CC BY
59
Educational Technology & Society 11(3) 2008
ISSN 1436-4522
Подготовка инженера в метрическом компетентностном формате в рамках профессионально-ориентированной
дисциплины
С.Д. Старыгина, зав.лаб.,
Казанский государственный технологический университет svetacd [email protected]
Н.К. Нуриев, зав.кафедрой информатики и прикладной математики, Казанский государственный технологический университет [email protected]
Л.Н.Журбенко, профессор кафедры высшей математики,
Казанский государственный технологический университет [email protected]
АННОТАЦИЯ
Представлена дидактическая система подготовки инженера в метрическом компетентностном формате в рамках профессионально-ориентированной дисциплины.
Submitted didactic training system engineer in a metric Competence format in the professional-oriented discipline.
Ключевые слова
дидактическая система, метрический формат, компетентность, технология подготовки, цель подготовки, техника мониторинга, форма организации; didactic system, metrical format, competence, technology of preparation, purpose of preparation, monitoring technique, form of organization
Дидактическая система, реализующая подготовку инженера в определенном формате, задается:
1. Целью подготовки.
2. Содержанием и формами представления учебного материала.
3. Технологией подготовки.
4. Техникой мониторинга и критериями оценки качества подготовки.
5. Формой организации подготовки.
Подготовить инженера в компетентностном формате означает осуществлять такую его подготовку (процесс) в результате которой будет сформирован инженер способный надежно решать актуальные профессиональные проблемы через свою деятельность, т.е. это означает сформировать компетентного инженера.
Разумеется, в рамках любой профессионально ориентированной дисциплины рассматривается только часть профессиональных проблем.
Будущий инженер, который способен решить проблемы, рассматриваемые в рамках дисциплины до требуемой сложности, владеет компетенцией в этих рамках.
В зависимости от качества владения компетенцией, т.е. до какой сложности проблемы в рамках дисциплины он может решить, инженер может быть академически компетентным или не компетентным.
Цель разработки ФГОС ВПО третьего поколения направлена на стандартизацию концептуальной модели (новой парадигмы) дидактических систем реализующих подготовку инженеров в компетентностном формате.
Подготовка инженера в метрическом компетентностном формате [1-3] означает подготовку его в реализованном частном варианте, построенном в рамках концептуальной модели подготовки инженера в компетентностном формате.
Конкретно дидактическая система подготовки инженера в метрическом компетентностном формате определяется:
1. Целью подготовки инженера для деятельности в определенной области является повышение уровня проектно-конструктивных способностей будущего инженера за требуемое время, а также освоение им для профессиональной деятельности требуемого определенного объема знаний.
Достижение этой цели позволит будущему инженеру гарантированно решать профессиональные проблемы требуемой сложности.
Целью подготовки инженера в рамках дисциплины является получение академически компетентного инженера за требуемое время. Компетентный инженер отличается от некомпетентного способностью решать сложные проблемы через свою профессиональную деятельность. Критерием подготовленности является близость будущего инженера к эталону, определенного формата со значениями характеризующих метрик, т.е. «форматно - параметрическая близость» к специально построенному с дидактической целью востребованному образу компетентного инженера.
На рис. 1 приводится количественный критерий достижения цели, т.е. параметрическая близость значений показателей ^(0), Ь(0), ^0), pol(0), ^(0^ обучающегося к значениям показателей ^(э), Ь(э), ^э), pol(э), ^(э^ эталона.
2. Форма и содержание учебного материала в рамках дисциплины при подготовке инженера в МКФ создаются исходя из ФГОС ВПО и утверждений полученных в результате системного анализа деятельности инженера, анализа
Рис. 1. Эпизод параметрической близости
Особенности в МКФ представления формы и содержания учебного материала в рамках дисциплины определяются исходя из следующих утверждений:
Утверждение 1. Готовность и надежность к решению профессиональных проблем у будущего инженера в основном зависит от формата и уровня развития его проектно-конструктивных (АВС) способностей и объемов (параметры POL, CHL), освоенных им знаний в рассматриваемой области деятельности.
Утверждение 2. В целом, обучении инженерной деятельности в компетентностном формате должно содержать:
2.1. Обучение к деятельности по формализации профессиональных проблем по возрастанию сложности, в результате которой будущий инженер должен развить способность типа А, т.е. способность формализовано и адекватно представлять проблемные ситуации (модели сложных объектов, явлений, процессов).
2.2. Обучение к деятельности по конструированию решения проблем (к принятию решений), в результате которой будущий инженер должен развить способность типа В, т.е. способность конструировать решения сложных проблем в рассматриваемой области деятельности.
2.3. Обучение к деятельности по исполнению (реализации) решения проблем, в результате которой он должен развить способность типа С, т.е. способность в целом решать проблему, т.е. практически довести начатое дело до успешного конца.
Утверждение 3. С точки зрения внутренней деятельности компетенция это подсистема психики, которая в процессе обучения формируется и развивается в когнитивной сфере как личностное внутреннее инструментальное средство инженера, предназначенное для решения профессиональных проблем в определенной области деятельности.
Утверждение 4. С точки зрения внешней деятельности компетенция это способности, которые позволяют инженеру, используя интериоризованные знания и другие ресурсы решать профессиональные проблемы через свою деятельность, показав при этом развитые в определенной мере свои умения и навыки.
На рис. 2 показан учебный материал, представленный в метрическом компетентностном формате.
Метрический компетентностный формат учебного материала
Абсолютная шкала максимальной сложности проблем (раб/час)
Номинальная шкала направлений проблем и поддерживающий их знаний (название тем)
Номинальная
шкала
способностей
(название
способностей)
Рис. 2. Формат представления учебного материала
Содержание учебного материала форматируется следующим образом
1. Как и традиционный, учебный материал в рамках дисциплины разбивается на теоретический и практический.
