Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ задач автоматизации процесса подготовки персонала транспортных предприятий ... 11
1.1. Основные направления развития информационных технологий на предприятиях транспортного комплекса 11
1.2. Анализ методов и форм информационных технологий в обучении 17
1.3. Педагогические принципы формирования системы переподготовки „23
1.3.1. Основные принципы организации комбинированного обучения..23
1.3.2. Взаимодействие пользователей в системе переподготовки 33
1.3.3. Организация методической работы 37
1.4. Математические методы проектирования распределенных информационных систем 40
1.5. Разработка требований к проектированию адаптивной системы подготовки и переподготовки персонала транспортных предприятий 47
Выводы по главе 1 50
2. Разработка методов и моделей распределения информационных ресурсов в системе переподготовки 51
2.1. Классификация пользователей и компонентов системы переподготовки 51
2.1.1. Разработка критериев оптимизации структуры распределенной информационной системы 51
2.1.2. Взаимосвязь пользователей и компонентов системы 54
2.2. Функциональная декомпозиция структуры программно-моделирующего комплекса 59
2.3. Разработка метода перераспределения информационных ресурсов 67
2.3.1. Марковская цепь связности учебных материалов 68
2.3.2. Операции преобразования марковской цепи 71
2.3.3. Построение вторичной марковской цепи групп пользователей 77
Выводы по главе 2 79
3. Разработка метода анализа оценки эффективности распределения ресурсов с использованием вложенных моделей сетей массового обслуживания 81
3.1. Вложенное представление имитационной модели распределенной информационной системы 81
3.1.1. Метод вложенных процессов 82
3.1.2. Интерфейс механизмов блокировок 84
3.2. Алгоритм метода фиктивных источников 88
3.3. Анализ модели о неоднородными источниками 101
3.4. Исследование сходимости итерационной процедуры в методе фиктивных источников 108
Выводы по главе 3 119
4. Программно-моделирующий комплекс распределенной системы комбинированных технологий подготовки и переподготовки 120
4.1. Структуры баз данных и функционал конверторов баз 120
4.2. Функциональные возможностей программной среды администратора системы переподготовки 127
4.2.1. Интерфейс программы администратора 127
4.2.2. Модуль «Регистрация тьюторов» 129
4.2.3. Модуль «Регистрация обучаемых» 132
4.2.4. Модуль «Регистрация Методистов» 135
4.2.5. Модуль «Закрепление обучаемых за тьюторами» 138
4.2.6. Модуль «Закрепление дисциплин за тьюторами» 141
4.2.7. Модуль «Закрепление методистов за дисциплинами» 144
Выводы по главе 4 146
Заключение 148
Литература 149
- Взаимодействие пользователей в системе переподготовки
- Функциональная декомпозиция структуры программно-моделирующего комплекса
- Вложенное представление имитационной модели распределенной информационной системы
- Функциональные возможностей программной среды администратора системы переподготовки
Введение к работе
В настоящее время эффективное развитие городского наземного транспорта невозможно без решения вопросов технологического и кадрового обеспечения. Использование новой техники необходимо для ремонта разнообразного подвижного состава, что требует внедрение новых информационных и телекоммуникационных технологий в сфере управления автомобильным транспортом, а также увеличения выпуска специалистов с высшим и средним автотранспортным образованием, работников массовых профессий с одновременным повышением требований к качеству подготовки. Развитие парка транспортных средств диктует обновление содержания автотранспортного образования и его учебно-методического обеспечения с учетом использования в обучении новейших информационных технологий, подготовки и издания электронных средств учебного назначения. В результате необходимо создание распределенной системы переподготовки и повышения квалификации руководителей автотранспортных предприятий и операторов, работников транспортной экспедиции и транспортно-дорожного сервиса и др.
Управление процессом профессионального обучения начинается с определения потребностей, которые формируются на основе потребностей развития работников, а также необходимости выполнения ими своих текущих производственных обязанностей. Выполнение должностных обязанностей требует от сотрудников организации знания рабочих процедур и методов, выпускаемой продукции и оказываемых услуг, умения работать на установленном оборудовании и т.п. Потребности, связанные с выполнением производственных обязанностей, могут определяться как на основе заявок руководителей подразделений и самих работников, так и путем проведения опросов руководителей и специалистов, анализа результатов работы подразделений организации.
