CC BY
90
тике, биология, химия, экология). Проводятся исследования в области визуального восприятия графических обучающих средств и других визуальных когнитивных процессов.
Литература
1. Торндайк Э. Принципы обучения, основанные на психологии // Основные направления психологии в классических трудах. Бихевиоризм. - М.: АСТ-ЛТД, 1998. - 704 с.
2. Ричмонд У. К. Учителя и машины. - М.: Мир, 1968. - 278 с.
3. Локалов В. А. Развитие творческих способностей школьников на внешкольных занятиях по информатике: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - СПб.: РГПУ, 1999. - 20 с.
4. Леонтьев А. Н. Деятельность. Сознание. Личность. - М.: Политиздат, 1975.
5. Гальперин П. Я. Введение в психологию. - М.: Феникс, 1999. - 330 с.
6. Бургос Д. и др. IMS Learning Design: как спецификации меняют современную среду e-Learning // e-Learning World, 2005. № 2 (8). С. 53-59.
7. Богомолов В. А. Обзор бесплатных систем управления обучением // Educational Technology & Society, 2007. Vol. 10. No. 3. С. 460-466.
УДК 004 М 74
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОСТРОЕНИЯ УЧЕБНОГО ПЛАНА НА ОСНОВЕ ФОРМАЛИЗОВАННОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
И. М. Харитонов, аспирант Тел.: (84457) 2-98-00, e-mail: [email protected] Волгоградский Государственный технический университет
www.vstu.ru
The methodology for the formalized working out of the initial variant of the education study plan is proposed allowing to estimate the consequences of the integration and differentiation of study disciplines in the study process. The procedure is based on the formalized approach to the study discipline elaboration.
Предлагается методика формализованного построения исходного варианта учебного плана, позволяющая оценивать последствия интеграции и дифференциации учебных дисциплин в учебном процессе за счет применения формализованного подхода к построению учебной дисциплины.
Ключевые слова: построение учебного плана, управление учебным процессом, формализованный подход к построению учебной дисциплины, взаимосвязи между дисциплинами, компетенции, выпуск специалистов, модульный подход, дерево целей.
Keywords: Study plan working out, study process control, formalized approach to the study discipline elaboration, interdependence between study disciplines, competences, specialists graduation, module approach, objectives tree.
Введение
Основной целью системы высшего образования является профессиональная подготовка специалистов высшей квалификации в соответствии с социальным заказом. Поэтому именно профессиональная деятельность специалистов задает и определяет цели изучения всех учебных дисциплин, а значит, и содержание, и структуру, и формы соответствующей учебной деятельности студентов, готовящихся к этой профессиональной работе. Вот почему особое значение сейчас, когда происходит переход к новым государственным образовательным стандартам по всем учебным специальностям, приобретают исследования, направленные на изучение прогнозирования последствий реформирования учебного процесса. В данной работе
предлагается методика, позволяющая оценивать последствия интеграции и дифференциации учебных дисциплин в учебном процессе за счет применения формализованного подхода к построению учебной дисциплины.
Известно, что управление учебным процессом вуза состоит из многих задач. В данной работе будет рассматриваться лишь одна частная, но важная задача управления - моделирование процесса построения учебного плана. Решение частной задачи повышения эффективности составления учебного плана позволит повысить эффективность управления учебным процессом в целом. В настоящее время существуют методики управления, основанные на принципе модульного представления учебных дисциплин и на основе дерева целей подготовки специалиста [1-5], однако методики управления учебным процессом вуза на основе формализованного подхода к построению учебной дисциплины разработаны недостаточно.
Эффективность управления учебным процессом во многом зависит от правильной оценки взаимосвязей между учебными дисциплинами. Нахождение и оценка взаимосвязей между учебными дисциплинами позволяет в полной мере представить состояние учебного процесса, увидеть и устранить проблемные места в учебном плане, правильно выстроить порядок изучения и состав учебных дисциплин. В большинстве работ данному вопросу уделяется очень мало внимания. Нахождение и оценка взаимосвязей между учебными дисциплинами либо вообще не производится, либо производится логическая оценка, то есть фиксируется наличие либо отсутствие связи, кроме работы [5], где производится оценка связей на основе проведения экспертной оценки преподавателями.
В связи с изменениями, происходящими из-за введения новых образовательных стандартов, в предшествующих работах не могли быть рассмотрены новые профили подготовки выпускающегося бакалавра.
Ввиду того что нахождение и оценка взаимосвязей между учебными дисциплинами играет важную роль в управлении учебным процессом, актуальной становится разработка методики нахождения и количественной оценки взаимосвязей между учебными дисциплинами, входящими в учебный план специальности.
Известны трудности существующей технологии составления учебных планов, состоящие в необходимости достичь цели обучения при выполнении множества ограничений: общее количество учебных часов плана не должно превышать норму, указанную в государственном стандарте; число учебных часов в неделю не должно превышать заданной нормы; общее количество дисциплин в плане и их число в каждом семестре ограничено; начало и окончание изучения любого учебного модуля должно находиться внутри какого-либо семестра; любая дисциплина, изучаемая более чем в одном семестре, должна изучаться непрерывно; число зачетов и экзаменов в каждом семестре должно быть строго ограничено, включая курсовые работы и проекты и т. д.
