Система управления профессиональными знаниями для повышения эффективности функционирования виртуальной компьютерной лаборатории Лишилин Михаил Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Системный анализ процесса формирования профессиональных компетенций в области информационных технологий на основе виртуальной компьютерной лаборатории 10

1.1 Постановка задачи системного анализа процесса формирования профессиональных компетенций в области информационных технологий на основе виртуальной компьютерной лаборатории 11

1.2 Анализ существующих практик применения виртуальных компьютерных лабораторий для формирования профессиональных компетенций ИТ-специалистов 15

1.3 Анализ практик применения методов управления знаниями для решения задач формирования профессиональных компетенций

1.3.1 Анализ особенностей деятельности вузов, и их влияния на возможность применения методов управления знаниями 26

1.3.2 Анализ современных моделей и методов управления знаниями в бизнесе с учетом особенностей деятельности вузов 32

Выводы 59

Глава 2. Разработка моделей и алгоритмов управления знаниями системы управления знаниями виртуальной компьютерной лаборатории 61

2.1 Разработка моделей управления знаниями в системе управления знаниями виртуальной компьютерной лаборатории 61

2.2 Разработка алгоритма формирования домена знаний предметной задачи 81

2.4 Разработка алгоритма оценки домена знаний предметной задачи 87

Выводы 95

Глава 3. Проектирование информационно-программной среды управления знаниями в среде виртуальной компьютерной лаборатории 97

3.1 Разработка архитектуры информационно-программной среды управления знаниями 97

3.2.1 База знаний информационно-программной среды управления знаниями 115

3.2.2 Описание компонент программно-информационной среды управления знаниями 118

Выводы 128

Глава 4. Результаты апробации информационно программной среды управления знаниями виртуальной компьютерной лаборатории . 129

4.1 Апробация макета информационно-программной среды управления знаниями на основе виртуальной компьютерной лаборатории 129

Выводы 138

Заключение 140

Список сокращений и условных обозначений 142

Список терминов 143

Список литературы 144

• Анализ существующих практик применения виртуальных компьютерных лабораторий для формирования профессиональных компетенций ИТ-специалистов
• Разработка алгоритма формирования домена знаний предметной задачи
• База знаний информационно-программной среды управления знаниями
• Апробация макета информационно-программной среды управления знаниями на основе виртуальной компьютерной лаборатории

Введение к работе

Актуальность исследования. При подготовке высококвалифицированных кадров в области информационных технологий (ИТ) важной задачей вуза является формирование профессиональных компетенций выпускников, необходимых для успешной деятельности в области направления подготовки. Подготовка таких специалистов служит основой для устойчивого развития общества в условиях интенсивных изменений в социально-экономических, научно-технических и профессиональных сферах. Для учебных учреждений вопросы обеспечения соответствующего качества образования приобретают ведущее значение. Высокий уровень образования позволяет выпускникам быть востребованными на рынке труда, что, в свою очередь, обеспечивает конкурентоспособность, благополучие и дальнейшее развитие образовательного учреждения.

Однако, при подготовке специалистов в области информационных технологий, вузы сталкиваются с рядом проблем, среди которых можно особо выделить следующие:

– необходимость оперативно реагировать на изменения, происходящие в этой динамично развивающейся отрасти. В течение 3–4 лет происходят существенные изменения технологий, требующие пересмотра образовательных программ для обеспечения актуальности и востребованности знаний и навыков выпускников;

– необходимость освоения больших распределенных информационных систем, средств интеллектуального управления технологическими процессами и техническими системами и других технологий, воспроизведение которых в традиционных аудиторных условиях требует дополнительного инструментария.

Возникающее противоречие в потребностях современного общества от ИТ-образования и возможностях традиционного образовательного процесса призваны решать новые образовательные инструменты, в том числе виртуальные компьютерные лаборатории.