2. Теоретический материал в рамках дисциплины проверяется на освоении
(интериоризацию) по критериям полноты (POL) и целостности (CHL) освоения
(интериоризации). (Проверка происходит с помощью собеседования, опросника или
дидактического тестирования. Вопросы теории в рамках дисциплины условно (по критерию доминирования) разбиваются на две части: вопросы на проверку полноты знаний (метрики POL, представляются, например, в процентах); вопросы на проверку целостности знаний (проверка связанности понятий, т. е. семантика понятий, метрика CHL, представляются, например, в процентах).
3. Практический материал (практическая деятельность) в рамках дисциплины условно (по критерию доминирования) разбивается на три кластера:
1) Кластер проблем (элемент учебного материала) на развитие
формализованных способностей (способностей типа А).
2) Кластер проблем (элемент учебного материала) на развитие
конструктивных способностей (способностей типа В).
3) Кластер проблем (элемент учебного материала) на развитие исполнительских способностей (способностей типа С).
В каждом кластере проблемы ранжируются по возрастанию сложности (сложность определяются экспертом (экспертной комиссией) через трудоемкость (в часах работы)) с учетом информационно-логических, семантических связей (рис. 3).
УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ (в рамках дисциплины)
Г 1 г
Теоретический материал (накопленный опыт по решению проблем в рамках дисциплины) Практический материал (множество взаимосвязанных проблем, умение решать которые за актуальное время, потенциально гарантирует успешность деятельности инженера)
г > г 1 Г
Кластер проблем (типа А) Кластер проблем (типа В) Кластер проблем (типа С)
Проблемы определенного уровня сложности, требующие для своего решения соответствующего уровня развития (А) формализационных способностей и освоенных знаний 0 Проблемы определенного уровня сложности, требующие для своего решения соответствующего уровня развития (В) конструктивных способностей и освоенных знаний 0 Проблемы определенного уровня сложности, требующие для своего решения соответствующего уровня развития (С) исполнительских способностей и освоенных знаний
Результат деятельности-адекватное представление проблемной ситуации на когнитивном уровне (ментальная модель проблема) Результат деятельности-конструкт решения проблемы, представленной в виде технологии, алгоритма на когнитивном уровне (алгоритм решения) Результат деятельности-продукт(информационный, энергетический, материальный или их композиция)
> > г > г
Ранжированные по возрастанию сложности (трудоемкости, раб/час) множество проблем Ранжированные по возрастанию сложности (трудоемкости, раб/час) множество проблем Ранжированные по возрастанию сложности (трудоемкости, раб/час) множество проблем
Рис. 3. Модель декомпозиции учебного материала в компетентностном формате
3. Технология подготовки инженера в метрическом компетентностном формате (МКФ) в рамках разных дисциплин в зависимости от цикла (СД, ОПД, ЕН) имеет свою специфику. Для демонстрации технологии подготовки инженера в МКФ рассмотрим дисциплину «Проектирование информационных систем». Согласно учебного плана эта дисциплина предусмотрена в 8 семестре и на нее отводится 36 часов лекций; 72 часа лабораторных; 96 часов самостоятельной работы. В зависимости от отведенных (предусмотренных) часов будущий инженер должен достичь уровня развития ПК способностей и объема сложности интеоризованных знаний, позволяющих ему гарантировано решать проблемы до требуемого в профессиональной деятельности уровня сложности.
По технологии подготовки инженеров в МКФ теоретический материал разбивается на темы, лекции, модули (рис. 4)._______________________________
Модуль Тема Содержание Лекции
1 1 Введение 1
2 Общая характеристика процесса проектирования ИС
3 Жизненный цикл программного
обеспечения ИС
4 Стандарты, регламентирующие жизненный цикл ПО
З Организация разработки ИС
б Типовое проектирование ИС
2 7 Разработка функциональной модели. Бизнес-модель компании 2-З
В Разработка функциональной модели. Построение организационнофункциональной модели компании
З 9 Основы процессного подхода 4
10 Основы процессного подхода. Классификация процессов
11 Структурный системный анализ З-В
12 Функциональная методика IDEF0, IDEF1, IDEF2, IDEF3.
4 1З Моделирование бизнес-процессов средствами BPwin 9-10
14 Моделирование данных. Инструментальные средства ERWin
З 1З Объектно-ориентированный анализ 11-1б
1б Унифицированный язык визуального моделирования Unified Modeling Language (UML)
б 17 Проектирование ИС с применением UML 17-18
18 Тестирование и менеджмент программных разработок
Рис. 4. Разбивка лекционного учебного материала
Освоение каждого тематического модуля осуществляется с помощью цикла лекций с обязательным тест-контролем освоения материала (рис. 5) (тест-контроль, как правило, проходит на лабораторных занятиях и занимает примерно 15 минут от занятия).
Модуль 1
цикл лекций
Ї
Тест - контроль
pol chl
ж
Модуль 2
цикл лекций
Ї
Тест - контроль
pol chl
Рис.5. Схема процесса освоения знаний обучающимися и тест-контроль состояния освоенных знаний
По каждому студенту ведется спектр-диаграмма освоения знаний в рамках дисциплины.
На рис. 6 приводится эпизод спектр-диаграммы освоения знаний студентом.
З00
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
□ Модуль 6
□ Модуль 5
□ Модуль 4
□ Модуль 3
□ Модуль 2
□ Модуль 1
pol
Преподаватель
Рис. 6. Эпизод спектра диаграммы освоения студентом теоретических
знаний
В технологии подготовки инженера в МКФ практическая учебная деятельность является основным инструментальным средством развития ПК способностей и средством практического использования освоенных знаний.
В каждой зоне ближайшего развития будущего инженера (рассматривается зона с проблемами со средней сложностью p часов работы (час.раб) эксперта и с 20 % стандартным отклонением по сложности [4-7]) имеется три уровня освоения материала:
1. Уровень знания, т.е. владения теоретическим материалом в этой зоне в полноте (показатель POL) и целостности (показатель CHL) в определенных рамках, например, в рамках 2-х часовой лекции, которую прослушал будущий инженер.