Поэтому представляет интерес автоматизация процесса получения исходного варианта учебного плана, в котором эти ограничения учтены; наличие такого варианта сократит затраты времени на составление рабочего учебного плана - уже производимого специалистами вручную.
Целью работы является формирование учебного плана, что является одной из важных задач повышения эффективности управления учебным процессом вуза, на примере профиля «Сервисно-эксплуатационная деятельность» для бакалавриата направления 230100 - «Информатика и вычислительная техника».
Для достижения данной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать требования к выпускающемуся бакалавру и учебному процессу на основе государственного образовательного стандарта для бакалавриата направления 230100 -«Информатика и вычислительная техника».
2. На основе анализа сформировать количественные критерии оценки качества подготовки бакалавров направления 230100 - «Информатика и вычислительная техника».
3. Разработать методику и построить модель управления учебным процессом вуза на основе формализованного подхода к построению учебной дисциплины.
4. На основе предложенной модели разработать методику нахождения и количественной оценки взаимосвязей между учебными дисциплинами учебного плана.
5. Программно реализовать разработанную методику и проверить работоспособность созданного программного комплекса при решении практических задач.
1. Сведения о предшествующих разработках
Наиболее известные подходы к управлению учебным процессом вуза основаны на методике дерева целей подготовки специалиста [1-4, 6-8].
Одним из направлений работ в области управления учебным процессом вуза является составление учебных планов на основе дерева целей подготовки специалиста. Основные цели обучения - что должен знать и уметь выпускник вуза. Каждой цели ставится в соответствие одна или несколько дисциплин учебного плана. Входными данными являются коэффициенты относительной важности целей учебного процесса. Далее происходит набор необходимых тем учебных дисциплин, наиболее важных для формирования специалиста. При таком алгоритме работы не учитываются связи между модулями. Связи между модулями, попавшими в учебный план, оцениваются после отбора содержания, поэтому может проявиться информационная недостаточность для изучения некоторых модулей, т. к. необходимые для них в качестве информационной базы элементы-предки могут иметь недостаточно высокий групповой вес.
Другим направлением работ в области управления учебным процессом вуза является методика модульного обучения. Сущность модульного обучения заключается в том, чтобы максимально обособить отдельные блоки (модули) учебного материала. При модульном построении обучения строится граф логической структуры предмета, в котором указываются не только внутрипредметные, но и межпредметные связи. Затем в отдельные учебные элементы, составляющие структуру модуля, выбираются полностью те темы из графа логической структуры, которые необходимы для изучения конкретного учебного элемента, причем эти темы могут выбираться из различных учебных дисциплин в зависимости от междисциплинарных связей.
Некоторым недостатком такой организации построения содержания обучения является то, что в модули помещается информация, не относящаяся непосредственно к изучаемой дисциплине. Причем информация фундаментальных наук для данной специальности (в частности, для инженерного образования - математика, физика и другие общетехнические дисциплины) может дублироваться несколько раз в различных модулях. Это, конечно же, положительно влияет на качество усвоения материала, но значительно сокращает общий объем учебного материала, который можно преподнести студенту за срок его обучения в вузе.
На основании вышеизложенного можно заключить, что актуальны работы по совершенствованию методики управления учебным процессом вуза, позволяющие устранить недостатки предыдущих методик. Дополнительным аргументом, подтверждающим актуальность таких работ, является процесс реформирования образовательных государственных стандартов по всем учебным специальностям, происходящий в настоящее время.
2. Алгоритм составления предварительного варианта учебного плана
Шаг 0. Подготовка исходных материалов
Основой для использования предлагаемой методики являются: примерный список дисциплин, предоставляемый учебно-методическим объединением; рабочие программы по дисциплинам и государственный образовательный стандарт по данному направлению. Из этого перечня документов имеем следующие исходные данные: список обязательных и вариативных дисциплин; перечень тем, входящих в дисциплину; количество часов, отводимых на изучение дисциплины; общее количество учебных часов; список компетенций, которыми должен обладать бакалавр текущего профиля.
Из этого перечня исходных параметров детерминированными являются: общее количество учебных часов, список обязательных для изучения дисциплин, список компетенций. Остальные параметры являются настраиваемыми в результате выполнения методики.
Шаг 1. Формализованное представление
На данном этапе происходит формализованное представление каждой учебной дисциплины в виде определенного набора атрибутов. Преподаватель или группа преподавателей, читающих данную дисциплину, производят разбиение дисциплины на отдельные модули, из которых состоят все виды учебной деятельности, а также выделяют в каждом модуле список ключевых понятий или термов, характеризующих данный модуль.
В результате такого представления выделяются следующие параметры: список модулей учебной дисциплины с перечнем изучаемых тем; время изучения каждого модуля (суммой времен всех модулей дисциплины является общее время изучения дисциплины); список входных и выходных термов каждого модуля. Каждый из этих параметров настраивается в результате дальнейшей работы.
Шаг 2. Компетентностный подход
На данном этапе производится анализ значимости каждого учебного модуля для формирования выпускающегося бакалавра. С помощью методики экспертных оценок производится расстановка коэффициентов значимости модулей и соответствия знаний, полученных в результате изучения модуля, компетенциям, которыми должен обладать выпускающийся бакалавр.
Используются следующие параметры: список модулей дисциплины; список компетенций, которыми должен обладать бакалавр текущего направления; коэффициент значимости модуля для формирования бакалавра. Коэффициент значимости и список компетенций являются детерминированными параметрами.
