CC BY
27УДК 371.13
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АЛГОРИТМИЗАЦИИ ПРОЦЕДУР СОЦИАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Ю.В. Шмарион
Статья посвящена теоретическим основам социального проектирования образовательных систем, функционирующих в динамичной социально-экономической среде. Показана возможность процессной декомпозиции образовательных систем, на базе которой с помощью системного и синергетического подхода удается построить модели и алгоритмы образовательных систем, обладающие свойством адаптации и самообучения.
Ключевые слова: образовательная система, адаптация, самообучение, процессный, системный и синергический подходы, моделирование, алгоритмизация.
THEORETICAL FOUNDATIONS OF MODELING AND ALGORITHMIC PROCEDURES THE SOCIAL DESIGN OF ADAPTIVE EDUCATIONAL SYSTEMS
Yu.V. Shmarion
The article is devoted to the theoretical foundations of social design of the educational systems, functioning in dynamic socio-economic environment. The possibility is shown of the process of decomposition of educational systems, which through systematic and synergetic approach, we can develop models and algorithms for educational systems with the property of adaptation and learning.
Key words: educational system, adaptation, self-study, process, system and synergetic approaches, modeling, algorithmization.
Образовательная система (ОС), являясь частью быстро меняющегося общества, представляется сложной динамической социальной системой. Современная эффективная ОС, работающая в такой сложной среде, естественно, должна быть адаптивной на всех управленческих уровнях, что обеспечит ей возможность реализовать новые качества самообучения и саморазвития, которые послужат основой для возрастания упорядоченности и организованности ОС.
Активное изучение явления адаптации для решения прикладных управленческих задач приходится на начало ХХ века. Истоки исследования адаптации как общественного явления фрагментарно представлены рамках классических концепций развития общества. В прикладных исследованиях европейских и американских социологов рассматриваются различные аспекты адаптационных возможностей личности, малых и больших социальных групп и более сложных социальных структур. В 60-90 годы XX века отечественные социологи не уделяли внимания социальной адаптации. Отдавая должное труду ученых, которые занимались разработкой актуальных проблем социальной адаптации, следует признать, что до настоящего момента нет еще социологической теории адаптации, которая объединила бы и систематизировала зачастую достаточно разрозненные представления и конкретные знания о закономерностях адаптации социальных систем и человека.
О потребности в использовании принципов адаптации в рамках функционирования ОС и системы образования в целом приводят аргументированные доводы системно мыслящие представители педагогической науки и педагоги-новаторы.
Однако несмотря на потребности педагогической практики и объективное желание педагогов-практиков использовать алгоритмы адаптации социальных систем для создания и функционирования образовательных систем и комплексов систематизированное изложение теоретических основ адаптивных и саморазвивающихся ОС отсутствует.
Под адаптацией мы понимаем процесс приспособления социальной системы к внутрисистемным и внесистемным изменениям посредством модификации структуры, алгоритмов и параметров системы на базе регулярно поступающей количественной информации об управляемой системе и среде, в которой она пребывает. Причем, изменения структуры, алгоритмов и параметров системы осуществляются для достижения поставленной цели - оптимального социального результата при ограниченных ресурсах. Адаптивные системы способны приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям работы, постоянно совершенствуя свою деятельность по мере накопления информации о функционировании самой системы и об изменяющейся внешней среде системы. В таких условиях неадаптивная система будет работать неудовлетворительно, а для того чтобы она работала эффективно, ее необходимо либо постоянно модернизировать, либо иметь неограниченные ресурсы для обеспечения ее работы.
Среди многообразия форм адаптивных систем наиболее часто встречаются оптимальные адаптивные системы.
Адаптивная образовательная система (АОС) может быть описана корректно в терминах системного и синергетического подхода. АОС является сложной многомерной динамичной социальной системой, что затрудняет множественные процедуры трансформации структур, алгоритмов и параметров системы. С позиций синергетического подхода для решения такой проблемы используют процедуру выделения параметров порядка, с помощью которых можно сравнительно просто описать сложную социальную систему, каковой является ОС. Мы полагаем, что интегральными параметрами порядка для ОС являются процессы. Процессная декомпозиция сделала проблему адаптивного социального проектирования и управления обозримой для решения. Процесс как параметр порядка в применении к текущему состоянию ОС определяется как системная совокупность действий, входящая во все объекты, свойства и связи компонентов системы, ориентированная на получение результата. С помощью многоконтурной обратной связи осуществляется перестройка системных объектов, свойств и связей существующей системы, а также адаптация, обучение и самоорганизация системы.
