CC BY
5
Новые технологии в образовании
New technologies in education
УДК 338:681.5
ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ КАК КИБЕРНЕТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
Б.Л. Ершов
Ивановский филиал Российского государственного торгово-экономического университета
Рассмотрены возможности описания работающей в окружающей среде системы образования в терминах теории автоматического управления в целях определения её параметров и особенности системы, отличающие её от технических систем управления.
Ключевые слова: система образования, теория автоматического управления, структурная схема, запаздывание, постоянная времени, коэффициент усиления, алгоритм управления, ресурсы, особенности системы.
Введение
Ни для кого не является секретом снижение качества образования в России. В настоящей работе делается попытка взглянуть на систему управления образованием и процесс реформирования образования глазами рядового преподавателя и инженера-специалиста в области автоматизации промышленных установок. Представляется, что подобный взгляд может представлять интерес как для исполнителей реформ, так и для руководителей этого процесса.
В системе управления обществом широко представлен директивный подход к управлению, основанный на индивидуальном представлении руководителя о необходимости и не учитывающий возможности системы отработать управляющее воздействие или возмущение. Поэтому они или не отрабатываются совсем, или отрабатываются с большими
искажениями, и получаемые результаты далеки от ожидаемых.
В настоящей работе ставится задача нахождения путей численной оценки статических и динамических параметров системы образования на основе кибернетики и выявление принципиальных отличий её от технических систем управления. Цель работы - привлечение внимания к проблеме моделирования системы образования в терминах теории автоматического управления (ТАУ), но не исчерпывающее решение проблемы и применение результатов исследования. Гипотеза и методы реализации
Расхождение в представлениях общества "де-факто" о системе образования и реальном положении дел иллюстрируют рис. 1 и 2. В случае рис. 1, из рассмотрения выпадают структура объекта, типы (статический или астатический) и содержание алгоритмов работы его отдельных элементов, процессы, происходящие в
объекте и звене обратной связи, характер обратной связи (отрицательная или положительная, жёсткая или гибкая), обеспеченность ресурсами и многое другое.
И, уж тем более, не учитываются существенные связи системы образования с окружающей средой.
Хос
Объект
ЗОС Ь
Условные обозначения: Х - управляющее воздействие; Y - выходная величина; ХОС - сигнал обратной связи;
ЗОС - звено обратной связи (обычно на схемах в литературе по менеджменту отсутствует).
Рис. 1. Метафизическое представление о социальной системе
В случае рис. 2, показаны самые существенные связи между системой образования и окружающей средой (обществом), упрощенно представлена структура системы образования, но вне рассмотрения остались алгоритмы работы составных элементов как окружающей среды, так и системы образования. Даль-
нейшая детализация описания возможна на несколько ступеней вниз (министерство, ректорат, кафедры, учебные группы, конкретные работники и контингент учащихся). Попытка описания человека как элемента кибернетической системы в терминах теории автоматического управления сделана в [1].
Рис. 2. Представление о системе управления образованием как подсистеме общества
На рис. 2 видны объективные факторы, влияющие на систему образования: общество и экономика должны диктовать системе образования требования к номенклатуре и качеству продукции в духовном и профессиональном плане. Одновременно, экономика накладывает ограничения на систему образования, а общественное сознание формирует амбиции, т.е. представление об уровне и обра-
зе жизни конкретного индивидуума. Системы менеджмента качества, внедряемые в систему образования, в какой-то мере учитывают это положение.
Система образования поставляет обществу продукцию. В зависимости от концепции образования, которых за период развития средней и высшей школы было несколько, продукцией системы образования может являться специалист
(без учёта личностных качеств), специалист с учётом сформированных образованием личностных качеств, а также специалист, научная и наукоёмкая продукция. Это представление отмечено выступлениями на самых высоких уровнях появлением понятия "научно-учебный комплекс". К сожалению, это понятие только является основанием повышения требований к преподавательскому составу, не влияя кардинально на условия его работы в направлении предоставления возможностей выполнить поставленные задачи.
За пределами этой схемы осталась структура системы образования. Известно, что эта система иерархична, влияние исполнителей на руководство изображено пунктирной линией, что показывает слабость внутренних обратных связей.
