CC BY
51
Р.Х. ФАТЫХОВ, Н.К. НУРИЕВ
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИДАКТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИННОВАЦИОННОЙ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ПРОГРАММНОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Методологические аспекты организации обучающих систем нового поколения. Деятельность рассматривается как целенаправленная последовательность ресурсообменных взаимодействий индивида (команды) с объектами окружающей среды, т.е. деятельность - это целенаправленный процесс, который протекает по личностной или общепринятой технологии, где технология определяет правила этого взаимодействия. Таким образом, технология это формализованные правила этого взаимодействия, т.е. способ формализации деятельности. Разумеется, высокая степень формализации деятельности ведет к алгоритму, а при наличии алгоритма имеется возможность полностью автоматизировать деятельность, т.е. заменить в деятельности индивида (команду) по созданию какого-то продукта [7, 8].
В хронологическом порядке выделим два вида деятельности: учебную и профессиональную, которые принципиально по своей цели отличаются друг от друга. Целью учебной деятельности является развитие способностей (личностных технологий) до уровня, пригодного к профессиональной деятельности. Целью профессиональной деятельности является получение конкурентоспособного (информационного, материального, энергетического) продукта.
При анализе деятельности вначале рассмотрим учебную деятельность, точнее ее классическую модель (К-модель), как ресурсообменного взаимодействия двух объектов (субъектов): преподаватель - обучающиеся. Эффективность этого взаимодействия зависит от двух факторов: 1) преподаватель должен обладать большим количеством интериоризованных ресурсов в той предметной области, в которой учит обучающегося деятельности; 2) преподаватель должен организовать управляемую им в зависимости от психических, физических, развитости умственных способностей учебную деятельность в сотрудничестве по личностной технологии. Недостаток любого из этих факторов ведет к резкому падению эффективности построенного преподавателем процесса обучения. Сегодня во многих предметных областях (например, в области программной инженерии) обучения деятельности по К-модели теряет свою эффективность. Причем несколько: 1) личностные технологии обучения (каким бы квалифицированным ни был преподаватель) не приспособлены к массовому поточному обучению деятельности, т.е. требуются (как и везде) автоматизированные высокопроизводительные технологии обучения; 2) в предметных областях с высоким темпом развития любой преподаватель ощущает дефицит интериоризованных ресурсов при организации процесса обучения, т.е. сегодня необходимы более емкие и оперативно актуализируемые носители ресурсов. В то же время использование информационно-коммуникативных технологий (ИКТ), т.е. информатизация образования, привело к созданию большого количества образовательных систем (ОС) первого поколения. Причиной малой эффективности ОС является то, что эти системы в отличии от К-моделей являются пассивными системами, т.е. они, обладая большими объемами образовательных ресурсов, никак не организуют активную деятельность по инериоризации этих ресурсов обучающимися. Отсюда вывод: сегодня информатизация образования - это ее интеллектуализация, т.е. актуальной проблемой является проектирование интеллектуальных ОС (ОС второго поколения). В целом для решения этой проблемы необходимо формализованная модель учебной и профессиональной деятельности.
Несмотря на такое отличие, можно выделить общую для этих видов деятельности инвариантную пятифакторную информационно-логическую (инфологи-
ческую) модель организации деятельности по решению проблем в любой предметной области (рис. 1).
ФАКТОР 2 ФАКТОР 3
Тип индивида Способности индивида
(команды) (команды)
ФАКТОР 1 ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ \ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ
\ ^
Поток проблем ► Конструктивная У
ФАКТОР 4 ФАКТОР 5
Мотивация Вспомогательные средства
(ресурсы)
Рис. 1. Инвариантная информационно-логическая модель организации деятельности
С помощью этой модели осуществляется формализованное представление деятельности как сложного процесса со всеми основными (значимыми) факторами. Рассмотрим этот информационный объект (пятифакторную модель) как управляемый через эти факторы объект, построенный с целью оптимизации этой деятельности относительно определенных критериев. В целом очевидно, все это позволяет автоматизировать управление процессом, т.е. позволяет спроектировать систему (среду) автоматизированного управления учебной деятельностью. Эта управляющая система (интеллектуальная образовательная среда) составляет ядро любых систем, использующих информационные технологии и телекоммуникационные средства в образовательных системах нового поколения. Принципиальное отличие образовательных систем нового поколения заключается в том, что эти системы сами во многом управляют процессом обучения (в отличие от старых пассивных систем, управляемых самими обучаемыми или тьютерами).
