Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретико-методологические основы моделирования индивидуальной траектории обучения студента 10
1.1. Особенности и проблемы моделирования индивидуальной траектории обучения на основе компетентностного подхода 10
1.2. Анализ существующих методов решения задач оценки и оптимизации процесса обучения 23
1.3. Постановка задачи моделирования индивидуальной образовательной траектории 31
Выводы 43
ГЛАВА 2. Модели и алгоритмы оценки уровня сформированности компетентности и оптимизации траектории обучения студента 45
2.1. Модель комплексной оценки уровня сформированности компетентности студента ВУЗа 45
2.2. Алгоритм оценки уровня сформированности компетентности студента 56
2.3. Модель и алгоритм оптимизации индивидуальной траектории обучения
2.3.1 Модель оптимизации индивидуальной траектории обучения студента 65
2.3.2 Алгоритм оптимизации индивидуальной траектории обучения студента 70
2.3.3 Модель оптимизации индивидуальной траектории обучения с учетом пожеланий студента 73
Выводы 76
ГЛАВА 3. Реализация моделей и алгоритмов оценки компетентности и оптимизации индивидуальной образовательной траектории студента вуза с использованием информационной системы
3.1 Проектирование автоматизированной информационной системы 77
3.2 Анализ экспериментальных исследований по моделированию индивидуальной траектории обучения студентов направления «Прикладная информатика в социальной сфере» 89
Выводы 102
Заключение 103
Список литературы
- Анализ существующих методов решения задач оценки и оптимизации процесса обучения
- Постановка задачи моделирования индивидуальной образовательной траектории
- Алгоритм оценки уровня сформированности компетентности студента
- Анализ экспериментальных исследований по моделированию индивидуальной траектории обучения студентов направления «Прикладная информатика в социальной сфере»
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время подготовка студентов производится на основании федеральных государственных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) третьего поколения, определяющих требования к результатам освоения основных образовательных программ (ООП) подготовки в терминах компетентностного подхода. Данный подход описывает лишь результат образовательной деятельности, но не определяет полностью набор дисциплин подготовки.
Не менее одной трети вариативной части суммарно по циклам Б.1, Б.2 и Б.З образовательной программы составляют дисциплины по выбору студента, что составляет около 15% от объема ООП. Частью учебной практики является научно-исследовательская деятельность, от тематики которой зависит перечень формируемых компетенций. Трудоемкость научно-исследовательской деятельности может доходить до 5% ООП. Оценка качества освоения ООП включает итоговую государственную аттестацию, трудоемкость которой составляет около 5%.
Таким образом, четверть ООП носит вариативный характер и зависит от выбора студента, что существенно отражается на результатах формирования различных компетенций. В связи с этим важной является проблема построения индивидуальной траектории обучения студента (ИТОС) в виде последовательности изучаемых дисциплин, выбора тематики научно-исследовательской деятельности и выпускной квалификационной работы.
Построение оптимальной ИТОС является сложной, слабо формализованной задачей, что обусловлено целым рядом факторов, ключевыми из которых являются:
большая размерность задачи моделирования ИТОС, вызванная необходимостью учитывать не только процесс обучения, но и требования рынка труда к уровню подготовки студента, а также его индивидуальные особенности;
неоднородность шкал измерений результатов обучения, социально-личностных качеств студента;
иерархическая структура показателей и нелинейный характер взаимосвязи между ними.
Среди работ, посвященных моделированию процесса и результатов обучения, широкое распространение получили подходы к изучению их состояния в статике. При этом существующая практика оценки качества подготовки обучающихся основана в основном на экспертных оценках и на математических операциях агрегирования численных величин, что не позволяет учесть большое количество показателей оценки компетентности, измеренных в различных типах квалиметрических шкал и сложные взаимосвязи между ними. В меньшей мере изучены вопросы динамических изменений компетентности студента и построения оптимальных ИТОС. Существующие модели включают в ИТОС только дисциплины ООП, не учитывая тематику научно-исследовательскую деятельность.
Обозначенные выше проблемы предопределили актуальность диссертационного исследования.