Виртуальная компьютерная лаборатория (ВКЛ), являющаяся многокомпонентным программно-аппаратным комплексом, в аппаратную основу которого положен высокопроизводительный центр обработки данных, предоставляет необходимые ресурсы для образовательного процесса и способна удовлетворить потребности, связанные с развертыванием больших систем и других сложных технологий, но для решения задачи оперативной актуализации знаний и навыков требуется доработка ее функционала.

В связи с этим, актуальным и перспективным направлением является решение задачи повышения эффективности использования ВКЛ в подготовке кадров в области ИТ путем добавления функционала, позволяющего выполнять

своевременную актуализацию знаний, используемых в процессе формирования профессиональных компетенций в области ИТ.

Степень разработанности темы исследования. Практики применения методов и технологий управления знаниями достаточно широко освещены в отечественной и зарубежной литературе. Однако, вопросы применения методов управления знаниями в образовательных организациях для целей формирования профессиональных компетенций по-прежнему остаются востребованными. В силу все возрастающей потребности общества в специалистах, способных применять информационные технологии в высокотехнологичных, наукоемких предметных областях данное обстоятельство позволяет говорить об актуальности решаемых в работе задач.

Цель исследования. Повышение эффективности функционирования виртуальной компьютерной лаборатории при подготовке кадров в области информационных технологий на основе методов и средств управления профессиональными знаниями.

Задачи исследования:

1. Проанализировать существующие практики применения ВКЛ для формирования профессиональных компетенций ИТ-специалистов, практики применения управления знаниями для решения задач формирования профессиональных компетенций.

2. Разработать концептуальную и функциональную модели системы управления знаниями, ориентированной на обучение в области информационных технологий в среде виртуальной компьютерной лаборатории.

3. Разработать алгоритмы управления знаниями для формирования профессиональных компетенций в области ИТ на основе виртуальной компьютерной лаборатории.

4. Разработать и апробировать макет информационно-программной среды управления профессиональными знаниями в области ИТ в среде виртуальной компьютерной лаборатории.

Объектом исследования является процесс обучения в области ИТ на основе виртуальной компьютерной лаборатории.

Предметом исследования являются модели и методы управления знаниями в среде виртуальной компьютерной лаборатории.

Методы исследования. При выполнении работы использованы количественные и качественные методы системного анализа: структурно-функциональный анализ и моделирование, метод экспертных оценок, графические методы; методы проектирования сложных информационных систем.

Научная новизна:

5. Выявлены связи между элементами процесса формирования профессиональных компетенций в области ИТ на основе виртуальной компьютерной лаборатории и факторами, влияющими на их формирование с учетом требований ФГОС, профессиональных стандартов и требований работодателей.

6. Предложена оригинальная модель жизненного цикла знаний, учитывающая особенности подготовки ИТ-специалистов, концептуальная и функциональная модели системы управления знаниями для деятельности образовательной организации при подготовке ИТ-специалистов.

7. Впервые предложены алгоритмы управления знаниями, учитывающие особенности образовательных процессов подготовки кадров в области ИТ в среде виртуальной компьютерной лаборатории.

Положения, выносимые на защиту:

8. Предложенные модели и алгоритмы управления знаниями обеспечивают совершенствование профессиональной подготовки в области ИТ в среде виртуальной компьютерной лаборатории.

9. Созданная система управления профессиональными знаниями в среде ВКЛ позволяет формировать наборы знаний, необходимые для формирования профессиональных компетенций в области ИТ.

10. Разработанная информационно-программная среда управления знаниями обеспечивает приобретение обучающимися в области информационных технологий востребованных профессиональных компетенций.

Теоретическая значимость:

11. Разработана новая модель управления знаниями на основе существующих моделей управления знаниями в организации.

12. Обоснована применимость разработанной модели управления знаниями при организации подготовки кадров в области информационных технологий на основе виртуальной компьютерной лаборатории.

Практическая значимость:

1. Механизм формирования образовательного контента в системе управления знаниями, основанный на предложенном в работе специальном алгоритмическом обеспечении и моделях управления знаниями, широко использует формы сетевого взаимодействия студентов и представителей работодателей в процессе генерации и оценивания контента, что обеспечивает активное участие работодателей в образовательном процессе и повышает мотивацию студентов к изучению материала.