В "Программе развития наземного общественного транспорта Москвы и его материально-технической базы до 2015 года" ГУП "Мосгортранс" особое внимание уделено обеспечению набора, обучения и закрепления кадров за счет выполнения социальных программ. Так, только на заводах входящих в состав ГУП "Мосгортранс": "Сокольническом вагоноремонтно-строительном заводе" (СВАРЗ), "Московском троллейбусном ремонтном заводе" (МТРЗ), "Трамвайно-ремонтном заводе" (ТРЗ), "Московском авторемонтном кузовном заводе" (АРЕМКУЗ), "Электромеханическом опытном заводе" (ЭМОЗ)) планируется увеличение численности рабочих за период 2003-2008 годы на 55%.
Подавляющее большинство мероприятий по обеспечению подготовки, переподготовки и повышению квалификации сотрудников планируется профинансировать из собственных средств предприятий. Оценка эффективности программ обучения является центральным моментом управления профессиональным обучением в организации. При этом недостаточно внимания уделяется распределению информационных ресурсов по структурным подразделениям предприятия, что необходимо для рациональной организации как самого процесса обучения, так и аттестации сотрудников.
Предметом исследования являются информационная поддержка системы подготовки и переподготовки рабочих и служащих транспортных предприятий, включая организацию обучения и тестового контроля в соответствии со сложившейся организационной и нормативно-правовой схемой.
Целью работы является автоматизация процессов управления персоналом на предприятиях «Мосгортранс», что позволит повысить эффективность подготовки и переподготовки рабочих и служащих за счет использования распределенной инфраструктуры технического и информационного обеспечения.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
анализ задач системы подготовки и переподготовки рабочих и служащих предприятий «Мосгортранс»;
формальная декомпозиция программно-технического комплекса системы подготовки и переподготовки персонала:
разработка метода моделирования распределения информационных ресурсов с учетом из методической связности;
разработка вложенных моделей запросов на ресурсы в системе переподготовки на базе сетей массового обслуживания;
программная реализация интерфейсного взаимодействия локального, сетевого и WEB вариантов функционирования подсистем подготовки.
При разработке формальных моделей компонентов системы переподготовки в диссертации использовались методы общей теории систем, случайных процессов, марковских цепей, систем и сетей массового обслуживания и др. Моделирование и аналитические исследования проводились на основе современных математических методов и методов многомерного статистического анализа с использованием математических и статистических пакетов (Statistica, MathCad, MatLab и др).
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.
В первой главе диссертации проведен системный анализ задач автоматизации управления персоналом в контуре системы переподготовки и предложен комплексный подход к решению задач разработки информационного обеспечения и моделирования процессов обучения в рамках единой методики.
Проведен сравнительный анализ методов и средств обучения. Выделены
категории методов и методик, которые могут быть полностью или частично
автоматизированы. Определено место компьютерных и
телекоммуникационных технологий в обучении персонала ТК.
Рассмотрены основные принципы организации педагогической системы, которая представляет собой упорядоченную совокупность целей,
содержания, технологии (методов), средств и форм обучения, воспитания и развития сотрудников, характеризующих в инвариантном виде составляющие образовательной деятельности в данных социальных условиях. Наличие в адаптивной информационной системе обучения модели обучаемого (модели научения) позволяет увязать унификацию личности и персонализацию выбора обучаемым собственной траектории познавательной деятельности.
Во второй главе диссертации на основе проведенного анализа педагогических и дидактических принципов организации обучения и методов контроля и диагностики уровня знаний формируется концепция автоматизации управления переподготовкой персонала. Строится формальная модель описания процессов обучения и тестового контроля. Решается задача декомпозиции компонентов системы переподготовки. В результате формируется концептуальная модель и технические требования для реализации программной среды, обеспечивающей функциональную полноту системы с целью расширения ее возможностей.