Шаг 3. Анализ взаимосвязей
После построения формализованной модели всех учебных дисциплин и построения общей базы знаний учебного плана происходит анализ взаимосвязей учебных дисциплин с целью определения порядка изучения дисциплин и наполнения необходимым материалом каждой учебной дисциплины. Производится экспертная оценка, выявляющая, какие модули одних учебных дисциплин нуждаются в знаниях модулей других учебных дисциплин. Таким образом, выявляются родительские и дочерние модули, благодаря чему возможна правильная расстановка учебных дисциплин по времени изучения. Также происходит определение модулей, не требующих для своего изучения знаний других модулей, и определение модулей, не вносящих непосредственный вклад в изучение других модулей.
На данном этапе используются следующие параметры: список модулей каждой дисциплины; список входных и выходных термов модуля; коэффициент взаимосвязи между модулями. Коэффициент взаимосвязи между модулями является детерминированной величиной и не изменяется в последующих вычислениях, остальные параметры настраиваются в дальнейшей работе.
Шаг 4. Контент-анализ
После проведения анализа, основанного на оценке экспертиз, производится контент-анализ содержания модулей учебных дисциплин с целью выявления реальных взаимосвязей. Если полученный коэффициент сильно отличается от экспертного, то следует пересмотреть содержание модулей в сторону большего приближения терминологического словаря и наполнения материала между связанными дисциплинами.
При выполнении методики контент-анализа используются следующие параметры: коэффициент взаимосвязи между модулями; список модулей; список входных и выходных термов модуля; учебный материал каждого модуля. Все параметры настраиваются в результате дальнейшей работы.
Шаг 5. Формирование учебного плана
После выполнения предыдущих этапов на данном заключительном этапе происходит объединение всех полученных результатов воедино, производится настройка всех параметров и формируется исходный учебный план специальности, предоставляемый специалистам кафедр и учебному отделу вуза для дальнейшей профессиональной работы.
Сформированный учебный план представляет собой вариант расположения учебных модулей по времени изучения, выборку наиболее значимых модулей для формирования бакалавра, наполнение каждого модуля правильно подобранным учебным материалом. При этом оценивается время на изучение каждой учебной дисциплины, в сумме не превосходящее общее время учебного плана.
3. Существо предложений по совершенствованию методики управления учебным процессом
Предлагается методика управления учебным процессом вуза на основе формализованного подхода к построению учебной дисциплины. Известно, что основной целью системы высшего образования является профессиональная подготовка специалистов высшей квалификации в соответствии с социальным заказом. Поэтому именно профессиональная деятельность специалистов задает и определяет цели изучения всех учебных дисциплин, а значит, и содержание, и структуру, и формы соответствующей учебной деятельности студентов, готовящихся к этой профессиональной работе. Описание модели специалиста может быть выполнено с различной полнотой, с различной степенью обобщения и с использованием различных терминов. Для совершенствования учебного процесса необходимы точно построенные модели, особенно формализованные, позволяющие в полной мере описать основные свойства, качества и способности специалиста.
В настоящее время происходит реформирование образовательных государственных стандартов по всем учебным специальностям, поэтому сейчас особенно важно построение формализованной модели представления учебного знания, позволяющее спрогнозировать последствия дифференциации и интеграции учебных дисциплин. Предлагаемая модель позволит оценить возможность интеграции отдельных дисциплин без нанесения ущерба общему процессу обучения или внедрения в учебный процесс новых учебных дисциплин.
В новых образовательных государственных стандартах уделяется большое внимание разделам «что должен знать» и «что должен уметь» бакалавр по данному направлению. Все знания и умения, указанные в стандарте, получаются бакалавром в результате освоения учебных дисциплин. Следовательно, учебные дисциплины формируют у бакалавра набор определенных теоретических знаний и практических умений. Каждая учебная дисциплина, в разной степени, способствует формированию определенной теоретической базы (выраженной в виде набора учебных знаний, понятий, терминов, схем, формул и т. д.) и практической базы (выраженной в виде набора определенных умений, навыков, методик, принципов мышления и т. д.). На языке формальной логики учебную дисциплину можно представить в виде кортежа D = {Тп, PD}, где D - учебная дисциплина, Тп - теоретическая база, Рп - практическая база.
Процесс обучения, позволяющий сформировать у бакалавра теоретическую и практическую базу, состоит из различных видов учебной деятельности: лекций, семинаров, практических занятий, лабораторных работ, семестровых работ, курсовых работ, самостоятельных работ. Одни виды учебной деятельности формируют теоретическую базу знаний бакалавра (лекции, рефераты, доклады, научно-исследовательская работа), другие - практическую базу навыков и умений (семинары, практические, лабораторные, семестровые и курсовые работы). На языке формальной логики это выглядит в виде: П = {ЬЕСТ, ЬЛБР, РЯР, ЯЕЕТ, БЕМР}, где ЬЕСТ -это множество лекций по изучаемой дисциплине (теоретическая база); ЯЕЕТ - множество рефератов, докладов и научно-исследовательских работ (теоретическая база); ЬЛБР - множество лабораторных работ (практическая база); РЯР - множество практических работ и семинаров (практическая база); БЕМР - множество семестровых и курсовых работ (практическая база).