2. Уровень знания - умения, т.е. владения теоретическими, методологическими знаниями материала и умения практического решения проблем в этой зоне сложности за приемлемое время, т. е. обучающийся на основе полученных знаний и практической тренировке (на практических или лабораторных занятиях, а также самотренировки) может решать проблемы, p - сложности за приемлемое время.
3. Уровень знания - умения - навыки, т.е. обучающиеся с требуемой производительностью (производительностью эксперта) могут решать проблемы p -сложности.
Таким образом, обучающиеся по мере освоения материала в зоне ближайшего развития могут находиться в одном из четырех состояний: S(0) - состояние незнания материала из этой зоны; S(1) - состояние знания материала; S(2) - состояние знания материала и умения решать проблемы, предусмотренной сложности; S(3) - состояние знания материала, умение навыков решению проблем с производительностью эксперта.
На рис. 7 приводятся все эти состояния и на экспериментальной основе установлены закономерности продолжительности учебной деятельности (в часах-работы) для перехода будущего инженера из одного состояния в другое. Через p обозначим часы-работы (системное время) эксперта по изложению материала или решение проблем этой сложности, через t - требуемую продолжительность времени (часах-работы) будущему инженеру для перехода из одного состояния в другое состояние. Причем, эти переходы у обучающихся происходят только согласно последовательности S(0), S(1), S(2), S(3). Установлено, что переход из состояния S(0) в состояние S(1) осуществляется по эвристической закономерности t1=2,25*p;
переход из состояния S(1) в S(2) по эвристической закономерности t2=2,25*p+2,73*p2, а из S(2) в S(3) по закономерности t3=2,25*p+3,2*p2+0,83*p3.
^ ^ Состояние освоения материала
8(3)
8(2)
8(1)
8(0)
Состояние знания темы и умений, навыков решать проблемы
Состояние знания темы и умения решать проблемы
Состояние знания материла (темы)
Состояние незнания материала (темы) (из зоны ближайшего развития) ------------1------
й=2,05р
12=2,25р+2,73р ,
Системное время
(часы работы)
Г*
13=2,25р+3,2рЧ0,83р
*
Продолжительность освоения материала до уровня академической компетентности
!Ч-
Продолжительность освоения материала до уровня компетентности
Рис. 7. Схема процесса перехода будущего инженера из одного состояния в
другое
Практически в рамках дисциплины и отведенных там часах работы можно говорить о подготовке инженера только на уровне знание-умение, т.е. навыки должен отрабатывать сам обучающийся. Особо следует учесть, то обстоятельство, что значение р - это продолжительность показателя времени эксперта с учетом того, что он находиться в состоянии знание - умение - навыки и это его показатель в часах-работы.
На рис. 8 приводится эпизод таблицы продолжительностей (системное время) освоения материала будущим инженером в зависимости от его сложности (параметр р (часы-работы)) до разного состояния обученности. На этой таблице трудоемкость (например, р (в часах-работы)) увеличивается по минутам. В зависимости от этого меняется требуемая продолжительность (Т1, Т2, Т3) для перехода будущим инженером в разные состояния обученности (8(1), 8(2), 8(3)).
р Т1 Т2 Т3
0 0 0 0
0,016667 0,0375 0,038258 0,038421
0,033333 0,075 0,078033 0,078697
0,05 0,1125 0,119325 0,120854
0,066667 0,15 0,162133 0,164913
0,083333 0,1875 0,206458 0,210897
0,1 0,225 0,2523 0,25883
0,116667 0,2625 0,299658 0,308735
0,133333 0,3 0,348533 0,360634
0,15 0,3375 0,398925 0,414551
0,166667 0,375 0,450833 0,470509
0,183333 0,4125 0,504258 0,528531
0,2 0,45 0,5592 0,58864
0,216667 0,4875 0,615658 0,650859
0,233333 0,525
0,25 0,5625
0,266667 0,6
0,2В3333 0,6375
0,3 0,675
0,316667 0,7125
0,333333 0,75
0,35 0,7В75
0,366667 0,В25
0,3В3333 0,В625
0,4 0,9
0,416667 0,9375
0,433333 0,975
0,45 1,0125
0,466667 1,05
0,4В3333 1,0В75
0,5 1,125
0,516667 1,1625
0,533333 1,2
0,55 1,2375
0,566667 1,275
0,5В3333 1,3125
0,6 1,35
0,616667 1,3875
0,633333 1,425
0,65 1,4625
0,666667 1,5
0,6В3333 1,5375
0,7 1,575
0,716667 1,6125
0,733333 1,65
0,75 1,6875
0,766667 1,725
0,7В3333 1,7625
0,В 1,8
0,В16667 1,8375
0,В33333 1,875
0,В5 1,9125
0,В66667 1,95
0,ВВ3333 1,9875
0,9 2,025
0,916667 2,0625
0,933333 2,1
0,95 2,1375
0,966667 2,175
0,9В3333 2,2125
1 2,25
1,016667 2,2875
1,033333 2,325
1,05 2,3625
1,066667 2,4
1,0В3333 2,4375
1,1 2,475
1,116667 2,5125
0,673633 0,715211
0,733125 0,781719
0,794133 0,850406
0,856658 0,921295
0,9207 0,99441
0,986258 1,069773
