Компьютерное моделирование образовательных систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

- пожелания преподавателей ряда дисциплин программирования использовать именно проприоретарное инструментальное программное обеспечение, мотивированное, прежде всего методикой обучения;

- наличие среди дисциплин специализации специальности очного отделения элементов систем программирования в Windows, в том числе и визуальных;

- использование студентами заочного отделения ключевых объектов, таких как диск C:, Internet Explorer, Word, Excel, Power Point и других;

- наличие в локальной сети института специализированного программного обеспечения в виде локального единого аттестационного тестирования (режим off-line) студентов очного отделения, где предусмотрена система тестирования знаний Федерального экзамена профессионального образования (ФЭПО http://www.fepo.ru/, http://att.nica.ru/), использующая вариант подключения сетевого диска с базой тестовых заданий и последующего сбора результатов;

- недостаток практики самостоятельного исследования среди обучаемого персонала;

- по мере внедрения свободного программного обеспечения в учебный и рабочий процессы Института открытого образования и информационных систем дополнительно решаются проблемы методического обеспечения.

Компьютерное моделирование образовательных систем

М.Н. Гусаков (mishgun45@mail.ru)

Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола

Образовательная система имеет сложную внутреннюю структуру, в составе которой могут быть декомпозированы подсистемы: управление, дошкольное, начальное, среднее, профессиональное, дополнительное образование, воспитание, финансы, внешняя экономическая сфера. Образование характеризуется иерархичностью управления и активностью отдельных его подсистем, взаимодействие элементов в рамках которой рассматривается с учетом характера воздействий внешней среды на внутреннюю структуру.

Образовательная система как объект моделирования характеризуется:

- качественным характером знаний о системе, большой долей экспертных знаний при описании, структуризации объекта моделирования;

- высоким уровнем неопределенности исходной информации. Различают внутреннюю и внешнюю неопределенность. Внутренняя неопределенность - это совокупность тех факторов, которые не контролируются лицом, принимающим решение полностью, но он может оказывать на них влияние (например, внутренняя социально-экономическая обстановка, факторы риска и др.). Внешняя неопределенность определяется характером взаимодействия с внешней средой - это те факторы, которые находятся под слабым контролем лица, принимающего решение (экологическая, демографическая, внешнеполитическая ситуация и т.п.);

- образовательная система представляет собой сложную динамическую систему.

Поэтому в качестве метода моделирования образовательной системы целесообразно выбрать метод компью -терного моделирования, поскольку он позволяет адекватно отразить структуру рассматриваемой сложной динамической системы, привнести в модель факторы неопределенности. Метод компьютерного моделирования обеспечивает итеративный процесс разработки модели, характеризующийся постепенным углублением знаний о системе с участием экспертов и специалистов предметной области.

Компьютерное моделирование - это метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели. Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов на основе имеющейся модели.

Под компьютерной моделью понимают:

- условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта, - структурно-функциональная модель;

- отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных (включая случайные) факторов, -имитационные модели.

66

ИТО Марий Эл - 2009

Компьютерное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать большое количество переменных, предсказывать развитие нелинейных процессов, возникновение синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия приведут к наиболее благоприятному развитию событий.

Качественные выводы, сделанные по результатам компьютерного моделирования, позволяют обнаружить такие свойства сложной системы, как ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и другое. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризующих систему.

Одно из основных направлений использования компьютерного моделирования - поиск оптимальных вариантов внешнего воздействия на объект с целью получения наивысших показателей его функционирования.

Компьютерное моделирование - эффективный метод решения задач анализа и синтеза сложных систем. Методологической основой компьютерного моделирования является системный анализ - именно поэтому в ряде источников наряду с термином «компьютерное» используется термин системного моделирования, а саму технологию системного моделирования призваны осваивать системные аналитики.

Однако ситуацию не стоит представлять так, что традиционные виды моделирования противопоставляются компьютерному моделированию. Наоборот, доминирующей тенденцией сегодня является взаимопроникновение всех видов моделирования, симбиоз различных информационных технологий в области моделирования, особенно для сложных приложений и комплексных проектов по моделированию. Так, например, имитационное моделирование включает в себя концептуальное моделирование (на ранних этапах формирования имитационной модели), логико-математическое (включая методы искусственного интеллекта) для целей описания отдельных подсистем модели, а также в процедурах обработки и анализа результатов вычислительного эксперимента и принятия решений; технология проведения, планирования вычислительного эксперимента с соответствующими математическими методами привнесена в имитационное моделирование из физического моделирования; наконец, структурно-функциональное моделирование используется при создании стратифицированного описания многомодельных комплексов.

Становление компьютерного моделирования связано с имитационным моделированием и имеет целый ряд специфических черт.

Имитационное моделирование - одно из видов компьютерного моделирования, использующее методологию системного анализа, центральной процедурой которого является построение обобщенной модели, отражающей все факторы реальной системы, в качестве же методологии исследования выступает вычислительный эксперимент.