Степень изученности проблемы. В своих исследованиях автор полагался на труды отечественных и зарубежных ученых, внесших значительный вклад в теорию и практику оценки компетентности и моделирования ИТОС. Теоретические и методологические аспекты проблемы качества образовательного процесса и компетентности его участников исследуются в работах ученых Байден-ко В.И., Зимней И.А., Болотова В.А, Зеера Э., Сыманюка Э., Хуторского А.В., Татура Ю.Г., Ибрагимова Г.И., Субетто А.И., Богословского В.А., Берестневой О. Г., Марухиной О. В., Фионовой Л.Р., Wang, H.F., Jih-Jeng Huanga, Hsin-Li Chang, Shirley Williams и многих других. В работе были использованы научные труды Гаврил овой Т. А., Галушкина А.И., Горбаня А.Н., Кохонена Т., Круглова В.В., Силича В.А., Пятковского О.И., посвященные применению нейросетевых технологий и экспертных систем в задачах социально-экономической сферы и управления.
Цель диссертационного исследования - разработка моделей и алгоритмов для оптимизации ИТОС на основе комплексного применения гибридных экспертных систем и динамического программирования.
Поставленная цель определила следующие основные задачи, которые подлежали решению в рамках данного диссертационного исследования:
-
Провести системный анализ существующих методов и алгоритмов оценки компетентности студента и моделирования ИТОС.
-
Разработать модель оценки компетентности выпускника ВУЗа с учетом результатов освоения ООП, научно-исследовательской работы, индивидуальных особенностей студента и требований ФГОС ВПО.
-
Разработать алгоритм оценки компетентности студента на основе использования гибридных экспертных систем и методов предобработки данных с учетом требований рынка труда к уровню подготовки студента.
-
Разработать модели оптимизации ИТОС на основании критерия максимизации уровня сформированности компетентности студента с учетом и без учета пожеланий студента.
-
Создать информационную систему поддержки полученных алгоритмов и модели.
-
Провести вычислительные эксперименты по решению задачи нахождения оптимальной ИТОС на основе компетентностного подхода.
Объектом диссертационного исследования выступает ИТОС. Предметом исследований являются модели и алгоритмы оптимизации ИТОС.
Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:
-
Дана авторская трактовка категориального аппарата управления процессом обучения, а именно уточнены понятия «индивидуальная траектория обучения» и «оптимальная индивидуальная траектория обучения» с учетом особенностей компетентностного подхода, выявлены структура и состав компетентности студента.
-
Построена динамическая многоуровневая модель оценки компетентности студентов по результатам освоения ими ООП, научно-исследовательской деятельности с учетом требований ФГОС ВПО.
3. Впервые предложено комплексное использование гибридного подхода и динамического программирования для моделирования и оптимизации ИТОС с возможностью активного участия студента в управлении траекторией обучения.
Теоретическая и практическая значимость. Разработанные модели и алгоритмы применимы для решения задачи оценки и оптимизации формирования компетентности студента ВУЗа. Результаты диссертации используются на факультете социологии ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет» для оценки уровня сформированности компетентности студентов, моделирования и оптимизации ИТОС. Результаты исследования используются для подготовки магистров по направлению «Интеллектуальные системы в социальной сфере» в рамках учебных курсов «Интеллектуальный анализ данных», «Нейро-сетевые информационные технологии» на факультете социологии ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет». Разработанная информационная система внедрена в состав информационных систем сбора данных и анализа системы образования в КГБУО "Алтайский информационно-аналитический центр".
Методология и методы исследования. При реализации целей и задач исследования автор использовал методы системного анализа, интеллектуального анализа данных, предобработки данных, экспертных оценок, нейросетевого моделирования, динамического программирования, теории принятия решений. Данные методы применялись в различных комбинациях на разных этапах исследования в зависимости от поставленных целей и решаемых задач.
Положения, выносимые на защиту.
-
Модель оценки компетентности студента ВУЗа с учетом требований и ограничений ФГОС ВПО третьего поколения, учитывающая результаты освоения ООП, научно-исследовательской работы, индивидуальные особенности студента и позволяющая оценивать состояние отдельных компетенций и уровень сформированности компетентности в целом.