1,053333 1,147407
1,121925 1,227336
1,192033 1,309583
1,263658 1,394169
1,3368 1,48112
1,411458 1,570457
1,487633 1,662204
1,565325 1,756384
1,644533 1,853019
1,725258 1,952134
1,8075 2,05375
1,891258 2,157891
1,976533 2,264581
2,063325 2,373841
2,151633 2,485696
2,241458 2,600168
2,3328 2,71728
2,425658 2,837056
2,520033 2,959517
2,615925 3,084689
2,713333 3,212593
2,812258 3,343252
2,9127 3,47669
3,014658 3,61293
3,118133 3,751994
3,223125 3,893906
3,329633 4,038689
3,437658 4,186366
3,5472 4,33696
3,658258 4,490494
3,770833 4,646991
3,884925 4,806474
4,000533 4,968966
4,117658 5,13449
4,2363 5,30307
4,356458 5,474728
4,478133 5,649487
4,601325 5,827371
4,726033 6,008403
4,852258 6,192604
4,98 6,38
5,109258 6,570612
5,240033 6,764464
5,372325 6,961579
5,506133 7,161979
5,641458 7,365689
5,7783 7,57273
5,916658 7,783126
1,133333 2,55 6,056533 7,996901
1,15 2,5875 6,197925 8,214076
1,166667 2,625 6,340833 8,434676
1,183333 2,6625 6,485258 8,658723
1,2 2,7 6,6312 8,88624
1,216667 2,7375 6,778658 9,117251
1,233333 2,775 6,927633 9,351777
1,25 2,8125 7,078125 9,589844
1,266667 2,85 7,230133 9,831473
1,283333 2,8875 7,383658 10,07669
1,3 2,925 7,5387 10,32551
1,316667 2,9625 7,695258 10,57796
1,333333 3 7,853333 10,83407
1,35 3,0375 8,012925 11,09386
1,366667 3,075 8,174033 11,35735
1,383333 3,1125 8,336658 11,62456
1,4 3,15 8,5008 11,89552
1,416667 3,1875 8,666458 12,17025
1,433333 3,225 8,833633 12,44877
1,45 3,2625 9,002325 12,73111
1,466667 3,3 9,172533 13,01729
1,483333 3,3375 9,344258 13,30733
1,5 3,375 9,5175 13,60125
1,516667 3,4125 9,692258 13,89908
1,533333 3,45 9,868533 14,20085
1,55 3,4875 10,04633 14,50657
1,566667 3,525 10,22563 14,81626
1,583333 3,5625 10,40646 15,12996
1,6 3,6 10,5888 15,44768
1,616667 3,6375 10,77266 15,76945
1,633333 3,675 10,95803 16,09528
1,65 3,7125 11,14493 16,42521
1,666667 3,75 11,33333 16,75926
1,683333 3,7875 11,52326 17,09744
1,7 3,825 11,7147 17,43979
1,716667 3,8625 11,90766 17,78632
1,733333 3,9 12,10213 18,13706
1,75 3,9375 12,29813 18,49203
1,766667 3,975 12,49563 18,85126
1,783333 4,0125 12,69466 19,21476
1,8 4,05 12,8952 19,58256
1,816667 4,0875 13,09726 19,95469
1,833333 4,125 13,30083 20,33116
1,85 4,1625 13,50593 20,712
1,866667 4,2 13,71253 21,09723
1,883333 4,2375 13,92066 21,48688
1,9 4,275 14,1303 21,88097
1,916667 4,3125 14,34146 22,27952
1,933333 4,35 14,55413 22,68255
1,95 4,3875 14,76833 23,0901
1,966667 4,425 14,98403 23,50217
1,983333 4,4625 15,20126 23,9188
2 4,5 15,42 24,34
Рис. 8. Таблица эпизода продолжительностей освоения материала будущим инженером в зависимости от его сложности
Практический прирост уровня развития ПК способностей будущего инженера происходит да счет учебной деятельности по решению проблем. На рис. 9 показан процесс развития ПК способностей начиная с «зоны развития» (ЗР) будущего инженера с последующим освоением зоны ближайшего развития (ЗБР). Причем освоенная ЗБР становится для обучаемого ЗР и т.д. По этой логике обучения строится подготовка инженера в МКФ.
Зона ближайшего развития инженера со значениями параметров' <a2, b2, c2, pol2, chl2>
Зона развития будущего инженера со значениями показателей <a1, b1, cl, poll, chl1> проблем (прототипом 0 проблемы) со сложностью р час.раб
Проблема (прототип l проблемы) со сложностью р=р+л р
Прототип 3 р=р+др
Рис. 9. Схема процесса развития ПК способностей будущего инженера
На рис. 10 приводится структура организации учебной деятельности в МКФ в рамках дисциплины «Проектирование информационных систем».
ГРУППА СТУДЕНТОВ І ~
Инвариантная часть
ПРОЕКТ ПРОЕКТ ПРОЕКТ
“ТЕСТ” “АВТООПЕРАТОР” “ЭКОНОМ-
ОБЪЕКТ”
Вар. 1.1
Кг
| Вар. 1.2 \ \--------
Прототип
1.3
1.к
ПТГІ
Прототип 1
Прототип
1.3
1.к
П!к| Прототип
ЦП'- 2
I 1.1 І I—
I 1\ Прототип
ПУ- ‘
Прототип
пу-2
1.3
1.к
7 1.1
о о
^ " 1.2
Прототип
1.3
1.к
| 1.1 к |—
Прототип
ГУ- 3
| 1.1 |^ |-
Прототип
ПУ- 3
X I 1.1 о о
" ■ 1.2
Прототип
1.3
ЇТ
1.1
1.2
Прототип
1.3
7к
| 1.1 г
Прототип 4
I
1.3
ї"іГ
Программное обеспечение Электронное пособие - презентация
Курсовой проект “ТЕСТ"
Курсовой проект “АВТООПЕРАТОР”
Курсовой проект “ЭКОНОМ-ОБЪЕКТ”
Инновационный
курсовой
проект
Стандартизованный отчет по курсовому проекту 1. Отчет в твердой копии 2. Программное обеспечение
Рис. 10. Структура процесса организации учебной деятельности в рамках
дисциплины
На рис. 11 приводится алгоритм расчета постоянного усложнения проблемы по технологии в МКФ. Причем прототип 0 проблемы задается преподавателем.
