CC BY
169
Системный анализ и исследование операций интеллектуальной деятельности в контексте проектирования дидактических систем нового
поколения
Наиль Кашапович Нуриев профессор, д.п.н., заведующий кафедрой информатики и прикладной математики, Казанский государственный технологический университет, ул. К.Маркса, 68, г. Казань, 420015, (843)2314119 шrievnk@mail. т
Амаз Мирзанурович Галимов доцент, к.п.н., проректор по учебной работе Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет ул. Татарстан, 2, г.Казань, 420021, (843) 292-42-90 galimov@tggpu.ru
Светлана Дмитриевна Старыгина к.п.н., доцент кафедры информатики и прикладной математики Казанский государственный технологический университет, ул. К.Маркса, 68, г. Казань, 420015, (843)2314119 svetacd kazan@mail.ru
Аннотация
Как это не парадоксально звучит, но из результатов системного анализа операций интеллектуальной деятельности следует, что все люди при разрешении проблем используют один и тот же технологический маршрут (сценарий, алгоритм) умственных действий. Разумеется, наличие, уровень развития и организация информационно-интеллектуальных ресурсов как вспомогательных средств необходимых для разрешения проблем у всех разный, а это и приводит к большей вариативности результатов деятельности, как по количеству, так и по качеству.
Эффективная образовательная система может быть спроектирована, основываясь, прежде всего на результатах исследований операций внутренней (интеллектуальной) деятельности, с которой взаимосвязана внешняя деятельность специалиста. При этом интеллект рассматривается как данное от природы и развиваемое через деятельность инструментальное средство человека, необходимое ему для разрешения проблем разной сложности. Обоснована необходимость разработки новой философии обучения для разрешения основной проблемы дидактики, т.е. подготовки специалиста на качественно новом уровне (соответствующего требованиям ФГОС ВПО) в быстро глобализующейся техногенной среде человеческой деятельности.
As it is not paradoxical, but the results of the system analysis of operations of intellectual activity show that all people resolving problems use the same technological way (continuity, algorithm) intellectual actions. Certainly, every person has his own presence, own level of development and own organization of information-intellectual resources necessary as auxiliary means to resolve problems. It leads to more variability of results of activity, both by quantity, and on quality.
The effective educational system can be designed, first of all on results of researches of operations of internal (intellectual) activity. It is related with external activity of
the expert. Thus the intelligence is considered as the given by the nature and instrumental measure developing through the person’s activity of the person that is necessary resolve the problems of different complexity.
The necessity of development of new philosophy of training is proved. It resolves the basic problem of didactics, i.e. training of the expert at qualitatively new level at the technogenetic environment of human activity quickly globalizing.
Ключевые слова
системный анализ, исследование операций, латентно-структурный анализ, морфологический анализ. интеллектуальная деятельность, информационно -интеллектуальные ресурсы, техногенная среда, технический интеллект, сложность проблем, декомпозиция операций, шкала качества владения компетенцией, черный ящик, параметры порядка, платформа дидактической системы, проектирование дидактических систем, системы нового поколения system analysis, research of operations, the latent-structural analysis, morphological analysis, intellectual activity, information-intellectual resources, the technogenetic environment, technical intelligence, complexity of problems, decomposition of operations, scale of quality of mastering the competence, black box, order parameters, platform of didactic system, designing of didactic systems, systems of new generation
Введение
Эффективность операций деятельности во многом зависит от уровня развития интеллекта. Интеллект рассматривается как данное в задатке человеку природой инструментальное средство, проявляющиеся и развивающиеся на практике только в процессе (в деятельности) разрешения проблем различной сложности. Сам процесс разрешения проблемы человеком (деятельность) представляет собой последовательность внутренних (интеллектуальных) и внешних операций. Очевидно, чем сложнее проблема, тем выше должен быть уровень развития интеллекта как инструментального средства для ее разрешения. Особо следует отметить, что в настоящее время изменилась и операционная среда интеллектуальной деятельности для разрешения проблем, т.е. к традиционной среде деятельности (когнитивная сфера плюс реальная среда) прибавилась еще техносфера, образовав в единстве техногенную (качественно новую) операционную среду для ведения успешной деятельности.
Разумеется, что любая дидактическая система нацелена на развитие интеллекта, но у разных систем в зависимости от платформ разные возможности, т.е. системы, могут делать это на разном качественном и количественном уровнях, в разных форматах с разной скоростью (эффективностью). При этом, каждая дидактическая система основывается на конкретном взгляде (платформе) на развитие интеллекта, а далее уже методология как теория и практика организации, реализации, оценки результатов учебной деятельности со своими технологиями и целью должны быть определены и построены на базе этой платформы. Конструктивность методологии предполагает эффективность и надежность в достижении цели. Очевидно, что эффективно обучить какой-либо деятельности можно только тогда, когда установлены механизмы самоорганизации и саморазвития обучающего как профессионала на основе исследований операций деятельности. При этом, эти механизмы должны знать одновременно как педагог, так и обучающиеся. Для педагога знание механизмов дает управляемость процессом обучения (управление
качеством саморазвития студента) и прозрачность достижения цели, т.е. он на основе этих знаний организует управление этими механизмами, которое реализует за тем через свою методику (технологию) подготовки. Для обучающегося знание механизмов своей самоорганизации и развития интеллекта, а также знания законов овладения компетенцией является важным для мотивации учебной деятельности. Только при «сильной» мотивации он будет воспринимать деятельность по решению учебных проблем как значимое и активно готовиться к профессиональной деятельности. Как уже говорилось, законы и механизмы самоорганизации и саморазвития обучающегося можно установить только через исследование операций интеллектуальной деятельности, которое проявятся в операциях во внешней деятельности при разрешении проблем различной сложности как отражения на качестве и количестве полученных результатов.
Основная проблема современной дидактики
Как выразились авторы статьи «Противоречия в развитии высшего образования в архаичном обществе» [1] - «Образовательная систем постоянно расширяет свое содержание и структуру. С появлением и развитием информационной индустрии, экономики знаний возникает необходимость пересмотра традиционных форма и методов обучения. Нужно не просто больше и дольше учить, а учить по-другому». Учить по-другому на практике означает, что надо учить, основываясь на объективных (природосообразных) законах и механизмах интеллектуальной деятельности, которые необходимо установить (в дидактических целях) на базе результатов психологических, педагогических и других наук, используя модели методы системного анализа и исследования операций.
Очевидно, наше мышление, восприятие, способности познавать, создавать и предвидеть опирается на «некомпьютерные» алгоритмы. Человек с точки зрения техники сильно проигрывает компьютеру: скорость срабатывания нейронов (нервных клеток) в миллион раз меньше чем у триггеров, скорость передачи информации в нервной систем тоже значительно меньше, т.к. связано не только с электрическими, но и с химическими процессами. По данным психологов, человек в предельном режиме может следить не более чем за семью, непрерывно меняющимися во времени величинами. В тоже время человек выживает и перестраивает реальный мир и вынужден решать при этом все более сложные проблемы, где одновременно меняются тысячи переменных. Отсюда следуют выводы:
1. В своем развитии (эволюции) человек приобрел способность с фазового пространства, описывающего нашу реальность большим количеством переменных гомоморфно (через модель, не меняя ее сути) проектировать эту реальность в пространство, которое адекватно (практически достаточно и сообразно цели) отражает происходящие в реальности.
Комментарий. В разных областях науки и деятельности этот прием представления реальности через модель малой размерности называется по-разному: в экономике - методом главных компонент, в синергетике - представление через русла, в методологии (в самом общем смысле) - представление через модель.
2. Образы (ментальные проекты в когнитивной сфере) реальности, например, сложных проблем, у всех людей разные (полиморфны) и только в синергетической самоорганизации они дают согласованный (валидный) образ пригодный для практики, т.е. дают адекватную картину реальности.