-
Модель оптимизации ИТОС на основе комплексного использования гибридного подхода, методов предобработки данных и динамического программирования с учетом требований рынка труда.
Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования диссертационной работы основана на корректности постановок задач и используемых методов, доказывается результатами вычислительных экспериментов на реальных данных, в которых производится сопоставление критериев оценки полученного уровня сформированности компетентности с экспертными оценками, а также соответствующими справками о внедрении.
В качестве нормативной и информационной базы были использованы федеральные государственные стандарты высшего профессионального образования, учебные программы, учебные планы, научные публикации и материалы периодической печати. Методические возможности, реализованные автором в практической части диссертационного исследования, являются результатом сотрудничества с ООО «Аналитические технологии» по программе дистанционного обучения ученых и преподавателей вузов по курсам «Корпоративные ана-
литические системы» и «Использование аналитической платформы Deductor в науке и образовании» (2007-2009 гг.).
Область исследования. Область исследования соответствует Паспорту специальностей ВАК Минобразования и науки РФ специальности 05.13.10 -«Управление в социальных и экономических системах», п. 2. «Разработка методов формализации и постановка задач управления в социальных и экономических системах», п.З. «Разработка моделей описания и эффективности решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах», п.4. «Разработка методов и алгоритмов решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах», п.6. «Разработка и совершенствование методов получения и обработки информации для задач управления социальными и экономическими системами».
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Москва, 2009, 2010); пятой международной научно-теоретической конференции «Образование и наука в третьем тысячелетии» (Барнаул, 2009); региональной конференции по математике МАК (Барнаул, 2010, 2013); десятой международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2010); межрегиональной школе-семинаре «Ломоносовские чтения на Алтае» (Барнаул 2010); пятой научно-практическая конференция «Социологические методы в современной исследовательской практике» (Москва, 2011); второй межвузовской научно-практической конференции «Бизнес-аналитика. Использование аналитической платформы Deductor в учебном процессе вуза» (Рязань, 2011); международной школе-семинаре «Ломоносовские чтения на Алтае» (Барнаул, 2012); международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2013» (Москва, 2013); международной научно-практической интернет-конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2013».
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом Минобрнауки в рамках государственного задания на оказание государственных услуг «Разработка теоретико-игровых моделей социальных и экономических процессов с использованием принципов системного компромисса». Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ «Рынок труда как индикатор трансформации социальной структуры современного российского общества (на примере исследований в Алтайском крае)» №12-13-22001.
Публикации. По теме исследования опубликовано 24 печатные работы, в том числе 1 монография, 11 статей в периодических изданиях (5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), 12 тезисов докладов конференций.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (102 наименование) и приложения. Основное содержание работы изложено на 116 страницах машинописного текста и содержит 15 рисунков и 30 таблиц.
Анализ существующих методов решения задач оценки и оптимизации процесса обучения
В условиях динамично развивающегося современного рынка труда, характеризующегося противоречивостью, неопределенностью и нестабильностью стратегии и адаптивные возможности выпускников учебных заведений зависят от накопленного образовательного капитала. В начале профессиональной деятельности особенно активно происходит применение образовательных ресурсов выпускника, накопленных в ходе формирования и развития образовательной траектории.
Индивидуальная образовательная траектория представляет собой целенаправленную моделируемую образовательную программу, обеспечивающую позицию субъекта выбора, разработки, реализации образовательного стандарта [22].
Согласно федеральному закону «Об образовании» обучающимся предоставляются академические права на участие в формировании содержания своего профессионального образования при условии соблюдения федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального и высшего образования, образовательных стандартов в порядке, установленном локальными нормативными актами и на выбор факультативных (необязательных для данного уровня образования, профессии, специальности или направления подготовки) и элективных (избираемых в обязательном порядке) учебных предметов, курсов, дисциплин (модулей) из перечня, предлагаемого организацией, осуществляющей образовательную деятельность [1], т.е. права на участие в формировании индивидуальной образовательной траектории закреплено на законодательном уровне.