Проекты Сложность общая (час.раб) Сложность формализации (час.раб) Сложность конструирования (час.раб) Сложность исполнени я (час.раб)
ТЕСТ (Прототип 0) 3 0,5 1 1,5
ТЕСТ (Прототип 1.1) 3+3*0,2 =3,6 0,6 1,1 1,9
ТЕСТ (Прототип 2.1) 3,6+3,6*0,2 =4,32 0,8 1,52 2
ТЕСТ (Прототип 3.1) 4,32+4,32*0,2 =5,2 1 1,9 2,3
ТЕСТ 5,2+5,2*0,2 1,24 2 3
(Прототип 4.1) =6,24
ТЕСТ 22,36 4,14 7,52 10,7
Рис. 11. Алгоритм расчета сложности проблем по технологии в МКФ
Организация работ по решению учебных проблем «режим работы» в рамках дисциплины «Проектирование информационных систем» приводится на рис. 12.______
Название проектов Последовательность работ Номер текущей недели Трудоемкость работ (час.раб) Штраф
Проект ТЕСТ Прототип 0 1 3 0,3 час.раб за каждый день простоя
Прототип 1.1 2 3,6
Прототип 1.2 3 4,32
Прототип 1.3 4 5,2
Прототип 1.4 5 6,24
Отчет - контроль 6 22,36
Проект АВТООПЕРА ТОР Прототип 0 7 3 0,3 час.раб за каждый день простоя
Прототип 2.1 8 3,6
Прототип 2.2 9 4,32
Прототип 2.3 10 5,2
Прототип 2.4 11 6,24
Отчет - контроль 12 22,36
Проект БАРАБАН Прототип 0 13 3 0,3 час.раб за каждый день простоя
Прототип 3.1 14 3,6
Прототип 3.2 15 4,32
Прототип 3.3 16 5,2
Прототип 3.4 17 6,24
Отчет - контроль 18 22,36
ИТОГО 67
Рис. 12. Регламент (режим) организации работы
Содержание учебного материала в рамках дисциплины «Проектирование информационных систем» по технологии МКФ рассмотрим на примере проектирования объекта «ТЕСТ».
ПРОТОТИП 0 (вариант примитив - алгоритм решения проблемы задается
преподавателем)
Проблема. Требуется спроектировать информационный объект «ТЕСТ», обладающий следующими свойствами:
Требуемая спецификация свойств:
1. Случайным образом формируется билет из двух вопросов.
2. Поддерживается ввод ответов тестируемого.
3. Идентифицируется правильность ответа и организуется запись в протокол.
Требуемая среда разработки: EXCEL (VBA).
Экспертная оценка сложности (трудоемкость) - 3 (час.раб):
А = 0,5 (час.раб); В = 1 (час.раб); С = 1,5 (час.раб).
Задание 1.0. Создать репродукт «ПРОТОТИП 0» на компьютере. Сдать электронный вариант работающей системы.
Решение (алгоритм решения)
Краткое описание деятельности по созданию информационной системы в среде EXCEL.
1. Переименовать листы EXCEL.
«Лист 1» переименовать на «Вопросы».
«Лист 2» - «Билет».
«Лист 3» - «Протокол».
2. На лист «Вопросы»: В столбец «А» внести 20 вопросов. В столбец «В» - 20 ответов на поставленные вопросы. Сделать ширины столбца «В» таким, чтобы правильные ответы не были видны, и защитить лист «Вопросы».
3. На листе «Билет» формируются вопросы, и помешается 3 кнопки «ПУСК», «ПРОВЕРКА», «ВЫХОД». Ответы на вопросы помещаются в столбец «В».
На листе «Билет» в ячейку «А1» записать: Вопрос, в ячейку «В1» - Введите ответ.
4. На листе «Протокол» в ячейку «А1» записать: Правильный ответ», в ячейку «В1»
- Ответ тестируемого, в ячейку «С1» - Балл за ответ
5. Создать макрос.
ПРИМЕР СОДЕРЖАНИЯ МАКРОСА
Private Sub CommandButton1_C1ick() ‘ (кнопка ПУСК)
'Очистка содержимого окна "Билет " и ".Протокол "
8Ьее1$("Билет").8е1ес1 'Активация листа "Билет"
Ка^е("А2:В3").8е1ес! Активация ячеек "А2-В3" на листе "Билет" Se1ection.C1earContents 'Очисткаячеек "А2-В3"
8Иее18("Протокол").8е1ей
Range("A2:B3").Se1ect
Se1ection.C1earContents
'Генерация первого вопроса и соответствующего ответа
Sheets("Вопросы") .Select І; i = Int(Rnd * І0)
If i <= 0 Then GoTo І
Range("A" & i).Select
Selection.Copy
Sheets("Билет").Select
Range("A2").Select
ActiveSheet.Paste
'Активация листа "Вопросы" 'Генерация номера вопроса ’Проверка номера ’Выбор ячейки
'Копирование содержимого ячейки 'Активация листа "Билет "
’Выбор ячейки
Вставка содержимого ячейки
Вставка правильного ответа в Протокол
Sheets("Вопросы").Select
Range("B" & i).Select
Selection.Copy
Sheets("Протокол").Select
Range("A2").Select
ActiveSheet.Paste
’Активация листа "Вопросы" 'Выбор ячейки
'Копирование содержимого ячейки 'Активация листа "Протокол" 'Выбор ячейки
'Вставка содержимого ячейки
'Генерация второго вопроса и соответствующего ответа Sheets("Вопросы").Select 2; i = Int(Rnd * 20)
If i <= І0 Then GoTo 2 Range("A" & i).Select Selection.Copy Sheets("Билет").Select Range("A3").Select ActiveSheet.Paste ‘Вставка правильного ответа в Протокол Sheets("Вопросы") .Select Range("B" & i).Select Selection.Copy Sheets("Протокол").Select Range("A3").Select ActiveSheet.Paste Sheets("Билет").Select End Sub
Private Sub CommandButton2_C1ick() ‘ (кнопка ПРОВЕРКА)
’Выборка ответа проставленного экзаменующемуся
Sheets("Билет").Se1ect
Range("B2").Se1ect
Se1ection.Copy
Sheets("Протокол").Se1ect
Range("B2").Se1ect
ActiveSheet.Paste
Sheets("Билет").Select
Range("B3").Select
Selection.Copy
Sheets("Протокол").Select
Range("B3").Select
ActiveSheet.Paste
'Сравнивание правильного ответа с ответом тестируемого и установка количество баллов
If Range("A2") = Range("B2") Then
Range("C2") = 2.5 Else Range("C2") = 0
End If
If Range("A3") = Range("B3") Then
Range("C3") = 2.5
E1se
Range("C3") = 0
End If
Sum = Range("C2") + Range("C3")
Sheets("Билет").Se1ect
MsgBox "Наша оценка равна=" & Sum
End Sub
Private Sub CommandButton3_C1ick()
Me.App1ication.ActiveWorkbook.Save 'Сохраняет файл (кнопка ВЫХОД) Me.App1ication.Quit 'Закрывает EXCEL
End Sub
ПРИМЕЧАНИЯ.