2. Разработанная информационно-программная среда управления знаниями в среде виртуальной компьютерной лаборатории представляет готовое технологическое решение для организации сетевого взаимодействия между учебными учреждениями.

Соответствие специальности научных работников. Работа соответствует п. 2, 3, 4 паспорта специальности 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе обосновывается применением методов системного анализа и структурно-функционального моделирования.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: II международная научно-практическая конференция «Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн» (Тамбов 2015); 3^rd International IBM Cloud Academy Conference (Budapest, 2015); III International scientific – рractical conference "Innovation Information Technologies" (Prague, 2014); VI Международная научно-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (Протвино, 2012); V международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2011) и получили положительные отзывы специалистов по проблеме диссертационного исследования.

Публикации и личный вклад автора. Диссертация основана на теоретических, проектных исследованиях и разработках, выполненных автором. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работах, 3 из них опубликованы в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 163 стр. сквозной нумерации и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений, включая 54 рисунка и 12 таблиц. Список литературы включает 106 позиций.

Анализ существующих практик применения виртуальных компьютерных лабораторий для формирования профессиональных компетенций ИТ-специалистов

В первой главе выполнена постановка задачи системного анализа, анализ существующих практик применения виртуальных компьютерных лабораторий для формирования профессиональных компетенций ИТ-специалистов, практик применения методов управления знаниями для решения задач формирования профессиональных компетенций. На основании выполненного анализа сформулированы требования к системе управления профессиональными знаниями в среде ВКЛ и задачи исследования.

При выполнении анализа были изучены работы ведущих отечественных и зарубежных авторов по вопросам применения методов управления знаниями, применения информационных технологий в образовании. Теоретические основы методов управления знаниями в организации сформулированы в работах таких авторов как: У. Букович и Р. Вильямс [1], П. Друкер [2,3,4], П. Сенге [5], Р. Грант [6], К. Агирис [7], К. Вииг [8,9]. В работе И. Нонака и Х. Такеучи [10] выполнен подробный анализ практических методов управления знаниями, применяемых в корпорациях и предложены основополагающие модели управления знаниями. В работах М. МакЭлройя [11] и М. Зака [12] раскрываются стратегически-значимые аспекты управления знаниями в бизнес-организации и вопросы встраивания методов управления знаниями в повседневную деятельность компании. Вопросам использования знаний в системах искусственного интеллекта и интеллектуального управления посвящены работы Ю.М. Соломенцева [13], Г.Д. Волковой [14], Т.А. Гавриловой, В.Ф. Хорошевского [15], А.Ф. Колчина [16]. Вопросы применения технологий управления знаниями в организациях рассматриваются в работах А.Л. Гапоненко [17], Б.З. Мильнера [18,19], А.Ф. Тузовскиого и В.З. Ямпольского [20]. Проблемам применения знание-ориентированных систем в различных предметных областях посвящены работы Ю.И. Журавлева и К.В. Рудакова [21, 22]. Вопросы применения и стандартизации технологий электронного обучения рассматриваются в работах Б.М. Позднеева [23, 24]. Проблемы модернизации образования, вызванные процессами информатизации общества рассмотрены в работах И.А. Соколова [25], Е.Н. Черемисиной [26].

