фактов под управлением руководителя для получения дополнительных знаний по выбранной специальности в период обучения для решения теоретических и практических задач в целях обеспечения качества востребованных рынком дипломированных бакалавров и магистров.
Цель НИРС - развитие творческих способностей студентов под управлением руководителя для конструктивного решения актуальных теоретических и практических задач в рамках интеграции научного и образовательного процессов, обеспечивающей качество востребованных рынком дипломированных бакалавров и магистров.
Регуляторные воздействия: моральные - почетные грамоты и дипломы, благодарности должностных лиц и акты международного признания достижений; материальные - именная стипендия, ценный подарок, денежная премия, материальное вознаграждение, исследовательский грант.
Управление НИРС - совокупность регуляторных воздействий на основе цифрового мониторинга интегральной и локальной активности студентов, направленных на мотивированное и творческое выполнение студентами научно-исследовательских работ путем их морального и материального стимулирования на основе конкурсного оценивания их достижений в целях обеспечения качества научных исследований и востребованных рынком знаний.
Формы НИРС: научные семинары, кружки, общества, студенческие конференции и олимпиады, конкурсы научных работ, выставки достижений, выполнение НИР, рефераты, доклады на конференциях, публикации статей и книг.
Принципы НИРС: систематизация знаний о специальности, углубленное изучение конкретной проблемы, самостоятельность в процессах поиска, сбора и анализа данных, ответственность за результаты исследований, аккуратность и точность в проведении экспериментов,
Нормы времени для выполнения НИРС: для магистров - 5 часов в неделю при изучении плановых дисциплин; для всех студентов - 18 часов в неделю, как самостоятельная работа.
Руководство НИРС осуществляет научный руководитель, а также в рамках выполнения своих должностных обязанностей - заведующий кафедрой, декан и проректор по научной работе.
Метрика рейтингового оценивания студента:
0. Персональные и интегральные данные:
1) Фамилия, Имя, Отчество;
2) университет; факультет; кафедра;
3) награды; премии;
4) область научных интересов;
5) основные научные достижения;
6) знание технологических языков и программных приложений;
7) знание языков;
8) количество публикаций;
9) список публикаций;
10) интегральная волонтерская деятельность.
1. Научный процесс:
11) рыночные продукты: программные приложения; устройства и макеты;
12) патенты; авторские свидетельства; дипломы; выставки;
13) монографии: зарубежные; национальные;
14) журнальные статьи: зарубежные; (ВАК) национальные; другие;
15) доклады на конференциях: зарубежные; внутренние; международные; другие; СС;
16) выполнение международных грантов; национальных проектов; контрактных НИР.
2. Образовательный процесс:
17) успеваемость по шкале накопительной системы ECTS;
18) учебно-методические комплексы;
19) учебники; учебные пособия; методические материалы;
20) зарубежные стажировки и обучение;
21) договора с предприятиями и университетами: зарубежные; национальные.
3. Волонтерский процесс:
22) организация конференций; семинаров; олимпиад;
23) участие в ПК конференций: зарубежных; национальных;
24) индивидуальные гранты: национальные; зарубежные;
25) доклады и лекции на конференциях и в университетах;
26) выступления на телевидении и в печати;
27) спортивные и культурные мероприятия;
28) издание журналов, газет, брошюр, видеофильмов и трудов конференций.
4. Воспитательный процесс:
29) научно-воспитательные семинары для школьников, студентов и аспирантов;
30) организация поездок студентов на конференции, выставки и олимпиады;
31) проведение экскурсий для студентов (физическая и эстетическая культура);
32) лекции и кружки для школьников и абитуриентов по профориентации.
3.2. Управление академической мобильностью
Академическая мобильность - способность студентов к приобретению и накоплению знаний, умений и навыков от предпочтительных университетов и ученых в формах online (MOOC) и onsite обучения за счет возможностей, предоставляемых государственными структурами и частными компаниями на конкурсной основе.
Цель - повышение качества знаний в среде талантливой молодежи, инвариантной к уровню развития стран и регионов проживания, за счет конкурсного предоставления лучших мировых образовательных сервисов.
Задачи, связанные с созданием сервиса мониторинга и индивидуального управления научно-образовательным процессом студента в рамках киберуниверситета (рис. 3):
Рис. 3. Киберуправление мобильностью студента
1) Накопление и сохранение образовательных (ECTS) и научных компетенций студента. 2) Планирование пути обучения во времени и пространстве, исходя из возможностей, предполагаемой карьеры и уже полученных знаний по курсам. 3) Г енерирование в режиме online всех форм документов, необходимых для подтверждения состоятельности студента: командировки, академические справки, дополнения к диплому, образовательные соглашения, индивидуальные учебные планы и графики, рекомендательные письма, справки с места учебы. 4) Трансформирование коли-
чественных и качественных оценок образовательных сервисов из национальных метрик к международным ECTS-стандартам, и наоборот. Преимущества: 1) Human-free cloud-driven управление процессом обучения студента с полным отсутствием чиновничьего бюрократизма. 2) Экономия финансовых и временных ресурсов при генерировании документов работниками университета за счет создания и внедрения online-сервисов киберуниверситета. 3) Активные online-рекомендации студенту новых образовательных сервисов от локального и международного рынка в соответствии с его компетенциями, возможностями и предпочтениями.
3.3. Управление самостоятельной работой студентов (СРС)
СРС - творческий процесс глубокого осмысливания знаний, умений и навыков, предоставляемых курсами учебного плана, формирующих целостную картину выбранной специальности и их конструктивного применения в будущей профессиональной деятельности студента.
