CC BY
32
УДК 371 14.15.07
Н.С. Николаев
СИНХРОНИЗАЦИЯ РАБОТЫ КАФЕДР В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ
N.S. Nikolaev
SYNCHRONIZING DEPARTMENTS' ACTIVITIES IN THE EDUCATIONAL PROCESS
Статья посвящена вопросам повышения качества образования за счет применения системного и синергетического подходов к образовательному процессу. Основное внимание уделяется ключевому элементу системы - выпускающей кафедре, которая и должна организовывать работу по подготовке специалистов требуемого заказчиком профиля.
В работе предложено рассматривать обучение как процесс передачи и приема информации в нелинейных динамических системах с отведением выпускающей кафедре одной из главных ролей - обеспечение синхронизации всех кафедр, участвующих в учебном процессе.
Инновации, системный подход, синергетика, отношение сигнал/помеха, синхронизация, стохастический резонанс, вероятность ошибки, модель процесса обучения, равновесность, хаос и порядок, развитие.
The paper deals wirh the problems of raising education quality using systematic and synergetic approach to the educational process. Main attention is paid to the key element of the system, i.e. the graduating department that has to organize the training activities as required by the customer.
The paper suggests to consider education a process of transferring and receiving information in non-linear dynamic systems in which the graduating department playing one of the most important roles of synchronizing activities of all departments taking part in the educational process.
Innovations, systemic approach, synergetics, signal/noise ratio, synchronization, stochastic resonance, probability of an error, educational process model, stationarity, chaos and order, development.
Как уже отмечалось в статье «Синергетиче-ский подход к организации процесса обучения», система «выпускающая кафедра - обеспечивающие кафедры» является необходимым и, в принципе, достаточным условием увеличения Скаф [1]. Однако процесс обучения всегда сопровождается воздействием различного рода помех, уменьшающим общую эффективность и результативность процесса. Тем не менее, если обратиться к теории потенциальной помехоустойчивости в условиях воздействия помех, существуют способы приема информации, обеспечивающие прием сигналов с наибольшей эффективностью и помехоустойчивостью [4].
Справедливость такого подхода к рассмотрению процесса обучения объясняется тем, что любую кафедру можно описать моделью генератора, синтезирующего программу обучения по той или иной дисциплине. Кафедра доводит эту программу до обучаемых в виде лекционных, практических, лабораторных и других занятий. Полученные обучаемыми знания преоб-
разуются ими в умения и навыки в зависимости от способов обучения и воздействий внешней среды, проявляющихся, как правило, в виде различных помех. Исходя из этого обучающую кафедру можно представить в качестве генератора, производящего сигнал д:(/) в виде учебного курса по той или иной дисциплине и передающего его в канал передачи информации. В канале на сигнал воздействуют помехи n(t), которые носят случайный характер. Эти случайные помехи превращают детерминированный в общем случае сигнал x(t) в случайный
z(t) = x(t) + n(t).
Этот сигнал поступает на вход приемника информации, которым является обучаемый. В результате выделения принятой информации и ее обработки обучаемый превращает полученную информацию в знания, умения и навыки. Эффективность и результативность этого процесса зависит от принятого алгоритма обработ-
ки. В работе [4] показано, что наилучшие результаты могут быть получены при использовании оптимального когерентного приема, реализующего потенциальную помехоустойчивость.
Однако такой алгоритм принципиально неприемлем для описания работы кафедры, так как мы не можем реализовать оптимальный приемник из-за отсутствия эталонного сигнала. В то же время в работе [4] показано, что хороших результатов, достаточно близких к оптимальному, можно достичь и без применения эталонных сигналов; достаточно лишь ввести систему синхронизации, обеспечивающую синхронизацию и координацию процессов передачи информации и ее приема. Для процесса обучения это означает, что роль системы синхронизации выполняет выпускающая кафедра.
Описанный процесс может быть реализован схемой, представленной на рис. 1.
