Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ требований руководящих документов и теоретических подходов к управлению процессом обучения в вузе ФСБ России на основе использования компьютерных обучающих систем
1.1 Анализ основных противоречий управления процессом обучения в вузе ФСБ России с использованием компьютерных обучающих систем 13
1.2 Анализ дидактических аспектов применяемой модели управления процессом обучения в вузе ФСБ России с использованием компьютерных обучающих систем
1.3 Анализ требований к управлению обучением при использовании компьютерных обучающих систем
Выводы по 1 главе 52
Глава 2 Обоснование и разработка модели управления процессом обучения на основе использования компьютерных обучающих систем
2.1 Анализ функций системы управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем 53
2.2 Обоснование информационной модели оценки процесса обучения 62
2.3 Разработка математической модели управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
Выводы по 2 главе 126
Глава 3 Разработка и оценка эффективности методики управления процессом обучения с использования компьютерных обучающих систем
3.1 Разработка методики управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем 128
3.2 Оценка эффективности разработанной методики управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
Выводы по 3 главе 172
Заключение 173
Список литературы 176
- Анализ основных противоречий управления процессом обучения в вузе ФСБ России с использованием компьютерных обучающих систем
- Анализ функций системы управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
- Разработка методики управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
Введение к работе
Актуальность исследования. Управление современной сложной системой, какой является высшее учебное заведение ФСБ России, в настоящее время невозможно без создания моделей управления, отражающих процесс подготовки сотрудников органов государственной безопасности. В то же время декларируемая приоритетность профессиональной подготовки сотрудников ФСБ России с использованием компьютерных технологий совершенно не подкрепляется научной разработанностью этой проблемы. К настоящему моменту достаточно разработанными оказываются только диагностико-оценочные и организационно-методические элементы профессиональной подготовки, компоненты же использования КОС и дидактическое обеспечение остаются мало исследованными.
Кроме того, в ряде исследований выявлено некоторое снижение профессиональной подготовки сотрудников ФСБ России. Такое положение свидетельствует о наличии серьезного противоречия между необходимостью повышения качества подготовки сотрудников ФСБ России и не высокой эффективностью системы обучения. Более того, с развитием рыночных отношений, снижением социальной защищенности сотрудников ФСБ России возникли новые проблемы, решение которых не имеет готовых рецептов.
Поэтому, повсеместное внедрение различных видов компьютерных обучающих систем в практику подготовки кадров ФСБ России вполне справедливо рассматривается как один из наиболее перспективных способов повышения качества профессиональной подготовки личного состава и эффективности всей системы его подготовки в целом.
В современных условиях необходимая эффективность обучения личного состава может быть обеспечена только на основе включения в состав учебно-тренировочных средств КОС.
Технические средства автоматизации не определяют правила содержательной переработки информации в интересах управления учебной
деятельностью, не отражают содержания процессов управления. Они только обладают способностью передать данные, выполнить заданные им правила переработки информации, накопить сведения. Для повышения эффективности управления внедрением компьютерных технологий необходимо иметь средства, отражающие содержательную сторону процессов, протекающих при управлении. Такими средствами являются правила формализованной переработки информации, закономерности процессов управления и опыт управления учебной деятельностью.
Постановка задачи создания высокоэффективных КОС определяет высокую ответственность за качество всех проводимых в данном направлении научно-исследовательских разработок. Эффективность этих разработок определяется их соответствием как требованиям науки, так и возможностям современных информационных технологий.
Целью создания компьютерных систем и обучающих программ является безусловное обеспечение органического сочетания на всех этапах проектирования ОС двух начал - педагогического и кибернетического -такого сочетания, которое на основе взаимосвязанного решения проблем информатики, вычислительной техники, эргономики, дидактики, педагогической и инженерной психологии способно обеспечить заданную дидактическую эффективность разрабатываемой КОС, а значит и необходимое качество профессиональной подготовки личного состава ФСБ.