Индивидуальная образовательная траектория включает индивидуальный образовательный маршрут и способ его реализации. Индивидуальный образовательный маршрут рассматривается как целенаправленно проектируемая дифференцированная образовательная программа, которая определяется образовательными потребностями, индивидуальными способностями и возможностями учащегося, а также стандартами образования [60]. При этом согласно ФГОС ВПО третьего поколения Вуз обязан обеспечить обучающимся реальную возможность участвовать в формировании своей программы обучения, включая возможную разработку индивидуальных образовательных программ, а также давать консультацию по выбору дисциплин (модулей) и их влиянию на будущий профиль подготовки студента.
Основная особенность новых ФГОСов состоит в том, что они разрабатываются на основе компетентностного подхода, а результатом обучения является освоенный набор компетенций. Соответственно в качестве основного критерия оценки эффективности процесса обучения по индивидуальной образовательной траектории целесообразно рассматривать уровень сформированности компетенций.
Компетентностный подход в образовании - это подход к определению целей, отбору содержания, организации образовательного процесса, выбору образовательных технологий и оценке результатов образования, основанный на предоставлении результатов образования в виде актуальной совокупности компетенций (компетентностей) выпускников учебных заведений и соответствующих уровней сформированности этих компетенций (компетентностей) [5].
Базовыми понятиями компетентностного подхода являются понятия компетентность и компетенции. Анализ научных публикаций показывает, что в настоящее время не существует единого определения понятий «компетентность» и «компетенция».
Существует следующие подходы интерпретации понятий «компетентность» и «компетенция»: либо они отождествляются [13, 28], либо дифференцируются [33, 35, 80]. В российской практике понятия «компетенция», «компетентность» принято различать. Например, Хуторской [80] в определение компетенции включает совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов, и необходимых для качественной продуктивной деятельности по отношению к ним, а под компетентностью понимает владение, обладание человеком соответствующей компетенцией, включающей его личностное отношение к ней и предмету деятельности.
Так, Зеер Э.Ф. и Сыманюк Э.Э. [33], обозначают термином «компетентность» - интегративную целостность и действенность знаний, умений, навыков вообще, а термином «компетенции» - интегративную целостность, действенность знаний, опыта в профессиональной деятельности.
Зимняя И.А. [34] определяет компетенции как некоторые внутренние, потенциальные, сокрытые психологические новообразования (знания, представления, программы (алгоритмы) действий, системы ценностей и отношений), которые затем выявляются в компетентностях человека как актуальных, деятельностных проявлениях, а компетентность как совокупность новообразований, знаний, системы ценностей и отношений, способствующая созданию ценностно-смысловых, поведенческих, мотивационных, эмоционально-волевых, когнитивных результатов личностной деятельности субъектов.
Болотов В.А. [13] понимает под компетенциями - некоторые внутренние, потенциальные, сокрытые психологические новообразования (знания, представления, программы (алгоритмы) действий, системы ценностей и отношений), которые затем выявляются в компетентности человека как актуальных, деятельностных проявлениях.
Татур Ю.Г. [75] понимает компетентность специалиста с высшим образованием как «проявленные им на практике стремление и способность (готовность) реализовать свой потенциал (знания, умения, опыт, личностные качества и др.) для успешной творческой (продуктивной) деятельности в профессиональной и социальной сфере, осознавая ее социальную значимость и личную ответственность за результаты этой деятельности, необходимость ее постоянного совершенствования».
В стандартах ФГОС ВПО [77] компетенция рассматривается, как способность применять знания, умения и личностные качества для успешной деятельности в определенной области.