Следующей задачей, которая решена в диссертации - это размещение учебных ресурсов в распределенной системе переподготовки с целью синхронизации, редактирования и представления учебных материалов. Для оперативного обмена это актуально в связи с большими объемами аудио- и видео-информации, ЗО-анимациями и другими мультимедийными ресурсами, которые требуют значительных объемов памяти и в настоящий момент при существующих каналах передачи, используемых в структурах «Мосгортранс», вызывают определенные трудности.
При формировании математической модели учитывается текущее распределение ресурсов; территориальная удаленность пользователей системы; интенсивность запросов к каждому ресурсу. В данной постановке важен не сам факт запроса на ресурс, а их очередность. Наиболее адекватной формализацией такого процесса являются марковские цепи, которые
учитывают как начальное распределение вероятностей, так и вероятности переходов между состояниями, которые определяют распределение ресурсов.
В третьей главе диссертации разрабатывается формальные методы моделирования функционирования распределенной системы на базе моделей систем и сетей массового обслуживания. Предполагается, что сеть в силу естественного регионального распределения может быть приведена к некоторой вложенной иерархической структуре.
Введены четыре типа узлов: узлы-генераторы; узлы-терминаторы; узлы обработки; узлы-пользователи. Узлы-пользователи порождают заявку, ждут ответа и после некоторой задержки отправляют новую заявку на обработку. Узлы-генераторы порождают запросы на обработку с указанным законом распределения характеристик запроса. Узлы обработки выполняют обработку сгенерированных заявок. Каждый узел обработки сам представляет сеть со сложной структурой.
Суть разработанного метода вложенных процессов заключается в замене исходной сети, представленной по вложенной схеме, двумя сетями. Сеть нижнего уровня повторяет сеть узла обработки с выделенными генераторами заявок. Нижний уровень в диссертационной работе представлен только разомкнутой СеМО. Сеть верхнего уровня повторяет структуру общей сети. Однако, каждый узел обработки в ней заменяется на некоторый упрощенный эквивалентный. Верхний уровень сети может быть как замкнутой так и разомкнутой СеМО.
Основной разработанного метода является подмена сети вложенного уровня произвольной структуры на линейную.
В четвертой главе диссертации рассматриваются вопросы построения программного комплекса системы переподготовки кадров на предприятиях «Мосгортранс». Основной задачей работы была синхронизация подготовки и передачи мультимедийных методических материалов с возможностью комбинированного использования локального, сетевого и WEB вариантов. Реализованные программные продукты репликации полной структуры
учебного курса с учебными материалами из сетевого варианта в локальный и обратно» позволяют обеспечить мобильность создания отдельных курсов, а также добавлять новые или измененные локальные курсы в образовательный процесс локальных классов. Функциональные возможности репликаторов сводятся к копированию структуры курса с привязанными к ней визуальными файлами учебных материалов.
В заключении представлены основные результаты работы.
В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.
Научную новизну работы составляют:
структурная декомпозиция программно-технического комплекса системы подготовки и переподготовки;
формализованное описание взаимодействия пользователей и компонентов системы переподготовки;
марковская модель перераспределения информационных ресурсов;
динамическая модель вложенных запросов на ресурсы в системе переподготовки;
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным статистическим анализом рабочей нагрузки функциональных компонентов системы и затребованности мультимедийных ресурсов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в системе «Мосгортранс».
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Использование результатов работы позволяют повысить эффективность процессов разработки учебных программ и процедур тестового контроля, за счет оптимизации организации процесса обучения с учетом распределенной структуры учебных материалов..
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения на кафедрі АСУ МАДЩГТУ),
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
* на Российских, межрегиональных и международных научно-
технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2000-2003 гг.);
на заседаниях кафедры АСУ МАДИ(ГТУ);
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации образовательного процесса составляет новое направление в области теоретических и практических методов принятия решений и выбора стратегии формирования учебных материалов в системе подготовки и переподготовки кадров транспортных предприятий.