Рис. 1. Схема процесса обучения
Обучаемый принимает информацию в виде преподаваемого курса и помех и производит ее детектирование, т.е. преобразование полученной информации в знания, умения и навыки. Для реализации наилучшего детектирования выпускающая кафедра осуществляет синхронизацию между обучающей кафедрой и обучаемым и организует обратную связь между обучаемым и обучающей кафедрой.
На рис. 1 представлен процесс обучения применительно к одному студенту, одной дисциплине и одной обучающей кафедре, однако все положения и выводы справедливы и для группы обучаемых, и для нескольких кафедр, и
для множества учебных дисциплин. Разница будет заключаться лишь в том, что в схему, показанную на рис. 1, вводится система, обеспечивающая выполнение всего учебного плана, определяемого Государственным образовательным стандартом по специальности. Эту систему обозначим в виде мультиплексора, т.е. коммутатора и маршрутизатора. Схема рис. 1 при этом представляется модифицированной схемой, показанной на рис. 2.
Обучающая кафера 1
Обучающая кафедра N
В ы пускающая кафедра
Рис. 2. Схема процесса обучения при наличии группы кафедр
Обратимся непосредственно к понятию «синхронизация». Синхронизация автоколебаний - одно из фундаментальных нелинейных явлений природы. Его можно рассматривать как метод самоорганизации взаимодействующих систем. Под синхронизацией обычно понимают установление некоторых соотношений между основными характеристиками колебаний систем в результате их взаимодействия. Эффект синхронизации, открытый Гюйгенсом еще в XVII веке, привлек к себе особый интерес ученых в связи с развитием науки и техники. Постепенно стало ясно, что различные явления, на первый взгляд не имеющие ничего общего, подчиняются неким универсальным законам.
В последние десятилетия развитию науки свойственны не только глубокая специализация в отдельных ее отраслях, но и мощная тенденция проникновения идей и методов из одной области в другие. И как следствие - появление новых наук, например таких, как биологическая физика, биохимия, астрофизика и т.п. В этом смысле молодая теория самоорганизации, которая охватывает многие отрасли зна-
Муль-
ти-плексор
Обучаемый
ний, также является синтетической теорией, позволяющей осмыслить многие явления в живой и неживой природе с единой точки зрения.
В научной литературе теория самоорганизации носит название «синергетика». Этот термин ввел X. Хакен, согласно которому синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонентов или подсистем, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово «синергетика» и означает совместное действие, подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.
Толкование термина «синхронизация» различается в зависимости от специализации и индивидуальных точек зрения. В данной работе не предлагается какого-либо общего определения синхронизации, которое включало бы все эффекты во взаимодействующих колебательных системах. Мы понимаем синхронизацию как подстройку ритмов осциллирующих объектов за счет слабого взаимодействия между ними.
Синхронизация может возникнуть в силу естественных свойств самой системы взаимодействующих объектов. В этом случае говорят о взаимной синхронизации. В других случаях для согласования поведения объектов необходимо привнесение в систему дополнительных связей или воздействий, что указывает на синхронизацию внешней силой. В статье обращается внимание на синхронизацию внешней силой, в качестве которой выступает выпускающая кафедра, одной из основных задач которой является обеспечение согласования системы «обучающая кафедра - студент», создание и функционирование обратной связи между обучаемым и обучающей кафедрой и реализации структурно-логической схемы обучения в вузе.
Процесс синхронизации следует рассматривать в трех аспектах - техническом, социальном и психологическом. Поскольку второй и третий аспекты связаны с деятельностью специалистов по психологии, то в рамках этой статьи мы их касаться не будем, а рассмотрим только техническую сторону вопроса.
В теории оптимального приема [4] показано, что оптимальное правило решения может быть реализовано с помощью схемы, представленной на рис. 3.