Без дальнейшей детализации описаний системы образования и её существенных связей с окружением возможны только качественные рассуждения, но никак не количественные оценки результатов тех или иных управленческих решений. Например, считая продукцией системы образования специалистов, научную продукцию в виде статей, монографий и т.д., а также наукоёмкие изделия, можно только интуитивно догадываться о том, что низкое качество и недостаточное количество наукоёмкой продукции будет замечено скорее, чем снижение объёма и качества статей, монографий и т.д., а изменение качества выпускаемых специалистов будет замечено ещё позднее.
Однако, можно попытаться каким-то образом определить эти запаздывания. Любое управляющее воздействие извне в учебном процессе требует хотя бы методической подготовки. В среднем, в нормальных условиях на отработку воздействия потребуется 2 - 3 месяца минимум, потому что оно не запланировано индивидуальным планом преподавателя и по ряду субъективных причин отрабатывается в свободное от основной работы время (иными словами, в личное время преподавателя). Результат немедленного внедрения разработанного методического обеспечения скажется по истечении какого-то срока, например, периода текущего контроля, т.е. примерно трети семестра длительностью около 17 недель, т.е. приблизительно 6 недель. Округлённо можно прогнозировать запаздывание минимум на 1 - 2 месяца.
Попытка приближённо описать систему "преподаватель-студент" в терминах теории автоматического управления (рис.1) приводит к рис. 3. Единственно, что непривычно человеку, не имеющему математической подготовки, это замена реальных функций времени x(t) и у(() их изображениями по Лапласу X(p) и Y(p). Постоянные времени т1 и т2 учитывают запаздывание преподавателя и студента соответственно. В математике разработаны методы получения изображений Х(р) временных функций x(t) и получения оригиналов у(() от изображений Y(p) по Лапласу, поэтому введение элементов операционного исчисления не должно смущать читателя настоящей статьи.
5)
Рис. 3. Приближённая структурная схема системы "преподаватель-студент" (а) и свёрнутая схема системы (б)
На рис. 3(б) показана структурная схема, преобразованная по правилам теории автоматического управления. Два звена чистого запаздывания можно перенести на выход, как показано на рисунке, или на вход. Перенос звеньев на вход делает очевидным необходимость выработки управляющих воздействий с опережением, а это возможно только на основе прогнозирования. Из этого следует необходимость иметь в структуре управления специальный аналитический центр, иначе управление будет запаздывать. В результате, его эффективность будет снижаться, а в ряде случаев, как доказано в ТАУ, оно будет играть диверсионную роль, о чём многие менеджеры даже не догадываются. Прогноз должен обеспечивать получение управляющего воздействия к моменту времени t = 0-(т1+т2), где t = 0 -момент создания управляющего воздействия х без учёта запаздывания. Таким образом, уже на таком примитивном уровне применение теории автоматического управления для описания системы образования оказывается полезным.
Для того, чтобы понять действия различных индивидуумов в системе образования можно обратиться к структурной схеме (рис. 4), описывающей его поведение [1]. Можно предвидеть попытки обвинить такой подход в упрощенчестве, механицизме и прочих "смертных грехах". Однако, нет ничего плохого в попытке применить знания, накопленные в ТАУ, к системе образования. В противном случае, моделирование с переносом на реальный объект знаний, накопленных на модели, был бы невозможен. Разумеется, безусловно, необходим учёт особенностей системы образования как социальной системы, в которой главную роль играет человек.
В образовательной деятельности человека можно выделить следующие подсистемы: блок управления БУ, исполнительные механизмы по различным направлениям деятельности ИМ1, ИМ2, . . ., ИМП, блок распределения ресурсов РР.
Деятельность человека многогранна, поэтому исполнительных механизмов много. Блок управления БУ формирует множество сигналов Х1, Х2, . . . , Хп управления деятельностью человека в различных направлениях.
Деятельность человека возможна только при условии её обеспечения ресурсами, важнейшим из которых является рабочее время, причём значение имеет не только его количество, но и временные рамки в течение суток. Например, если в поисках хоздоговорной темы, Вам нужно встретиться с человеком, то время после 19.00 подойдёт с весьма малой вероятностью. На рис. 4. показаны ресурсы приходящие (РП) и ресурсы уходящие (РУ). Распределение ресурсов по видам деятельности происходит под действием управляющего воздействия (У), шума (Ш) и амбиций (А).