Имитационная модель строится строго целенаправленно, поэтому для нее характерно адекватное отображение исследуемого объекта, логико-математическая модель системы представляет собой программно реализованный алгоритм функционирования системы. При имитационном моделировании структура моделируемой системы адекватно отображается в модели, а процесс ее функционирования имитируется на построенной модели. Под имитацией понимают проведение на компьютерах различных серий экспериментов с моделями, которые представлены в качестве некоторого набора (комплекса) компьютерных программ. Сравнение характеристик моделируемого объекта осуществляется путем вариантных просчетов. Особую роль имеет возможность многократного воспроизведения моделируемых процессов с последующей их статистической обработкой, позволяющая учитывать случайные внешние воздействия на изучаемый объект. На основе набираемой в ходе компьютерных экспериментов статистики делаются выводы в пользу того или иного варианта функционирова -ния или конструкции реального объекта или сущности явления.

В последнее время ведутся исследования по разработке систем, способных оказать помощь эксперту при ответе на обратный вопрос «Что надо, чтобы ...». Это можно рассматривать как «целевое моделирование», при котором на вход системы подаются показатели целевого состояния, а также перечень возможных регуляторов с указанием диапазона и шага их изменения. Система в автоматическом или полуавтоматическом режиме находит сочетание значений этих регуляторов для достижения заданного целевого состояния.

Преимущества системно-динамического моделирования заключаются в следующем: системно-динамический подход начинается с попытки понять ту систему причин, которая породила проблему и продолжает поддерживать ее. Для этого собираются необходимые данные из различных источников, включая литературу, информированных людей (менеджеров, потребителей, конкурентов, экспертов), и проводятся специальные

количественные исследования. После того как элементарный анализ причин проблемы произведен, формальная модель считается построенной. Первоначально она представляется в виде логических диаграмм, отражающих причинно-следственные связи, которые затем преобразуются в сетевую модель. Затем эта сетевая модель автоматически преобразуется в ее математический аналог - систему уравнений, которая решается численными методами, встроенными в систему моделирования. Полученное решение представляется в виде графиков и таблиц, которые подвергаются критическому анализу. В результате модель пересматривается (изменяются параметры некоторых узлов сети, добавляются новые узлы, устанавливаются новые или изменяются существовавшие ранее связи и т.д.), затем модель вновь анализируется и так до тех пор, пока она не станет в достаточной мере соответствовать реальной ситуации. После того как модель построена, в ней выделяются управляемые параметры и выбираются такие значения этих параметров, при которых проблема либо снимается, либо перестает быть критически важной.

В процессе моделирования постепенно углубляется понимание проблемы участвующими в нем людьми. Однако их интуиция о возможных последствиях предлагаемых управленческих решений часто оказывается менее надежной, чем подход, связанный с тщательным построением математической модели. И это не так удивительно, как может показаться на первый взгляд. Системы управления содержат порой 100 и более переменных, о которых либо известно, что они зависят от других каким-либо нелинейным образом, либо предполагают существование такой зависимости. Поведение таких систем оказывается настолько сложным, что его понимание лежит вне возможностей человеческой интуиции. Компьютерное моделирование - одно из наиболее эффективных средств для поддержки и уточнения человеческой интуиции. Хотя модель и не является совершенно точным представлением реальности, она может быть использована для принятия более обоснованных решений, чем те, которые мог бы принять человек. Это гибкое средство, которое усиливает возможности человека, использующего ее для более глубокого понимания проблемы.

Таким образом, в сфере современных информационных технологий имитационное моделирование приобретает в мировых научных исследованиях и практической деятельности крайне весомое значение. С помощью имитационного моделирования эффективно решаются задачи самой широкой проблематики - в области стратегического планирования, бизнес-моделирования, менеджмента (моделирование различного рода финансовых проектов, управление производством), реинжиниринга, проектирования, а также моделирования и прогнозирования образовательных систем.

Необходимость применения информационных технологий

при проведении итоговой аттестации выпускников ФГОУСПО «Йошкар-олинский строительный техникум»

О.П. Дудина (yost@list.ru)

ФГОУСПО «Йошкар-олинский строительный техникум», г. Йошкар-Ола

Подготовка специалистов в учреждениях среднего профессионального образования должна отвечать актуальным потребностям современного общества и постоянно возрастающим требованиям работодателей к будущим специалистам. По мнению работодателей, важной составляющей в деле подготовки специалистов является внедрение в образовательный процесс компьютерных программ, используемых на производстве.

С целью подготовки конкурентоспособных выпускников, обладающих необходимым и достаточным уровнем теоретической и практической подготовки применительно к будущей профессиональной сфере деятельности, в Йошкар-олинском строительном техникуме в профессиональные образовательные программы подготовки техников-строителей, бухгалтеров и юристов включено изучение специализированных программных комплексов: системы проектирования AutoCad, сметной программы АРОС, программы автоматизации бухгалтерского учета «1С: Бухгалтерия», справочно-правовой системы «Консультант Плюс».

Степень готовности выпускника к выполнению профессиональной деятельности в соответствии с его ква -лификационной характеристикой определяет Итоговая государственная аттестация выпускников, во время прохождения которой студенты должны продемонстрировать арсенал теоретических знаний, профессиональных компетенций и практических навыков в решении профессиональных и производственных задач.

Итоговая государственная аттестация призвана обеспечить комплексную оценку подготовки выпускников по специальностям. В настоящее время в техникуме пересмотрен подход к проведению ИГА и принято реше-