Все учебные дисциплины, организующие учебный процесс, связаны между собой: в более поздних по времени изучения дисциплинах используется информация из ранее изученных без ее конкретизации, т. е. предполагается, что обучаемый знает, какой смысл вкладывается в то или иное определение или понятие. Для более подробного рассмотрения структуры учебного материала дисциплины дробятся на более мелкие по объему единицы, которые в работах многих исследователей называются модулями или тематическими модулями. Особенностью модульного обучения является максимальная обособленность учебного материала, входящего в каждый модуль, но при этом должна существовать возможность наполнения учебного содержания из отдельных модулей без нарушения логичности изложения материала. Модульное обучение подразумевает разбиение на модули всего материала учебной дисциплины, излагаемого с помощью различных видов учебной деятельности. На отдельные модули разбивается как лекционный материал, так и учебный материал, изучаемый на практических, лабораторных и семинарских занятиях. На языке формальной логики каждое из множеств видов учебной деятельности состоит из множества модулей {М1, ..., Мк, ..., Мп}, где М, - тематический модуль учебной дисциплины. Каждый модуль может включать в себя от одной до нескольких изучаемых тем: М(1кетеи Лете2, ..., №етет).
При данном подходе модуль - это унифицированно-структурированный, логически завершенный объем материала, дающий первичное приобретение некоторых теоретических и практических навыков для выполнения какого-либо вида работ. Модуль представляет собой самостоятельную учебную дидактическую единицу, по величине равную одной или нескольким темам учебного курса. Для модуля существенно осознание единства теоретических и прикладных сторон дисциплины с ориентацией на будущую профессиональную деятельность выпускника. Понятие модуля предполагает структуризацию учебного материала, описываемого некоторыми темами, входящими в модуль. При этом материал модуля представляется в виде логически завершенного объема, направленного на формирование у бакалавра некоторого набора понятий и навыков, которые могут быть выражены в виде определенных понятий, методик, формул и т. д. Таким образом, структура модуля подразумевает выделение в нем наиболее важных понятий, вкратце описывающих объем изучаемого внутри модуля материала. В государственном стандарте и рабочих программах такие понятия называются терминологическими понятиями, терминами или тезаурусом. Данные определения не совсем подходят, поскольку
наиболее важные понятия могут выражаться не только в виде одного или нескольких слов, но и в виде некоторых формул, графиков или методик. Такие ключевые понятия каждого модуля в общем виде удобнее называть термами. С точки зрения формального описания можно сказать, что модуль состоит из множества термов: M = (Ть ..., Tk, ..., Т„}, где Ti - терм модуля.
В общем виде формализованная модель представления учебной дисциплины может быть представлена следующей схемой (рис. 1):
Рис. 1. Формализованная модель представления учебной дисциплины
В общем виде формализованную модель представления учебной дисциплины можно представить в виде трехкомпонентной структуры (М, D, К), где M - входное воздействие, K - выходное воздействие, D - объект. Под объектом понимается сама учебная дисциплина, обладающая рядом атрибутов и свойств: D = (ND, GD, HD, МП}, где ND - наименование дисциплины, GD - направление (естественнонаучное, общепрофессиональное и т. д.), НП - объем часов, выделенный на дисциплину, МП - модули дисциплины. Под входным воздействием понимается весь материал учебной дисциплины, выраженный в виде теоретической и практической базы знаний. Данный учебный материал представлен в виде модулей, на которые разбиты все виды учебной деятельности. Модуль можно представить в виде набора атрибутов: М = {NM, НМ, ПМ, БМ, Тт, КМ}, где NM - наименование модуля, НМ - объем часов изучаемого модуля, ПМ-указатель принадлежности модуля дисциплине, БМ - вид учебной деятельности модуля, Тт -выходные термы модуля, КМ - коэффициент значимости модуля для выпускающегося бакалавра. Каждый модуль, помимо атрибутов, относящихся к самой учебной дисциплине, имеет также коэффициент значимости для формирования бакалавра требуемого направления. В таблице в качестве примера построения коэффициентов значимости модуля показаны модули дисциплины физика, где ОК - общекультурные компетенции, ПК - профессиональные компетенции (перечень компетенций указан в образовательном государственном стандарте для каждого направ-
ления). Для анализа были выбраны только те компетенции, на которые, по мнению экспертов, может влиять дисциплина «Физика». Для рассматриваемого направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» перечень используемых компетенций выглядит следующим образом:
ОК1 - выпускник владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке целей и выбору путей ее достижения;
ОК10 - выпускник использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
ОК12 - выпускник имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией;
ОК15 - выпускник владеет основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;
ПК2 - выпускник умеет осваивать методики использования программных средств для решения практических задач;
ПК4 - выпускник умеет разрабатывать модели компонентов информационных систем включая модели баз данных;
ПК5 - выпускник умеет разрабатывать компоненты программных комплексов и баз данных, умеет использовать современные инструментальные средства и технологии программирования.
Таблица.