Постановка задачи системного анализа процесса формирования профессиональных компетенций в области информационных технологий на основе виртуальной компьютерной лаборатории Подготовка квалифицированных специалистов в области информационных технологий требует от образовательных организаций использования в образовательном процессе технологий, позволяющих воспроизводить для целей обучения сложные, распределенные информационные системы, фрагменты информационной инфраструктуры крупных предприятий. Данная необходимость порождает ряд проблем, связанных, в первую очередь, с высокой стоимостью необходимого аппаратного и программного обеспечения. Решением стало применение в образовательном процессе программно-аппаратных комплексов, предоставляющих доступ к вычислительным ресурсам учебных заведений на основе облачных технологий или виртуальных компьютерных лабораторий (ВКЛ или VCL). Однако, ВКЛ не решает других проблем в подготовке кадров в области ИТ, связанных со стремительным развитием применяемых технологий и методов работы. Для подготовки востребованных специалистов нужна технология, объединяющая возможности ВКЛ с инструментарием, позволяющим обеспечить оперативную актуализацию используемых в процессе обучения знаний и формирование на основе этих знаний навыков с использованием современных информационных средств. Цель анализа. Целью анализа является выявление возможностей и способов повышения эффективности функционирования виртуальной компьютерной лаборатории в процессе подготовки кадров в области информационных технологий с использованием современных методов обработки информации.

Задача анализа. Задачей анализа, выполняемого в данной работе, является выявление системных связей (связей между элементами системы, определяющих ее строение и функционирование) в процессе формирования профессиональных компетенций в области ИТ на основе виртуальной компьютерной лаборатории.

Выполнение анализа основано на системном представлении процесса обучения в области информационных технологий на основе виртуальной компьютерной лаборатории. В соответствии с представлением системы в виде: S= Z, STR, TECH, COND , (1.1) где Z - цели системы, STR - структура системы, включающая элементы и связи между ними, TECH - совокупность технологий, реализующих систему, COND - факторы, влияющие на создание и функционирование системы [27] предложены следующие определения: - цель системы - формирование профессиональных компетенций в области ИТ на основе виртуальной компьютерной лаборатории; - априорное представление о структуре системы включает субъекты обучения (обучающихся), образовательный контент (структурированное предметное содержание, используемое в образовательном процессе) [28], преподавателя (инструктора, наставника); - совокупность технологий включает программно-аппаратный комплекс виртуальной компьютерной лаборатории и методы и средства управления знаниями.

Для анализа предметной области в данной работе выполняется последовательная формализация, позволяющая перейти от слабоформализованных моделей, построенных в соответствии с содержательной постановкой задачи к формальным моделям, основанным на аппарате семантических сетей. Семантическая сеть представляет из себя ориентированный граф, вершины которого понятия предметной области, а дуги - отношения между ними.

В данной работе в качестве вершин семантической сети выступают элементы системы процесса обучения в области информационных технологий. Элемент системы может быть представлен в виде: T = N, t, D, P , (1.2) где N - имя элемента, t - обозначение элемента, D - описание элемента, P -множество свойств элемента. Связь или отношение между элементами может быть представлено в виде: L = t1, t2, Lt, Ls , (1.3) где t1 и t2 - элементы, между которыми установлена связь, Lt - тип связи, Ls -описание связи. К наиболее распространенным в семантических сетях относятся связи следующих типов: функциональные, часть-целое, атрибутивные, логические, лингвистические, временные, пространственные [15]. Например, фрагмент семантической сети, включающий элементы системы "обучающийся", "образовательный материал", "лабораторная работа" и системные связи между ними может быть задан в табличном виде (см. таблицы 1 и 2) и иметь графическое представление.

Разработка алгоритма формирования домена знаний предметной задачи

Определение потребности в знаниях. Определение потребности в знаниях, которые необходимы для использования в образовательном процессе вуза происходит исходя из требований образовательных стандартов, с учетом профессиональных стандартов и требований работодателей.

Как уже отмечалось, деятельность учебного заведения характеризует высокая степень стандартизации знаний и навыков. Это облегчает идентификацию предметных областей накопления знаний и их декомпозицию. Карта знаний может в высокой степени соответствовать структуре преподаваемых дисциплин. Однако этот же фактор осложняет интеграцию в систему новых областей знаний или компетенций, большинство из которых являются междисциплинарными (или трансдисциплинарными).