Таким образом, способность к малоразмерному модельному синтезу реальности и полиморфизм образов реальности с последующей коллективной верификацией, по сути, позволяет человечеству обрести «коллективный разум», избежать ошибок и конструктивно создавать и преобразовывать все усложняющейся
мир. Разумеется, так продолжаться бесконечно не может, т.е. сложность рассматриваемых проблем быстро растет, а ресурсы человек ограничены и, чтобы компенсировать свои недостатки в «больших размерностях», т.е. в сложности и в скорости человек и создал компьютер. Следует особо подчеркнуть, что при этом человек одну сложность заменил на другую, т.е. перевел процесс разрешения сложных проблем из когнитивно-реальный операционной среды в триаду (триадную техногенную среду), содержащую когнитивную, реальную, техногенную сферы (рис.
1), которые в комплексе играет роль качественно новой операционной среды деятельности человека для разрешения сложных проблем.
Поток
сложных
проблем
Триадная техногенная среда -как новая операционная среда деятельности специалиста для разрешения 'Когнитивная проблем
сфера
Интериоризованная техносфера
Техносфера Реальная среда
Поток
результатов
Рис. 1. Модель триадной (техногенной) среды деятельности как качественно новой операционной среды для разрешения сложных проблем специалистом
Комментарий. Техносфера - термин употребляется при описании современной цивилизации, для которой характерно повсеместное использование техники и научных методов преобразования действительности, представляет собой основной фактор развития общества.
Переход интеллектуальной деятельности человека для разрешения проблем в новую операционную среду (техногенную среду) дает огромные возможности для разрешения сложных проблем. В то же время для этого необходим качественно новый уровень развития способностей и новая глубина усвоенных знаний (новый фон, контекст знаний). С точки зрения дидактики тут заложена и опасность, которая заключается в том, что человек в какой-то мере склонен паразитировать в своей интеллектуальной деятельности на техносфере при разрешении даже несложных проблем. При этом появляется тормозящий момент для развития способностей в когнитивной сфере с учетом того, что способности развиваются только на фоне разрешения усложняющихся проблем, т.е. перекладывая сложность разрешения проблем на техносферу у обучающегося появляется момент для деградации. В целом, несмотря ни на что следует отметить, что операционная среда деятельности меняется в направлении с доминантно-аналоговой в доминантно-цифровую, т.е. техносфера быстро начинает влиять на человека в решении сложных проблем и становится его неотъемлемой частью. В результате сказанного, возникает основная проблема дидактики, основанная на серьезном противоречии: с одной стороны, человек остается человеком в том смысле, что его биологический конструкт и интеллектуально-физические возможности остаются неизменными (точнее изменяются очень медленно); а с другой стороны его надо научить сложной деятельности за его короткую для этого жизнь и еще с учетом того, что он должен успеть вернуть «образовательный кредит» данный ему обществом, т.е. выполнить свою «призводственно-деятельностную» миссию перед обществом. Из контекста сказанного следует, что проблема быстрого формирования (самоорганизации и
быстрого саморазвития) интеллекта это глобальная проблема не только дидактики, но и науки в целом, от разрешения которого как от аргумента во многом зависит разрешимость всех остальных проблем общества.
Необходимость новой философии обучения
Профессиональное обучение реализуется как подготовка к деятельности по разрешению проблем разной сложности. Причем, сложность проблем и уровень развития интеллекта взаимосвязаны по вероятности т.е. чем выше значения определенных показателей интеллекта (значения параметров показателей интеллекта как инструментального средства для разрешения проблем), тем выше вероятность разрешения сложной проблемы инженером в системе реального времени. Многовековой опыт показывает, что высокая вероятность разрешения сложной проблемы специалистом зависит не только от наличия соответствующих проблеме знаний, как это часто представляет традиционная школа, а имеются еще ряд факторов непосредственно влияющих на успех. На практике, при подготовке инженеров все мы в большей или меньшей степени находимся под влиянием этой школы с традиционной философией обучения, которую можно охарактеризовать как философию организации систем по передаче знаний (системы, реализующие знаниевый подход, т.е. основанные на знаниевой платформе). Даже сейчас, когда все переходят к подготовке по ФГОС ВПО третьего поколения, в сущности смены парадигмы не произошло, т.е. внедрение деятельностного, компетентностного подходов в комплексе при организации и реализации обучения остаются во многом декларативными. Западные педагоги также остаются в основном в «плену» знаниевого подхода, только в отличие от нас у них знаниевый подход все время модернизируется в направлении интенсификации. Например, возьмем замечательную книгу К.Фопеля «психологические принципы обучения взрослых» [14]. Это модернизированный вариант системы подготовки и переподготовки специалистов, основанный на знаниевом подходе, реализуемый в формате «воркшоп», который определяется как интенсивное учебное мероприятие, на котором ученики учатся, прежде всего, благодаря собственной активной работе, реализуемой в рамках «трехфазной модели обучения». Первая фаза обучения - «Расслабление внимания», вторая - «Погружение в комплексный опыт» и третья - Активное оценивание» процессов и результатов учебной деятельности, т.е. «погружение» в собственную рефлексию через обратную связь.
На самом деле при деятельностном, компетентностном подходах к подготовке, учебная деятельность должна быть нацелена на саморазвитие, прежде всего профессионально значимых способностей, позволяющих надежно (с большой вероятностью) разрешать сложные профессиональные проблемы его обладателю в техногенной операционной среде, а наличие знаний этот только обязательный фон (контекст) необходимый, но не достаточный для развития и реализации способностей при разрешении проблем на практике.
Комментарий. Любой рассматриваемый процесс (назовем его главным) протекает на фоне (в среде, гуманитарии называют в контексте) множества поддерживающих и тормозящих главный процесс процессов.
Очевидно, все это в корне меняет платформу (взгляд) на обучение как на систему передачи знаний, т.е. система передачи знаний становиться только одной из составляющих компонент обучения. Вся система обучения становятся многокомпонентной, в которой передача знаний реализуется как необходимый и обязательный фон (контекст) для проявления способностей при разрешении проблем разной сложности.
Комментарий. Вся окружающая человека материя организована каким-то образом и в какой-то мере (например, показатель энтропии). Знания - это информационная модель о составе, структуре, организации окружающей материи. Очевидно, любая проблема человеком может быть разрешена только на фоне модели организованной материи, т.е. знаний.
При организации дидактических систем на новой платформе на передний план выходят проблемы обучения, связанные с подготовкой инженера в специально созданной техногенной операционной дидактической среде. Разумеется, дидактические системы нацелены на развитие специальных способностей с использованием интенсивных методов усвоения знаний требуемой глубины. Как уже подчеркивалось, эффективно обучать какой-либо деятельности можно только тогда, когда установлены объективные механизмы внутренних операций интеллектуальной деятельности, а также необходимые ресурсы для успешной профессиональной деятельности [2,3].
Исследование операций интеллектуальной деятельности
Интеллектуальную деятельность человека по разрешению проблем можно разбить (произвести декомпозицию) на три стадии с операциями: формализации проблемы, конструирование решения и исполнение этого решения в техногенной операционной среде. Разумеется, каждая операция состоит из ряда действий. Таким образом, в результате декомпозиции интеллектуальной деятельности, мы имеем разбиение деятельности с иерархической структурой организации, показанной на рис. 2.
Рис. 2. Граф декомпозиции интеллектуальной деятельности по операциям и
действиям
При этом как происходят операции формализации, конструирования в когнитивной сфере мы точно не знаем, т.к. эти процессы являются скрытыми (латентными). Также частично скрытой операцией является операция исполнение, которая происходит в когнитивно-реальной среде. Как установлено в «Теории деятельности» [5], латентные (скрытые внутренние) операции взаимосвязаны с внешними, которые мы можем наблюдать и поэтому, используя методы латентно-
структурного анализа можем «проявить» эти операции интеллектуальной деятельности с практически значимой точностью (валидностью).
Комментарий. В латентно-структурном анализе значения всех параметров скрыты, но часть из них можно «проявить» с помощью специально разработанных процедур. Затем, через установленные стохастические связи оценить значения скрытых переменных через «проявление».
Для «проявления» содержания вскрытых операций на практике используем кибернетический подход, т.е. метод «черного ящика», где не входе рассматривается проблема как информационная сущность какой-то сложности, содержащая множество требований, противоречий, неопределенностей, а на выходе (в конечном результате) имеем разрешенную проблему с удовлетворением всех требований. В декомпозиции интеллектуальная деятельность представима как последовательность состоящая из двух функциональных «черных ящика» и одного «черно-белого ящика» как показано на рис. 3.