Для социального проектирования АОС посредством системного анализа определяется соотношение между свойствами системных объектов и связями. Количественная информация о свойствах системы позволяет построить модель системы. А связи, ориентированные на реализацию конкретных функций, интегрируют объект управления и его свойства в системном процессе. В образовательной системе связи первого уровня функционально необходимы и определяются существом основного (педагогического) процесса. Мотивационной основой функциональных связей первого уровня являются стимулы. Функциональные связи второго уровня имеют социальную природу, и хотя они не являются функционально необходимыми, именно их наличие обычно значительно улучшает функционирование системы, способствует формированию адаптивных свойств ОС и достижению высокого качества образовательных услуг.
Социальное проектирование и социальное управление АОС предполагают широкое использование аппарата моделирования.
Образовательная система является сложной системой и может быть описана как "черный ящик" с п входами (XI, ¡=1...п) и т выходами (У], ]=1...т), что затрудняет процесс идентификации системы в целом. При построении модели такого сложного
объекта всегда возникает проблема его декомпозиции. Для корректного разрешения проблемы интегральных параметров порядка ОС мы выберем процессы. Формулируя принцип приоритетности процессного анализа моделируемых образовательных систем и комплексов, подчеркнем, что в этом контексте ключевым словом является «моделируемых», а вспомогательным - «процессного». В процессном анализе нас не интересуют процессы образовательных систем как таковые, для нас важным является то, что процессы наиболее полно отображают динамику функционирования образовательных систем, могут быть описаны моделями, в которых, возможно, увязаны социологические характеристики с экономическими, технологическими и иными параметрами, определяющими сущность исследуемых процессов в ОС.
Таким образом, предлагаемая нами процессная декомпозиция позволяет говорить о моделируемых ОС. Именно в этом контексте сформулированный принцип приоритетности процессного анализа ОС, функционирующий в динамичной социально-экономической среде, представляется важной теоретико-методологической задачей, требующей проведения оригинальных исследований, устанавливающих связь между сложностью исследуемой системы и ее декомпозируемым множеством, дающим нам ключ к решению проблемы снижения сложности. В результате проведения подобного исследования синтез моделей подсистем ОС становится возможным и реальным.
Очевидно, что модели ОС необходимы, если ставится задача синтеза моделей подсистем ОС, для целей оптимизации, управления, адаптации. Отталкиваясь от априорных сведений об ОС, в соответствии со сформулированным нами принципом приоритетности процессного анализа моделируемых ОС необходимо выполнить этап процессной декомпозиции. Эта сложная процедура требует установления связь между сложностью ОС и ее допустимым декомпозируемым множеством.
Определение этой связи дает ключ к решению проблемы снижения сложности ОС. В такой постановке реализация принципа приоритетности процессного анализа ОС может быть сведена к решению задачи минимизации ее сложности. Согласно рекомендациям Л.А. Растригина [5, с. 85-86], упрощение задачи синтеза модели разумно вести по двум направлениям: каждый элемент декомпозируемой системы должен быть проще исходной (недекомпозированной) системы и вместе с этим независимо от сложности элементов целесообразно проводить экспертное ранжирование входов и выходов каждого элемента. При этом Л.А. Растригин полагает, что сложность должна учитывать лишь количество входов и выходов, а также должна быть монотонно возрастающей функцией от количества входов и выходов, при этом число входов сильнее влияет на сложность, чем число выходов и,
наконец, функция сложности должна быть аддитивной, т.е. если ОС состоит из К подсистем, то его сложность равна сумме сложностей этих подсистем.
Рассматривая ОС как социальную систему, целесообразно выделить процессы внешние, связывающие вход и выход ОС, пронизывающие ее на протяжении всей деятельности ОС и выходящие на конечный результат, и процессы внутренние, не выходящие на конечный результат. Кроме того, процессная декомпозиция фокусирует свое внимание на выделении основных и вспомогательных процессов и определении характера их взаимодействия. Мы выделили следующие процессы: основные процессы (учебно-воспитательный, научный), вспомогательные
/ V V V V \ V
(экономический, маркетинговый, хозяйственный) процессы и координирующий их функционирование управленческий процесс. Следовательно, данный вариант процессной декомпозиции обеспечивает К=6 и вместе с этим структура взаимодействия основных и вспомогательных процессов ОС и их связь со средой при функционировании позволяет утверждать, что для таких значений К будет удовлетворяться свойство аддитивности функции сложности.
Таким образом, решение практической задачи предварительного этапа процессной декомпозиции сделала проблему социального проектирования и управления ОС обозримой как для применения параметрических, так и непараметрических подходов к решению задач построения моделей подсистем ОС, которые будут использоваться для решения задач адаптивного его управления.
Предварительный этап процессной декомпозиции ОС позволил в среднем более чем в 20 раз снизить сложность синтеза моделей ОС. Каждый процесс отражает соответствующую сторону динамики ОС и представляет собой упорядоченную совокупность работ, заданий во времени и пространстве, с указанием начала и конца и точным определением входов и выходов.