ад
Синхронный Детектор Решающее
фильтр устройство
Знания, умения, навыки
Система синхронизации
Порог принятия решения Нпор
Рис. 3. Схема, реализующая оптимальный прием при наличии системы синхронизации
На входе синхронного фильтра присутствует прошедшая через канал смесь сигнала и помехи z(t) = x(t) + n(t). После детектирования, т.е. выделения обучаемым знаний, умений и навыков, на выходе детектора будем иметь огибающую сигнала и помехи Zcn, распределенную по нормальному закону
w(Zcu) = -
-ехр
f 7 2al
При малом уровне помех надежное принятие решения определяется только соответствующим выбором порога Нп0р. Алгоритм выбора порога при этом определяется только требованиями Государственного образовательного стандарта и выпускающей кафедры к уровню знаний, умений и навыков.
Вероятность ошибочного приема, т.е. вероятность невосприятия обучаемым материала для успешного формирования умений и навыков, определяется формулой [4]:
Рош =0,5ехр
-°>5Т
\ п У
(1)
Формула (1) применима для систем технических, для которых всегда можно найти численные методы определения Рс, Рп и Нпор. Для обучающих систем численные методы неприменимы в принципе, и поэтому мы вынуждены пользоваться различными вариантами метода экс-
пертных оценок, примерно оценить величины Рс, Р„ и Н„ор. При этом наиболее целесообразным представляется применение нечетко-интервальных оценок [2], [3].
Гораздо сложнее обстоит дело в случае, когда уровень помех в канале достаточно велик. Известно, что в обыденном сознании понятие «помеха» ассоциируется с понятием «шум», наличие которого может только ухудшить функционирование любой системы. Однако это предположение справедливо только для детерминистских линейных систем и появление теории нелинейных динамических систем существенно осложнило описание систем вообще и обучающих систем в частности.
В процессе социально-экономического развития динамические процессы выступают в двух основных формах: циклической и хаотической. В традиционной классической педагогической науке, основанной на функциональном анализе, фундаментальной проблемой является исследование равновесного циклического, устойчивого развития. Процессы в мире представлялись как обратимые во времени, предсказуемые на необозримо большие промежутки времени. Классическая наука исключает случайность как нечто внешнее, несущественное.
В современных условиях развития социальных систем на первый план выходит проблема неустойчивой нелинейной динамики. Нелинейная методология (теория хаоса, теория катастроф, синергетика, теория кризисных ситуаций) претендует на раскрытие инновационных механизмов обучения, поскольку развитие за счет качественных (структурных) факторов связано именно с неравновесием системы, с движением ее скачками, хаотично.
В подобных системах было установлено [5], что наличие источников шума в нелинейных динамических системах может индуцировать принципиально новые режимы функционирования, которые не могут быть реализованы при отсутствии шума, например, индуцированные шумом незатухающие колебания. Эффекты указанного типа получили название индуцированных шумом переходов. Многообразие и сложность типов таких переходов в нелинейных динамических системах вызвали постановку
удивительных до недавнего времени вопросов: всегда ли воздействие шума приводит к ухудшению характеристик динамических систем и возможны ли случаи, когда действие шума вызывает увеличение степени упорядоченности движений в системе или улучшение ее рабочих характеристик? Исследования последних лет убедительно показали, что в нелинейных системах воздействие шума может индуцировать новые более упорядоченные режимы, приводить к образованию более регулярных структур, увеличивать степень когерентности, вызывать рост усиления и увеличение отношения сигнал/шум и т.д. Другими словами, шум в нелинейных системах может играть конструктивную роль, вызывая рост степени порядка в системе.