1. Допускается вариации кода.
2. С Office 2003 код изменен, например, реализация кода «Вставка правильного ответа в Протокол» будет реализована так:
Sheets("Протокол").Range("A2")= Sheets("Вопросы"). Range("B" & i)
ПРОТОТИП 1. Вариант 1.
Проблема. Требуется спроектировать информационный объект «ТЕСТ1», обладающий следующими свойствами:
Требуемая спецификация свойств:
1. Идентифицируется фамилия (производится вывод фамилии)
2. Случайным образом формируется билет из трех вопросов.
3. Поддерживается ввод ответов тестируемого.
4. Идентифицируется правильность ответа и организуется запись в протокол.
5. Сохраняется архив тестируемых с указанием дат тестирования.
Требуемая среда разработки: EXCEL(VBA)
Экспертная оценка - 3,6 (час.раб):
А = 0,6 (час.раб); В = 1,1 (час.раб); С = 1,9 (час.раб).
Задание 1.1. Сдать электронный вариант работающей системы.
Указание к решению
Краткое описание деятельности по созданию информационной системы.
1. Переименовать листы EXCEL.
«Лист 1» переименовать на «Вопросы».
«Лист2» - «Билет».
«Лист3» - «Протокол».
«Лист4» - «Архив».
2. На лист «Вопросы»: В столбец «А» внести 30 вопросов. В столбец «В» - 30 ответов на поставленные вопросы. Сделать ширины столбца «В» таким, чтобы правильные ответы не были видны, и защитить лист «Вопросы».
3. На листе «Билет» формируются вопросы и помещаются 3 кнопки «ПУСК», «ПРОВЕРКА», «ВЫХОД». Ответы на вопросы помещать в столбец «В».
4. На лист «Протокол» в ячейку «А1» записать: Фамилия тестируемого, а в ячейку «В1» -Количество баллов за ответы.
5. На листе «Архив» должен храниться весь список тестируемых по датам прохождения теста.
ПРОТОТИП 2. Вариант 1.
Проблема. Требуется спроектировать информационный объект «ТЕСТ», обладающий следующими свойствами:
Требуемая спецификация свойств:
1. Идентифицируется фамилия (производится вывод фамилии)
2. Случайным образом формировать билет, состоящий не менее чем из 5 вопросов.
3. Поддерживается ввод ответов тестируемого.
4. Идентификация правильного ответа.
5. Сохранение архива тестируемых.
6. Наличие интерфейса, размещенного на форме.
7. Графическое представление архива в виде таблицы с датами и лепестковой диаграммы среднего состояния «успехов» в группе.
Требуемая среда разработки: EXCEL (VBA).
Экспертная оценка сложности (трудоемкость) - 4,32 (час.раб):
А = 0,8 (час.раб); В = 1,52 (час.раб); С = 2 (час.раб).
Задание 1.2. Сдать электронный вариант работающей системы.
ПРОТОТИП 3. Вариант 1.
Проблема. Требуется спроектировать информационный объект «ТЕСТЗ», обладающий следующими свойствами:
1. Идентифицируется фамилия (производится вывод фамилии)
2. Случайным образом формировать билет, состоящий не менее чем из 5 вопросов.
3. Поддерживается ввод ответов тестируемого.
4. Идентификация правильного ответа.
5. Сохранение архива тестируемых.
6. Наличие интерфейса, размещенного на форме.
7. Графическое представление архива в виде таблицы с датами и лепестковой диаграммы среднего состояния «успехов» в группе.
8. Содержится обработчик статистических данных (средний балл, дисперсия, гистограмма распределения).
Требуемая среда разработки: EXCEL (VBA).
Экспертная оценка сложности (трудоемкость) - 5,2 (час.раб):
А = 1 (час.раб); В = 1,9 (час.раб); С = 2,3 (час.раб).
Задание 1.3. Сдать электронный вариант работающей системы.
ПРОТОТИП 4. Вариант 1 (сетевой вариант)
Проблема. Требуется спроектировать информационный объект «ТЕСТ4», обладающий следующими свойствами:
Требуемая спецификация свойств:
1. Идентифицируется фамилия (производится вывод фамилии).
2. Случайным образом формировать билет, состоящий не менее чем из 5
вопросов.
3. Поддерживается ввод ответов тестируемого.
4. Идентификация правильного ответа.
5. Сохранение архива тестируемых.
6. Наличие интерфейса, размещенного на форме.
7. Графическое представление архива в виде таблицы с датами и лепестковой диаграммы среднего состояния «успехов» в группе.
8. Содержится обработчик статистических данных (средний балл, дисперсия, гистограмма распределения)
9. Поддерживается в сети.
Требуемая среда разработки: (.NET Framework или PHP)
Экспертная оценка сложности (трудоемкость) - 6,24 (час.раб):
А = 1,24 (час.раб); В= 2 (час.раб); С= 3 (час.раб).
Задание 1.4. Сдать электронный вариант работающей системы.