Рис. 3. Модель декомпозиции интеллектуальной деятельности на три операции
Сущность операции ФОРМАЛИЗАЦИЯ состоит в преобразовании в когнитивной сфере объекта ПРОБЛЕМА в комплекс ЗАДАЧ, которые необходимо решить для разрешения проблемы в целом. Аналогично, сущность операции КОНСТРУИРОВАНИЕ состоит в нахождении для комплекса ЗАДАЧ конструкта РЕШЕНИЯ и наконец, сущность операции ИСПОЛНЕНИЕ состоит в реализации конструкта РЕШЕНИЯ в реальной или виртуальной среде, т.е. в РАЗРЕШЕНИИ проблемы.
В системном анализе, модель любой системы можно представить инвариантно как сущность функционирующий какой-то среде (в контексте) с выделенными подсистемами УПРАВЛЕНИЕ, МЕХАНИЗМ (так, например, принято в методологии SADT) с подсистемами ВХОДА и ВЫХОДА (рис. 4).
УПРАВЛЕНИЕ
1 ь ФУНКЦИОНИРУЮ ЩАЯ 0 *
ВХОД СИСТЕМ (вУв) ВЫХОД
м | МЕХАНИЗМ Рис. 4. Инвариантная модель функционирующей системы
Эффективность (параметр Э) результата функционирования системы (идентификатор SYS) на ВЫХОДЕ (параметр О) зависит от качества и количества поступившего материала на ВХОДЕ (параметр I), эффективности функционирования подсистемы УПРАВЛЕНИЕ (параметр С) и МЕХАНИЗМА (параметр М). Таким образом, эффективность функционирования SYS представленную через основные параметры можно записать через такую зависимость, т.е. ЭФФЕКТИВНОСТЬ на ВЫХОДЕ зависит от эффективности (качества, количества) на ВХОДЕ, УПРАВЛЕНИЯ, МЕХАНИЗМА в комплексе.
В рассмотренном случае, в качестве функционирующей системы рассмотрим специалиста в процессе разрешения (через свою деятельность профессиональных) проблем. В этой ситуации получим следующую контекстную модель (рис. 5).
СПОСОБНОСТИ как способы г организации деятельности
I ФУНКЦИОНИРУЮЩАЯ О
^ ПРОБЛЕМА СИСТЕМ (вУв) РЕЗУЛЬТАТ
і ^ ЗНАНИЯ как вспомогательные
м средства (механизм) для трансформации ПРОБЛЕМЫ В РЕЗУЛЬТАТ
Рис. 5. Инвариантная модель разрешения проблемы инженером через свою интеллектуальную деятельность
Произведем декомпозицию интеллектуальной деятельности по интеллектуальным операциям.
В ряде работ [7,9,10] была установлена общая инвариантная (независимая от направления деятельности и сложности) последовательность операций процесса разрешения проблем, представляемого как трехстадийный процесс, составленный из операций: ФОРМАЛИЗАЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, ИСПОЛНЕНИЕ с
выделенными в качестве фона (особо значимыми для этих операций) факторами СПСОБНОСТИ и ЗНАНИЯ.
На рис. 6 представлена модель последовательности этих операций, т.е. инвариантный технологический маршрут разрешения проблем [ ] с учетом барьеров сложности при реализации этих операций и с указанием параметров порядка, позволяющих представить в самом общем виде весь процесс реализации интеллектуальной деятельности в целом.
ЗНАНИЯ (POL, CHL)
Рис. 6. Инвариантная схема разрешения проблем специалистом определенной
сложности
На первой стадии деятельности, т.е. на стадии операции формализации, инженер в меру уровня развития своих способностей (параметр А) строит ментальную модель проблемной ситуации, преодолевая барьер сложности проблемы (параметр SA, на рисунке закрашенный столбик). Эта операция проходит только на фоне (контексте) наличных усвоенных знаний (параметры POL,CHL -полнота и целостность усвоенных (наличных) знаний). В результате операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ» специалист сводит проблемную ситуацию к комплексу взаимосвязанных, как правило, типовых задач какой-то сложности. На второй стадии на фоне наличных знаний (параметры POL,CHL) и в меру уровня развития способностей (параметр В), так же преодолевая барьер сложности (параметр SB), производит операцию конструирования решений комплекса задач, полученных на первой стадии. И наконец, на третьей стадии, он таким же образом на фоне усвоенных знаний и в меру уровня развития способностей (параметр С) производит операцию реализации полученных конструктов на практике, преодолевая барьер сложности (параметр SC) в реальной среде. Эффективность (параметр Э) результата на каждой операции деятельности зависит от величины наличия ресурсов, т.е. уровней развития проектно-конструктивных или АВС-способностей, где А-формализационные, В-конструктивные, С-исполнительские способности на фоне (контексте) усвоенных знаний в определенной глубине, т.е. усвоенных в их полноте (параметр POL) и целостности (параметр CHL). Таким образом, эффективность результата интеллектуальной деятельности зависит от синергетического взаимодействия комплекса факторов с параметрами A, B, C, POL, CHL, SA, SB, SC, которые и есть параметры порядка функционирующей системы, т.е. основные параметры, характеризующие специалиста. Следует особо подчеркнуть, что эти факторы (параметры) в зависимости от их значений у конкретного специалиста оказывают разностороннее действие на вероятность успешности конечного результата. Очевидно, чем выше значения параметров A, B, C, POL, CHL у специалиста тем лучше качество специалиста, т.е. больше вероятность успешности разрешения проблемы любой сложности. С другой стороны, чем выше значения
параметров SA, SB, SC сложности конкретной проблемы, тем меньше вероятность разрешения проблемы специалистом.
Комментарий. Успешность разрешимости проблемы зависит от уровня развития способностей, т.е. способности определенного уровня развития являются инструментальным средством (процессором) определенного качества от которой зависит (не)разрешимость проблемы. В то же время, знания как накопленный опыт формирует фон (контекст или операционную среду) для проявления способностей. В инженерии знаний [15] установлено, что любое высказывание несет в себе (примерно) 10% информации, остальная информация содержит фон (знания), которыми владеет специалист. Структура знаний определенной предметной области представима в виде семантической сети. Полнота знаний (параметр POL) - это знания всех понятий (знание сущностей) предметной области. Целостность знаний (параметр ОБЬ) - это знания всех установленных связей между понятиями в семантической сети понятий. Глубина усвоенных знаний инженера характеризуется усвоенными знаниями в полноте (знание понятий) и целостности (знаний связей). Знания только в полноте и целостности представляют собой законченный образ (гештальт) какого-то объекта или процесса как сущности, например, проблемы.
Комплекс параметров <А=а, В=Ь, С=с, РОЬ=ро1, СНЬ=сЫ> с конкретными значениями наличных ресурсов специалиста формируют индексы развитости его технического интеллекта, т.е. из этих значений а, Ь, с, ро1, сЫ формируется профиль развития технического интеллекта (ТИ) специалиста (ТИ =<а, Ь, с, ро1, сЫ >). На практике всегда статистически подтверждается, что чем выше сложность проблемы, тем более высокими значениями ресурсов (индексов ТИ) должен обладать специалист, чтобы разрешить проблему. Таким образом, между комплексами значений параметров технического интеллекта и (не)разрешимостью проблемы определенной сложности существует стохастическая связь. Вероятность разрешения специалистом с техническим интеллектом ТИ=<а, Ь, с, ро1, сЫ> проблемы сложности ПР=^а, Sb, Sc> велико, если значения уровней развития его ресурсов, т.е. способностей достаточно для преодоления формализационной ^а), конструктивной ^Ь), исполнительской ^с) сложностей проблемы. Математически условие успешного прохождения специалистом технологического маршрута от ВХОДА до ВЫХОДА (см. рис. 6), состоящего из последовательности интеллектуальных операций ФОРМАЛИЗАЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, ИСПОЛНЕНИЕ при разрешении проблемы можно записать: а > 8а
< Ь > 8Ь с > 8с
Таким образом, для разрешения проблемы уровни развития информационно -интеллектуальных ресурсов специалиста должны быть выше (больше) значений характеристик сложности проблем. Следует особо подчеркнуть, что эта система условий устанавливает взаимоотношения параметров порядка, т.е. это главное условие «успешности» интеллектуальной деятельности для разрешения проблем определенной сложности.