Построение коэффициентов значимости модуля
----___--Компетенции ОКЬ ОКю, ОК12, ОК15, ПК2, ПК4, ПК5,
Модули —— % % % % % % %
Элементы кинематики и динамики 25 0 40 10 25 0 0
Законы сохранения 0 0 0 0 10 0 0
Физика колебаний и волн 5 0 0 10 0 0 0
Кинематика и динамика жидкостей 10 0 0 10 0 10 0
Основы молекулярной физики 0 0 0 0 0 0 0
Основы термодинамики 5 10 10 0 10 0 0
Фазовые равновесия и превращения 5 0 0 0 10 10 0
Электричество и магнетизм. Электростатика в вакууме и веществе 15 45 0 25 10 0 60
Постоянный электрический ток 15 45 10 25 25 10 25
Элементы физической электроники 0 0 0 0 0 0 0
Магнитостатика в вакууме и веществе 0 0 0 0 0 10 0
Уравнения Максвелла 0 0 0 0 0 0 0
Физика колебаний и волн 0 0 0 10 0 0 0
Электромагнитные волны 0 0 0 0 0 0 15
Волновая оптика 5 0 25 0 0 0 0
Основы релятивистской механики 0 0 0 0 0 0 0
Квантовые свойства излучения 0 0 0 0 0 0 0
Основы квантовой физики 10 0 15 0 10 45 0
Конденсированное состояние 5 0 0 10 0 15 0
Современная физическая картина мира 0 0 0 0 0 0 0
ВХОДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ОБЪЕКТ
ВЫХОДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
В случае если компетенция формируется не одной, а несколькими учебными дисциплинами, то общий коэффициент формирования компетенции будет складываться из процентного
соотношения нескольких дисциплин пропорционально их трудоемкости, выраженной в зачетных единицах.
Под выходным воздействием понимаются компетенции, которыми должен обладать бакалавр по данному направлению. Компетенция представляет собой сложное, интегрированное понятие, характеризующее способность человека реализовывать весь свой потенциал (знания, умения, личностные качества) для решения профессиональных и социальных задач в определенной области. Ком-
Рис. 2. Представление учебной дисциплины в виде трехкомпонентной структуры
петенции бывают двух видов: общекультурные и профессиональные. Первые направлены на формирование норм мышления и поведения бакалавра, выработку профессиональных качеств, а вторые направлены на формирование базы знаний, навыков и умений, которыми должен обладать бакалавр данного профиля. Все компетенции прописаны в новых государственных образовательных стандартах по каждому направлению.
Таким образом, структуру можно изобразить в следующем виде (см. рис. 2).
Благодаря построению такой модели можно создать так называемую базу учебных дисциплин, содержащую все учебные дисциплины изучаемого направления. В такой базе будут храниться учебные дисциплины в виде набора характеризующих их атрибутов и сущностей. Благодаря такому подробному представлению дисциплин возможно полное и грамотное определение взаимосвязей между всеми дисциплинами учебного цикла. Возможно не только установление наличия связей, но и проведение их количественной оценки, а также определение места соприкосновения (например, по практическим навыкам, которые получаются на лабораторных работах). В результате после определения взаимосвязей между учебными дисциплинами строится полная модель всего учебного процесса, на которой отображены все изучаемые дисциплины направления с соответствующими атрибутами и взаимосвязи между всеми изучаемыми модулями каждой из учебных дисциплин. После построения на такой модели сразу будет видно состояние всего учебного процесса. По ней легко можно понять, какие модули в различных дисциплинах вносят вклад в формирование бакалавра в большей степени, а какие - в меньшей, вследствие чего необходимо усилить изучение наиболее важных модулей и уделить меньшее время изучению менее важных модулей.
Построенная модель управления учебным процессом вуза на основе формализованного подхода к представлению учебной дисциплины позволяет устранить недостатки существующих методик управления учебным процессом, основанных на модульном обучении и на методике дерева целей подготовки специалиста. Нахождение и количественная оценка взаимосвязей между учебными дисциплинами позволяет устранить недостатки методики, основанной на построении дерева целей подготовки специалиста. Построение базы учебных дисциплин и нахождение места каждой учебной дисциплины в учебном плане, основываясь на степени важности каждого модуля для вклада в формирование бакалавра, позволяет избежать дублирования изучаемой информации и перераспределить время на изучение наиболее важных модулей, что устраняет недостаток методики управления учебным процессом на основе модульного обучения.
Методике нахождения взаимосвязей между учебными дисциплинами посвящено множество публикаций [5-7]. В большинстве работ предлагается сначала на основе графа связности учебного материала установить логичность изложения, т. е. порядок изучения учебных модулей. При этом для каждого модуля определяется временной промежуток возможного изучения. Затем по выбранному критерию оптимизации модули распределяются по неделям. Во всех перечисленных выше работах, кроме [5, 7], связь между модулями - величина логическая, т. е. фиксируется только наличие или отсутствие связи.
Для уменьшения размерности задачи использовались следующие методы усечения исходной информации:
1) устранение контуров в графе связности [8];
2) исключение несущественных (или эквивалентных) путей [9, 10];
3) исключение связей, перекрещивающих слои графа [11].
Данный подход к построению учебного плана неприемлем, так как ни в одной работе не учитывается вклад каждого модуля в формирование выпускающегося бакалавра. Также практически во всех работах все логические связи между разделами равноценны (и равны 1, если связь есть), что неправильно, поскольку степень связности каждого модуля неодинакова. В тех работах, которые находят взаимосвязи между модулями в виде различных степеней связности, используется только методика экспертных оценок.