Разумеется, что календарный план учебных работ должен быть согласован с разработанным учебным планом по ФГОС ВПО.
По ходу выполнения работ по календарному плану на каждого студенту ведется контроль в виде спектр-диаграмма развития ПК способностей (рис. І3).
1O
В
б
4
2
O
□ Прототип 4
□ Прототип 3
□ Прототип 2
□ Прототип 1
□ Прототип О
В
Эксперт
С
: а в
Студент
Рис. 13. Состояние развития ПК способностей будущего инженера в процессе обучения в системе реально времени
Как уже отмечалось, имеется своя специфика в рамках дисциплин подготовки инженера в МКФ.
Каждая дисциплина в своих рамках предполагает решение множества проблем за определенный интервал времени. В рамках дисциплин цикла ЕН (например «Информатика») рассматривается множество глобальных проблем, а время на рассмотрение дается мало, поэтому в этих временных рамках происходит скорее «знакомство» с проблемами. Практическая деятельность в рамках этих дисциплин сводится к решению несложных примитивных прототипов этих проблем. В этих условиях о развитии АВС способностей можно говорить только по номинальной шкале, т.е. по усвоению новых тем материала на элементарном уровне. Таким образом, этот цикл дисциплин направлен в основном на освоение знаний в их полноте и целостности.
В рамках дисциплин цикла СД в основном происходит развитие ПК способностей, т.е. повышения уровня их развития. На рис. 14 приводятся максимально возможные профили развития АВС способностей и освоения знаний в рамках дисциплин цикла ЕН и СД.
В(час.раб) В(час.раб)
А(час.раб)
А(час.раб)
С(час.раб)
С(час.раб)
POL(%) ^CHL(%) Г POL(%) ^CHL(%)
Рис. 14. Максимальный возможный профиль развития АВС способностей и освоения знаний в рамках дисциплин цикла ЕН и СД
Диагностика состояния развития компетенции в рамках дисциплины «Информатика» (цикл ЕН} организуется на основе двух диагностических баз:
1. Диагностическая база вопросов (ДБВ}.
2. Диагностическая база проблем (ДБП}.
Диагностика состояния значений производится с помощью валидных (в рамках дисциплины «Информатика»} тестов на полноту (показатель POL} и целостность (показатель CHL}.
Пример формата вопроса из ДБВ имеет вид
Вопрос POL CHL Трудоемкость
0,8*Z1 0,2*Z1 Z1 (час.раб}
Аналогично, п] зимет формата проблемы из ДБП, имеет вид:
Проблема А В С Трудоемкость
0,75*21 0,1*21 0,15*21 21(час.раб)
На лепестковой диаграмме (рис. 15) состояние развития компетенции
будущего инженера может выглядеть, например, так
В целом, близость профиля А1-В1-С1-РОЬ1-СИЬ1 будущего инженера к профилю А-В-С-РОЬ-СИЬ «чемпиона» подтверждает его академическую
компетентность в рассматриваемом разделе вопросов по решению проблем..
А рис. 16 приводится структура организации учебного материала при подготовке инженера в рамках дисциплины «Информатика».
УМК(ИНФОРМ)
Теоретический Т Практический
материаЛ База знаний База проблем і материал
Модуль 1 И ф ф
информационные технологии Блок 1 информационные технологии
Минимальный требуемый материал W Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал W Материалы для диагностики состояния развития компетенции <А, В, С, POL, CHL> (раб/час) (раб/час) (раб/час)
сц 1 Технические средства реализации информационных процессов Блок 2 Технические средства реализации информационных процессов
Минимальный требуемый материал Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Модуль 3 Системное программное обеспечение Блок 3 Системное программное обеспечение
Минимальный требуемый материал Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Модуль 4 Прикладное программное обеспечение Блок 4 Прикладное программное обеспечение
Минимальный требуемый материал «- Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
т ьл у удо Мо Основы алгоритмизации и технологии программирования Блок 5 Основы алгоритмизации и технологии программирования
Минимальный требуемый материал «- Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Модуль 6 Модели решения функциональных и вычислительных задач Блок б Модели решения функциональных и вычислительных задач
Минимальный требуемый материал Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Модуль 7 Компьютерные сети Блок 7 Компьютерные сети
Минимальный требуемый материал Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Модуль 8 Основы и методы защиты информации Блок 8 Основы и методы защиты информации
Минимальный требуемый материал Проблемы типа А Проблемы типа В Проблемы типа С
Дополнительный материал W (раб/час) (раб/час) (раб/час)
Рис. 16. Структура организации учебного материала в рамках дисциплины «Информатика» при подготовке инженера в МКФ
Обозначим через Ъ1(час.раб) - трудоемкость овладения компетенцией в рамках дисциплины «Информатика» при которой будущий инженер способен овладеть компетенцией на уровне показателя производительности Ъ (час.раб) эксперта «чемпиона» (рис. 17).____________________________________________________________________________
№ блока Трудоемкост ь решения проблем экспертом 2(час.раб) Трудоемкост ь овладения компетенцие й будущим инженером 21(час.раб) Трудоемкост ь решения проблем типа А(час.раб) Трудоемкост ь решения проблем типа В (час.раб) Трудоемкост ь решения проблем типа С(час.раб)
1 2,7 2,7*5,9=16 0 6 10
2 4,6 4,6*5,9=27 1 2,7 23,3
3 7,1 7,1*5,9=42 3 10 29
4 10 10*5,9=59 12,1 15,2 31,7
5 5,9 5,9*5,9=35 8 10 17
6 7,6 7,6*5,9=45 20 15 10
7 3,2 3,2*5,9=19 2 7 10
8 1,5 1,5*5,9=9 1 3 5
Итог о 42,6 252 47,1 68,9 136
Рис. 17. Трудоемкость усвоения материала и решения учебных проблем
На рис. 17 коэффициент 5,9 - значение показателя обучаемости (ЗПО) по информатике будущих инженеров по направлению «Информационные системы и технологии». Значение ЗПО получено экспериментальным (статистическим путем).