Таким образом, интеллектуальная образовательная среда в виртуальном пространстве является имитационной моделью образовательной среды, организуемой преподавателем.
Смоделируем функционирование специалиста в естественной среде его профессиональной деятельности. Работа специалиста начинается с того, что на него «наваливается» поток проблем из определенной предметной области разной сложности (см. рис. 1, фактор 1), которые он должен с высокими показателями надежности и качества решать в системе реального времени. При этом у специалиста имеется определенная мотивация деятельности для решения проблем (фактор 4) и ресурсы (фактор 5 - информационные, материальные, энергетические). Опираясь на свои природные данные (фактор 2 - психические, физические) и развитые в основном за счет обучения способности (фактор 3 - личностные технологии) к этой профессиональной деятельности специалист решает проблемы с определенными показателями эффективности. Очевидно, состояния факторов также взаимосвязаны между собой, например показатели уровня развития способностей (фактор 3) зависят от состояния показателей факторов (1, 2,
5). Разумеется, разные специалисты в зависимости от состояния факторов (1-5) будут иметь разные значения показателей эффективности, надежности, т.е. в целом, разные показатели успеха в деятельности.
В профессиональной деятельности можно выделить три составляющие этот процесс фазы:
1. Формализационная деятельность (формализационная фаза деятельности). Решение любой проблемы начинается с формализации проблемной ситуации в когнитивной сфере. Результатом этой деятельности является образ (когнитивная модель) проблемы. Реализована эта модель или представлена в реальности может быть в различных формах (форматах), например в абстрактно-знаковом или мультимедийном форматах. На практике, как правило, когнитивная модель представляется в сочетании этих форматов. Разумеется, разные люди обладают различными способностями (личностными технологиями) к форма-лизационной деятельности, которые оцениваются по критериям адекватности, целостности, полноте, сложности, красоте представления и т.д. Интегрированную способность к формализационной деятельности назовем формализационными способностями (способности типа А).
2. Конструктивная деятельность (конструктивная фаза деятельности). Эта деятельность направлена на поиск пути решения проблемы, т.е. в когнитивной сфере необходимо построить определенный конструкт в рамках проблемной ситуации (найти способ, метод, методику, алгоритм, технологию) организации взаимодействия объектов, чтобы наиболее эффективно (согласно цели) преодолеть существующие там противоречия и противоречия между объектами. Очевидно, разные люди обладают различными способностями (личностными технологиями) к построению такого конструкта, которые оцениваются по критериям быстроты, надежности получения результата, экономичности и т.д. Интегрированную способность человека к деятельности по получению эффективного конструкта решения проблемы назовем его конструктивными способностями (способности типа В).
3. Реализационная (исполнительская) деятельность (исполнительская фаза деятельности). Завершающей фазой деятельности является реализация (исполнение) конструкта решения проблемы в реальной среде, т.е. достижение согласно цели решения проблемы (конечного продукта) как результата всех фаз целенаправленной деятельности. При этом, разумеется, что разные люди обладают различным уровнем развития реализационных (исполнительских) способностей и исполнительские способности (способности типа С) являются результатом синергисткой интеграции многих способностей человека.
В общем случае, для любой эффективной деятельности человека по решению проблем необходим определенный уровень развития формализационных (А), конструктивных (В) и исполнительских (С) способностей. Разумеется, этот необходимый уровень развития способностей типа А, В, С достигается за счет обучения формализационной, конструктивной и исполнительской деятельностям.