Расчет оптимального учебного плана опирается на исходную информацию, большую часть которой получают от экспертов. Экспертные методы используют эвристические возможности человека, позволяя на основе знаний, опыта и интуиции специалистов, работающих в данной области, получить оценку исследуемых явлений. Обоснованию и математическим основам экспертных методов посвящено значительное число работ [8-11]. При использовании мнений группы экспертов предполагается, что организованное взаимодействие между специалистами позволит компенсировать смещения оценок отдельных членов группы и что суммарной информации, имеющейся в распоряжении группы экспертов, будет больше, чем информация лю-
бого члена группы. Обработка результатов экспертизы представляет собой трудоемкий процесс. Выполнение операций вычисления оценок и показателей их надежности вручную связано с большими трудовыми затратами даже в случае решения простых задач.
Методы измерений:
1. Ранжирование. При ранжировании эксперт располагает объекты в порядке предпочтения, руководствуясь одним или несколькими показателями сравнения.
2. Парная оценка или метод парных сравнений представляет собой процедуру установления предпочтений объектов при сравнении всех возможных пар.
3. Непосредственная оценка представляет собой процедуру приписывания объектам числовых значений по шкале интервалов. Эквивалентным объектам приписывается одно и то же число. Этот метод может быть осуществлен только при полной информированности экспертов о свойствах объектов. Вместо числовой оси может использоваться балльная оценка.
4. Последовательное сравнение включает в себя ранжирование и непосредственную оценку.
При оценке обоих коэффициентов в данной работе был использован метод непосредственной оценки. Этот метод обладает наибольшей информативностью. Но, как уже было сказано выше, для него требуется полная информированность экспертов.
Методы проведения групповых экспертиз бывают:
1) очные и заочные.
2) индивидуальные и коллективные;
3) с обратной связью и без обратной связи.
После анализа всех методов проведения экспертизы в данной работе на различных этапах были применены два различных метода. Для определения начального набора данных (разбивка дисциплин на модули, определение их объема и тезауруса) был использован коллективный метод. Это оправдано тем, что в этом случае необходимо было достигнуть согласия. На этих начальных данных будет в дальнейшем базироваться вся дальнейшая работа экспертов. В данной работе методом экспертных оценок определяются еще два параметра, а именно: коэффициент значимости модуля для профессиональной подготовки и коэффициент тесноты связи между модулями. И в том и в другом случае был выбран заочный метод анкетирования без обратной связи, т. к. экспертам предоставлена достаточная количественная информация.
В данной работе используется методика нахождения и двухуровневой оценки взаимосвязей между учебными дисциплинами. Помимо методики, основанной на опросе экспертов, используется также методика контент-анализа терминологической связи между учебными дисциплинами. Это делается для того, чтобы на практике рассмотреть текущее положение учебного процесса, что позволит сравнить данные, полученные в результате опроса экспертов и контент-анализа, на предмет их совпадения. В случае расхождения полученных коэффициентов взаимосвязи возможна корректировка наполнения любой учебной дисциплины. Методике контент-анализа посвящено множество работ [12-14], но применение данной методики для управления учебным процессом используется впервые.
Контент-анализ - это количественный анализ текстов и текстовых массивов с целью последующей содержательной интерпретации выявленных числовых закономерностей. Реально главной отличительной чертой контент-анализа является не его декларируемая во многих определениях систематичность и объективность (эти черты присущи и другим методам анализа текстов), а его квантитативный характер. Контент-анализ - это, прежде всего, количественный метод, предполагающий числовую оценку каких-то компонентов текста, которая может дополняться также различными качественными классификациями и выявлением тех или иных структурных закономерностей. Контент-анализ является типичным примером прикладного информационного анализа текста, сводящегося к извлечению из всего разнообразия имеющейся в нем информации каких-то специально интересующих исследователя компонентов и представлению их в удобной для восприятия и последующего анализа форме. Многочисленные конкретные варианты контент-анализа различаются в зависимости от того, каковы эти компоненты и что именно понимается под текстом.
В контент-аналитических исследованиях используются следующие методы:
1. Частотная оценка. В контент-анализе самыми бедными по содержанию и в то же время самыми фундаментальными являются простые оценки частот: _Дс, /) - частота встречаемости характеристики с в тексте
2. Условно-частотная оценка. Простые частоты являются не самой подходящей оценкой текстов. Проблемы с ними могут возникнуть в том случае, если сравниваются разные по длине тексты. Вычисляется она как частота встречаемости _Дс, /), деленная на длину текста Ц/).
3. Нормированная оценка. Применяется для определения характера какого-либо отдельного текста. Для нахождения нормированной оценки следует сформировать категорию определенных терминов по какой-либо тематике Кт и сопоставить ей условную частоту встречаемости в обычной речи рг(Кт, речь), которая называется нормой для категории Кт. При анализе конкретного текста t подсчитывается условная частота рг(Кт, 0. Если она существенно больше нормы рг(Кт, речь), то текст t относят к заданной тематике.
4. Контекстная оценка. Основная идея контекстного анализа заключается в том, что анализу подвергается не весь текст, а лишь некоторая выборка из него, являющаяся контекстом употребления характеристики с.
5. Контент-мониторинг. Если анализу подвергается массив упорядоченных во времени текстов, поступивших из одного источника, речь идет уже не о простом контент-анализе, а о контент-мониторинге текстовой информации. В этом случае появляется дополнительная возможность применить математический аппарат многомерного регрессионного анализа, аппарат анализа временных рядов, методы технического анализа.