Признание необходимости включения КОС в состав учебно-тренировочной системы (УТС) открывает не только новые перспективы в развитии компьютерного обучения, определяемые участием промышленности в разработке и создании КОС, но и новый уровень требований к их эффективности, который диктуется существующими в системе подготовки сотрудников ФСБ России высокими требованиями к уровню обученности личного состава, а также новым уровнем ответственности за качество проводимых разработок ОС как компонента образца применяемой техники и вооружения.
Гипотеза исследования. В качестве гипотезы исследования выдвинуто следующее предположение: повышение качества подготовки сотрудников ФСБ России возможно при выполнении следующих условий:
внедрении на кафедрах, как основных структурных подразделениях вуза, автоматизированной системы обучения на базе КОС;
организационное, методическое и программное обеспечение КОС подготовки сотрудников ФСБ России будет учитывать особенности образовательного процесса.
Объектом исследования является образовательный процесс в вузах ФСБ России.
Предмет исследования - управление процессом обучения сотрудников ФСБ России с использованием компьютерных обучающих систем.
Цель исследования - повышение качества подготовки квалифицированных специалистов ФСБ России на основе внедрения в образовательный процесс в ведомственных учебных заведениях компьютерных обучающих систем.
Актуальные научные задачи исследования
1. Изучить и обобщить требования руководящих документов и
существующие теоретические подходы к управлению процессом обучения в
ВУЗе ФСБ России на основе использования КОС.
Разработать модель процесса управления обучением с использованием КОС, учитывающую возможность классификации обучающихся и диагностики их ошибок на основе анализа функций системы управления процессом обучения.
Разработать методику управления процессом обучения с использованием КОС, обуславливающую поэлементную детализацию содержания ее на всех структурах базы построения КОС за счет новых дидактических возможностей, предоставляемых ЭВМ (технологией
управления обучением) и увеличение вероятности безошибочного усвоения обучающимися алгоритма деятельности.
Методологическую теоретическую базу исследования составили:
социологические, философские и педагогические идеи о роли образования и педагогики (Б.Г. Ананьев, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, В.И. Гинецинский, Н.В. Кузьмина, В.В. Лаптев, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн);
современные концепции педагогической и военно-педагогической деятельности (А.В. Барабанщиков, Ю.Г. Баскин, Л.А. Высотина, Н.Г. Винокурова, В.И. Гинецинский, М.И. Дьятченко, О.Ю. Ефремов, В.И. Кикоть, И.А. Скопылатов, В.Я. Слепов, Н.Ф. Талызина, А.Б. Трофимов, Л.С. Узун, В.А. Щеголев, А.В. Ярмоленко);
концептуальные подходы к управлению функционированием и развитием педагогических систем (Б.Л. Агранович, Ю.К. Бабанский, П.Н. Барашков, В.П. Беспалько, Ю.В. Васильев, В.Н. Герасимов, М.С. Каган, Ф.Ф. Королёв, А.Г. Соколов, Н.Ф. Феденко, И.П. Чучалин, В.Я. Якунин);
- исследования в области математического моделирования и
построения автоматизированных систем управления (В.Г. Карманов, И.М.
Макаров, Н.Н. Моисеев, В.Д. Ногин, В.В. Подиновский, Э. Полак, В.В.
Фёдоров, Р. Штоер, Д.В. Юдин).
Методы исследования.
Теоретические: историко-педагогический и системно-структурный анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и классификация, методы математического моделирования и прогнозирования.
Эмпирические: наблюдение, контент-анализ, педагогические эксперименты, изучение и обобщение опыта, экспертное оценивание, анализ результатов.
Научная новизна. На основе анализа функций системы управления процессом обучения и моделей управления:
разработана новая модель адаптивного управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем позволяющая классифицировать обучающихся и диагностировать их ошибки, на основе анализа функций управления процессом обучения;
предложена новая методика управления процессом обучения с использованием КОС, применяющая научно-технический и педагогический инструментарий в решении проблем обучения сотрудников ФСБ России. Предложенная методика управления процессом обучения с использованием КОС обуславливает поэлементную детализацию содержания учебных элементов на всех структурах базы построения КОС за счет новых дидактических возможностей представляемых ЭВМ и увеличение вероятности безошибочного усвоения обучающимися алгоритма деятельности.