В контексте сказанного была создана шкала качества владения компетенцией (КВК). Шкала построена следующим образом: выбирается пучок векторов (рис. 7) в направлениях изменения значений параметров парядка А, В,С, РОЬ, СНЬ, т.е. в направлениях изменения индексов ТИ.
Рис. Т. Модель шкалы качества владения компетенцией
Развитие ТИ (изменение значений индексов) специалиста откладывается на шкале КВК. Развитие ТИ специалиста происходит в направлениях от профиля а1, bl, cl, poll, chll к профилю а2, b2, c2, pol2, chl2.
Таким образом, при анализе интеллектуальной деятельности на самом общем уровне декомпозиции (детализации), последовательность интеллектуальных операций (технологический маршрут операций) у всех людей один и тот же, т.е. при разрешении проблем интеллектуальные операции проходят в последовательности «ФОРМАЛИЗАЦИЯ», «КОНСТРУИРОВАНИЕ», «ИСПОЛНЕНИЕ».
Можно провести анализ внутренних составов и механизмов операций «ФОРМАЛИЗАЦИЯ», «КОНСТРУИРОВАНИЕ», «ИСПОЛНЕНИЕ». Разумеется, эти операции скрытные, но их латентность можно на каком-то уровне валидности «проявить», опираясь на результаты исследований в различных областях науки (практическая, когнитивная психологии, психотерапия, гештальт-терапия, гештальт-педагогика, инженерия знаний, исследования операций, теория деятельности и т.д.). Результаты этих наук позволяют установить приближенную организационную структуру, а также представить функциональные модели (внутренние механизмы) этих операций. Причем, каждый из нас может заняться интерспекцией (исследованием самого себя) в процессе разрешения проблем и верифицировать через свою статистику построенную далее модель.
Декомпозиция операции « ФОРМАЛИЗАЦИЯ» на комплекс действий
Рассмотрим содержание операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ" в рамках некоторых моделей, установленных в основном в гештальт-терапии.
Комментарий. Название «гештальт» (нем. gestalt - фигура, структура) означает образы действительности, возникающие в когнитивной сфере человека. Цель гештальт-терапии - вычислить незавершенные гештальты и в предельно возможной степени завершить их. Процедура гештальт-терапии достаточно сурова: психотерапевт на сеансе искусственно провоцирует обострение его состояния для того, чтобы клиент мог осознать свое состояние и завершить незавершенные гештальты. Таким образом, изначально в гештальт-терапии считается, что незавершенные образы (гештальты) угнетают психику человека. Исходят из этого фактора, психотерапевты объясняют, что у человека формируются такие свойства
характера как любознательность и любопытство, т.е. по природе у человека заложено стремление к завышению незавершенных гештальтов.
На «языке гештальтов» операция «ФОРМАЛИЗАЦИЯ» протекает по сценарию со следующими действиями. Каждый человек в течение всей жизни формирует в своей когнитивной сфере глобальный гештальт, т.е. динамический образ окружающего мира. Глобальный гештальт состоит из множества взаимосвязанных локальных целостных образов (локальных гештальтов) разного рода объектов, явлений, процессов различной сложности. Наличие глобального гештальта в когнитивной сфере и его относительная самостоятельность формирует в человеке ментальный «собственный мир», т.е. собственное «Я». При этом, как правило, всегда присутствующее противоречие между «Я» и реальным миром создает недовольство этим миром и как следствие появляется движущий момент деятельности в виде желания (стремления) переделать реальный мир, т.е. у человека на основе этого стремления формируется цель, что толкает его к действиям. В результате получается, что человек по своей природе зациклено запрограммирован на жизнь со стремлением к «вечной» деятельности. Таким образом, психическая система его в той или иной степени находится в целеустремленном прессинговом состоянии, направленном на разрешение все усложняющихся жизненных и профессиональных проблем. При этом, интеллект человек использует как инструментальное средства при разрешении проблем, качества развития которого гарантирует ему (не)успешность в деятельности. Основываясь на этой общей модели, а так же на «проявленных» латентных действиях, закрепленных во внешних технологиях деятельности, в операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ» можно выделить четыре взаимосвязанных крупномасштабных действия: распознавание, анализ, построение, принятие решений. Информационная модель последовательности этих интеллектуальных действий с раскрытием их содержания, рассматриваемых в рамках операций «ФОРМАЛИЗАЦИЯ», приводится на рис. 8.
Проблема Способ- ности Проблема как комплекс требований, которые вы должны выполнить
Действие 1. Распознавание аналогов Способности распознав ания Распознавание анал на фоне наличных и при где требования по ВХ< “ящика” неопределенно ВХОД Проблема^^ (входные требования) огов по требовани влеченных знаний по с ЭДУ-ВЫХОДУ опреде . Неопр еделенность ям (ВХОД-ВЫХОД) хеме “черный ящик”, ленно, а содержание ВЫХОД^ Проблема^" (выходные требования)
Действие 2. Анализ аналогов ит тсо аз £ § оа оос ана оп а С Анализ внутреннего с исследование (“осветв. неопределенности с со способностей и знаний, а от дефицита фактора вр ВХОД Проблема (входные требования) одержания “черного я пение ящика” ) с ц держания “ящика” также привлеченных емени. Определенность Неопределенность щика” аналогов, т.е. елью снятия части на фоне наличных знаний в зависимости ВЫХОД^ Проблема (выходные требования)
Действие 3. Построение гипотетической модели ит я ст яи § 8 « ю ор ст ос по со Сп Построение “светлого содержания “ящика”, т. “черного ящика” на осн на фоне (в контексте зависимости от дефици происходит (по возможн глобальный гештальт, это сделать невозможн забыт- ВХОД Проблема (входные требования) ящ ика” или гипо . гештальта (образца) в ове гипотезы и внезапн ) наличных и прив та фактора времени. ости) встраивание лок г.е. формируются знан о, то вероятно локал Определенная гипотетическая модель гетической модели внутреннего строения ых догадок (инсайта) леченных знаний в При этом действии ального гештальта в ия с приростом. Если ьный гештальт будет ВЫХОД Проблема (выходные требования)
Действие 4. Принятие решений в определении цели Способности к принятию решений Определение (выработ решений на фоне зна разрешить, чтобы вы ПРОБЛЕМЕ ВХОД ка) точки целеполаг тий: какой комплеї полнить требования Определенная гипотетическая модель орые необходимо реши ебований проблемы с гипотетическо ания, т.е. принятие с задач необходимо I, предъявляемые в ВЫХОД
Проблема (входные требования) кот тр Принятие решений по формированию комплекса задач, ть для выполнения целью реализации й модели
Рис. 8. Информационная модель последовательности действий в рамках операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ»
Очевидно, ни одно интеллектуальное действие не может быть реализовано без наличия соразмерных сложности ПРОБЛЕМЫ информационно-интеллектуальных ресурсов [8], т.е. развитых до определенного уровня требуемых способностей, которые реализуются только на фоне (контексте) усвоенных знаний требуемой глубины (знаний усвоенных в определенной полноте и целостности).
Комментарий. Результаты исследований операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ» позволяют дать ответы на важнейшие вопросы педагогики: что такое понимание и как научиться понимать и не забывать. Ответы на эти вопросы рассматриваются также в работе, например, «Педагогика понимания» [12]. Разумеется, что каждый из нас проявляет свои особенности при реализации операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ», но общий сценарий (маршрут) протекания этой операции остается неизменной, т. е. в
рамках рассмотренных действий возможны множество различные вариации в результатах в зависимости от наличия информационно-интеллектуальных ресурсов.
На рис. 9 приводится промежуточный в исследовании операций интеллектуальной деятельности эпизод морфологического графа способностей специалиста.
Рис. 9. Эпизод морфологического графа способностей в шкале номинаций
(названий)
Комментарий. Методы морфологического анализа и синтеза это способы поиска новых решений, которые основываются на следующих принципах. 1. На разделении рассматриваемой системы на подсистемы или элементы с соблюдением иерархии в организации; 2. На формировании подмножеств альтернативных вариантов реализации каждой подсистемы; 3. На комбинации различных вариантов решения системы из альтернативных вариантов реализации подсистемы; 4. На выборе наилучших вариантов решения системы.