В психологии [1] понятие деятельности интерпретируется как основа, средство и условия развития личности. Из проведенного анализа следует, что сущность деятельностного подхода в обучении заключается в научении формализа-ционной, конструктивной, исполнительской деятельностям в определенной предметной области (компетенции).
Математическое обеспечение дидактической системы. Проведем факторный анализ деятельности в целом с целью раскрытия с помощью математических моделей внутренних механизмов отражения состояния каждого фактора (1-5) на результаты деятельности.
ФАКТОР 1. Поток проблем. В психологии [1] проблема определяется как вопрос, который стоит на границе известного и неизвестного. Проблема возникает тогда, когда старое знание оказалось недостаточным, а новое еще не сформировалось.
С объектно-ориентированной точки зрения деятельность есть целенаправленное ресурсообменное взаимодействие индивида с объектами среды. По ходу этого взаимодействия (процесса) возникает множество проблем.
Проблема - это ситуация (проблемная ситуация), когда целенаправленным действиям индивида (команды) оказываются противодействия со стороны среды (объектов среды). В широком смысле, проблема - это ситуация, в которой объекты среды оказывают сопротивление к целенаправленной деятельности индивида (команды). Решить проблему означает найти и реализовать способ, метод, методику, алгоритм, технологию воздействия на среду, позволяющие преодолеть ее сопротивление и достичь цели.
Сопротивление среды к действиям индивида может быть разной мощности или, как принято называть, проблема может иметь разную сложность. Таким образом, сложность проблемы может быть измерена через количество затраченного на ее решение труда (трудность), представленного в работа-часах (раб./ч) по аналогии с определением мощности, принятой в физике или производительностью труда, принятой в экономике. При этом понятие трудность (трудоемкость решения) проблемы является субъективным, а понятие сложность проблемы -объективным. Следовательно, сложность проблемы можно измерить через известную наименьшую трудоемкость решения проблемы (оценить сложность проблемы через показатели значений производительности труда «чемпиона»). Такой прием оценки сложности проблемы традиционно используют в спорте, где, например, спортсмен, развивая деятельность в рамках определенных правил, ресурсов решает проблему за определенное время и это время сравнивается с показателями «чемпиона» в рассматриваемом виде спорта. Разумеется, если сложность проблемы может быть измерена в раб./ч «чемпиона», в определенном виде деятельности, то все проблемы этой предметной области могут быть отсортированы по возрастанию сложности. Этот факт, в свою очередь, означает, что любой специалист может быть оценен с помощью меры близости к «чемпиону» по показателям эффективности деятельности.
В дидактике [5,6] известно, если обучаемый освоил из определенной предметной области класс Р(1)-проблем определенной сложности и решает их на уровне «чемпиона», то на рассматриваемый момент он с надежностью 80% решает проблемы на 20% сложнее (труднее), чем Р(1). Этот факт позволяет определить количественные оценки «зоны ближайшего развития (ЗБР)», установленного Л. С. Выготским. На рис 2. показана модель развития обучающегося с 20% ЗБР.
Р(1) Р(2) Р(3) Р(к)
Ранжированные по трудностям классы проблем из определенной предметной области
Рис. 2. Модель развития индивида через ЗБР
Таким образом, процесс обучения протекает от простого к сложному через ЗБР и стремится к уровню некомпетентности, т.е. наступает момент времени, когда индивид не в состоянии с высокой надежностью решать проблемы класса Р(к) сложности в актуальном режиме.
ФАКТОР 2. Тип индивида (команды). Как отмечал Я. Коменский - обучение должно быть построено на принципе природосообразности. В современных условиях этот принцип приобретает особо значимый смысл в связи с усложнением потока проблем и среды деятельности (факторов противодействующих успешности деятельности).
Информационное взаимодействие психики человека представим как взаимодействия потока проблем определенного типа и интенсивности с индивидом с определенным профилем на психической карте (рис. 3).