Теоретическая и практическая значимость диссертации заключается в следующем: проанализирована теоретическая база методики и модели адаптивного управления обучением на основе использования компьютерных обучающих систем, являющаяся частью общей теории управления, и расширяющая границы ее применения для социальных систем типа ВУЗ; теоретические результаты доведены до уровня практического применения в виде разработанных алгоритмов и программ.
Основные положения, выносимые на защиту
Модель адаптивного управления процессом обучения на основе использования компьютерных обучающих систем, учитывающая особенности систем обучения, возможность классифицировать обучающихся и диагностировать их ошибки.
Методика управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем, включающая диагностирование ошибок обучающихся, адаптацию автоматизированного учебного занятия к характеристикам обучающихся, интерфейс диалога с обучающимися, позволяющая увеличить вероятности безошибочного усвоения
*
обучающимися алгоритма деятельности, используя принципы системного подхода и обобщенной структурно-функциональной теории.
Апробация работы. Теоретические положения и практические рекомендации апробировались в течение всего времени выполнения исследования.
Основные научные положения и результаты диссертации рассматривались на межвузовских научно-технических конференциях в период с 1999 по 2005 год и опубликованы в 5 работах из них: учебно-методическое пособие, 1 статья и тезисы докладов на 3 конференциях.
Научные результаты внедрены в учебный процесс: в Институте переподготовки и повышения квалификации сотрудников ФСБ России; в Санкт-Петербургском Военно-Морском институте; в Санкт-Петербургском Военно-Морском институте радиоэлектроники, на Высших специальных офицерских классах ВМФ.
Достоверность результатов исследования обусловлена корректным применением современных валидных математических методов, а также согласованностью результатов с контрольными данными, о чем свидетельствует проведенный эксперимент.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем - 186 страниц.
Анализ основных противоречий управления процессом обучения в вузе ФСБ России с использованием компьютерных обучающих систем
Компьютерное обучение предполагает использование компьютера как технического средства, полностью или частично выполняющего в отношении обучаемых функции преподавателя. Решение проблемы создания на базе ЭВМ человеко-машинных систем, не просто моделирующих обучающую деятельность преподавателя, а именно обеспечивающих гарантировано высокую эффективность этой деятельности, основывается только на данных педагогической науки. При этом сами данные обучения нуждаются в переосмыслении с позиций возможности и эффективности их реализации аппаратно-программными средствами современных ЭВМ.
На основании проведенного в [21] анализа возможных подходов к разрешению противоречия между высокими техническими характеристиками современных ЭВМ и низкой дидактической эффективностью построенных на их основе КОС можно утверждать, что:
1. Эффективность КОС одинаково зависит от педагогических и технических решений, так как дидактическая эффективность КОС определяется не только совершенством технических решений в области информатики и вычислительной техники, а также и выбором правильного варианта решений, принятых в области педагогической науки как единственной области человеческих знаний, определяющей закономерности и принципы обучения. 2. При разработке КОС педагогика выступает в качестве специфической области науки управления, определяющей законы и принципы управления в сфере обучения, а информатика как средство реализации. 3. Принимаемые в процессе разработки создания аппаратно программных средств КОС технические решения представляют собой способы реализации педагогических концепций и теорий, лежащих в основе замысла проектируемой обучающей системы. 4. Формирование замысла проектируемой КОС есть прерогатива педагогической науки, но если педагоги не учитывают особенности техники, то их решения являются неисполнимыми. Эффективная реализация этой прерогативы требует обоснования и разработки методов проектирования КОС как методологии преобразования и применения педагогических знаний для целей разработки той человеко-машинной системы. Анализ научных публикаций [15, 49, 56, 59, 65, 77, 82, 84, 94, 100, 109, 115, 122, 127, 134, 143] позволяет заключить, что для создания КОС требуется решить две задачи: разработки технологии обучения и её реализации с использованием компьютера. Основными факторами, препятствующими внедрению КОС в систему обучения и определяющими ее относительную несовместимость на элементном уровне, являются следующие противоречия [10, 25, 84]: - между необходимостью включения ЭВМ как мощного средства оперативной обработки информации в контур управления обучением и невозможностью это сделать виду отсутствия технологии процесса управления обучением; - между возможностью разработки технологи обучения только на основе использования ЭВМ в качестве средства управления учебной деятельностью обучаемого и неполным соответствием технических характеристик современных аппаратных и программных средств ЭВМ уровню задач формализации положений педагогической науки и практики; - между необходимостью постоянно производить в целях разработки технологии обучения оценку дидактической эффективности формализуемого обучающего воздействия и практической невозможностью организации столь длительных педагогических экспериментов.