В основных процессах реализуются практически все виды социального взаимодействия всех социальных групп, участвующих в образовательном и научном процессах.
Во вспомогательных процессах ОС уровень интеракций имеет меньшую интенсивность, а также они имеют свою специфику и сущностную, и временную. Причем, от того, насколько эффективно функционируют вспомогательные процессы, будет зависеть продуктивность «работы» группы основных процессов, что обусловлено системной интеграцией в ОС основных и вспомогательных процессов.
Процессный взгляд на ОС как социальную систему позволяет системно и многомерно увидеть ее динамику во всем многообразии реализуемых процессов и тем самым выявить все аспекты социального влияния на основных участников образовательного процесса во внутри- и внесистемном контексте.
О необходимости рассмотрения процессов социальных систем впервые отмечал Т. Парсонс [6], однако в литературе по социальному управлению и проектированию ОС, базирующейся на структурно-функциональном методологическом подходе, в основном, внимание акцентируется на структурах, функциях, кадрах и незаслуженно мало уделяется внимания процессам. Так как структура легко представляется графически, в любой организации она достаточно прозрачна, обычно представляет собой определяемое статусной иерархией статическое распределение социальных взаимоотношений, сложившихся в ОС. Процессный же подход предполагает использование аппарата моделирования, выявления количественных однородностей, применения новых информационных технологий.
Отметим, что именно в рамках процессов наиболее четко проявляются атрибуты социального взаимодействия, социальные статусы, права и обязанности, социальные символы и значения приобретают свое динамическое наполнение. Процессы детерминируются ролевой иерархией, отражающей динамический взгляд на то, как образовательное учреждение оказывает образовательные услуги. Процессы имеют непосредственный выход на потребителей услуг, а также имеют связи с другими процессами.
Нам представляется, что процессный подход позволит одновременно использовать преимущества не только структурно-функционального и системного принципа научного мышления, но и диалектического подхода, позволяющего объективно оценить динамику процессов, выявить внутренние противоречия, определяющие тенденции развития. Это послужит хорошей основой для разработки алгоритмов адаптации, саморазвития ОС, так как ориентация на процессы имеет свои преимущества, создающие необходимые предпосылки для построения моделей подсистем, реализующих основные и вспомогательные процессы ОС. Естественно, что возможность применения аппарата моделирования позволит осуществлять социальное проектирование и социальное управление ОС, представляющих класс динамичных социальных систем, занимающих достаточно широкое поле регионального уровня системы образования.
Содержательные и формальные модели в реализации алгоритмов адаптации образовательных систем
На всех этапах функционировании ОС выбор альтернатив целесообразно осуществлять с использованием количественных оценок. Необходимо выделить в ОС не только все основные и вспомогательные процессы, их элементы и связи, но и дать каждому них правильные количественные оценки. Для такой ОС могут быть построены математические модели. Характерным для ОС является участие человека в реализации ее процессов и их корректировке. С использованием интеллекта человека осуществляются все процессы управления, обратные связи, функционируют сложные процессы адаптации, саморазвития и самоорганизации системы. Присутствие человека в реализации адаптационных механизмов наряду с широким использованием моделей и информационных систем мы считаем важным и необходимым условием создания адаптивных и саморазвивающихся ОС. Таким образом, можно утверждать, что адаптивные свойства ОС будут реализованы в полном объеме при оптимальном сочетании эвристических и формализованных алгоритмов адаптации, что естественно потребует широкого использования как содержательных, так и формальных моделей. По мере накопления опыта эксплуатации адаптивных алгоритмов содержательные модели будут переходить в разряд формальных, а их место будут занимать новые, описывающие на феноменологическом или качественном уровне функциональные связи третьего уровня, которые базируются на мотивах и согласованных ценностных ориентациях основных участников образовательного процесса. Этот преобразовательный процесс очень важен не только для социального проектирования и социального управления, но и для активной социологии управления в целом, так как будет способствовать ее переходу на количественный уровень абстракции при описании социальных процессов.
Теоретические основы адаптивных ОС
Адаптивные образовательные системы
Образовательная система будет адаптивной, если она адаптивна по входам, выходам и процессам, а также использует для управления адаптивные модели, описывающие основные и вспомогательные процессы. Функционирование такой системы осуществляется оптимально в соответствии с комплексным критерием -показателем эффективности деятельности системы
¥(X, У, Рг, 8У, SW, ЕК) ^ехКетит,
[7]
где X — входы системы;
У — выходы системы;
Рг — процессы системы;
SV — свойства элементов системы;
SW- связи системы;
Е - экономические показатели системы.