По результатам выполненных исследований опубликовано около 5 печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения» четырех глав и заключения, опубликованных на 150 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 102 наименований и приложения-
Взаимодействие пользователей в системе переподготовки
Качество и продуктивность диалоговой связи тьютора и обучаемого зависят от многих факторов:
эффективности информационно-коммуникационных средств и возможности их использования;
наличия профессиональных компьютерных программ;
уровня профессиональной подготовки тьютора;
географического расстояния между тьютором и обучаемым;
уровня мотивации обучаемого;
уровня профессиональных знаний, умений и навыков обучаемого;
качества внутренней речи в процессе мышления;
способности обучаемого осуществлять познавательную деятельность на основе самообучения, саморегуляции, самоопределения, самокоррекции;
способности обучаемого к деловому общению;
умений обучаемого выявлять и формировать собственные проблемы;
имиджа образовательного учреждения;
психологической готовности обучаемого приобретать профессию (специальность) в условиях самообучения;
уровня самооценки обучаемых.
Воздействием на эти факторы можно эффективно управлять диалоговой связью.
манипулирование — это такое общение, когда с обучаемым обращаются как с вещью. Манипулятор в общении с другим субъектом не считается с его мнением, взглядами, планами. Он для него лишь средство достижения или удовлетворения своих корыстных целей;
рефлексивное общение - участники делового общения в основном признают намерения друг друга, цели и задачи своего общения, но не стремятся показать несостоятельность притязаний партнера и «обыграть» его;
результативности диалогового общения; правовое общение - главное в нем — согласование совместных действий (поведения) на основе существующих норм и правил, то есть на основе справедливости;
нравственное общение - это высшая форма делового взаимодействия, которое осуществляется на основе единения не только правовых норм, но и внутренних духовных начал.
Тьютор в системе открытого обучения - одна из важнейших аксиологических категорий. Практика открытого обучения позволила сформировать педагогическую модель тьютора, в которой можно выделить следующие компоненты: профессиональную сущность тьютора, педагогические функции, педагогические способности, педагогические умения. Знание структуры и содержания модели деятельности тьютора способствует развитию технологии открытого обучения.
Тьютор в процессе профессиональной подготовки выполняет особую роль, отличающуюся широким спектром воздействия на формирование интеллектуальных, профессиональных и нравственных компонентов личности обучаемого. Практика выявила, что в условиях эффективной познавательной деятельности обучаемого тьютор является:
идеологом процесса самообучения и саморегуляции обучаемых;
координатором совместной деятельности обучаемых со специалистами образовательного учреждения открытого обучения;
стабильным инструментарием организации жизни обучаемых в процессе смены деятельности, настроений и профессиональной направленности;
средством регуляции отношений специалистов образовательного учреждения и работодателей;
участником разработки теоретических проблем открытого обучения;
Отличительной способностью тьютора является педагогическая
импровизация - это объективно необходимое средство наиболее органичного воплощения педагогического замысла и его оперативных, целесообразных корректировок, проводимых непосредственно в процессе обучения.
Функциональная декомпозиция структуры программно-моделирующего комплекса
Последовательность процессов, которые необходимо обеспечить при организации обучения, определят необходимость разработки принципов создания единой интегрирующей информационной системы автоматизации процесса дистанционного обучения. Так, при формализованном описании процессов, появляется возможность формального построения структуры исходя из описаний треков процессов. Основным критерием построения системы является ее гибкость наращиваемость. Это определяется появлением новых методов и методик обучения а также новых математических методов моделирования процесса обучения и тестового контроля. Другим основным критерием является оперативность и своевременность предоставления методических материалов обучаемым.
В рамках системного подхода, исходя из сложной глобальной задачи, за счёт её декомпозиции образуют иерархию задач, которые решаются в соответствии с установленным порядком. При этом координация результатов решения частных подзадач содействует достижению целей более высокого уровня.
На основе опыта, полученного в результате выполнения проектов, представляется целесообразным создание 3-х уровневой организационной структуры Учебных центров транспортных предприятий (рис.2.3.)- Первый уровень включает Московский Центр, в функции которого входит сертификация всех программных продуктов, развитие методического обеспечения, определение стратегии развития средств дистанционного обучения. Во второй уровень входят территориальные Учебные центры (7-10 центров), которые разрабатывают и сопровождают учебные материалы по определенному заранее перечню профессий. Третий уровень — региональные центры - осуществляют учебный процесс по дистанционной схеме, используя учебные материалы, полученные из Московского и территориальных Центров. Каждый территориальный Учебный центр курирует свой куст региональных центров. Такая схема позволяет обеспечить высокий уровень проведения учебного процесса при минимизации затрат на содержание организационных структур.
