CC BY
53
Н. К. Нуриев
ОБЪЕКТНО - ОРИЕНТИРОВАННЫЙ СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ДИДАКТИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММНОЙ ИНЖЕНЕРИИ
С объектно-ориентированного системного подхода рассматривается частная дидактическая система - дидактическое пространство программной инженерии (ДПИ). Вводится и теоретически обосновывается метрика, которая в ДПИ берется в качестве показателя уровня развитости проектноконструкторских (ПК) способностей специалиста. Разработанная методика «Отражающего воздействия» на объект, практически позволяет найти показатели ПК способностей специалиста в определенной области деятельности. Методика может быть использована при проектировании систем мониторинга, диагностики, сертификации кадров.
Объектно - ориентированный системный подход в дидактике. Объектноориентированный (ОО) подход - основной в методологии программной инженерии. Это означает, что все техники, методики, технологии организации деятельности по анализу, проектированию и синтезу информационных объектов в этой области опираются на этот подход. Исходя из этого, можно сделать вывод, что методология дидактики программной инженерии по аналогии должна также строиться, опираясь на ОО подход. Естественно, что при этом необходимо его адаптировать с точки зрения педагогической теории. ОО подход, в целом, является мировоззренческим. При этом подходе многие фундаментальные мировоззренческие понятия упрощаются (делаются менее трудными для восприятия), за счет представления их с единой природосообразной позиции. Это все отражается на показателях эффективности дидактических систем, основанных на ОО подходе. Позволяет в быстром темпе обучиться техникам, методикам, технологиям одиночного и группового взаимодействия со сложными объектами определенных предметных областей. Сущность ОО подхода заключается в представлении окружающей среды как целостного иерархически организованного по возрастанию сложности множества взаимосвязанных между собой классов объектов. При этом подходе обобщенную модель бытия можно представить так. Любая система состоит из экземпляров объектов разных классов с разным жизненным циклом. Каждый экземпляр объекта обладает определенными средствами (ресурсами) в определенном количестве, т. е. обладает материальным, энергетическим информационным потенциалом. В системе каждый объект сам является менее сложной (интегрированной) системой. Объекты в системе взаимосвязаны в определенной конфигурации, что составляет структуру (архитектуру) системы. Любая связь в системе определяется взаимоотношениями. Процессы рассматриваются как целенаправленные ресурсообменные взаимодействия объектов системы [1]. Все это в полноте и в целостности составляет бытие. С точки зрения ОО подхода, дидактику [2] можно определить следующим образом.
Дидактика это наука о теориях образования и техниках, методиках, технологиях обучения объекта (человека) к одиночному или организованно-групповому взаимодействию с классами объектов разной сложности из разных предметных областей с целью развития способностей к этим взаимодействиям.
Если в определении дидактики предметная область (классы объектов их свойства, структура организации и правила взаимодействия) уточняется, то приходим к определению частной дидактики. Дидактика программной инженерии это частная дидактика, в рамках которой обучаемый развивает способности (техники, методики, технологии) взаимодействия с классами объектов из области программной инженерии.
Практически можно утверждать, что дидактическая система в области программной инженерии, основанная на соблюдении принципа природосообразности и на ОО подходе (в системе других принципов и подходов) обладает высокими показателями эффективности по качеству и быстроте подготовки и переподготовки кадров.
ОО подход придает всем объектам (системам) свойства аналогичности в развитии, опираясь на механизмы кластеризации, наследия и полиморфизма, делает мир «эффективно» познаваемым по методике творческой аналогии [1] и эту главную особенность (свойство) используется во всех дидактических системах программной инженерии.
Таким образом, согласно ОО подходу мир един и представляет из себя развиваемый и саморазвивающийся объект (систему) большой интеграции, в этом суть мировоззренческого значения этого подхода.
Дидактическое пространство программной инженерии. Пусть система состоит из следующих обобщенных классов объектов: 1. классы упорядоченных (в пределах дисциплин) и расположенных по возрастанию трудности для познания в дидактике объектов (проблемы); 2. классы объектов - вспомогательных средств (ресурсов) для поддержки педагогического процесса (преподаватели, виртуальная образовательная среда, учебники и т.д.); 3. классы объектов - обучаемые. Классы 1, 2 и 3 взаимосвязанных структурированных объектов формируют дидактическую систему. Организованные на этих множествах взаимодействия объектов по определенной технике, методике, технологии образуют педагогический процесс. Педагогический процесс по целенаправленному обмену ресурсами в определенной предметной области дифференцируется (декомпозируется) на ряд основных процессов: обучение, процесс обучения, процесс воспитания. В этой модели два взаимосвязанных процесса, т.е. обучение и процесс обучения назовем дидактическим процессом. В результате можно ввести понятие дидактического пространства определенной предметной области.