Исходя из морфологического анализа (графа) можно сделать вывод, что комплекс названий способностей, определяющих качество результатов деятельности инвариантны, т.е. независимы от комбинации направления названий деятельности (номинаций компетенций).
Рассмотрим пример разрешения стандартной (профессиональной) ПРОБЛЕМЫ из области программной инженерии и проведем латентно-структурный
анализ, т.е. «проявим» последовательность латентных действий операции «ФОРМАЛИЗАЦИЯ» через закрепленные во внешней деятельности в этой области технологию.
ПРОБЛЕМА: необходимо спроектировать программное обеспечение (ПО) для информационной системы (ИС), удовлетворяющей следующим требованиям: заказчиком определено: 1) список требований по входной информации; 2) список требований по выходной информации.
В этой ситуации отдельно распишем по действиям операцию «ФОРМАЛИЗАЦИЯ».
Действие 1. Распознавание. Распознавание объектов-аналогов ПО согласно требованиям по входной и выходной информации на фоне определенного уровня развития способностей к распознаванию и в контексте наличных (глобального гештальта) и привлеченных знаний в зависимости от дефицита времени. На практике рассматривается множество «черных ящиков» ПО ИС, объединенных по признаку сходства требований ВХОДА-ВЫХОДА (рис. 10).
Рис. 10. Кластер распознанных объектов-аналогов ПО на фоне наличных способностей и знаний специалиста
Разумеется, в зависимости от уровня развития способностей и от глубины наличных знаний, мощность кластера распознанных аналогов изменяется, т.е. чем глубже знает специалист предметную область (чем развитее у него глобальный гештальт) и способнее их распознать, тем многочисленнее (мощнее) кластер распознанных аналогов или больше опыт в этом действии.
Действие 2. Анализ. На фоне наличных способностей и знаний (в контексте глобального гештальта), анализ содержания и внутренних механизмов функционирования объектов-аналогов с целью познания, т.е. снятия неопределенности с содержания (структуры) и правил функционирования «черного ящика». Разумеется, чем больше наличия (развития) соответствующих способностей и знаний, тем меньше останется неопределенности в содержании и в правилах функционирования у исследуемого «черного ящика».
Действие 3. Построение. На фоне, т.е. в контексте глобального гештальта и частично-определенного локального гештальта (результата действия 2), сформировавшихся как знания по проблеме, а так же в зависимости от уровня развития способностей к построению, создается гипотетический образ (гештальт) исследуемого образа (гештальта), т.е. внутреннего содержания «черного ящика» или образа проектируемого ПО ИС.
Действие 4. Принятие решений. На фоне наличных способностей и знаний принятие решений по определению точки целеполагания, т.е. формирование цели как результата ответа на вопрос: какой комплекс задач необходимо решить для достижения цели - разрешения проблемы.
Аналогично, на основе морфологического анализа можно установить инвариантную последовательность действий в рамках операций КОНСТРУИРОВАНИЕ и ИСПОЛНЕНИЕ.
Разрешение основной проблемы дидактики как задачи проектирования
Исходя из результатов анализа и исследований операций интеллектуальной деятельности (в дидактических целях) можно построить концептуальную модель дидактических систем развития технического интеллекта будущего специалиста (рис.
11).
Усвоенные ЗНАНИЯ уО
У ^ (внутренних фон для развития ТИ^^ \
\г7 X*-
О—ОТ
V \ С /\'
А
ОСНОВНОЙ ПРОЦЕСС: развитие технического
интеллекта (ТИ) и его основные направления
ПРОБЛЕМНАЯ
СРЕДА
(внешний фон для развития ТИ)
Рис. 11. Концептуальная модель развития технического интеллекта (развитие способностей на фоне знаний и проблемной среды)
На этом рисунке рассматриваются несколько одновременно протекающих процессов. В качестве основного выделен процесс саморазвития технического интеллекта (ТИ) будущего специалиста. Как было показано по ходу исследований, саморазвитие технического интеллекта может проходить только на фоне (поддержке) нескольких внутренних и внешних вспомогательных процессов. Разумеется, таких «фоновых» процессов, поддерживающих основной процесс может быть много. Например, как основные внутренние «фоновые» процессы могут выступать усвоенные ЗНАНИЯ как фон (часть опыта) необходимый для разрешения проблем и эмоциональный фон (чувства, характер, мотив) как стимуляторы (катализаторы) определяющие темп саморазвития ТИ. В качестве основных внешних «фоновых» процессов могут выступать: ПРОБЛЕМНАЯ СРЕДА, техносфера, социальноэкономическая среда, информационная среда и т.д.
В рассматриваемой модели (построенной в дидактических целях) в качестве «фоновых» процессов рассмотрим только один внутренний (усвоенные ЗНАНИЯ) и внешний (ПРОБЛЕМНАЯ СРЕДА) «фоновые» процессы. Очевидно,
целенаправленное саморазвитие ТИ в рамках дидактических систем происходит в основном на фоне этих процессов. Кроме этого было установлено, что в процессе эволюции человек приобрел способность разрешать проблемы, следуя инвариантному технологическому маршруту, состоящему из последовательных операций: ФОРМАЛИЗАЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, ИСПОЛНЕНИЕ. Причем, при разрешении проблем, каждая из этих операций реализуется на фоне наличных знаний и развитых соответствующих способностей. Очевидно, дидактическая система, построенная с учетом всех этих закономерностей и механизмов, может считаться природосообразной системой подготовки и обладать высокими значениями показателей эффективности.
Переведем все основные результаты полученные в этой работе теоретического характера в практическую плоскость, т.е. непосредственно займемся проектированием природосообразных дидактических систем нового типа (поколения).
Итак, основная проблема современной дидактики может быть поставлена как задача проектирования: требуется построить дидактические системы, способные реализовать быструю подготовку специалистов (бакалавров, магистров) с высоким уровнем развития ТИ, удовлетворяющих требованиям ГОС ВПО третьего поколения.
Проектирование дидактических систем нового поколения.
Вызов, сделанный государством в виде проектов ФГОС ВПО к образовательным системам должен получить поддержку «снизу». Необходимы дидактические системы нового поколения, основанные на платформе, обеспечивающей их эффективность по всем позициям требования стандарта. В сущности требования стандарта сводится к тому, что стране необходимы специалисты (бакалавры,магистры), способные производить инновационный (конкурентоспособный) продукт.
В связи с этим, в педагогике традиционный интуитивно-эвристический формат подготовки должен быть технологизирован, информатизирован и выведен на качественно-новый уровень. В методологии инженерной подготовки должны быть усилены направления развития проектно-конструктивных способностей обучающихся, введены новые формы и технологии представления знаний, использованы возможности виртуальной образовательной среды, а также обязательно привлечены результаты достижения других наук.
Разработанная в течение ряда лет конструктивная методология [4,6], как теория и практика проектирования дидактических систем на платформе подготовки в метрическом компетентностном формате (ПМКФ) позволяет на местах строить дидактические системы, обеспечивающие подготовку инженеров в рамках требований ГОС-3.
Теоретическая составляющая методологии, основывается на аналитических методах, т.е. на результатах морфологического, системного, латентно-структурного анализов и моделировании, а также на результатах теории деятельности, психологии развития личности и педагогики [11].
Приведем основные результаты исследований с краткими обоснованиями.
1. Модель связи понятий владения компетенцией и компетентностью.
Морфологический анализ показывает, что понятия компетенция и компетентность являются взаимосвязанными и сложными. На рис. 1 2 приводится структура организации понятия компетенция в системе знаний. На верхнем уровне графа рассматривается множество областей профессиональной деятельности человека. В любой (обозначено *) области деятельности вводится своя номинальная шкала (шкала названий) компетенций, в рамках (направлениях) которых
рассматриваются разного рода темы с разными проблемами и задачами разной сложности.
Владеть компетенцией означает быть способным в этом направлении разрешать проблемы и задачи, а до какой сложности этот термин не оговаривает и в этом его ограниченность, т.е. не самодостаточность. Таким образом, владеющий компетенцией может называться специалистом, но нет гарантии, что он разрешит проблемы требуемой сложности с высокой надежностью.