Управляющее воздействие отражает объективные потребности общества и возможности экономики. Информационный шум отражает действие случайных факторов и субъективные интересы групп различных членов общества. Амбиции отражают субъективные взгляды индивидуума на своё положение, затраты труда на его поддержание и соответствие затрат труда получаемым результатам.
Результаты труда человека Р1, Р2,..., Рп поступают потребителям, которые формируют поток отзывов (О), которые могут изменить амбиции человека и мобилизовать или демобилизовать его внутренние ресурсы. Отзывы влияют на распределение ресурсов и, следовательно, на результаты деятельности по различным направлениям.
Структура функциональных блоков (рис. 3), их представление в терминах ТАУ схематично рассмотрены в [1]. Исполнительные механизмы в терминах ТАУ представляется возможным моделировать колебательными звеньями с передаточными функциями W(p) в соответствии с рис. 5.
Человек
Внешняя среда Р1
Потребители результатов труда человека
Рис. 4. Структурная схема человека как элемента кибернетической системы
Р(Р) =Р{р)
К
(Й
а)
б)
Х{р) 1 +рГ1 + р'Ъ в)
Рис. 5. Представление исполнительного механизма ИМ по одному роду деятельности: фрагмент структурной схемы (а), представление его в терминах ТАУ (б), выражение передаточной функции (в)
Коэффициент усиления К отражает объём работы, который может выполнить человек за весь период времени Т, отведённый на выполнение заданной работы. Постоянная времени Т1 определяется как (1/4 - 1/5)Т и учитывает инерционность человека. Постоянная времени Т2 учитывает темперамент человека (сангвиник, меланхолик, холерик и т.д.). В зависимости от их соотношения, можно получить разные типы процесса выполнения работы от монотонного до колебательного.
Детализация описания блока управления БУ и распределителя ресурсов РР (рис. 4) позволит количественно оценить процессы в системе образования. Такой количественной оценки не производится, иначе объём документации по учебной и научной работе существенно бы снизился.
С учётом изложенного, можно представить уточнённое представление системы образования, работающей в окружающей среде (рис. 6).
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Л
Продукция
Рис. 6. Уточнённое представление о системе управления образованием как подсистеме общества
Из рис. 6 следует, что экономика, правительство и общественное сознание, как подсистемы окружающей среды, снабжают систему образования управляющими воздействиями (У), информационным шумом (Ш), ресурсами (Р), ограничениями в виде законов, постановлений и указов правительства, а также подзаконных актов, амбициями людей и личностными качествами, работающих в ней. Она также даёт оценки (материальные и моральные) результатам деятельности системы образования.
Органы управления распределяют ресурсы между собой и исполнителями и создают вектор управляющих воздействий (У1). На исполнителей также влияют управляющие воздействия и шум, создаваемые обществом. Внутри исполнителей происходят создание внутренних векторов управляющих сигналов и перераспределение ресурсов между видами деятельности. От системы образования окружающая среда и общество получают продукцию в виде выпускников, научных работ и наукоёмкой продукции.
Различие системы образования и технических систем управления сведены в табл. 1. Ряд параметров сравнения не нуждается в описании и понятен любому читателю. Однако, смысл нескольких параметров нуждается в пояснении.
Закон регулирования - характеристика алгоритма работы системы. В основе регулирования лежит отклонение результата работы системы от планируемого. Статический закон предусматривает такое регулирование, при котором отклонение существует всегда. Астатический закон стремится это отклонение уменьшить до нуля. Регулирование возможно как по управляющему воздействию, так и по возмущению. Эти вопросы менеджерами фактически не рассматриваются.
Мимикрия звеньев - способность звеньев маскировать свою передаточную функцию. Она присуща только социальным системам и проявляется в существенном отклонении реальной деятельности человека от его декларативных заявлений, которые можно рассматривать как управляющие сигналы другим индивидуумам.