Перечисленные три противоречия разработки технологии обучения определяют лишь основные ориентиры, в направлении которых должны проводиться исследования и разработки конкретной технологии обучения.
Задача реализации разработанной технологии обучения на основе или с использованием ЭВМ является второй глобальной задачей. Противоречие, лежащее в основе данной задачи, появилось с возникновением систем массового обучения и его со времен великого чешского педагога Я. Коменского (XVII век) пытается разрешить педагогическая наука - это противоречие между строго индивидуальным характером усвоения и групповым характером обучения.
Реализация технологии обучения предполагает оперативную формализованную обработку массивов данных, которые представляют собой модели входящих в учебную группу обучаемых, т.е. предполагает использование ЭВМ. С позиций разрешения коренного противоречия традиционного массового обучения ЭВМ выступает в качестве технического средства обучения, способного существенно расширить возможности обучающего как в обработке поступающей от обучающихся формализованной информации и предъявлении им обучающей информации, так и в организации новых и увеличении пропускной способности имеемых физических каналов связи.
Анализ функций системы управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
В современной педагогике анализ обучения в основном осуществляется с позиций деятельностного подхода [21, 33, 69, 81, 97, 144]. Обучение в дидактике рассматривается как абстрактная система взаимодействия деятельностей обучаемого и обучающего (см. табл. 1.1 приложение 1). В дидактике функциональная структура обучения в самом общем виде описывается как цепь циклов [94]. Минимальный (наименьший) цикл - это объединение обучающего воздействия обучающего с соответствующим ему учебным воздействием обучающегося.
Описание цикла обучения в дидактике содержит ряд принципиальных моментов, отличающих трактовку цикла обучения в дидактике от соответствующих представлений о цикле обращения информации в процессах управления [21, 25, 33, 36, 42, 43, 45, 47, 51, 53, 83, 94, 100, 126, 130]. В классической теории управления понятие цикла управления включает реализацию прямой и обратной связи вне зависимости от реакции объекта управления, а точнее реакция объекта управления всегда предполагается адекватной управляющему воздействию, что возможно только при пассивном объекте управления. В дидактике же цикл обучения считается реализованным не просто при завершении обучающего воздействия и получении ответного учебного воздействия, а лишь в случае результативного обучающего воздействия, т.е. лишь в том случае, когда реализованному обучающему воздействию соответствует воздействие обучающегося, изменяющее состояние системы взаимодействующих деятельностей в сторону достижения цели обучения.
Цикл обучения считается завершенным при соблюдении следующих условий: - когда на основе анализа цели обучения и исходного состояния системы обучения из определенного множества типов обучающих воздействий (приемов, способов обучения) выбрано воздействие наиболее полно обеспечивающее достижение цели обучения;
- когда выбранное воздействие сформулировано в терминах изучаемой предметной области и представлено обучающемуся в виде УО в соответствии с алгоритмом его предъявления, который определяется типом выбранного обучающего воздействия (приема, способа обучения);
- когда получена информация о процессе взаимодействия обучающей и учебной деятельностей, являющемся следствием реализованного обучающего воздействия, т.е. информация об изменении обученности обучающегося;
- когда полученная информация подтверждает результативность обучающего воздействия и переход системы в новое состояние, характеризующееся достижением целей предыдущего обучающего воздействия и достигнутой степенью обученности обучающегося.