В данной работе автором использовался метод условно-частотной оценки, так как происходил анализ множества текстов различного объема с целью выявления в них определенных терминологических понятий.
А e E 1 E С 1 » ! 1 J I
1 i 1ШСОК rü^UllHün КйЛИ'1й£ТКа lt|l IJIlII Ш
2 1 Гц- ¿flCRü Ii >1 Jl Sl А »I
(LH[.TSLi fnptu 0 i 9 а К 19 «9
JSUiHjT eure« 0 0 1 i г 1 0 в
V" MfliiHWff емчм D D 1 D я Р D р
6 OJ D 5 D □ гж Р 4 р
7 rpua pxvruH 0 D В D 6i :Р а р
а 11ТОЫ IT ciaäuuiri] D D в □ с Р р р
9 ГОНЦАМ EIJTH3U 0 D D D р Р в р
Н слитщ CUCTlfll D 0 D D 17 0 0 D
И jfllptU 0 1 0 0 0 D 0 Р
и лоащчв CUTS" 4) 0' 0 0 1 0 3 0
13 CHCTSU D D D □ Р Р р Р
14 V "liy.-ЬС CtJ D □ 0 □ Р Р 13 Р
нмрврывн tUf с D О D Р :Р а Р
1С HtnipDpbJOH ЕНСТШ 1 D 4 □ Р Р р Р
17 (ТЛИ njj p □ 0 p Р Р 0 Р
Ig D 0 В 0 2 D с D
19 /иивэр 0 0 1 7 0 В 0 1
20 (if P 0 0 0 1 0 0 Р
21 прмАрв P D □ D 7 Р р Р
22 м^едаг НЩ 0 □ D □ 139 ■Р р Р
В et: DU 0 D I J Р :Р 4 Р
и KUHiyp Hilf D D □ P п Р D Р
к та» упрнлвн D i D 4 176 Р 3 Р
X WlfUikT^I w 0 fl 0 В 9 0 с 0
27 мгегрнр »SM 0 0 0 D ID 0 0 в
X ainj-¡.спек j №tH 0 0 0 0 2 0 0 D
29 litn D 0 D D и Р р Р
30 Kfletjr )(tn D □ □ P р Р р Р
31 с kr в D 13 P р :Р с Р
в i> кБлщдны LIf В D P р :Р 0 Р
зз yicT-эАчип СП 0 D D P Б Р р Р
3J D D D Ь 0 Р с 3
к гчмогДО 0 0 0 D 0 0 0 В
36 ipiiifj 0 0 0 0 0 0 0 D
3? Bomtff HflAOjttTI P 0 P P р р р Р
36 f№;isa!ajt тип D 5 i J 9 ■р 2 1
Теор Прин Реш 1,05%
ТОАУ 10,91%
Связь дисциплин с ОТУ
Мет Опт 3,14%
Моделирован
1,00%
МООПУПС 14,24%
Рис. 3. Вывод результатов работы контент-анализа взаимосвязи между учебными дисциплинами
Для использования методики контент-анализа автором был разработан программный комплекс, позволяющий выявлять и оценивать встречаемость ключевых понятий модулей одних учебных дисциплин в модулях других учебных дисциплин. На рис. 3, 4 представлены результаты работы такого программного комплекса. В качестве примера были выбраны специальные дисциплины направления 230100 - «Информатика и вычислительная техника». На рис. 3 показана работа программного комплекса на примере поиска взаимосвязей между дисциплиной «Основы теории управления» (ОТУ) и дисциплинами «Математическая логика», «Методы оптимиза-
Проектир 4,31%
Мат Логика 0,16%
Рис. 4. График, отражающий взаимосвязь между учебными дисциплинами по данным, полученным в результате контент-анализа
ции», «Моделирование систем», «Математические основы описания процессов управления в пространстве состояний» (МООПУПС), «Проектирование АСОИУ», «Теоретические основы автоматизации управления» (ТОАУ), «Теории принятия решений» (ТИР). В результате работы программного комплекса стало видно, что степень встречаемости ключевых понятий дисциплины ОТУ в теоретическом материале других дисциплин очень различается. Например, термин «Система автоматизации управления» (САУ) в одной дисциплине встречается около 300 раз, а в другой не встречается совсем. На рис. 4 показаны проанализированные данные взаимосвязи дисциплин, полученные в результате работы программного комплекса. Анализ показал, что терминологическая связь между дисциплинами «Основы теории управления», с одной стороны, и «Математические основы описания процессов управления в пространстве состояний» и «Теоретические основы автоматизации управления», с другой, наиболее сильная (14.24% и 10.91% терминов одной дисциплины встречаются в лекционном материале другой соответственно). В то же время связь между дисциплиной «Основы теории управления» и дисциплиной «Математическая логика» практически отсутствует (всего 0.16% встречаемости терминов).
Заключение
Основные результаты работы состоят в следующем:
1. Построена модель качественно нового подхода к управлению учебным процессом вуза на основе формализованного подхода к построению учебной дисциплины, позволяющего представить учебную дисциплину в виде трехкомпонентной структуры (М, В, К), где М - входное воздействие, К - выходное воздействие, В - объект.