Общая теория систем, которая используется для построения структуры системы автоматизации, обеспечивает высокую степень автоматизации и организации учебного процесса, в условиях комплексного подхода к решению рассматриваемых задач.
Декомпозиция на уровни или подзадачи определяется особенностями системы или задачи, и существующими взаимосвязями. При использовании декомпозиции необходимо обеспечивать согласование синхронизацию решаемых задач. Вышестоящие и нижестоящие элементы связывают два вида сигналов: координирующий (сверху вниз) конкретизирует задачи, подлежащие решению на уровне нижестоящих элементов;
информационный (снизу вверх) информирует о состоянии нижестоящего уровня.
Вышестоящий элемент (в связи с приоритетом действий) указывает, как должен вести себя нижестоящий элемент, т,е, определяет выбор координирующей переменной- Способ координации определяется тем, как элемент нижестоящего уровня сообщается с другими элементами своего уровня, а также тем, какие характеристики могут изменяться с целью улучшения глобального результата, В связи с этим различают следующие основные способы координации:
координирование путем прогнозирования взаимодействий нижестоящие элементы вырабатывают локальные решения в предположении, что реальные связующие сигналы, которые к ним в дальнейшем поступят, будут соответствовать опорным (прогнозируемым) сигналам;
координация путём оценки взаимодействий - вышестоящий элемент задаёт диапазон значений связанных сигналов. Нижестоящий элемент рассматривает их как возмущения, которые могут принимать любое значение в заданном диапазоне;
координирование путем "развязывания" взаимодействий - элементы нижестоящего уровня трактуют связующий сигнал как дополнительную переменную решения. Они решают свои задачи так, как если бы связующие сигналы можно было выбрать произвольно.
На рис. 2.4. приняты обозначения: у\єСг множество координирующих сигналов у; cOjeJfj - множество информационных сигналов от управляющей системы с» т[єМ\ - множество управляющих сигналов т{ (входы); -ц г2\ -множество информационных сигналов (сигналов обратной связи) о поведении процесса Р; 0 є Q - множество внешних возмущающих воздействий 0; РєФ- множество выходов процесса Р; М=МХ х.„хЛ/л aмножество всех управляющих сигналов (декартово произведение множеств Mit І-Пп).
Вложенное представление имитационной модели распределенной информационной системы
При моделировании общей сети количество передач сообщений по узлам будет очень велико и в результате время моделирования для обеспечения требуемой точности будет также велико.
Суть метода пложенных процессов заключается в замене исходной сети, представленной по вложенной схеме, двумя сетями.
Сеть нижнего уровня повторяет сеть узла обработки с выделенными генераторами заявок. Нижний уровень будем представлять только разомкнутой СеМО.
Задачей моделирования сети нижнего уровня является определение времен обработки при заданных интенсивностях поступления заявок. При моделировании необходимо отработать реализацию механизма блокировки с целью ее повторения в модели верхнего уровня.
Сеть верхнего уровня
Сеть верхнего уровня повторяет структуру общей сети. Однако, каждый узел обработки в ней заменяется на некоторый упрощенный эквивалентный. Верхний уровень сети может быть представлен как замкнутой, так и разомкнутой СеМО.
Для разомкнутого варианта;
вниз передаются интенсивности потоков в каждый узел;
вверх - времена пребывания в каждом из узлов. Моделирование выполняется сначала на верхнем уровне с подстановкой произвольных времен пребывания во вложенном уровне. Накапливается статистика по характеристикам потоков во вложенные уровни, которая является исходными данными для моделирования вложенных уровней. Далее моделируется каждый узел вложенного уровня и определяются времена пребывания в каждом, которые являются исходными для повторного моделирования сети верхнего уровня.
Если вниз можно передавать только первые моменты, то возможен их просчет на основе марковских цепей. Для замкнутого случая:
вниз также передаются интенсивности входных потоков;
вверх - времена пребывания.