Психическая карта с определенными профилями индивидов строится на основе известных моделей и следующих предположений: рассматриваются четыре пары возможных психических предпочтений индивида (полюса предпочтений индивида), которые задают шкалы (интервалы): экстраверсия (E) -интроверсия (I); сенсорика (S) - интуиция (N); этика (F) - логика (T); рациональность (J) - иррациональность (P) [2,4].
На этой основе построены известные тесты МВТ и САРТ. В нашей модели предпочтения измеримы в абсолютной шкале, т.е. каждый интервал меняется от -100 до 100, имитируя то обстоятельство, что в общем случае устойчивые состояния психики разных индивидов могут принимать разные значения на этих шкалах. Например, индивид может быть на 70% экстраверт, а на 30% интроверт (знак «-» на рис. означает только противоположность полюсов), т.е. в модели сразу учитывается единство противоположностей в индивиде. В соционической классификации выделяют шестнадцать типов людей, по состоянию всевозможных сочетаний психических вариантов: ISTJ, ISTP, ESTP, ESTJ, ISFJ, ISFP, ESFP, ESPJ, INFJ, INFP, ENFP, ENFJ, INTJ, INTP, ENTP, ENTJ.
Эти идентификаторы играют роль психических дескрипторов, определяющих шкалы наименований (классификаторы по содержанию), внутри которых по отдельным осям задаются шкалы отношений. Например, в нашей системе располагаются два определенных типа индивида с профилями ESTP и INFJ, меру принадлежности к которым определяет упорядоченный набор вероятностей. На психической карте приведены профили со следующими значениями состояния вероятностей:
ВЗГР (-70, -81, -61, -61); /л^Л, И, Л, ^1).
100 101 101 100 101 101 101 100
Таким образом, любая группа людей (студенческая группа, поток, команда) имеет определенную психическую карту с множеством соответствующих профилей. Эта карта на практике имеет значение, так как, исходя из этой карты, мы можем спрогнозировать и ответить на многие вопросы: о потенциальной успешности деятельности команды, успешности деятельности индивида в команде, особенности требуемой технологии обучения группы и отдельных индивидов [3]. Разумеется, индивид в зависимости от профиля на психической карте, проблемы одного типа и интенсивности будет решать успешно, а другого типа и другой интенсивности - неудачно, т.е. нет людей, которые успешно бы решали потоки проблем всехтипов.
ФАКТОР 3. Способности индивида (команды). Способности - качество индивида (команды), определяющее его возможности по достижению требуемого результата на основе имеющихся ресурсов за определенное время. Психический профиль индивида в основном задает манеру взаимодействия (определенный тип технологии этого взаимодействия) индивида с потоком проблем. Разумеется, для решения определенного рода проблем будет оптимальным индивид с определенным психическим профилем. Учет фактора соответствия рода проблем и профиля индивида, безусловно, необходим при выборе любого вида деятельности. В то же время этот фактор является недостаточным, дело в том, что поток проблем бывает разной интенсивности и сложности, поэтому индивиду для решения проблем в актуальном режиме необходимо обладать определенной интеллектуальной и физической мощностью. Одну и ту же работу, одного и того же количества, с один и тем же качеством исполнения разные люди совершают за разное время. Чем больше работы (интеллектуальной, физической) может совершить человек за единицу времени, тем больше его мощность (производительность). Определить физическую мощность человека можно по проделанной работе (Р) за единицу времени (1), т.е. Ы=РЛ.
Аналогично определим интеллектуальную мощность человека, проявившуюся при решении интеллектуальной составляющей проблемы (интеллектуальной работы) за заданное время. Состояние уровней развития проектно-конструктивных ПК=<А,В,С> способностей человека будем интерпретировать как состояние интеллектуальной силы, которую он может приложить при взаимодействии с проблемой определенной сложности и предметной области. Причем А - величина интеллект силы (интс), которую может развить индивид при деятельности по формализации проблемы в когнитивной сфере, В и С - величины интс, которые индивид может развить при деятельности по конструированию решения проблемы и ее исполнении соответственно. Алгоритмы определения величин А, В, С приводятся в работе [1].