На основании проведенного анализа работ можно сделать вывод, что компетенцию необходимо рассматривать как сложный объект исследования, основными элементами которого являются знания, умения, навыки и личностные качества обучаемого. Вместе с тем в литературе [4, 7, 8, 24, 25, 33, 34, 37, 73, 76] выделяют следующие сущностные характеристики компетенции:
Постановка задачи моделирования индивидуальной образовательной траектории
Основой для разработки модели оценки уровня сформированности компетентности студента являются положения, сформулированные в федеральных государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) для бакалавров. На основе системного подхода к анализу предметной области была разработана система оценки сформированности компетентности компетентности студента, имеющая 4-х уровневую структуру. Она включает [86]: -уровень интегральной компетентности. На данном уровне рассчитывается уровень сформированности компетентности студента у 0 в семестре t; - уровень обобщающих компетенций. На данном уровне оцениваются общекультурная компетенция у[ и профессиональная компетенция у 2; - уровень промежуточных компетенций. На данном уровне оцениваются виды профессиональной деятельности бакалавров: проектная деятельность (у21); организационно-управленческая и производственно-технологическая деятельность (у22); аналитическая деятельность (у 2г); научно-исследовательская деятельность (у 24). При построении системы оценки этого уровня сформированности компетентности студента представляется целесообразным добавить вспомогательные блоки, оценивающие общенаучные (у и), социально-личностные (у п) и инструментальные компетенции (у п). Последние не обозначены в макете ФГОС ВПО, однако, выделенные на рис.5. штрихпунктирнои линией, они используются для выполнения промежуточных расчетов; LXX1J і
Структура оценки сформированности компетентности студента - уровень частных компетенций. Оценивается множество частных компетенций У = \у ф) ( і = 1, 2, j = 1, і + 2, к = 1, кц, где кц - количество частных 2 и-2 компетенций, формирующих промежуточную компетенцию y yi K = YJk,J «1 ,=1 общее количество частных компетенций), перечисленных в ФГОС ВПО соответствующего направления подготовки. Также на данном уровне могут быть оценены дополнительные компетенции, если они рекомендованы выпускающей кафедрой, либо определены на основе экспертного опроса работодателей и специалистов в данной области. Частные компетенции у чк являются элементарными и не подлежат дроблению на более мелкие и представляют основу при оценке уровня сформированности компетентности студента.
В соответствии с введенными обозначениями показатель интегральной оценки компетентности по результатам обучения в семестре t можно описать как функцию от двух аргументов:
Оценка частных компетенций должна производиться по результатам освоения образовательной программы [68]. Перечень дисциплин циклов, модулей дисциплин и разделов составляется на основе анализа ФГОС ВПО по направлению подготовки, учебных планов, рабочих программ и других методических документов.
Обозначим М = {1,2,..., т } - множество модулей дисциплин учебных циклов и разделов, которые осваивает студент в семестре t. Трудоемкость каждого модуля дисциплины или раздела обозначим z n, при этом общая трудоемкость по всем дисциплинам и разделам семестра г составляет z =2 z m зачетных единиц и определяется ФГОС ВПО по направлению подготовки.
По каждой дисциплине и разделу ВУЗом разрабатываются конкретные формы и процедуры текущего и промежуточного контроля знаний, включающие типовые задания, контрольные работы, тесты и методы контроля, позволяющие оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций, которые доводятся до сведения обучающихся в течение первого месяца обучения [77].
Множество результатов освоения образовательной программы студентом в семестре t, обозначим Х иоп ={х[,...,х т,).
Научно-исследовательская работа является неотъемлемой частью подготовки студента ВУЗа и оценивается в первую очередь научным руководителем, так в качестве критериев оценки могут быть использованы оценки публикаций, выступлений на конференциях в зависимости от статуса мероприятия.
Множество результатов научно-исследовательской работы студента в семестре t, обозначим Х тк =( +1 - + ), ПРИ этом р - количество достижений студента в научно-исследовательской деятельности в семестре / будет различным для каждого студента. Компетенции формируются и вне учебной деятельности. Социально-личностные характеристики также обусловлены направлением подготовки и могут быть оценены при помощи психологических тестов на темперамент, уровень ответственности, конфликтности и др.