В то же время размытость стратегии вуза препятствует созданию централизованной системы управления знаниями. У факультетов и даже кафедр могут существовать собственные стратегии развития, соответственно, можно говорить о том, что система управления знаниями учебного заведения скорее будет состоять из слабо связанных локальных подсистем. Но, учитывая важность междисциплинарных исследований, необходимы механизмы сквозного поиска информации и определения семантических связей в различных предметных областях.

Анализ имеющихся знаний. Как отмечалось выше, знания, используемые в учебном процессе, являются осознанными и, так или иначе, формализованными. Точки локализации знаний (сотрудники, являющиеся носителями знаний, базы учебно-методических материалов) хорошо известны. Это дает возможность относительно легко установить объем имеющихся знаний по областям.

Несколько сложнее обстоит дело в той части, которая относится к повышению квалификации преподавателей. Это связано с особенностями взаимоотношений в коллективе с экспертной иерархией. Установить, достаточен ли объем знаний в предметной области эксперта в этой области сложно по определению. В данном случае применяются процедуры обязательного повышения квалификации. Но, в целом, можно сказать, что актуализация знаний преподавателей во многом зависит, и будет зависеть от сознательности и степени самоконтроля самих преподавателей.

Определение разрывов. Анализ расхождения между имеющимися и необходимыми знаниями (особенно это касается практических знаний) в вузе необходимо выполнять с привлечением специалистов (как внутренних, так и внешних), активно занимающихся практической деятельностью в конкретных областях. На данном этапе может быть необходима интеграция системы управления знаниями вуза с аналогичными системами внешних организаций.

Важным индикатором нехватки знаний в определенной области может быть появление большого количества вопросов, задаваемых студентами. Для организации процесса управления знаниями вуза необходимо фиксировать такие запросы на знания и учитывать их на стадии приобретения знаний.

Выполнение приведенных шагов процесса идентификации знаний позволяет получить перечень конкретных направлений (предметных областей), по которым наблюдается нехватка знаний для эффективной организации образовательного процесса. Нехватка знаний может быть выражена в использовании в процессе обучения устаревших технологий (особенно это относится к информационным технологиям), методов выполнения работ, отсутствии сведений о актуальных направлениях развития в предметных областях деятельности. Например, использование принципов дизайна интерфейсов веб-приложений пятилетней давности слабо применимо к современным условиям, когда большинство просмотров происходит с мобильных устройств.

Создание/приобретение. После выполнения всех шагов процесса идентификации возможен переход к деятельности по заполнению выявленных пробелов в организационном знании для увеличения эффективности знаниевых активов предприятия. Даная деятельность выполняется в рамках выполнения шагов процесса приобретения знания, представленных на рисунке 12. Для вуза, это, в первую очередь, приведения структуры и содержания образовательных программ к требованиям стандартов, потребностям работодателей и экономики в целом.

Поиск знаний. Первым шагом в процессе приобретения знаний является поиск недостающих знаний, включающий выбор возможных источников и способов их приобретения.

Среди возможных источников приобретения знаний вузом можно назвать выполнение научно-исследовательских проектов (самостоятельно или в партнерстве с проектными или исследовательскими организациями), приобретение доступа к базам знаний по предметным областям, библиотекам, профильным журналам и т.д. Существенную роль в приобретении недостающей информации может сыграть коллективный целенаправленный поиск в открытых источниках с привлечением студентов, преподавателей и представителей работодателей. Привлечение студентов к поиску недостающих знаний может оказаться очень эффективным как с точки зрения пополнения знаний, так и с точки зрения мотивации студентов к более деятельному участию в образовательном процессе.

В вопросе приобретения знаний в вузе важную роль может играть не только преподаватель, но и администрация, так как организация доступа к источникам знаний может потребовать заключения договоров со сторонними организациями и специалистами (электронными библиотеками, научными журналами, различными электронными базами знаний, компаниями, заинтересованными в подготовке специалистов, ведущими исследователями в различных областях).

Способы приобретения знаний находятся в непосредственной зависимости от выбранных источников. В данном вопросе у вуза имеется, как правило, больше возможностей, чем у среднестатистического предприятия в связи с наличием инфраструктуры, ориентированной на передачу знания.