Единство в динамике дидактической системы и происходящего там дидактического процесса назовем дидактическим пространством.
Любое дидактическое пространство имеет содержание, т. е содержит классы объектов определенной предметной области. Если в качестве предметной области возьмем область программной инженерии, то в результате получим частное дидактическое пространство, т. е. дидактическое пространство программной инженерии (ДПИ).
Следует отметить, что при всей специфичности ДПИ ОО подход является универсальным, во всяком случае, он необходим при проектировании дидактических систем для подготовки и переподготовки кадров инженерной направленности.
Обучение как процесс в когнитивной сфере. Бытие в определенной сложности, т. е. в определенной доли полноты, целостности и адекватности отражается в когнитивной сфере человека. Определяет его потенциальные ИИ ресурсы определенной сложности организации, его паттерн - субъективный кусочек мира. В то же время человек обладает способностью мыслить - заниматься умственной деятельностью, т.е., опираясь на свои информационные ресурсы, имитировать и моделировать в когнитивной сфере ресурсообменные взаимодействия образов объектов. Таким образом, строить субъективные (когнитивные) процессы и их с определенной адекватностью реализовать в своих ресурсообменных целях.
Разумеется, каждый экземпляр (индивид) объекта из класса «человек» может развивать ограниченную мощность в когнитивном процессе, т.е. имеет определенный когнитивный потенциал - способностей в умственной деятельности (У- деятельность). В свою очередь, в У - деятельности можно выделить три фазы: формализационную (А - деятельность); конструктивную (В - деятельность); исполнительскую (С - деятельность) деятельности [1,3]. В целом, в модели У - деятельность можно представить как деятельность организованную по спиралевидной технологии проектирования программного обеспечения. Очевидно, это результат того, что программная инженерия занимается моделированием У - деятельности в виртуальной среде с целью автоматизации этой деятельности. На рис. 1 на заштрихованном участке имитирующим когнитивную сферу приводится модель У - деятельности, т.е. в модели У - деятельность можно представить как логическую сумму взаимосвязанных деятельностей У=А+В+С. На этом же рисунке виртуальная среда имитируется не заштрихованным полем, где происходит проектно-конструкторская (ПК) деятельность
Таким образом, потенциал (ПК способностей) специалиста в области программной инженерии можно охарактеризовать триадой векторов А,В,С, т.е. ПК=<А,В,С>. Направление вектора указывает направление предметной области (специализации специалиста), а величина характеризует его потенциал (способности) к поддержке деятельности в этом направлении. Практически величины векторов А, В, С вычисляются с помощью проективных тестов - процедур как решение системы нелинейных уравнений, которые получаются в результате уточнения модели обучения.
Моделирование обучения как процесса развития способностей. Итак, для занятий любой деятельностью необходимо три инвариантных (можно считать врожденных) типа способностей:
1. Способности формализовать объекты реальной среды, т.е. синтезировать их аналоги в когнитивной сфере и представлять эти аналоги в каком - то формате (способности типа А - формализационные способности).
2. Способности конструировать процессы как взаимодействия аналогов объектов в когнитивной сфере (способности типа В - конструктивные способности).
3. Способности реализовать аналоги объектов и процессы в реальной среде (способности типа С - исполнительские способности).
Разумеется, для занятия деятельностью в определенной предметной области (профессиональной деятельностью) необходимо развитие ПК способностей, т.е. способностей обращения из реальной среды в когнитивную сферу и наоборот объектов и процессов. В эффективном развитии этих способностей с помощью различных дидактических систем и состоит суть профессионально - направленного обучения человека.
Рассмотрим ОО модель развития способностей специалиста к поддержанию процессов в определенной предметной области в течение всего его профессионального жизненного цикла. Для начала введем понятия объектов и процессов с объектно-ориентированной точки зрения.
В программной инженерии объект определяют как инкапсулированную сущность [4,5]. Для краткости модель объекта можно записать с помощью серии формул, т.е.
Объект = инкапсулированная сущность.
Инкапсулированная сущность это единство организованных ресурсов (средств), т. е.