Множество оцениваемых в семестре t социально-личностных характеристик студента обозначим Х а, = [х ,,,...,х т,+ , ,J, где q - количество оцениваемых характеристик студента в семестре t. Таким образом, оценка компетентности студента производится на основании множества оценок Xі =Х О0П\jX mPC ul ={х[,...,х г,...,х т,+,+,), при этом х\ є Х г, где Х г - множество возможных значений переменной х\. Перечень частных компетенций, формируемых в каждом модуле дисциплины или раздела, зависит от его содержания, формы обучения и контроля знаний. Определение взаимосвязи между компетенциями и учебными дисциплинами/разделами проводится на основании анализа ФГОС ВПО по направлению подготовки, рабочих программ, карт компетенций и, в случае необходимости, экспертного опроса преподавателей и студентов. Так, например, список компетенций формируемых в процессе научно-исследовательской работы студента, являющейся разделом учебной практики, во многом зависят от характера и темы проводимых исследований, и может быть сформирован научным руководителем. Оценка социально-личностных компетенций невозможна без проведения соответствующих тестов, которые в первую очередь зависят от направленности самих компетенций. Для описания взаимосвязи элементов множества X с множеством частных компетенций / = \у 1]к) введем следующую переменную:
Алгоритм оценки уровня сформированности компетентности студента
Решение задачи оптимизации индивидуальной образовательной траектории с учетом пожеланий студентов производится на основании результатов прямого хода алгоритма нахождения оптимальной траектории, описанного выше в пункте 3.2.2. В результате прямого хода алгоритма формируется множество траекторий "1 " и1 — - К которые могут быть использованы при оптимизации индивидуальной образовательной траектории. Студент может выбрать только из таких траекторий. Рассматривая управление и возможно оценить уровни сформированности компетентности Y" и эффективность выбора . Из возможных траекторий для которых уровень сформированности компетентности больше либо равен заданному У" (У У ) выбирается та, для которой эффективность выбора D минимальна. Эта система иллюстрируется на рис.9. Так согласно схеме, в результате прямого хода алгоритма нахождения оптимальной траектории возможно 4 траектории: и\ -»и\ - и\ - и\, и\ -» и\ - и] - и\,
Схема алгоритма оптимизации траектории обучения с учетом пожеланий студента Предположим, студент обучался по траектории и\ - и\. Тогда дальнейшее обучение возможно только по траекториям щ - М4, и] -+и , выделенным пунктирными линиями. В случае, если в результате обучения по траекториям и\ -» и\ - и3 -» и и и\ - и\ - г/,3 - и, уровень сформированности компетентности то оптимальной будет являться та траектория, для которой значение функции эффективности выбора минимально. Если условию Y" Y" удовлетворяет только одна траектория, то она и будет оптимальной.
Преимуществом такого подхода является, то, что при выборе траектории в семестре t можно целенаправленно формировать индивидуальную образовательную траекторию значительно сократив множество вычислительных процедур. Выводы ФГОС ВПО, в дополнение в структуру включены инструментальные, социально-личностные и общенаучные компетенции и уровень интегральной компетентности. В качестве входных показателей для оценки уровня сформированности частных компетенций автором предложно использовать результаты освоения ООП, достижения в научно-исследовательской деятельности и социально-личностные характеристики студента.
Разработан алгоритм оценки уровня сформированности компетентности студента на основе комплексного использования гибридных экспертных систем и методов предобработки данных. Для каждого уровня предложены методы оценки уровня сформированности компетенций в зависимости от свойств показателей тематических областей компетенций. Для повышения качества оценки компетенций используется методы предобработки данных: фильтрация, нормализация, выявление аномальных переменных.
Разработана модели и алгоритмы оптимизации индивидуальной образовательной траектории. Впервые предложено использование метода динамического программирования для образовательных объектов с иерархической структурой. Оптимальная индивидуальная образовательная траектория определяется на основании максимизации уровня сформированности компетентности с учетом и без учета пожеланий студента.
Проектирование автоматизированной информационной системы Назначение создаваемой информационной системы - информационная поддержка оценки уровня сформированности компетентности выпускника ВУЗа и оптимизации индивидуальной образовательной траектории. Система осуществляет сбор, ввод, учет и хранение информации об учебном процессе (учебный план, рабочие программы учебных курсов, предметов, дисциплин (модулей) и успеваемости студентов, их достижениях в научно-исследовательской деятельности и другие материалы, обеспечивающие качество подготовки обучающихся, а также программы учебной и производственной практик, календарный учебный график и методические материалы. Содержит средства поддержки, контроля и анализа, которые позволяют полностью автоматизировать процессы, связанные с учетом личных данных студентов, анализом полученных оценок и уровня сформированности компетенций, индивидуальной образовательной траектории и ее оптимизации [81, 84].