ФАКТОР 4. Мотивация. Мотив рассматривается как интегрированный результат синергетического и антагонистического воздействия внутренних и внешних стимулов на специалиста, вследствие которого у этого специалиста формируется мотив определенной направленности и силы. Затем этот мотив реализуется им через организованную целенаправленную деятельность. В модели ФАКТОР 4 представляется как вектор с вероятностными компонентами, построенный на основе профиля, аналогичного, как показано на рис. 3. Разумеется, в реальности мотив формируется как результат более сложного, чем в модели процесса, содержащего в себе множество внутренних факторов со сложной организацией.
ФАКТОР 5. Вспомогательные средства (ресурсы). Ресурсы необходимы для решения потока проблем, дифференцируются на внутренние (личностные) и
внешние. Их полнота, целостность, организованность, актуальность являются значимым фактором при организации любых дидактических систем.
Программное обеспечение дидактической системы. Универсальной (инвариантной) единицей в интеллектуальной образовательной системе является учебный курс (учебный комплекс), который позволяет научиться эффективно производить какой-то продукт (информационный, материальный, энергетический) в определенной предметной области (в частности, в области программной инженерии). В проекте интеллектуальная образовательная среда (программный комплекс) поддерживает следующие функции:
1) идентификацию психического образа обучаемого;
2) оценку уровня развития проектно-конструктивных способностей в рассматриваемой предметной области;
3) идентификацию зоны ближайшего развития обучаемого на ранговой шкале сложности проблем в рассматриваемой предметной области;
4) выборку наиболее комфортной для индивида технологии обучения в предметной области;
5) синтез предписаний (рекомендаций) обучаемому с целью мотивации и самоорганизации эффективной учебной деятельности;
6) анализ данных успеха (неудач) обучаемого для преподавателя (мониторинг обучаемого).
В проекте предполагается, что система (образовательная среда) в развитии будет все более «интеллектуализироваться».
Литература
1. Волков Б. С., Волкова Н.В., Губанов А.В. Методология и методы психологического исследования. М.: Академический Проект: Трикста, 2006. 352 с.
2. Жижин К.С. Экспресс-диагностика подсознания. Ростов н/Д: Феникс, 2006. 160 с.
3. Иванов В.Г., Нуриев Н.К. Формирование конкурентоспособной профессиональной команды для информационно-интеллектуальной поддержки бизнес процессов // Дополнительное профессиональное образование. 2005. № 6[18]. С. 24-27.
4. Крегер О., Тьюсон Д. Типы людей и бизнес. М.: АСТ; Астрель, 2005. 457 с.
5. Нуриев Н.К. Дидактическое пространство подготовки компетентных специалистов в области программной инженерии. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2005. 244 с.
6. Нуриев Н.К. Проектирование дидактической системы инновационной подготовки специалистов в области программной инженерии: Автореф. дис... докт. пед. наук. Казань, 2006. 44 с.
7. Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н. Методологические основы и технологии обучения инженерной деятельности в университете инновационного типа // Телекоммуникации и информатизация образования. 2006. № 2[33]. С. 55-71.
8. Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Фатыхов Р.Х. Проектирование модели обучения в идеологии организации бизнес-процесса корпорации Microsoft // Математические методы в технике и технологиях: Сб. трудов. XIV Междунар. научн. конф. Ростов н/Д, 2003. С. 128-131.
ФАТЫХОВ РИМАН ХУЗЯХАНОВИЧ родился в 1980 г. Окончил Казанский государственный технологический университет. Заместитель директора по информатизации Казанского государственного технологического университета. Область интересов - проектирование интеллектуализированных образовательных систем. Автор 17 научных работ.
НУРИЕВ НАИЛЬ КАШАпОвИЧ родился в 1952 г. Окончил Казанский государственный университет. Кандидат технических наук, доктор педагогических наук. Заведующий кафедрой информатики и прикладной математики Казанского государственного технологического университета. Область научных интересов - проектирование информационных систем. Автор 180 научных работ.