Таблица 1
Различия системы образования от технических систем управления_
Параметр сравнения Техническая система управления Социальная система управления
Закон регулирования Статический и астатический Статический
Характер сигнала Как правило, простой Составной со множеством составляющих
Условия работы Детерминированные при наличии помех Стохастические, т.е. с сильным влиянием случайных факторов
Влияние субъективных факторов Отсутствует в нормальных условиях эксплуатации. Ограничено рамками системы Очень сильное, имеет широкий масштаб влияния на элементы системы и элементы окружения
Возможность мимикрии звеньев Отсутствует Выражена очень сильно, проявляется в маскировке истинных целей декларируемыми
Распределение ресурсов Жёсткое, определённое заложенным алгоритмом работы Гибкое с тенденцией стягивания ресурсов на верхние уровни иерархии
Делегирование проблем на нижние уровни иерархии Отсутствует Сильное. Любимые управляющие сигналы: "Надо", "Это ваши проблемы!" и т.д.
Инерционность Постоянные времени измеряются секундами, минутами, часами. Запаздывание, как правило, незначительное Постоянные времени варьируются от десятков минут до месяцев. Запаздывание измеряется часами, сутками и месяцами.
Возможность перепрограммирования алгоритмов работы звеньев В рамках алгоритма работы системы Высокая, происходит под сильным влиянием субъективных факторов
Обратные связи снизу вверх Гармоничные, их силы подобраны в соответствии с требованиями к системе Ослаблены возможностями воздействия администрации на критически настроенных работников
Влияние групповых интересов элементов системы Отсутствует Очень сильное, увеличивается по мере продвижения вверх по уровням иерархии.
Технологии работы звеньев Соответствуют реальным потребностям системы Далеки от оптимальных. Верхние звенья мало озабочены технологичностью как своей работы, так и работы звеньев нижнего уровня
Делегирование проблем на нижние уровни иерархии наблюдается в социальных системах, в т.ч. в системе образования в современных условиях России. Проявляется в стремлении верхних уровней иерархии осуществлять представительские
функции и работать с документами, заваливать нижние уровни требованиями представления различных отчётов и назначение им объёмов работы по реализации принятых решений без учёта реальной возможности выполнения. Пример - реформа об-
разования, потребовавшая участия в срочной разработке огромного объёма документации преподавателей, имеющих до 900 и более часов учебной работы в год в сочетании с требованиями разрабатывать и публиковать учебную и научную литературу, а также вести научную и хоздоговорную научную работу. Учитывая срочность и важность этой работы, какими-то видами деятельности можно было бы и поступиться.
Инерционность системы определяется постоянными от времени апериодических и колебательных звеньев и постоянными времени запаздывания. Большие величины постоянные времени запаздывания приводят к существенному отставанию реакции системы на происходящие изменения во внешней среде.
Так, например, управление системой образования, на наш взгляд, не отреагировало должным образом на появление дистанционного образования, на необходимость модернизации учебного процесса в направлении внедрения инновационных методов и на тенденцию увеличения доли работающих студентов дневного отделения.
В результате имеем, в первом случае, отсутствие узаконенных видов работы преподавателя по дистанционному обучению (желающие могут попытаться найти их в нагрузочных картах преподавателей). Во втором случае, получили отсутствие заинтересованности преподавателей в разработке и внедрении инновационных методов: трудоёмкость разработки материалов и программного обеспечения большая, но облегчения в работе не наблюдается: аудиторная нагрузка не уменьшается, а внеаудиторная негласно увеличивается. В третьем - низкую посещаемость занятий и низкую успеваемость большинства (но не всех) работающих студентов. Запрещение работать студентам дневного отделения фактически не действует и к тому же противоречит широковещательным одобрениям работы студентов со стороны высшего руководства страны. Преподаватель становится заложником ситуации "студент ниче-
го не знает, а отчислять его нельзя" из-за подушевого финансирования или потому, что он обучается на договорной основе. В обоих случаях, отчисление студента приведёт к невыполнению финансового плана учебного заведения.
Возможность перепрограммирования алгоритмов работы звеньев - это возможность изменения алгоритмов отработки звеньями управляющих воздействий и возмущений. Должностными обязанностями, различными положениями и т.д. предполагается выполнение различных процедур определёнными способами, а человек в явочном порядке изменяет эти алгоритмы и никак обычно это не узаконивает.