Для системного применения идей адаптации в горизонтальном (процессы) и вертикальном (структуры) разрезах ОС целесообразно выделить три основных вида адаптаций: параметрическую, структурную и целевую адаптации, связанные с управлением процессов, и параллельно ей рассматривать эти же виды адаптаций на организационно-управленческом уровне, которые затронут ролевую, функциональную, штатную и организационную структуры ОС. Реализация указанных видов адаптации в горизонтальном срезе ОС позволяет говорить в целом о динамической (процессной) адаптации, а реализация в вертикальном срезе - о статической (организационно-управленческой). Выбор вида адаптации осуществляется по отклонениям выходов У от требуемых целевых значений ОС У*. Классификация видов адаптационных подходов и методов ОС представлена в таблице 1.
Таблица 1
Виды адаптации образовательных систем
№ Соотношение У*иУ Диапазон ДУ и вид адаптации Место приложения механизма адаптации
Процессы OC Организационно-управленческая структура ОС
1 Y*=Y ЛУ=0 цель управления достигнута Необходимости в изменениях нет Необходимости в изменении нет
2 ДY< ДYpa Параметрическая (процессная и/или организационно-управленческая) Уточнение параметров моделей в соответствии с алгоритмом адаптивной идентификации Изменение ролевой структуры в ОС
3 ДУра <йУ<!iУsa Структурная (процессная и/или организационно-управленческая) Выбор наилучших структур моделей в соответствии с алгоритмом адаптивной идентификации Изменение функциональной и штатной структуры ОС
4 У*#У йУ>йУsa Целевая 1-го и 2-го уровня (процессная и/или организационно-управленческая) Изменение ресурсов Я, выделяемых на реализацию процессов. Корректировка целей управления Изменение организационной структуры ОС
Параметрическая адаптация на процессном уровне обслуживает оперативный уровень адаптации, выполняя текущую идентификацию, уточнение параметров моделей в связи с текущими изменениями объекта и внешними воздействиями, при этом структура моделей остается неизменной. На организационно-управленческом уровне решаются задачи уточнения ролевой структуры ОС. Например, создание с помощью адаптивного алгоритма технологически однородных студенческих групп и адаптация к ним содержания образования, что приводит к коррекции ролевой структуры ППС.
Структурная адаптация ОС связана с решением задачи стратегической идентификации. На уровне процессов - это построение концептуальной модели, выбор информативных переменных, оценка степени стационарности объекта, выбор структуры и параметров модели, оценка точности и адекватности модели реальному объекту. На организационно-управленческом уровне - это выбор рациональной функциональной и штатной структуры ОС, которая позволяет эффективно учитывать изменения в ОС и среде. Например, создание при факультетах подразделений дополнительного образования позволяет решить вопросы с набором абитуриентов, т.е. получить более качественный вход в ОС.
Целевая адаптация обслуживает высший иерархический уровень управления, создавая оптимальные предпосылки для адаптации и саморазвития ОС, реализующих управление активными объектами, которые могут формировать свою целевую функцию. Первый уровень целевой адаптации тактический, он обеспечивает коррекцию детерминированной цели в технологически разумных пределах. Второй уровень - стратегический, он обслуживает процессы саморазвития ОС, повышая уровень ее организованности и упорядоченности.
Теоретические основы построения алгоритмов адаптации ОС
Проектирование адаптивных ОС требует рассмотрения с общих позиций реализации принципа адаптации как при создании ОС, так и в процессе ее эксплуатации. Обобщенная схема адаптивной ОС представлена на рис.1.
Р-ресурсы А(!,Б)
1=<х,у>
среда
объект
Система
управления
5Л
Система адаптации
и
Z цель
А(...) алгоритм адаптации
S состояние среды
Рис. 1. Обобщенная схема адаптивной образовательной системы
ОС как объект управления является частью социально-экономической среды, состояние которой характеризуется информацией 5 (состояние образования на этапах, предшествующих вузу; потребность в специалистах). ОС характеризуется входами X, выходами У, совокупностью оптимальных управляющих воздействий и, с помощью которых при имеющихся ресурсах Я достигается заданная цель 2 (оценивается по уровню выхода системы У). Основу функционирования ОС составляет алгоритм определения управления и - реакции системы управления ОС на изменения
информации l=<X,Y>. При изменении S могут изменяться характеристики, структура алгоритма управления, а возможно, и уточняться цели ОС. Изменения алгоритма управления определяются с помощью алгоритма адаптации A(I,S) и в соответствии с критерием качества функционирования системы Q(X,Y,E), где Е - экономические показатели ОС.
При проектировании конкретной адаптивной ОС необходимо исследовать возможности всех видов адаптации на различных уровнях управления. Необходимо рассмотреть задачу отождествления переменных R,Z,U, I=<X,Y>, функций Q(), A() c основными психолого-педагогическими, социальными и иными характеристиками проектируемой ОС, составить выражения, устанавливающие связи между элементами ОС, уточнить ее функциональную схему.