Цель СРС - качественное усвоение учебной программы выбранной специальности с помощью предусмотренного образовательными стандартами внеаудиторного времени для индивидуального осмысливания полученных знаний, прио бретения умений и навыков в процессе решения научно-образовательных и практических задач.
Задачи СРС-сервиса: 1) Online-управление процессом интерактивного изучения курса (осмысливание лекционного материала и самотестирование; подготовка, выполнение и сдача лабораторных, практических работ и курсовых проектов), исключающее бумажные носители. 2) Разработка knowledge-driven электронных методических указаний для online-выполнения лабораторных работ, практических и семинарских занятий, курсовых и аттестационных проектов. 3) Планирование и учет временных ресурсов СРС в сетке расписания занятий для online-управления активностью студента в процессе изучения курса (СРС = 1/2 - 2/3 от кредита в 30 часов, основные курсы бакалаврата - 16 часов, социально-гуманитарные курсы - 18 часов) с общей недельной нагрузкой не более 45 часов. 4) Контроль СРС является сервисом объективного метрического оценивания качества знаний, умений и навыков, полученных в процессе изучения курса путем привлечения комиссии, преподавателя, компьютерного тестирования. В рамках киберсервиса следует реализовать рейтинговые и накопительные виды (сервисы) контроля: входное тестирование готовности студента к изучению курса, семинарским, практическим и лабораторным работам; текущий контроль усвоения материала на лекциях, практических и лабораторных занятиях; самоконтроль знаний в процессе изучения дисциплины; промежуточный контроль (коллоквиум) по окончании изучения раздела или модуля курса; контроль усвоения модулей курса, вынесенных на самостоятельное изучение;
итоговый контроль усвоения теоретического и практического материала в виде зачета или экзамена; контроль остаточных знаний и умений по прошествии времени.
4. Заключение
Научная новизна:
1) Предложена киберфизическая система Cyber University (CyUni), которая характеризуется: наличием оцифрованного метрического пространства регуляторных пр авил, точным мониторингом и активным киберуправлением научно-образовательными процессами, автоматическим генерированием оперативных актюаторных воздействий, независимым от руководителей принятием кибер-решений по управлению финансовыми, временными и кадровыми ресурсами, полным исключением бумажных носителей из производственных процессов.
2) Созданы метрики и модели цифрового оценивания студентов, которые характеризуются отсутствием арифметических операций, минимальным набором логических команд, параллельным выполнением процедур поиска и принятия решений на основе квантовых структур данных, необходимых для существенного повышения быстродействия проектирования киберсервисов оперативного и стратегического human-free управления ресурсами в целях достижения востребованного международным рынком качества научно-образовательных сервисов.
Литература: 1. Lin, K.M.,Chen, N.S. Exploring of learning problems of cyber university. Advanced Learning Technologies, 2001. Proc. of the IEEE International Conference, 2001. P. 369-370. 2.Hai-Ning Liang, Ka Lok Man. Building a smart laboratory environment at a university via a cyber-physical system. Teaching, Assessment and Learning for Engineering (TALE), 2013 IEEE International Conference. 2013. P. 239-247. 3. Jongbae Moon, Chongam Kim, Kum Won Cho. CFD Cyber Education Service Using Cyberinfrastructure for e-Science. Networked Computing and Advanced Information Management, 2008. NcM ’08. Fourth International Conference. P. 306-313. 4. Vierhaus H.T., Scholzel M., Raik J. Ubar R. Advanced technical education in the age of cyber physical systems. Microelectronics Education (EWME), 10th European Workshop. 2014. P. 193-198. 5. Кибер университет в Японии. http://www.osvita.org.ua/news/32740.html 6. Умный университет. http://www.re-e.ru/decision/univer/ 7. Vladimir Hahanov, Wajeb Gharibi, Kudin A.P., Ivan Hahanov, Ngene Cristopher (Nigeria), Tiekura Yeve (Cфte d ’Ivoire), Daria Krulevska, Anastasya Yerchenko, Alexander Mishchenko, Dmitry Shcherbin, Aleksey Priymak. Cyber Physical Social Systems - Future of Ukraine // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2014). 2014. Kiev, Ukraine. P. 67 - 81. 8.Алексей Дуэль. В России может появиться “Цифровой университет”. http:// www.rg.ru/2014/10/10/universitet-site.html 9.Парус - Управління навчальним закладом. http://j.parus.ua/374/ 10. Бауманский в облаках. http://www.bmstu.ru/mstu/news/ news.html?newsid=2785.
Поступила в редколлегию 19.12.2014 Рецензент: д-р техн.наук,проф. Кривуля Г.Ф.
Хаханов Владимир Иванович, декан факультета КИУ, д-р техн. наук, профессор кафедры АПВТ ХНУРЭ, IEEE Senior Member, IEEE Computer Society Golden Core Member. Научные интересы: техническая диагностика цифровых систем, сетей и программных продуктов. Увлечения: баскетбол, футбол, горные лыжи. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. +380 57 70-21-326. E-mail: hahanov@kture. kharkov.ua.
Мищенко Александр Сергеевич, аспирант кафедры АПВТ ХНУРЭ. Научные интересы: облачные технологии, web-программирование. Увлечения: путешествия. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. +380 57 70-21326, E-mail: [email protected].
Чумаченко Светлана Викторовна, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой АПВТ ХНУРЭ. Научные интересы: математическое моделирование, теория рядов, методы дискретной оптимизации. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел.+3 805770-21-326, e-mail: [email protected].
Зайченко Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент кафедры АПВТ ХНУРЭ. Научные интересы: автоматизированное проектирование и верификация цифровых систем. Увлечения: технологии онлайн-образования. Адрес: Украина, 61045, Харьков, ул. Космическая, 23а, тел. (057)-760-47-25.