Инкапсулированная сущность =
{материальные ресурсы и виртуальные ресурсы}
Виртуальные ресурсы =
{информационные ресурсы об организации сущности и его свойствах (формат сущности) и информационные ресурсы об организации других сущностей среды и их взаимодействиях (свойствах) — формат явления}
Разумеется, формат сущности может быть представлен в объекте явно или неявно (вырождено, т.е. представлен самой организацией материальных ресурсов). Формат явления об объектах также может содержаться явно, если объект обладает каким-то сознанием о себе, о других сущностях и об их взаимодействиях или неявно, если это свойство у объекта вырожденное. Таким образом, в целом, можно говорить о сложности организации внутренних объектов и их свойствах, т.е. о сложности сущности объекта и сложности организации и правил функционирования объектов внешней среды, т.е. о сложности явления.
В программной инженерии выделяют понятие информационный объект [6], т.е. выделяют или формат сущности объекта, или формат явления в объекте, или рассматривают вместе. В тоже время существуют понятия информационная система и артефакт. Связи между этими понятиями можно выразимть следующей формулой
Информационный объект =
{формат сущности объекта (информационная система) или формат явления об объектах или то и другое (артефакт)}
На рис. 2 приводится модель объекта в реальной среде.
Свойства объекта образуют систему свойств и могут быть описаны каким-либо способом, например, в виде древовидного графа свойств. Описанием сущности объекта занимается онтология, которая формализует свои модели с помощью базы знаний о сущности объекта. В пределах этой модели рассмотрим взаимодействие двух объектов, например, в качестве взаимодействующих объектов возьмем объект - специалист и любой другой
Реальная среда
Сложность сущности объекта
Явление
Сложность явления - слож ность объектов и системы свойств объектов
Рис. 2 - Модель объекта в реальной среде
объект определенной сложности, т.е. рассмотрим с объектно - ориентированной точки зрения процесс познания объекта.
В когнитивной сфере (в сознании) специалиста объекты отражаются проекции объекта определенной сложности за определенное время, т.е. можно говорить о производительности работы в когнитивной сфере специалиста при отражении объекта этой сложности. Разумеется, разные специалисты при этом испытывает различную трудность взаимодействия с объектом, т.е чем больше показатели способностей тем больше производительность работы сознания в единицу времени, т.е. трудность можно оценить как обратную величину к производительности (час/работы). Результат внутренней деятельности может быть представлен во внешнюю среду в виде моделей (вербальной, математической, инфо-логической, имитационной и т.д.) разной полноты, целостности и т.д. воспринимаемым другим специалистом. На рис.3 приводится модель процесса трансформации информационных ресурсов.
Каждый специалист (экземпляр специалиста) обладает своими особенностями -особыми способами (способностями) в организации деятельности по проецированию объекта определенной сложности, созданию субъективного образа этого объекта в когнитивной сфере и передачи этого образа во внешнюю среду в виде модели.
На рис. 4. показана модель, имитирующая общий механизм развития ПК способностей в процессе познания объектов разной сложности из профессионально значимых для специалиста классов К1.1, К1.2,..., КК.1,... объектов. В этой модели общие способности специалиста (то, что на практике измеряют с помощью 10 - тестов [7]) по разному заштрихованы и задают разные возможности (потенциальные) направления развития ПК способностей. Заштрихованные величины площадей, обозначенные как А, В, С, имитируют их состояние. Состояние уровня развития специальных (профессиональных) способностей специалиста представлены следующими векторами А = А*а; В = В*Ь; С = С*с. Через
а, Ь, с обозначены вектора, задающие направление развития специальных способностей обращения с классами объектов из профессионально значимых классов. Величины этих векторов характеризуют величину состояния развития ПК способностей (личностных технологий) обращения с объектами разной сложности.
Важно отметить, что способности А, В, С в направлениях А, В, С развиваются как специальные способности а, Ь, с при взаимодействии специалиста с профессионально
Объект опре- \ < т о \< «с «а
деленной
сложности в
реальной среде < т о / т т т / ч У
Проекция в когнитивную сферу объекта как явления определенной сложности
Проекция в когнитивную сферу сущности объекта определенной сложности
Деятельность по V проецированию объекта в когнитивную сферу
Результат деятельности в когнитивной сфере
Сознание
Субъект - субъективный образ объекта в когнитивной сфере определенной сложно сти
Трансформация информационных ресурсов
Информационная модель объекта представленная а каком-то носителе
Рис. 3 - Модель процесса трансформации информационных ресурсов
значимыми классами объектов, т.е. только в динамике через деятельность ( деятельность по решению проблем, исследованию, обучению и т.д.) и только на базе общих способностей А, В, С, достигших определенного уровня развитости. Тот факт, что способности а,
b, с проявляются только в динамике взаимодействия с объектом определенной сложности означает, что личностные способы воздействия (способности) на объект специалиста неотделимы от его знаний, умений, навыков (ЗУН) обращения с экземплярами объектов рассматриваемого класса - аналогами (прототипами) объекта. Таким образом, специалист создает все новое на базе старого, используя для этого личностную методику творческой аналогии в когнитивной сфере [ 1].