На рис. 18 показана диаграмма распределения трудоемкости необходимой для овладения компетенцией в рамках дисциплины «Информатика».
> V В(час.раб)
68,9
Рис. 18. Диаграмма распределения зачетных единиц
4. Техника мониторинга и критерии оценки качества подготовки.
Процесс подготовки будущего инженера это управляемый процесс развития ПК способностей и освоение им знаний. Поэтому необходим мониторинг процесса развития будущего инженера.
В качестве основных решающих правил при принятии управляющих решений в процессе подготовки инженера в МКФ следует считать:
4.1. Параметры <А, В, С, POL, CHL> в комплексе являются основными показателями развития ПК способностей и объемов интеоризованных знаний в определенной области (компетенции). От состояния их развития, т.е. значений, в основном зависит вероятность (надежность) решения проблем инженером.
4.2. Параметры как основным показатели профессионального развития инженера <А, В, С, POL, CHL> в определенной области деятельности являются взаимосвязанными параметрами. Их можно рассматривать только в комплексе и закономерности их развития зависят как друг от друга, так и от других индивидуальных особенностей будущего инженера.
4.3. По своей природе будущий инженер имеет порядковый (ранговый) приоритет в развитии значений величин этих параметров (интеллектуальную ориентацию).
4.4. Для быстрого профессионального развития будущего инженера необходимо через определенные интервалы организовывать поток профессионально ориентированных проблем дозированной сложности, которая в целом создает профессионально-ориентированную среду для развития инженера.
4.5. Для быстрого обучения решению проблем в области «Информационные системы и технологии» эмпирически определены числовые значения (режим) подготовки по технологии подготовки в МКФ. В качестве основных параметров, задающих режим (регламентирующих учебную деятельность) взяты сложность р(к) проблем (час.раб эксперта) и продолжительность времени для научения их решению 1 как функцию от р(к) (рис. 19).
сложности p(l) р(1)=р(0)+0,2р(0)
Поток проблем w /Зона ближайшего развития''
Показатели
a*, b2, С2, pol2, chl:
t=f(p(1))
Поток проблем w сложности p(0) *
Зона развития Показатели ai, bt, ct, po1l9 chlj
Рис. 19. Основные регламентирующие параметры учебной деятельности
4.6. При переходе на традиционную шкалу успехов в обучении (в пятибалльную шкалу) можно ввести несколько профилей состояния академической компетентности (рис.20).
Актуальный уровень состояния компетентности обучающегося
ПВ
Минимально допустимый профиль состояния академической компетентности на оценку отл.
POL
Минимально допустимый профиль состояния академической омпетентности на оценку хор.
С
Минимально
допустимый
профиль
состояния
академической
компетентности
на оценку удовл.
Рис. 20. Профили состояния академической компетентности
По состоянию профиля компетентности обучающегося можно сделать вывод о том, в каком направлении надо развивать способности и осваивать знания. Например, из рис. видно, что обучающемуся необходимо особо развивать формализационные
способности и акцентировать внимание на целостности знаний освоенных в рамках определенной дисциплины.
5. Форма организации подготовки. Основной особенностью формы организации подготовки инженеров в метрическом компетентностном формате является наличие виртуального кабинета преподавателя в локальной и глобальной системе. Причем преподаватель сам организует свой виртуальный кабинет по каждой дисциплине как автоматизированное инструментальное средство ведения подготовки инженеров в компетентностном формате. Виртуальный кабинет в основном предназначения для интенсификации процесса обучения. Интенсификация в свою очередь необходима для того, чтобы в рамках отведенного времени на дисциплину успеть научиться решать как можно более сложные проблемы, т.е. достичь точки компетентности (согласно критериям) по решению проблем рассматриваемых в рамках дисциплины. Совместная деятельность с преподавателем у будущего инженера происходит в очной и заочной форме совместной деятельности, т.е. студент работает в трех режимах как показано на рис. 21.
Совместная аудиторная работа с преподавателем
Совместная работа в виртуальном кабинете
Самостоятельная работа студента в виртуальном кабинете
Рис. 21. Организация совместной учебной деятельности при подготовке
инженера в МКФ
Литература
[Старыгина С.Д., Нуриев Н.К., 2008] Формирование и развитие компетенции инженера в рамках учебной дисциплины в метрическом компетентностном формате // Educational Technology & Society - 2008
(http://ifets.ieee.org/russian/periodical/ioumal.html) - V.11. - N 1. - 10 c. - ISSN 14364522.
[Нуриев Н.К., Старыгина С.Д., Сафина В.К., 2007] Подготовка инженеров в компетентностном формате (бакалавров, магистров в компетенции «информационные технологии»): учебное пособие. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. - 290 с.
[Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Фатыхов Р.Х., Старыгина С.Д., 2005]
Дидактическая система подготовки конкурентоспособных специалистов в области программной инженерии в условиях технологического университета // Educational technology & Society - 2005 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical /iournal.html) - V.8. -N 3. - 120 c. - ISSN 1436-4522.
[Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Старыгина С.Д., 2007] Двухуровневая образовательная система, это благо или вред, проблемы и реализация // Educational Technology & Society - 2007 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/iournal.html) - V.10.
- N 4. - 16 c. - ISSN 1436-4522.
[Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Старыгина С.Д., 2008] Двухуровневая образовательная система: благо или вред? // Высшее образование в России. - 2008. -№ 2. - С. 83 - 91.
[Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Старыгина С.Д., 2008] Системный анализ деятельности инженера. - Казань, Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2008. - 88 с. [Старыгина С.Д., Нуриев Н.К., 2007] Проектирование Web-психодидактической технологии подготовки компетентных специалистов по направлению «Информационные системы» с учетом индивидуальных особенностей обучающихся // Educational Technology & Society - 2007
(http://ifets.ieee.org/russian/periodical/iournal.html) - V.10. - N 3. - 6 c. - ISSN 1436-4522.