Но для замкнутого случая полученные времена пребывания на нижних уровнях изменяют интенсивности входных потоков во вложенный уровень при моделировании сети верхнего уровня, В результате необходимо решение уравнения баланса, в котором выполняется согласование характеристик потоков и времен пребывания.
Механизм блокировок в общей сети (иерархическое представление) можно рассматривать как реализацию случайного процесса F(S), где
S - состояние сети вложенного уровня;
F - некоторый функционал, определяющий правило реализации механизма блокировки.
В качестве такого правила может быть использовано превышение уровня. Функционал F представляет некоторую векторную числовую функцию состояния- F=(Fb F2 F ), где к - число разнотипных заявок данного вложенного уровня. Кроме того, задано пороговое значение L.
Если Fk L, то заявки типа к поступают во вложенный уровень,
Если Fk L3 то заявки ждут выполнения условия (Fk L). Обозначим FB(SJ- знаковый процесс
Основной задачей вложенного подхода является подмена сети вложенного уровня произвольной структуры на линейную.
Функциональные возможностей программной среды администратора системы переподготовки
Механизм формирования авторских мультимедиа композиций позволяет использовать компоненты следующих форматов: текстовые документы (.html, .doc, .rtf, ,txt); графические компоненты (.bmp, jpg, .gif); анимированные графические компоненты (.swf, -gif); видео компоненты (.avi, ,mpg, .mov); аудио компоненты (.wav, ,mp3).
Методика создания педагогом индивидуальной творческой композиции состоит в последовательном выполнении ряда шагов:
педагог должен продумать последовательность воспроизведения собственных мультимедиа компонентов в составе одного из тематических разделов;
подготовить компоненты в одном из перечисленных форматов;
с помощью разработанного инструментального средства, содержащегося на поставляемом компакт диске, подключить их в соответствии с продуманной последовательностью;
выполнить комплексные проверки правильности воспроизведения заданной последовательности и модифицировать в случае необходимости используемые мультимедиа компоненты;
нажать клавишу «Сохранить» на графическом интерфейсе индивидуальных творческих композиций;
ассоциировать мультимедийную гиперссылку в нужной точке общей структуры лекции с собранной им композицией.
После запуска программы перед пользователем появляется основное рабочее окно.
Конструктор лекций предназначен для сборки интерактивных лекции-Данные лекции могут содержать в себе как текстовую информацию, так и графическую, а также аудио- и видеофрагменты.
Для создания новой лекции следует выбрать из меню «файл» пункт «создать», В этом случае лекции присваивается имя. Если редактируется старая лекция то из меню «файл» используется пункт «редактировать» 127
После этого через меню «Редактор», пункт «Вставить» добавляются «Фрагменты» лекции.
Нижняя панель основного экрана отображает последовательность всех включенных в лекцию фрагментов. На этой «Временной шкале» можно видеть тип и последовательность отображения фрагментов лекции. Через меню «Редактор», в пунктах «Переместить вперед» и «Переместить назад» имеется возможность перемещения файлов по временной шкале вперед и назад.
Эти действия можно выполнять, перетаскивая пиктограммы файлов в окне «Временная шкала». В правом верхнем углу основного экрана расположено окно «Свойства объекта», которое используется для отображения названия фрагмента, его описания и привязанного к нему звукового файла.
Для привязки звукового файла используется пункт «Звуковой файл», который выводит стандартное окно выбора файлов,
Остальные типы фрагментов лекции вставляются аналогичным образом. После добавления всех фрагментов и определения их последовательности для окончания работы над лекцией, ее следует сохранить, выполнив из меню «Файл» пункт «Сохранить». После выполнения приведенных выше операций индивидуальная композиция полностью готова к воспроизведению на рабочем месте обучаемого.
Войти в программу можно только через окно авторизации. Для входа необходимо ввести «логин» (имя пользователя), «пароль» и нажать на кнопку «Войти» {Рис.4А).
Пршраммн оргаш-гшнэла ио модульному принципу. Навигация между модулями осуществляется при помощи меню в правой верхней части экрана, которое ставшейся акшшнлм только после авторизации ПОЛЪЗОШШЗЛЙ СРисД.з.).