Фильтрация знаний. Термин фильтрация знаний сходен по содержанию с фильтрацией данных. Если ранее одной из основных проблем работы со знаниями являлась их скудность, недоступность, то сейчас серьезной проблемой является переизбыток информации. Следовательно, знания и информацию из отобранных источников необходимо отфильтровать (сократить ее избыточность) перед тем, как использовать в образовательной или проектной деятельности.

Стадия фильтрации знаний в основном выполняется преподавателями и представителями работодателей, привлеченными к образовательному процессу, как экспертами предметной области. Именно преподаватель несет ответственность за содержательную часть учебных курсов, руководит самостоятельной работой студентов.

Приобретение новых знаний. Приобретение знания может происходить двумя способами. Первый – поиск и приобретение недостающих знаний во внешних (или внутренних) источниках, второй – наиболее сложный, но и наиболее ценный – создание новых знаний.

Создание новых знаний является наименее формализуемым из описываемых процессов. Возникновение нового знания в организации может происходить множеством различных способов, как на личном, так и на групповом уровне: в процессе выполнения работы, совместного обсуждения проблем, проведения экспериментов и т.д.

База знаний информационно-программной среды управления знаниями

Для создания информационно-программной среды управления знаниями, представляющей из себя среду обучения [73], реализующую описанный подход к подготовке высококвалифицированных ИТ-специалистов на основе предложенных моделей и алгоритмов были выполнены следующие шаги: - разработаны функциональные требования к СУЗ ВКЛ; - разработаны архитектурные принципы СУЗ ВКЛ и построены архитектурные модели; - выполнены проектирование и разработка модулей системы. Для разработки архитектуры информационно-программной среды управления знаниями была выполнена декомпозиция требований, сформулированных в результате аналитического исследования в главе 1 с учетом представленных в главе 2 моделей и алгоритмов управления знаниями. В результате декомпозиции были сформулированы 4 группы функциональных требований, которые легли в основу архитектурных моделей системы. Первая группа требований относится к поддержке формирования профессиональных компетенций обучающихся в процессе решения профессиональных предметных задач: 1. возможность структурирования и представления знаний в соответствии со структурой предметной задачи; 2. возможность формирования группы решения предметной задачи; 3. наличие инструментов групповой работы над решением задачи (групповое обсуждение, совместная работа с контентом); 4. возможность создания конфигураций ВКЛ для развертывания инфраструктуры и программного обеспечения, необходимого для выполнения предметной задачи и, соответственно, апробации знаний и формирования необходимых навыков.

Вторая группа включает требования, качающиеся обеспечения приобретения обучающимися востребованных профессиональных компетенций в области ИТ путем предоставления им необходимых знаний и формирования на их основе навыков и умений в соответствии с согласованными требованиями ФГОС, профессиональных стандартов и работодателей:

Важную роль в построении системы играет интеграция инструментов, обеспечивающих реализацию второй группы требований на основе социальной сети. Социальные сети являются перспективным инструментом, необходимым для организации необходимых коммуникации как внутри, так и между группами, участвующими в решении предметных задач. Использование социальной сети может послужить дополнительным мотивирующим фактором для обучающихся [74].

Сформулированные функционала «с нуля», либо построения решения на основе интеграции готовых систем и компонент. Для ответа на этот вопрос требуется проведение дополнительного исследования существующих информационных систем, применяемых для целей управления знаниями, на предмет соответствия их функционала сформулированным требованиям. Анализ информационных систем, применяемых для управления знаниями. Информационные технологии функциональные требования к информационно-программной среде управления знаниями позволяют перейти к выбору технологического решения для ее создания.

Перед началом разработки необходимо принять решение о разработке требуемого являются важным инструментом управления знаниями в организациях. В настоящее время, нарду с такими, ставшими уже традиционными технологиями управления знаниями, основанными на методах искусственного интеллекта, как различные экспертные системы, интеллектуальные системы поддержки принятия решений активно используются корпоративные порталы знаний, социальные сети и системы, основанные на Wiki.