Рассмотрим работу адаптивной ОС. Алгоритм определения U, надобность в котором связана с изменением I=<X,Y> и S, является основной характеристикой ОС. Для этого необходимо в формализованном, алгоритмическом или ином виде установить зависимость между X, Y и U. Как известно, эта связь называется моделью объекта Y = р (X, U, C, St), где St - структура модели, С - параметры модели. С помощью U объект переводится в требуемое целевое состояние Z, достижение которого оценивается по выходу Y. Так как ресурсы управления R всегда ограничены, то обычно цель формулируется в виде целевых требований: типа равенства D(X,Y)=0 (например, объем аудиторных занятий не должен превышать в среднем 27 часов в неделю), неравенства H(X,Y) 0 (ППС должен иметь не менее 50% преподавателей со степенями и званиями), а также экстремальных требований (себестоимость должна быть минимальной). Ресурсные ограничения приводят к тому, что управление U всегда ограничено Ue{U}R, где {U}R - множество управлений, ограниченное ресурсами R (финансовые, кадровые, временные, материально-техническое и другие). Обычно в такой ситуации поиск управления U сводится к решению экстремальной задачи [4, с. 17]. Необходимо минимизировать критерий качества функционирования системы Q (X,Y,E)^ min при известной модели Y=p(X, U, C, St) за счет варьирования Ue{U}R. Если структура модели известна и неизменна, то параметр St можно опустить, и критерий качества представить в виде Q (X, p(X, U, C), E)^min при Ue{U}Rm.
Практика проектирования адаптивных ОС показала, что трудоемкость процесса идентификации соизмерима с трудоемкостью процесса проектирования системы [7]. Алгоритмы управления ОС рождаются в недрах идентификации основных и вспомогательных процессов, а реализация управления в ОС обеспечивает алгоритмы
идентификации не только необходимой информацией, но и способствует их совершенствованию.
Таким образом, идентификация и управление в ОС, взаимодействуя согласованно и синхронно, не только взаимно обогащают друг друга необходимой информацией, но и создают реальную возможность оперативно компенсировать текущие изменения характеристик ОС и среды. Характерным для современных ОС является стремление использовать рациональное сочетание формальных и неформальных (эвристических и экспертных) методов, что является спецификой проектирования и управления адаптивными ОС. Следовательно, в зависимости от вида модели ОС <р(...) и уровня ее формализации задача поиска управления и будет решаться различными методами. Реализация в сложившейся ситуации найденного оптимального управления и должна обеспечить получение результата 2, достижение которого мы оцениваем по выходу ОС У. Модели объекта того или иного вида позволяют определить ожидаемое значение У*=ф (Х,и*,С). Из-за сложности ОС довольно часто имеет место разница между У и У* ЛУ = | У*-У. По величине ЛУ можем не только оценить эффективность управления, но и установить необходимость применения того или иного вида адаптации либо их комбинации, а также границы применимости различных видов адаптации (см. табл. 1).
Алгоритмы адаптации ОС
Дискретность реализации учебного процесса (расписание учебных занятий на неделю) такова, что при описании процессов ОС время в явном виде можно не учитывать. Следовательно, при формализации основных и вспомогательных процессов ОС их можно рассматривать как статические объекты. Практика показала, что для описания ОС можно с успехом использовать линейные статические модели, с помощью которых получают адекватное описание процессов ОС, протекающих в технологически разумных интервалах.
Алгоритмы параметрической адаптации
Традиционно образовательный процесс реализуется дискретно в соответствии с расписанием занятий. Следовательно, в конце ¡-й учебной недели с помощью
оперативной системы контроля знаний может быть получена полная выходная информация У, о достигнутом уровне знаний обучаемых. Оценка величины ДУ, осуществляется дискретно, что позволяет предположить, что при ДУ<ДУРА алгоритм параметрической адаптации будет иметь рекуррентный характер и обеспечивать уточнение параметров модели по мере поступления еженедельных данных о функционировании ОС. Пусть структура модели фиксирована, и на ,'-й неделе значения параметров модели равны С, . На ¡+1 неделе получена информация о входах X ¡+1 , выходах У ¡+1 и управлениях и+1 . Информация о поведении объекта сопоставляется с реакцией модели ф(...), наличие ДУ свидетельствует о необходимости уточнения параметров модели С, на некоторую величину ДС,+1 (С+1= С+ ДС-+1). Определение ДС ¡+1 возможно по информации о Х+1, У+1, и+1. Для этого на ¡+1 неделе вычисляют - невязку выходов модели и объекта.