Компетентность - это качество владения компетенцией, а качество владения компетенцией, несомненно, связано с понятием разрешимости проблем и задач требуемой сложности с высокой надежностью.
Профессиональная деятельность человека
Область деятельности 1
Тема 1
• • • Г”
Задачи 1
Направление компетенции 1
] і
] і
Обла деятель сть ости *
Направление компетенции *
| Тема * |
| Проблема * |
| Задачи * |
Область деятельности 2
і [
Тема 2
і с
• • • -1
Задачи 2
Направление компетенции 2
Условные обозначения: * - (читается) любой;
-1- - (читается)организовано по аналогии
Рис. 12. Граф структуры организации понятия компетенция
Построим модель (рис. 13): номинальную шкалу тем (рис. 12), используемых в профессиональной деятельности, изобразим с помощью пучка векторов. На каждом векторе отложим минимально допустимую границу сложности проблем, которую должен (обязан) разрешить специалист абсолютно надежно в процессе своей деятельности. Таким образом, область проблем одной компетенции разобьется на две подобласти (два кластера: темный и светлый). Например, специалист (штрих-профиль) владеет всеми темами в компетенции, но качество владения компетенцией по некоторым темам очень низкое (попадает в темный кластер), на рисунке по темам
4, 5, 6, 7, 8, *. Поэтому специалист не может считаться компетентным, хотя и владеет этой компетенции.
Тема 3
Тема 2
Тема 1
Тема 4
Тема 5
Тема 6
Тема _
Р(7)
^ Г Тема 7
Рис. 13. Модель связи понятий владения компетенцией и компетентностью
2. Модель шкалы качества владения компетенцией.
В результате системного анализа деятельности специалиста было установлено, что процесс разрешения проблем представим как трехстадийный процесс, составленный из операций ФОРМАЛИЗАЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, ИСПОЛНЕНИЕ. У каждого специалиста в процессе деятельности и на фоне усвоенных ЗНАНИИ развиваются проектно-конструктивные или АВС- способности, соответствующие вышеперечисленным названиям операций (рис. 14).
' "Г"""""-----
В (час/раб) кКонструктивные
ПК - способности
Формализационные способности А (час/раб)
способности
Исполнительские способности С (час/раб)
*
Й
г
V
ч
1
I
у
усвоенных знаний
СИЬ (%) Целостность усвоенных знаний
Усвоенные знания
ч
\
I
У
Рис. 14. Квалиметрическая шкала для оценки качества владения компетенцией
(КВК)
При подготовке специалистов на практике возникает потребность перевести результаты из шкалы КВК в обычную пятибалльную шкалу.
При переходе на традиционную шкалу успехов в обучении (в пятибалльную шкалу) можно ввести несколько профилей состояния академической компетентности (рис. 15).
Актуальный уровень состояния компетентности
пВ
Минимально допустимый профиль состояния академической компетентности на оценку отл.
Минимально допустимый профиль состояния академической компетентности на оценку хор.
С
Минимально допустимый профиль состояния академической компетентности на оценку удовл.
Рис. 15. 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. 15 видно, что обучающемуся необходимо особо развивать формализационные способности и акцентировать внимание на целостности знаний освоенных в рамках определенной дисциплины.
3. Модель зоны ближайшего развития.
Понятие «зона ближайшего развития» (ЗБР) в психологии было введено Л.С. Выготским. ЗБР - уровень развития, достигаемый ребенком в процессе его взаимодействия со взрослым в ходе совместной деятельности, но не проявляющийся в рамках его индивидуальной деятельности на рассматриваемой стадии развития. На основе этого понятия была построена модель.
Как известно [11], успешность развития личности, в основном зависит от факторов: наследственности, среды и активности. Наследственность - свойство организма повторять в ряду сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом. Среда - окружающие человека, общественные, материальные и духовные условия его существования. Активность - деятельностное состояние организма, как условие его существования.
Рассмотрим только факторы: среда и активность. В психологии известно, что развитие личности происходит только в среде проблем при активном участии личности в их разрешении. Причем, для быстрого развития личности нужна среда из проблем в определенных границах сложности (эта мысль неоднократно выражена в трудах Давыдова В.В., Занкова Л.В., Леонтьева А.Н.). В модели (рис. 16) обозначим эти границы (окружности) сложности через 81 и 82. По смыслу множество проблем сложности не более 82 и не менее 81 и образуют «зону» проблем в реальной среде наиболее «благоприятную» для дальнейшего развития ресурсов, т.е. ЗБР в когнитивной сфере.
А к. В-
Л»............
КОГНИТИВНАЯ
РЕАЛЬНАЯ
СРЕДА
У ЗР (зона развития) - уровень развития технического интеллекта {ТИ = <а, Ь, с, pol, chl>}, позволяющий разрешать проблемы определенной сложности в РЕАЛЬНОЙ СРЕДЕ (закрашенная область)
Э1• 182
Тема 3
“Зона” проблем (закрашенная) доступных (по вероятности) для разрешения при данном ТИ
“Зона” проблем недоступных (по вероятности) для разрешения специалистом с данным уровнем развития ТИ
Рис. 16. Модель связей зоны ближайшего развития и сложности проблем
Механизм развития специалиста следующий. Каждый специалист на актуальный момент имеет определенное состояние развития ресурсов (ТИ=^, Ь, ^ pol, ^>1, т.е. находится в зоне развития (ЗР). Это означает, что он способен надежно (с высокой вероятностью) разрешать проблемы из зоны сложность которых не более чем S1. Для дальнейшего развития (саморазвития) специалист должен «прирастить» свои ресурсы a= a+Дa, Ь=Ь+ДЬ, c=c+Дc, pol=pol+Дpol, cЫ=cЫ+ДcЫ (Д^ ДЬ, Д^ Дpol, ДcЫ - величины прироста), т.е. освоить ЗБР и сделать ее ЗР на основе тренинга по разрешению проблем из зоны между S1 и S2. Тезис «образование через всю жизнь» означат, что этот процесс «прироста» в современных условиях должен продолжаться всю жизнь. Очевидно, связь между ЗБР и разрешимостью проблем разной сложности является стохастической (вероятностной).
4. Модель проблемы и условия ее разрешимости.
Проблема (греч.) - положение, условие, вопрос, объект, который создает неопределенность, затруднение и побуждает к действию.
В модели проблему рассмотрим как противодействующий специалисту информационный объект. На рис. 17 рассматриваются две проблемы (проблема 1, проблема 2) из разных тем (тема 1, тема 2) из одной компетенции.
Уровень развития ТИ а(1)
Е-
и
&
С
&
Я
ей
Е
и
.IV
с(1)
Уровень развития ТИ ^ а(2)
ро1(2)
■ Ь(2)
Сложность проблемы из темы 1 ^ ва(1)
^зЬ(1)
^с(1)
ПРОБЛЕМА 1
Сложность проблемы из темы 2 , *а(2)
*Ь(2)
с(2)
зс(2)
ПРОБЛЕМА 2
Рис. 17. Модель «противостояния» проблем и специалиста
Проблема как категория (обособленный класс) характеризуется двумя ключевыми (определяющими) атрибутами (характеристиками): темой и сложностью.
Модель проблемы (ПР) с номером к, кеК из темы ]е1 из определенной компетенции, т.е. ПР(к, _|) формально представим как комплекс, состоящий из двух взаимосвязанных составляющих:
ПР(к, .0 = {ЗАДАЧА(к, .0; <8А=8а(к, .0; 8Б=8Ъ(к, .0; 8С= 8с(к, ])>}.
При этом введены следующие обозначения: 8А - параметр, характеризующий сложность формализации проблемы рассматриваемой проблемы с конкретными значениями Ба(к, _|), т.е. формализации проблемы в когнитивной сфере с представлением в виде образно-описательной проблемной ситуации - ЗАДАЧИ; 8Б -сложность конструирования решения ЗАДАЧИ с конкретными значениями БЬ(к, ]); 8С - сложность исполнения полученного решения ЗАДАЧИ в когнитивно-реальной среде. Таким образом, величины Ба(к, ]), БЬ(к, ]), Бс(к, ]) являются соответствующими значениями конкретной проблемы ПР(к, ]) с номером к из темы ].