Довольно сложно ввести классификацию информационных технологий управления знаниями, которая была-бы достаточно универсальной и удовлетворяла большинство специалистов.

В статье «Информационные технологии управления знаниями» [75] авторы выделяют следующие категории: технологии доступа к информации; технологии совместной работы и социально-ориентированное программное обеспечение; системы управления контентом; Web 2.0 инструменты; инструменты структурирования знаний; компоненты УЗ в специализированных системах. Л. Черняк предлагает следующую классификацию технологических средств управления знаниями: добыча данных и текстов (Data mining, Text Mining) — распознавание образов, выделение значимых закономерностей из данных, находящихся в хранилищах или входных или выходных потоках. Эти методы основываются на статистическом моделировании, нейронных сетях, генетических алгоритмах и др.; системы управления документооборотом (Document management) — хранение, архивирование, индексирование, разметка и публикация документов; средства для организации совместной работы (Collaboration) — сети intranet, технологии группой работы, синхронные и асинхронные конференции; корпоративные порталы знаний; 102 средства, поддерживающие принятие решений (Decision support) — экспертные системы, системы, поддерживающие дискуссионные группы и т.д. [76,77].

В данной работе для выполнения анализа выделены четыре группы информационных технологий управления знаниями, пересекающиеся с приведенными классификациями: базы знаний; социальные средства, включая социальные сети и вики; корпоративные системы, ориентированные на управление знаниями; корпоративные системы, косвенно использующие методы управления знаниями. Отдельно рассмотрены системы электронного обучения (e-learning).

Базы знаний представляют из себя совокупность программных средств, обеспечивающих поиск, хранение, преобразование и запись в памяти ЭВМ сложно структурированных информационных единиц (знаний) [78]. В настоящее время базы знаний применяются не только для создания систем искусственного интеллекта, но и используются как часть корпоративных систем управления знаниями для организации представления корпоративного контента в структурированном виде и для обеспечения возможности формирования разнообразных отчетов по запросам пользователей. База знаний является необходимым элементом системы управления знаниями. В соответствии с приведенными ключевыми особенностями база знаний создаваемой системы должны быть основана на формальной модели, ориентированной на представление единиц знаний в системе в соответствии со структурой решения предметных задач.

К социальным средствам управления знаниями в первую очередь относятся социальные сети и технологии, основанные на Wiki. Социальные сетей общего назначения являются мощным инструментом маркетинга, проведения различных социальных исследований [79]. Они находят свое применение и в образовании и управлении знаниями. На рисунке представлено соответствие распространенных социальных сервисов и процессов цикла управления знаниями. Для создаваемой системы важным является инструментарий социального взаимодействия и совместной работы, представленный в социальных сетях.

Апробация макета информационно-программной среды управления знаниями на основе виртуальной компьютерной лаборатории

Знания, содержащиеся в домене, и созданная конфигурация ВКЛ позволяют формировать необходимые для решения предметной задачи умения и навыки. Таким образом разработанная информационно-программная среда позволяет формировать компетенции в процессе решения предметных задач на основе актуальных, полных и достоверных знаний о решении задачи. Выполнение условий актуальности, полноты и достоверности знаний обеспечивается привлечением к формированию оценке знаний не только преподавателя, но и представителей работодателей, участвующих в решении реальных задач, а также наличием механизма практической апробации знаний.

Успешное внедрение ВКЛ в образовательный процесс университета «Дубна» позволило усовершенствовать и расширить возможности по подготовке востребованных современным обществом специалистов и перейти к решению новых актуальных образовательных задач.