Величина ДС+1 должна быть такой, чтобы минимизировать квадрат невязки любым из известных методов минимизации функции многих переменных. Для достижения заданного качества услуг с помощью алгоритма параметрической адаптации по накопленным данным уточняются параметры модели С,. Это обеспечивает адаптацию модели ОС к изменяющимся 1=<Х,У> и 5 и позволяет более точно определять управление и с учетом ограничений.
Параметрическая адаптация на организационно-управленческом уровне предполагает, что организационная и функциональная структура ОС остаются неизменными. Реакция на изменения 1=<Х,У> и 5 осуществляется только за счет коррекций в ролевой структуре ОС, которая является важным инструментом адаптации управленческой структуры ОС к изменившимся условиям. В качестве критерия качества может быть выбран интегральный показатель ролевой структуры , аддитивно учитывающий коэффициенты выраженности творческой, коммуникативной и поведенческой роли каждого ¡-го сотрудника ОС при решении /-й задачи. Формализация процедуры параметрической адаптации на организационно-управленческом уровне при решении/-й задачи и известных ограничениях на ресурсы сводится к . Для определения ролевой структуры коллектива и ролевых характеристик сотрудников используются социально-психологические методы [2, 3]. При отсутствии формализованного описания влияния ролевой структуры ОС на ее выходные характеристики используются эвристические методы поиска оптимального решения
Алгоритмы структурной
адаптации ОС
Необходимость в структурной адаптации возникает тогда, когда изменения в самой ОС и в среде таковы, что параметрическая адаптация оказывается неэффективной, т.е. &УРЛ< ЛУ<ДУуА. Структурная адаптация предполагает наличие в ОС соответствующих резервов ресурсов Я, позволяющих реализовать одну из нескольких структур моделей ОС в пределах допустимого множества структур. Реально используется одна структура модели, а остальные существуют виртуально. Инициация перехода структуры из виртуального состояния в реальное осуществляется по условию /\УРА< АУ<АУм на очередном шаге управления в соответствии с технологией перехода, без остановки основного процесса.
Говоря о природе структурной адаптации, следует отметить, что одной из причин изменения структуры модели являются ограничения, накладываемые на управления и переменные состояния, достижение граничных значений которых приводит к изменению структур моделей и целей ОС.
Практика показала, что если реализуются одновременно в рамках одной ОС несколько однотипных дидактических процессов, описываемых моделями разных структур, то наличие 10-20% резерва пропускной способности позволяет за счет перераспределения структуры входных потоков системы достичь решения проблемы ЛУРА< ЛУ<ЛУ5А (структурная адаптация входных потоков данных к имеющимся структурам дидактических процессов). Этого может оказаться достаточным для того, чтобы АУ стало равным или близким к нулю.
Рассмотрим алгоритм адаптации для случая, когда имеется описание объекта несколькими моделями с известными структурами ( - структура ¡-й модели и С ' -параметры ¡-й модели). В качестве критерия оценки эффективности той или иной структуры модели ОС обычно выбирают - квадрат невязки /-й модели на ¡+1-м шаге управления до уточнения параметров модели по результатам параметрической адаптации, так как, в противном случае, процедура параметрической адаптации может сделать невязку близкой к нулю.
Таким образом, совокупность квадратов невязок, полученных на каждом шаге управления для каждой структуры модели, может быть представлена в виде О -матрицы квадратов невязки семейства моделей ОС. Подобные матрицы целесообразно иметь для X, У, и и. Каждая из представленных в матрице невязок сама по себе малоинформативная. Необходим статистический материал, которым для
структурной адаптации является каждая строка матрицы Ц совместно с соответствующими строками матриц X, У, и . Используя эти данные, а также в качестве критерия эффективности усредненный квадрат невязки каждой модели, вычисленный до коррекции параметров, выбирают структуру, обеспечивающую лучшее управление. При обработке данных необходимо корректно использовать для шагов, далеко отстоящих от текущего.
Структурная адаптация на структурном уровне определяет возможности изменять в ОС функциональную и штатную структуры. Наличие невязки на выходе ОС, кроме указания на необходимость коррекции структуры модели основного процесса, свидетельствует о проблемах в функциональной и штатной структуре. Они, как правило, не имеют формального описания. Поэтому в их решении больше используются эвристические и экспертные методы.
Теоретические основы саморазвивающихся адаптивных ОС
Параметрическая и структурная адаптации обслуживают оперативный и тактический уровень управления. При ДУ > ДУ5А включается механизм целевой адаптации. Изменение целей, или адаптация объекта к достижимым целям (например, создание системы «вуз - колледж - школа», дающей экономию времени и повышение качества образования) неизбежно приводит к изменению в организационной структуре ОС, корректировке процессов, состава уровней, звеньев управления и структуры их связей, технологии управления с использованием принципов самообучения и саморазвития систем, базирующихся на адаптивных алгоритмах, рассмотренных выше.