Одним из наиболее ярких и относительно простых примеров указанного типа поведения нелинейных систем при воздействии шума является эффект стохастического резонанса (СР). Эффект СР определяет группу явлений, при которых отклик нелинейной системы на слабый внешний сигнал заметно усиливается с ростом интенсивности шума в системе. При этом интегральные характеристики процесса на выходе системы, такие как коэффициент усиления и отношение сигнал/шум, имеют отчетливо выраженный максимум при некотором оптимальном уровне шума. В то же время энтропия как мера степени беспорядка достигает минимума, свидетельствуя о возрастании степени индуцированного шумом порядка. Иными словами, увеличение уровня шума до определенного уровня не только не уменьшает реального соотношения сигнал/помеха, но и увеличивает его, упрощая задачу восприятия обучаемым передаваемой информации. Доказательства этого предположения были получены в ходе экспериментов, специально проведенных для исследования способности человека воспринимать зрительно информацию на фоне воздействия шума. Будет ли визуально воспринимаемая информация зависеть от интенсивности шума нелинейным образом, подобно эффекту СР? Возможно ли ввести количественный критерий оптимальности зрительного восприятия информации? Ответ
на эти вопросы дан и является утвердительным [б].
Однако для того, чтобы явление СР в обучающей системе существовало, необходима синхронизация. Поэтому вопрос о создании выпускающей кафедрой системы синхронизации и постоянном поддержании ее работоспособности является одним из главнейших факторов повышения качества обучения, его результативности и эффективности, особенно в условиях существенного роста входных информационных потоков.
Таким образом, можно сказать, что синхронизирующая работа выпускающей кафедры заключается в следующем:
1) разработка структурно-логической схемы обучения (СЛСО) по специальности;
2) мониторинг за выполнением учебного плана, рекомендованного УМО и СЛСО;
3) периодический контроль текущих и остаточных знаний студентов и выявление причин, влияющих на усвоение знаний и скорость их забывания;
4) выявление помех усвоению знаний, причин их возникновения и, если возможно, определение условий возникновения стохастического резонанса.
Список литературы
1. Николаев, Н.С. Синергетический подход к организации процесса обучения / Н.С. Николаев // Вестник ЧГУ. -2009.-№4.
2. Николаев, Н.С. Нечетко-интервальный подход к оценке финансовых рисков предприятия / Н.С. Николаев, O.A. Балташова//Вестник ЧГУ. - 2009. -№ 3.
3. Абдикеев, Н.М. Проектирование интеллектуальных систем в экономике / Н.М. Абдикеев. - М.: Изд-во «Экзамен», 2004. - 528 с.
4. Зюко, А.Г. Теория передачи сигналов: учебник для вузов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, М.В. Назаров, Л.М. Финк. - М.: Радио и связь, 1986. - 304 с.
5. Пиковский, A.A. Синхронизация. Фундаментальное нелинейное явление / A.A. Пиковский. - М.: Академкнига, 2003.-496 с.
6. Макеев, В.М. Стохастический резонанс и его возможная роль в живой природе / В.М. Макеев // Биофизика. -1993.-38.-1.-Ст. 194.
Николаев Николай Степанович - доцент кафедры менеджмента Инженерно-экономического института Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 57-84-29; 8-921-133-48-66.
Nickolayev, Nickolai Stepanovich - Associate Professor, Department of Management, Institute of Engineering and Economics, Cherepovets State University.
Tel.: 8 (8202) 57-84-29; 8-921-133-48-66.
УДК 371. 37.4
Л. В. Антропова
КОММУНИКАТИВНАЯ КОМПЕТЕНТНОСТЬ СТУДЕНТА КАК ОБЪЕКТ ФОРМИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ В ВУЗЕ
L. V. Antropova
STUDENT'S COMMUNICATIVE COMPETENCE AS AN OBJECT OF FORMATION IN THE PROCESS OF PROFESSIONAL TRAINING IN A HIGHER SCHOOL
В статье раскрывается сущность коммуникативной компетентности, дается ее теоретическая модель. Автор показывает возможность ее диагностики, которая имеет обучающий характер и сливается с развивающей функцией процесса обучения в вузе. Ее продуктивность доказывается экспериментальным путем.
Коммуникация, коммуникативные действия, функции коммуникативного процесса, компетентный подход, компетентности, компетенции, коммуникативная компетентность, виды коммуникации, тип личности партнера по взаимодействию, индикатор модальности партнера по взаимодействию, трансактный анализ.