Переход от ВКЛ к СУЗ ВКЛ путем создания инструментария для управления знаниями позволяет обеспечить формирование актуального контента, предоставляя следующие возможности: - апробация новых гипотез (утверждений о знаниях), появляющихся в процессе развития контента. В том числе ВКЛ позволяет оперативно и максимально гибко создавать необходимую для моделирования проблемных ситуаций программную инфраструктуру. В первую очередь это относится к доменам знаний, относящимся к информационным технологиям, но не ограничивается ими, в связи с широким применением ИТ, практически, во всех естественно-научных и даже гуманитарных направлениях исследований. - переоценка имеющихся знаний, которую необходимо проводить в связи с возникновением новых задач, получением результатов исследований, поиском и апробацией вариантов решений практически-значимых проблем. Создание системы управления знаниями виртуальной компьютерной лаборатории позволит своевременно идентифицировать и устранить противоречия, возникающие между существующими и вновь приобретенными знаниями. - создание потенциала для возникновения новых знаний и гипотез за счет наличия площадки для коллективного выполнения и обсуждения практически-значимых проектов и исследований. Формализацию и социализацию таких знаний обеспечивает соответствующий инструментарий СУЗ ВКЛ.

Так же, средствами СУЗ ВКЛ обеспечиваются представление, хранение, структуризация и архивирование знаний [94].

Информационно-программная среда управления знаниями, созданная на основе ВКЛ позволяет обеспечить формирование профессиональных компетенций на основе актуальных наборов знаний, сформированных с участием представителей работодателей. Это позволяет интегрировать обучающихся в производственную среду еще в процессе обучения и обеспечивает их быструю адаптацию на предприятиях после окончания учебного заведения. Помимо этого, Информационно-программная среда управления знаниями позволяет учебным заведениям выполнять совместные с предприятиями или другими организациями образовательные и прикладные проекты и исследования. Таким образом создается площадка для организации сетевого взаимодействия организаций, заинтересованных в подготовке кадров в области информационных технологий.

В процессе апробации макета информационно-программной среды управления знаниями была выполнена также оценка показателей надежности всего программно-аппаратного комплекса, для определения возможности его постоянной эксплуатации в рамках образовательного процесса.

Оценка была выполнена с учетом требований ГОСТ 28195-89 [101], ГОСТ 28806-90 [102], ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 [103] и ГОСТ Р 27.002-2009 [104]. Были рассчитаны следующие показатели надежности: - Показатель устойчивости к искажающим воздействиям: где D - число экспериментов, в которых искажающие воздействия приводили к отказу, К - общее число экспериментов, в которых имитировались искажающие воздействия. За искажающие воздействия к программному обеспечению были приняты неверные команды и входные данные, а также статистика сетевых атак. За искажающие воздействия к аппаратной платформе была принята температура воздуха в помещении и максимальная нагрузка на сервера. В обоих случаях показатель устойчивости к искажающим воздействиям P(Y) не опускался ниже значения 0,98. - Вероятность безотказной работы: где Q - число зарегистрированных отказов, N - общее число экспериментов. За эксперименты была принята ежедневная работа ВКЛ в часах в течение трех месяцев. За отказы была принята поломка какого-либо аппаратного компонента или программный сбой, возникающий в результате непредвиденных действий администраторов системы, пользователей системы или искажающих воздействий. Вероятность безотказной работы за 3 мес. функционирования составила Р=0,98. За допустимое среднее время восстановления был принят интервал равный одному академическому часу. Число восстановлений N=12 за выбранный период в два месяца. Определенное по приведенное формуле ТВ -29 мин., а значит оценка по среднему времени восстановления QВ=\.

Результаты апробации макета информационно-программной среды управления знаниями позволяют сформулировать третье защищаемое положение: Разработанная информационно-программная среда управления знаниями обеспечивает приобретение обучающимися в области информационных технологий востребованных профессиональных компетенций.

Преимущества, создаваемые применением СУЗ ВКЛ в образовательном процессе подготовки кадров в области ИТ позволяю рекомендовать данную систему для применения не только при проведении практических занятий в вузах и учреждениях среднего профессионального образования, но и при организации межвузовского сетевого взаимодействия при подготовке кадров в области ИТ, и при соответствующей доработке, в других областях, в которых требуется оперативная актуализация образовательного контента.