Отсутствие ЗУН как вспомогательных средств (ресурсов) в модели делает а, b, с единичными векторами, т.е. |а| = |b| = |с| = 1, тогда |A| = А, |B| = В, |C| = С. В этой ОО
модели, разумеется, развитие происходит в направлении от менее сложного объекта к более сложному объекту (от простого к сложному) через зоны ближайшего развития. Это означает, что, не завершив развитие в освоении объектов из менее сложных классов (зоны возможного освоения - развития), нельзя перейти к освоению объектов более сложных классов.
Таким образом, каждый специалист характеризуется состоянием развития способностей с помощью векторов А, В, С. Физически эти вектора можно интерпретировать как интеллект силу (интс) специалиста, которая проявляется при взаимодействии его с объектами разной сложности. Таким образом, можно говорить о потенциальной интеллект силе специалиста в направлениях А (интс), В (интс), С (интс), которая проявляется в динамике взаимодействия с объектами разной сложности.
Существует множество способов оценки сложности объектов [4].
Практически в этой ОО модели реально можно оценить сложность объекта (объективная категория) с помощью «специалиста - чемпиона» по трудности его взаимодействия с объектом (субъективная категория).
Введение понятия специалист - чемпион означает, что взаимодействие объекта определенной сложности со специалистом происходит самым эффективным образом для достижения цели в этом взаимодействии (например, цель достигается за минимальное время). Разумеется «чемпион» может быть местного, регионального, федерального, мирового значения. Отсюда следует, что конкурентоспособные с ним специалисты могут быть аналогичных значений.
Специалист с ПК = < А, В, С > способностями при взаимодействии с объектом (“трудности» объекта построены аналогично конструкту способностей специалиста, т. е. <А1, В1, С1 >) испытывает 9 вариантов возможных взаимодействий, т.е. А|А1, А| B1, А|С1, В|А1, B|B1, В|С1, С|А1, С|В1, C|C1. Через А1 - интеллектуализационная, Bl -конструктивная, C1 - технологическая трудности взаимодействия объекта (физически можно измерить в часах / работы).
Величины, обратные трудности взаимодействия объектов, рассматривается в качестве производительности взаимодействия объектов, т. е. 1/А1 (раб/час), 1/В 1 (раб/час), 1/С 1 (раб/час). Отсюда вычисляется мощность взаимодействия объектов в предположении, что 1/А1=|А|, 1/В1=|В|, 1/С 1=|С| и получается переопределенная система нелинейных уравнений относительно неизвестных А, В, С, т.е.
А2/(А+В+С)=А| A1; АВ/(А+В+С)=А| В1; АС/(А+В+С)=А| С1;
АВ/(А+В+С)=В| A1; В2/(А+В+С)=В| В1; ВС/(А+В+С)=В| С1;
АС/(А+В+С)=С| A1; ВС/(А+В+С)= С| В1; С2/(А+В+С)=С| С1.
В целом эту ОО - модель можно назвать моделью пассивного отражения объекта (модель ПОО), т.к. в модели ПОО объект-специалист отражается в своем воздействии на другой объект, на себя (как в специальном зеркале) и при этом проявляет уровень развития своих специальных способностей в когнитивной сфере.
Таким образом, в пределах ПОО модели построенной на ОО - подходе можно говорить о мощности ресурсообменного процесса (взаимодействия), т.е. величины мощности взаимодействия специалиста с объектом А|А1, ..., С|С1 можно задавать с размерностью (интсраб./час).
Литература
1. Нуриев Н.К. Емекеев А.А. технологии синтеза информационно-интеллектуальных ресурсов. -Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2003. - 332 с.
2. Андреев В.И. Педагогика творческого саморазвития. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1996. -552 с.
3. Нуриев Н.К. Экстремальная методология в дидактике программной инженерии. - - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2004. - 80 с.
4. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. - М.: «Изд-во Бином», 200. - 560 с.
5. Рамбо Д., Якобсон А, Буч Г. ИМЬ: специальный справочник. - СПб.: Питер, 2002. - 656 с.
6. Леоненков А.В. Самоучитель ИМЬ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 304 с.
7. Шапарь В.Б. Словарь практического психолога. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2004. - 734 с.
© Н. К. Нуриев - канд. техн. наук, доц., зав.каф. инженерной и прикладной математики КГТУ.