Перепрограммирование алгоритмов происходит по различным причинам: недобросовестность работника, невозможность правильно выполнить все действия, бессмысленность процедур и т.д. Для иллюстрации можно привести пример со 100-балльным рейтинговым контролем успеваемости студентов и работы преподавателей. Большинство даже не понимает, что рейтинг - это расстановка различных элементов в некотором списке, на языке информатики - сортировка элементов по некоторому признаку. Основой такой расстановки является оценка знаний или объём выполняемой работы.
Оценивание работы радикально отличается от измерения физической величины (например, напряжения) стрелочным (аналоговым) прибором. В первом случае, имеется перемещающаяся стрелка, величина механического перемещения которой пропорциональна значению измеряемой величины и отражает её любое значение. Во втором случае, человек имеет дело с разбивкой множества рассматриваемых объектов на подмножества, описываемые значениями одного или нескольких показателей.
Но 100-балльный рейтинг означает наличие 100 подмножеств, описать которые невозможно, а если даже их удастся описать, то различить уровни признаков для соседних подмножеств будет затруднительно, если вообще возможно. В ре-
зультате, преподаватель в уме ставит обычную оценку, затем с помощью коэффициента пересчитывает её в 100-балльную, а на экзамене или зачёте выставляет оценку, которую студент заслужил, а затем по таблице соответствия оценок и баллов переводит её в 100-балльную. С точки зрения обработки информации -абсурд, лишняя работа, с точки зрения возможности корректного осуществления - лишняя проблема для преподавателя, существенно увеличивающая его объём работы. С точки зрения управления - это бессмысленная работа, т.к. в современных условиях никаких существенных способов использования этой информации у администрации учебных заведений нет. Раньше хотя бы было распределение на работу, сейчас оно сохранилось в небольшом числе учебных заведений. Можно отметить также, что насаждение 100-балльной оценки - хорошая иллюстрация ослабления внутренних обратных связей в системе.
Влияние групповых интересов проявляется в отторжении предложений, затрагивающих интересы любого отдела или подразделения, и любой критики снизу привычного стиля или технологии работы.
Признак "Технологии работы звеньев" отражает технологичность выполнения действующих процедур работы системы. Хорошей иллюстрацией служит применение документов в формате Хороший по своей идее формат хранения и распечатки документов, позволяющий защитить документ от искажения и, якобы, копирования применяется следующим образом: документ сохраняется в виде множества рисунков. В таком виде опубликовано множество образовательных стандартов
(ФГОС) и утверждённых документов. В то же время, разработка документов учебного процесса требует организации поиска информации в этих документах и её копирования. Поиск и копирование информации позволяет выполнять формат но при
сохранении документа как текста. В результате большие фрагменты ФГОС (и других документов) приходится перебирать вручную. В результате - большие затраты времени и появление различных искажений.
Заключение
1. Предложено рассмотрение социальной системы на примере системы образования во взаимосвязи с окружающей средой.
2. Показана возможность и полезность описания элементов социальной системы на примере системы образования в терминах теории автоматического управления.
3. Выявлены и проиллюстрированы особенности социальной системы на примере системы образования, отличающие социальную систему от технической системы управления.
4. Указанные возможности описания социальных систем в терминах теории автоматического управления позволяют численно оценить динамические свойства систем методами указанной выше теории или методами имитационного моделирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ершов Б.Л. //Актуальные проблемы экономики, торговли и управления (сборник материалов итоговой научно-практической конференции преподавателей и аспирантов с международным участием). 2013. С. 313.
Рукопись поступила в редакцию 15.11.13.
PECULIARITIES OF RESEARCH OF EDUCATIONAL SYSTEM AS CYBERNETIC OBJECT
B. Yershov
Potentialities of description of educational system working in environment in terms of automatic management theory for the purposes of its parameters determination and system peculiarities distinguishing it from technical management systems are carried out.
Key words: educational system, automatic management theory, construction pattern, lagging, time constant, gain factor, management algorithm, resources, system peculiarities.