Из сформулированных выше на основе современных представлений дидактики условий завершенности цикла деятельности обучения (цикла обучения) следует ряд важных для формализации процесса обучения положений:
1. Если целью обучения является усвоение обучающимся структуры и логики нового для него УЭ, то реализация соответствующего цикла обучения предполагает реализацию как минимум двух обучающих воздействий. Целью первого обучающего воздействия (педагогически направленного воспроизведения обучающим фрагмента учебной деятельности обучаемого) является представление УЭ в виде, обеспечивающем наиболее полное его усвоение обучающимся. Целью второго обучающего воздействия (предъявления в том или ином виде учебной задачи) является получение информации о результативности первого обучающего воздействия и изменении состояния системы обучения как системы взаимодействия обучающей и учебной деятельностей.
2. Если целью образования является повышение квалификации специалиста в отношении УЭ, структура и логика которого усвоена обучаемым, то реализация цикла обучения возможна за счет только одного второго типа обучающих воздействий (предъявления учебной задачи).
Разработка методики управления процессом обучения с использованием компьютерных обучающих систем
Реализация педагогического потенциала КОС в процессе обучения требует учета методики проведения АУЗ, адекватно отражающей вопросы как психолого-педагогического, так и программно-технического обеспечения готовности КОС. Рекомендации по выбору стратегии и методов обучения при использовании КОС представлены в приложении 3.
Специфика подготовки и проведения автоматизированных учебных занятий (АУЗ) определяется теми возможностями ОС, которые базируются на технико-педагогических характеристиках используемой КОС и определяются возможностями ее специального программного обеспечения (СПО) в реализации функций по управлению учебной деятельностью обучающегося. Педагогические возможности КОС, как готового к использованию по назначению технического средства обучения (ТСО), определяются ее архитектурой, т.е. логической, функциональной и физической структурами, соответственно отображающими информационное, функциональное и системотехническое описание КОС [15, 31, 59, 74, 76, 82, 94,95, 102,115, 122, 134, 136, 138, 143]. Под логической структурой КОС понимается представление программного обеспечения ЭВМ в виде организационной структуры логических модулей, реализующих функции по управлению учебной деятельностью обучаемого. Под программной структурой КОС понимается представление ЭВМ в виде функционально взаимосвязанных разноуровневых программ, взаимодействие которых призвано обеспечить выполнение необходимых для реализации обучения информационно-вычислительных и транспортных услуг. Под физической структурой КОС понимается представление ЭВМ в виде взаимосвязанных аппаратных средств, предоставляющих возможность транспортировки, хранения и обработки учебной и обеспечивающей информации.
В целях разработки рекомендаций по подготовке и проведению АУЗ представим принципиальные логическая, программная и физическая структуры КОС на базе локальной вычислительной сети ПЭВМ (см. рис 1.28, 1.29, 1.30). Под термином "локальная вычислительная сеть (ЛВС)" понимается способ доступа (и его аппаратно-программная реализация) к локально-распределенным информационно-вычислительным ресурсам посредством единой среды передачи. Необходимость ориентации на ЛВС как базовую основу КОС определяется тем неоспоримым фактом, что ЛВС является самым гибким и мощным из современных аппаратно-программных средств и обеспечивает наилучшие перспективы для развития компьютерного обучения. Приведенные ниже рекомендации в абсолютном большинстве справедливы и для КОС, базирующихся на многотерминальных одномашинных ЭВМ (серии ЕС, СМ и т.п.), но технические возможности в их реализации в данном случае намного ниже.