Очевидно, значения параметров технического интеллекта специалиста с номером 1, 1е1 по теме с номером ]е1, т.е. а(1, Д Ь(1, Д с(1, Д ро1(1, Д сЬ1(1, Д а также значения параметров сложности проблемы с номером кеК, т.е. Ба(к, ]), 8Ъ(к, ]), Бс(к, ]) являются латентными (скрытыми) переменными, как для самого специалиста, так и для «посторонних». Разумеется, также ментальная модель проблемы ПР(к, ]), т.е. ЗАДАЧИ(к, ]) является скрытой для «посторонних», но сам специалист при желании ее может «проявить» с переносом на какой-то носитель.
Между комплексами параметров технического интеллекта и проблемы существует стохастическая связь, т.е. связь по «вероятности» между их показателями. Вероятность разрешения специалистом с техническим интеллектом ТИ(1, ]) проблемы ПР(к, ]) велико, если наличных ресурсов специалиста достаточно, чтобы преодолеть сложность проблемы. Формально это условие можно записать в системе ограничений, т.е.
а(1,7) > Ба(к,])
Ь(£,/) > яЬО,;') с(Ц) ^ 5С(/С,у)
[£/, 6 У, А: £ К
(1)
При этом усвоенные знания в полноте (ро1(1, _0) и целостности (сЫ(1, _])) в процессе разрешения проблемы создают фон для проявления АВС-способностей, т.е. способствуют формированию ментальной модели проблемы-ЗАДАЧИ(к, Д
построению конструкта решения и исполнению этого конструкта в когнитивнореальной среде. Таким образом, любой специалист с номером і, ієі, по теме _і, с большой вероятностью может разрешить круг проблем с любыми номерами к, к є К, удовлетворяющих системе неравенств (1).
5. Модель дидактической системы на платформе подготовки в метрическом компетентностном формате (ПМКФ).
В интеграции модели 1-4 образуют единую модель системы знаний (теоретическую базу) на платформе которой становится возможным проектирование дидактических систем нового поколения. Системообразующим элементом проектируемых на этой платформе дидактических систем является ЦЕЛЬ - быстрое развитие инженера в специально созданной среде подготовки в метрическом компетентностном формате (МКФ). Мониторинг развития инженера ведется на основе шкалы качества владения компетенцией (КВК). На рис. 18 приводится структура организации платформы, т.е. теоретической базы дидактических систем подготовки в МКФ.
Рис. 18. Структура организации платформы дидактических систем нового
поколения
Общая схема структуры организации и процесса обучения в дидактических системах, основанных на платформе ПМКФ, приводится на рис 7.
Рис. 19. Структура организации и обучения в дидактических системах, основанных на платформе ПМКФ
Функционирует система следующим образом: на ВХОД дидактической системы поступает студент с уровнем развития технического интеллекта ТИ=<а, b, с, pol, chl> (ТИ студента обозначен штрих-профилем в блоке 2). Формирование инженера (блок 1) происходит в специально организованной реально-виртуальной среде интенсивного опережающего развития. УПРАВЛЕНИЕ реализуется на основе специально разработанной технологии в рамках ФГОС ВПО третьего поколения. АВС-способности студента представляют собой компоненты управления его учебной деятельностью (его личностные технологии в деятельности). МЕХАНИЗМ дидактической системы (преподаватели, блоки 3, 4, 5, усвоенные знания) построен для достижения цели, т.е. призван реализовать быстрый прирост ресурсов типов А,
В, С, POL, CHL студента через обратную связь (в процессе разрешения учебных проблем на фоне усвоенных знаний) под данным УПРАВЛЕНИЕМ. В целом, вся дидактическая система представляет собой синергетическую машину подготовки в реально-виртуальной среде опережающего обучения.
6. Модель организации реально-виртуальной среды опережающей подготовки.
Дидактические системы, основанные на платформе ПМКФ, для
своевременного достижения цели реализуют конструктивный подход, т.е. являются системами подготовки с гарантией достижения цели. В этих системах организуется интенсивный процесс подготовки, т.е. мобилизуется весь человеческий потенциал, используется особая организация и специальное представление учебного материала, а также возможности информационно-коммуникационных технологий. В целом, подготовка осуществляется в специально-организованной реально-виртуальной среде опережающего обучения, нацеленной на саморазвитие ТИ на основе организованной активной совместной деятельности по разрешению учебных проблем по возрастанию сложности с учетом естественных закономерностей развития личности и пределов
человеческих возможностей. Таким образом, подготовка в МКФ основана не на жестком менеджменте, т.е. на принудительной подготовке, а строится на сознательной самоориентации студента на постоянную работу с целью достижения им требуемой конкурентоспособности в социально-экономической среде. Поэтому подготовку в МКФ можно назвать природосообразной.
Комментарий. Среда опережающего обучения рассматривается как средство, которое может обеспечить академическую конкурентоспособность будущего инженера в среде профессиональной деятельности за счет высокого уровня развития ТИ и его готовности к созданию инновационного продукта, т.е. подготовленности его к разрешению сложных профессиональных проблем.
Виртуальная составляющая реально-виртуальной среды подготовки реализована в виде интерактивного виртуального кабинета преподавателя (ВКП), которая рассматривается как средство автоматизированной подготовки [13, 16]. Согласно статистике, от качества организации ВКП примерно на 75% зависит успешность подготовки.
Комментарий. ВКП это готовый документированный проект (целостный электронный образовательный ресурс (ЭОР) по определенной дисциплине, т.е. развивающийся программный продукт), который можно использовать в дидактических системах в самых разных вариантах, начиная от поддержки самостоятельной работы до организованного дистанционного обучения.
В целом, ВКП в зависимости от «интеллектуальности», представляется в трех «лицах интерактивности»: «дает и организует» работу, «служит» консультантом и ведет мониторинг саморазвития ТИ студента вместе с преподавателем и самим студентом.
На рис. 20 приводится структура организации ВКП формате МКФ дидактической системы подготовки в среде МООБЬБ.
Комментарий. Подготовка студента в МКФ по определенной дисциплине обязательно начинается с мультимедийной презентации, где преподаватель представляет структуру организации знаний в рассматриваемой предметной области, а также основные, проблемы которые могут быть разрешены на фоне (контексте) этих знаний. В целом, презентация должна у студента сформировать контекст, т.е. «образ» дисциплины, на платформе которой можно достаточно быстро уточнять «детали» теории и научится решать задачи (проблемы). В конце курса, студент представляет свой проект презентации дисциплины, которая является его креативным продуктом, «отраженным» от него по обратной связи. Причем, проектированием презентации студент занимаемся синхронно по ходу всего курса. Разумеется, при этом студент сдает всю отчетность (зачеты, экзамены), предусмотренные по программе.
ФГОС ВПО 1 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ПРЕЗЕНТАЦИЯ 2 ДИСЦИПЛИНЫ (преподавателя)
3 БАЗА ЗНАНИЙ
Темы Содержание
4 ДИАГНОСТИКА
POL CHL
5 БАЗА ПРОБЛЕМ
Темы Проблемы
6 ДИАГНОСТИКА
А В С
ИТОГОВАЯ РАБОТА
Презентация дисциплины (студента)
О
Рис. 20. Организации дидактичсеких систем на платформе ПМКФ
7. Модель организации базы учебных проблем.
При формировании реально-виртуальной среды подготовки в МКФ особое значение имеет специальным образом организованная база учебных проблем БУП. Особая значимость базы при подготовке МКФ состоит в том, что БУП является основным средством саморазвития АВС-способностей студента на фоне опережающего усвоениям им знаний в процессе обучения, а также средством «проявления» уровня развития ресурсов типов А, В, С, POL, CHL как латентных (скрытых) переменных в системе мониторинга и управления качеством саморазвития студента. Структура организации БУП приводится на рис. 21.
Пучок векторов, исходящих из центра графа БУП указывает направления темы проблем. Рост сложности, проблемных ситуаций по разным темам, т.е. ЗАДАЧ (k, j), k - номер темы, j - номер задачи, происходит от центра графа к периферии.