Реализация этого уровня адаптации возможна с использованием саморазвивающихся адаптивных ОС.
Саморазвивающаяся адаптивная образовательная система - это адаптивная ОС, в которой регулярно и эффективно с использованием принципов самообучения и саморазвития систем осуществляются процессы целевой адаптации, направленные на обеспечение со временем роста ее упорядоченности и организованности в соответствии с выбранным критерием развития образовательной системы.
В целевой адаптации необходимо выделять два уровня: целевая адаптация первого уровня (2А7Ц) ориентирована на достижение ранее детерминированной цели, или
множество целей или целевой функции (см. рис. 2).
Проще говоря, цель в основном остается прежней, она лишь незначительно уточняется с учетом специфики конкретного объекта и выделенных ресурсов. Процессы и структуры ОС корректируются в технологически разумных пределах. Приведем причины, вызывающие необходимость целевой адаптации: объект не может достичь цели из-за неполного учета его активности; реальные входы объекта или ресурсы не позволяют достичь цели; изменение социального статуса обучаемого затрудняет учение.
Целевая адаптация второго уровня (2А2Ц) предполагает наличие в системе управления ОС (см. рис. 2) второго контура целевой адаптации, который исследует социально-экономическую среду, выявляет области допустимых целевых решений из множества возможных.
Рис. 2. Схема саморазвивающейся адаптивной образовательной системы
Проще говоря, цель в основном остается прежней, она лишь незначительно уточняется с учетом специфики конкретного объекта и выделенных ресурсов. Процессы и структуры ОС корректируются в технологически разумных пределах. Приведем причины, вызывающие необходимость целевой адаптации: объект не может достичь цели из-за неполного учета его активности; реальные входы объекта или ресурсы не позволяют достичь цели; изменение социального статуса обучаемого затрудняет учение.
Целевая адаптация второго уровня (2А2Ц) предполагает наличие в системе управления ОС (см. рис. 2) второго контура целевой адаптации, который исследует социально-экономическую среду, выявляет области допустимых целевых решений из множества возможных.
Формулировка целей и их выбор, определение средств, необходимых для их реализации, критериев отбора вариантов из множества возможных - являются основными процедурами 2А2и в рамках вновь выявленной проблемы. В 2А2и центр тяжести целевых исследований переносится на поиск проблем, критических точек развития ОС, противоречий, так как именно разрешение противоречий является движущей саморазвивающейся силой для ОС. При выборе варианта решения на уровне 2А1и мы имеем характеристики процессов, структур и их модели, позволяющие оценить пригодность и эффективность принятого решения, а на уровне 1А2и такой информация нет и ее заменяют данные о среде другого рода (информация о других секторах рынка услуг, прогноз развития отраслей экономики региона, информация о рынках труда, общая характеристика экономики домашних хозяйств региона). Эти данные требуют глубочайшего анализа, обобщения и позволяют сформулировать научно-обоснованные ответы на следующие вопросы:
• В каком стратегическом направлении целесообразно развивать ОС?
• Что необходимо и какими способами могут быть достигнуты сформулированные цели? Насколько они реальны для данной ОС на данном этапе и достижимы ли вообще? Каковы ограничения при движении к цели?
• Что получит в плане развития ОС в результате достижения прогнозируемых целей? Насколько это выгодно ОС?
Ответы на эти вопросы требуют качественно-количественного социологического описания среды, позволяющего находить область допустимых решений из множества альтернатив решения проблемы. Единственного решения не будет. Появится множество примерно однозначных решений, из которых путем итераций с использованием интеллекта человека будет определено несколько приемлемых на данном этапе целей. Очевидно, что алгоритм 2Л2и будет многошаговым и итерационным, основанным на идеях адаптации и самообучения систем с активным использованием интеллекта человека. Формальная часть алгоритма может быть реализована с использованием метода потенциальных функций, или иных методов распознавания образов [1]. Результатом работы этих методов должна быть решающая или оценочная функция, значения которой будут существенно зависеть от эволюции ОС и ее социально-экономической среды. Эта функция с успехом может быть получена методом экспертных оценок.
Формулировка новых целей ОС, направленных на ее саморазвитие, - это взгляд в будущее, который предполагает, кроме всего прочего, и определение оптимально временного интервала, на котором будут прилагаться усилия и расходоваться ресурсы для достижения определенных целей. Целевая адаптация второго уровня предполагает наличие соответствующим образом упакованной, представленной в удобном для анализа и моделирования информации о будущих потребностях общества в целом и данного региона в отдельности, об оценке рынков образовательных услуг и рынков трудовых ресурсов, перспективах развития экономики региона, о лучших достижениях в области образовательных услуг в регионе, на федеральном и мировом уровне.