2. Разработана методика нахождения и двухуровневой количественной оценки взаимосвязей между учебными дисциплинами на основе построенной модели. Разработанная методика основывается на двухуровневой количественной оценке взаимосвязей между дисциплинами: с одной стороны, используется контент-аналитическая методика оценки терминологической взаимосвязи между учебными дисциплинами, а с другой стороны, используется методика оценки смысловой взаимосвязи на основе обработки экспертиз.
В каждом техническом вузе, преподаватели которого обеспокоены недостаточным уровнем подготовки студентов, естественно, накоплен свой опыт повышения эффективности управления учебным процессом. Возможно, журнал сочтет целесообразным освещение этого опыта.
Литература
1. Камаев В. А., Заболотский М. А., Полякова И. А., Тихонин А. В. Когнитивный анализ качества подготовки специалистов в вузах // Современные наукоемкие технологии, 2005. № 6. С. 25-26.
2. Давыдов Д. А., Дворянкин А. М., Камаев В. А., Кизим А. В. Учебно-методические комплексы в системе ресурсов информатизации образования: опыт проектирования // Педагогическая информатика, 2005. № 5 (спец. вып.). С. 132-134.
3. Найханова Л. В., Дамбаева С. В. Описание метода выбора наилучшего варианта учебного плана специальности // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы I Всероссийской научно-технической конференции. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2000. С. 215-219.
4. Соколова М. С. Исследование и разработка моделей и процессов принятия решений по определению требований к специалистам и формированию учебных планов: Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1999. - 137 с.
5. Трофимова О. К. Автоматизация процесса составления учебных планов вузов: Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1999. - 140 с.
6. Герман Э. И. Разработка моделей и алгоритмов многоцелевой оптимизации планов учебного процесса. Дисс. ... канд. техн. наук. - Томск, 1975. - 194 с.
7. Московиченко А. Л. Дерево целей инженерной деятельности // Кибернетика и вуз. Вып. 13. -Томск, 1987. С. 123-129.
8. Гусев И. Т., Мухин Э. В., Сорокин А. С., Сумароков Л. Н. Методика разработки учебного плана // Использование ЭВМ в организации и планировании учебного процесса. - М.: Высшая школа, 1972. С. 176-195.
9. Овчинников А. А., Пучинский В. С., Петров Г. Ф. Сетевые методы планирования и организации учебного процесса. - М.: Высшая школа, 1972. - 157 с.
10. Архангельский С. И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы. -М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.
11. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. - М.: Статистика, 1980. - 262 с.
12. Аверьянов Л. Я. Контент-анализ. - М.: КноРус, 2007. - 284 с.
13. Шалак В. В. Элементы математических методов компьютерного контент-анализа текстов
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vaal.ru/show.php?id=146.
14. Харитонов И. М., Скрипченко Е. Н. Контент-анализ учебно-методических комплексов с целью совершенствования междисциплинарных связей при подготовке инженеров-системотехников // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы Международной конференции. -Волгоград, 2009. С. 44.
УДК 378 ВАК 05.13.10
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА «РОССИЙСКИЙ ПОРТАЛ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ» НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОТКРЫТОГО ПРОГРАММНОГО КОДА
Е. В. Солдаткин, кафедра информационной безопасности РосНОУ Тел.: (910) 434-85-81 моб., (495) 319-32-19 дом., e-mail: [email protected]
НП «Открытый университет» http://openet.edu.ru
The author proposes an approach to the developing of specializing Internet learning port «Russian portal of open education» based software environment LMS MOODLE. The functional structure of the system is described.
В статье предложен подход к разработке специализированного порта интернет-обучения «Российский портал открытого образования» на основе программной среды LMS Moodle. Описан функциональный состав системы.
Ключевые слова: дистанционное обучение, интернет-портал, свободное программное обеспечение, электронные образовательные ресурсы.
Keywords: distant learning, online portal, free software, electronic educational resources.
Развитие современной модели высшего профессионального образования напрямую связано с применением технологий дистанционного обучения (ДО). Такими технологиями занимается множество разработчиков по всему миру. Это и фирмы, специализирующиеся на создании и реализации специализированного программного обеспечения (ПО). Это и вузы, создающие собственные программные комплексы [1]. Недостатком первого варианта является цена ПО и, конечно, невозможность его самостоятельной доработки при отсутствии необходимых функциональных возможностей. Недостаток второго - отсутствие возможностей у вуза для организации полноценного процесса разработки из-за недостатка финансирования и малочисленности рабочего персонала. Возможностью устранить все эти недостатки и в то же самое время объединить преимущества каждого из вариантов является подход, в основе которого лежит система на базе открытого программного кода, дающая возможность параллельной разработки сотнями заинтересованных учреждений.
Возможности и характеристики ДО должны обеспечивать максимально возможную эффективность взаимодействия обучаемого и преподавателя. Сложное в использовании ПО не только затрудняет восприятие учебного материала, но и вызывает определенное неприятие в части использования информационных технологий в обучении. ПО для ДО представлено как простыми статическими HTML-страницами, так и сложными системами управления обучением и учебным контентом (Learning Content Management Systems), использующими в корпоративных компьютерных сетях. Успешное же внедрение электронного обучения основывается на правильном выборе ПО, соответствующего конкретным требованиям. Эти требования определяются потребностями обучаемого, потребностями преподавателя и администратора, который должен контролировать установку, настройку ПО и результаты обучения.