Рис. 21. Структура организации базы учебных проблем
Разумеется, база учебных проблем опережающей подготовки не ограничена по сложности (очень важно, чтобы студент видел эти «края» актуальной сложности). Поэтому он за отведенный интервал времени все проблемы разрешить не может, а его цель как можно ближе подойти к этому «краю» сложности.
Сложности проблем в рамках темы должна возрастать по естественной для восприятия человеком логике (природосообразно) по принципу от С через В к А, т.е. сначала возрастает сложность задач типа С, затем В и только затем А. Таким образом, по конкретной теме база учебных проблем структурирована по схеме от задачи к проблеме (рис. 22).
Рис. 22. Схема возрастания сложности проблемы по принципу: от С через В к А
В результате подготовки в таком формате (в метрическом компетентностном формате (МКФ)) студент имеет частично освоенную базу учебных проблем (рис. 23), которую можно представить в виде диаграммы (закрашенная область).
При этом сложность проблемы будем оценивать через величину обратную производительности труда эксперта, т.е. трудоемкость работы (час/раб).
Сложность . час/раб
практически востребованная в реальной среде “планка сложности
р(6,1)
Р(5,1)
Р(4,1)
Р(3,1)
Р(2,1)
Р(1,1)
Р(0,1)
Р(6,2)
Р(5,2)
Р(4,2)
Р(3,2)
Р(2,2)
Р(1,2)
Р(0,2)
Р(6,3)
Р(5,3)
Р(4,3)
Р(3,3)
Р(2,3)
Р(1,3)
Р(0,3)
Р(6,4)
Р(5,4)
Р(4,4)
Р(3,4)
Р(2,4)
Р(1,4)
Р(0,4)
Тема 1 Тема 2 Тема 3 Тема 4
Р(6,1П )
Р(5,п)
Р(4,ш)
Р(3,п )
Р(2,п )
Р(1,ш )
Р(0,п )
Требуемый уровень владения компетенцией
Уровень владения компетенцией студента на актуальных момент времени
Тема т
Номинальная шкала тем
Рис. 23. Диаграмма (заштрихованная область) развития способностей студента на актуальный момент времени
Разумеется, с учетом того, что общая сложность проблемы Р(час/раб) разбито по составляющим (а(час/раб), Ь(час/раб), с(час/раб)) получается более детализированная постреляционная БУП с 3-мерной гистограммой развития АВС-способностей, которую представим в масштабируемом формате (рис. 24).
Суммарная , ^ сложность проблем разрешенных студентом
ТЕМА п
АВС- способности
Рис. 24. Уровни развития АВС-способностей в 3D-формате студента на актуальный момент времени (когнитивная карта уровней развития
способностей)
Для студента представление его развития в 3Б-формате (когнитивные карты) оказывает сильное психологическое воздействие и во многом мотивирует его на развитие и устранение «провальных» участков.
Аналогично представим в 3Б-формате и состояние усвоенных знаний (когнитивные карты усвоенных знаний) (рис. 25).
Рис. 25. Объемы наличия усвоенных знаний (когнитивные карты объемов
усвоенных знаний)
Из результатов анализа процесса развития следует, что любой студент 8(*) на актуальный момент времени имеет определенный определенное состояние развития по всем пяти параметрам а(*), Ь(*), с(*), ро1(*), сЫ(*). Состояния развития технического интеллекта студента представим в виде пятиразрядного кода (рис. 26).
Фамилия А В С POL CHL
S(*) a(*) b(*) c(*) pol(*) chl(*)
Рис. 26. Пятиразрядный код состояния развития внутренних ресурсов студента
В целом, оптимальная среда подготовки (дидактическая система) должна проектироваться как среда управления качеством саморазвития технического интеллекта студента.
Формально, задача проектирования дидактической системы с опережающей средой подготовки на платформе ПМКФ может быть поставлена как задача параметрического планирования (программирования) управления качеством саморазвития студента, которая может быть сформулирована так: построить среду подготовки (дидактическую систему) нацеленную на быстрое саморазвитие технического интеллекта студента за определенный период времени Т, которая позволяет обеспечить рост значений параметров А, В, С, POL, CHL с начальных значений а(1), b(1), c(1), pol(1), chl(1) до конечных значений а(2), b(2), c(2), pol(2), chl(2), предусмотренных по рабочей программе (см.рис.14). Разумеется, состояние
требуемых значений параметров а(2), Ь(2), с(2), ро1(2), chl(2) должны быть таковы: 1) чтобы удовлетворялись требования ФГОС ВПО к специалисту, 2) эти значения гарантировали бы (в определенной мере) специалисту передовые позиции в социально-экономической среде сегодня, т.е. обеспечили бы его конкурентоспособность как профессионала. Очевидно, при этом вся педагогическая система должна работать на то, чтобы сам специалист за период подготовки должен быть сориентирован на дальнейшее активное саморазвитие.
Литература
1. Антильев А.Г. Противоречия в развитии высшего образования в архаичном обществе / А.Г.Антильев, Д.Н. Захаров // Высшее образование сегодня. - 2010. - № 7. - С. 55-59.
2. Дружилов С.А. Внутренний ресурс человека как условие успешности профессионализации / С.А.Дружилов // Потенциал личности: комплексная проблема.
- Тамбов: Издательский дом ТГУ, 2006. - С.85-90.
3. Дружилов С.А. Проблемы развития личностного потенциала в новой технической и информационной реальности / С.А.Дружилов // Потенциал личности: комплексная проблема. - Тамбов: Издательский дом ТГУ, 2009. - С.47-52.
4. Дьяконов Г.С. Подготовка инженера в реально-виртуальной среде опережающего обучения / Г.С.Дьяконов, В.М.Жураковский, В.Г.Иванов, В.В.Кондратьев, А.М.Кузнецов, Н.К.Нуриев. - Казань: КГТУ, 2009. - 404 с.
5. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность / А.Н.Леонтьев. - М.: Смысл, Издательский центр «Академия», 2005. - 352 с.
6. Нуриев Н.К. Методология проектирования дидактических систем нового
поколения / Н.К.Нуриев, Л.Н.Журбенко, Р.Ф.Шакиров, Э.Р.Хайруллина,
С.Д.Старыгина, А.Р.Абуталипов. - Казань, Центр инновационных технологий, 2009.
- 456 с.
7. Нуриев Н.К. Модель подготовки инженера на основе компетентностного подхода и принципа природосообразности (монография) / Н.К.Нуриев // Educational Technology & Society - 2009 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html ) - V.12.
- N 1. - 62 c. - ISSN 1436-4522.
S. Нуриев Н.К. Технологии синтеза информационно-интеллектуальных ресурсов / Н.К.Нуриев, А.А.Емекеев. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2003. - 332 с.
9. Нуриев Н.К., Журбенко Л.Н., Старыгина С.Д. Проектирование web -
психодидактических систем // Educational Technology & Society - 2007 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - V.10. - N 3. - 23 c. - ISSN 14364522.
10. Нуриев Н.К., Старыгина С.Д. Формирование компетентного специалиста на
основе синергетического подхода // Educational Technology & Society - 2007
(http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - V.10. - N 3. - 19 c. - ISSN 14364522.
11. Психология развития личности / под ред. А.А.Реана. - М.: АСТ, 2007.
12. Сенько Ю.В. Педагогика понимания / Ю.В.Сенько, М.Н.Фроловская. - М., Дрофа, 2007.
13. Старыгина С.Д. Виртуальный кабинет как инструментальное средство педагогической технологии преподавателя нового типа / С.Д.Старыгина // Educational Technology & Society - 2007 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - V.10. -N 4. - 5 c. -l SSN 14-36-4522.
14. Фопель К. Психологические принципы обучения взрослых / К.Фопель. - М.: Генезис, 2010. -
15. Червинская К.Р. Медицинская психодиагностика и инженерия знаний / К.Р.Червинская, О.Ю.Щелкова. - СПб.: Ювента, 2002. - 624 с.
Чошанов М.А. Инженерия обучающей технологии в условиях дистанционного образования / М.А.Чошанов // Educational Technology & Society - 2010 (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - V.10. - N 3. - 12 c. - ISSN 14364522.