На этапе 2Л2и формируется совокупность целевых требований к новой ОС, которая будет проектироваться и создаваться, если перспективные целевые требования будут приняты к исполнению. Таким образом, на этапе 2Л2и рассматриваются существующая ОС и множество проектируемых ОС. Проектируемая ОС создается с помощью следующего алгоритма:
1. Оценка текущего состояния ОС. Системный анализ состояния рынка услуг, рынка труда, ресурсов.
2. Определение множества целевых вариантов.
3. Количественно-качественная оценка целевых вариантов и ОС, их реализующих. Расчет основных параметров ОС. Выбор образа будущей ОС.
4. Разработка вариантов предполагаемой ОС (процессы, структуры, ресурсы).
5. Анализ вариантов и выбор оптимальной ОС. Оценка ее реализации по времени и ресурсам.
6. Утверждение новых целей. Социальное проектирование, создание ОС, опытно-промышленная эксплуатация. Коррекция и адаптация моделей ОС. Промышленная эксплуатация.
Представленный линейный алгоритм предполагает наличие на каждом этапе обратной связи, т.е. в нем предполагается итерационный процесс практически на каждом шаге.
Предложенные выше теоретические основы моделирования и алгоритмизации процедур социального проектирования адаптивных образовательных систем позволили решить множество практических задач [8], в том числе: оптимального
формирования технологически однородных студенческих групп, подгрупп, потоков; разработки и внедрения адаптивного алгоритма выбора наилучшей педагогической технологии; оптимального формирования контингента образовательной системы и других.
Список литературы
1. Айзерман М.А., Браверман Э.М., Розоноэр Л.И. Метод потенциальных функций в задачах обучения машин. - М.: Наука, 1970. - 384 с.
2. Егоршин А.П. Управление персоналом. - Н. Новгород: НИМБ, 1999. - 624 с.
3. Менеджмент, маркетинг и экономика образования / Под ред. А.П. Егоршина. - Н. Новгород: НИМБ, 2001. - 624 с.
4. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса: Реинжиниринг организаций и информационные технологии. - М.: Финансы и статистика, 1997. - 340 с.
5. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами - М.: Сов. радио, 1980. - 232 с.
6. Филиппов А.Ф., Давыдов Ю.А., Ковалев М.С. Функциональный подход в социологии // Современная западная социология. - М.: Изд-во полит. лит-ры, 1990. С. 380383.
7. Шмарион Ю.В., Кравец Д.И. Организационно-управленческий аспект совершенствования учебно-воспитательного процесса при подготовке учителя трудового обучения // Тезисы докладов научно-практической конференции "Совершенствование подготовки учительских кадров в условиях реформы общеобразовательной и профессиональной школы". - Липецк: Ленинское знамя, 1985. С. 71-73.
8. Шмарион Ю.В. Проектирование образовательных систем (системно-контекстный подход). - Белгород: Изд-во Белгородского гос. ун-та, 2003. - С. 171-190.
References
1. Ajzerman M.A., Braverman EH.M., Rozonoehr L.I. Metod potencial'nyh funkcij v zadachah obucheniya mashin. - M.: Nauka, 1970. - 384 s.
2. Egorshin A.P. Upravlenie personalom. - N. Novgorod: NIMB, 1999. - 624 s.
3. Menedzhment, marketing i ehkonomika obrazovaniya / Pod red. A.P. Egorshina. - N. Novgorod: NIMB, 2001. - 624 s.
4. Ojhman E.G., Popov EH.V. Reinzhiniring biznesa: Reinzhiniring organiza-cij i informacionnye tekhnologii. - M.: Finansy i statistika, 1997. - 340 s.
5. Rastrigin L.A. Sovremennye principy upravleniya slozhnymi ob"ektami - M.: Sov. radio, 1980. - 232 s.
6. Filippov A.F., Davydov YU.A., Kovalev M.S. Funkcional'nyj podhod v sociologii // Sovremennaya zapadnaya sociologiya. - M.: Izd-vo polit. lit-ry, 1990. S. 380-383.
7. SHmarion YU.V., Kravec D.I. Organizacionno-upravlencheskij aspekt sovershenstvovaniya uchebno-vospitatel'nogo processa pri podgotovke uchitelya trudovogo obucheniya // Tezisy dokladov nauchno-prakticheskoj konferencii "Sovershenstvovanie podgotovki uchitel'skih kadrov v usloviyah reformy obshcheobrazovatel'noj i professional'noj shkoly". - Lipeck: Leninskoe znamya, 1985. S. 71-73.
8. SHmarion YU.V. Proektirovanie obrazovatel'nyh sistem (sistemno-kontekstnyj podhod). -Belgorod: Izd-vo Belgorodskogo gos. un-ta, 2003. - S. 171-190.