Схема функционирования информационной системы оценки уровня сформированности компетентности студента и оптимизации индивидуальной образовательной траектории представлена на рис.10. Информационная система состоит из четырех блоков, последовательное выполнение которых позволяет решить задачи оценки уровня сформированности компетентности студента на определенном этапе образовательного процесса и оптимизировать его дальнейшую образовательную траекторию [92]. Это блоки: «Сбор информации», «Подготовительный этап», «Оценка уровня сформрованности компетентности», «Оптимизация индивидуальной образовательной траектории». Сбор информации Подготовительный этап Формирование паспорта компетенций Формирование правил продукции Обучение нсйросети Кохонена и построение самоорганизующихся карт "
Схема функционирования информационной системы В аналитическом блоке «Сбор информации» создаются шаблоны документов, которые состоят из наборов показателей, характеризующих успеваемость студентов, их социально-личностные характеристики, успехи в научно-исследовательской деятельности, характеристики учебного процесса по специальности/направлению в соответствии с ФГОС ВПО. Показатели документов делятся на 2 типа: внутренняя информация и внешняя.
Анализ экспериментальных исследований по моделированию индивидуальной траектории обучения студентов направления «Прикладная информатика в социальной сфере»
Блоки «Подготовительный этап», «Оценка уровня сформрованности компетентности», «Оптимизация индивидуальной образовательной траектории» представляют собой элементы сценария, реализованного в Deductor Studio 5.2. При этом сценарий представляет собой последовательность операций с данными (импорт, обработка, экспорт и т.д), представленную в виде иерархического дерева. В дереве каждая операция образует узел, заголовок которого содержит имя источника данных, наименование применяемого алгоритма обработки, используемые при этом поля и т.д. Кроме этого, слева от наименования узла стоит значок, соответствующий типу операции или типу выборки данных, имеющих место в узле. В блоке «Подготовительный этап» выполняется предобработка данных и вычисление необходимых дополнительных полей.
Для повышения точности оценок предлагается комплексное использование методов предобработки данных, которое заключается в выявлении аномальных значений, выявлении и заполнении пропусков, фильтрации и нормировке разнотипных данных.
Выявление аномальных значений проводилось на основании статистического анализа одномерных рядов. Наличие пропусков может быть вызвано несвоевременным предоставлением информации студентами или ошибками ввода. В случае обнаружения пропусков необходимо уточнение значений исходных данных и параметров. Фильтрация позволила определить тематическую область оценки компетенции.
Переменные, используемые для оценки уровня сформированности компетенций измерены в разных единицах измерения (например, оценка за экзамен и результат тестирования). Чтобы избежать «доминирования» переменных с большим масштабом измерения, предлагается провести предварительную нормировку исходных переменных.
Узел Паспорт компетенций формирует паспорт компетенций в соответствии со схемой, разработанной в параграфе 1.1. Происходит нормировка в поле оценочное средство. В этом блоке происходит проверка ограничений модели на соответствии требованиям ФГОС ВПО и расчет трудоемкости компетенций.
В узле «Экспертный опрос» вычисляются коэффициенты значимости частных компетенций на основании результатов экспертного опроса.
В узле построения правил продукции происходит построении правил продукции на основании опроса работодателей на основании технологии деревья решений по алгоритму С.4.5. Результаты представляются в виде правил, представленных на рис.12.
Для оценки уровня сформированности частных компетенций используются показатели, представленные в паспорте компетенций, а также результаты научно-исследовательской деятельности. Для оценки компетенций производится фильтрация и оценка уровня сформированности частной компетенции производится в отдельном узле. Оценка уровня сформированности частной компетенции производится для каждого семестра. На основании отобранных показателей с помощью формул оценивается уровень сформированности частных компетенций.
Для оценки уровня сформированности промежуточных компетенций используются значений уровня сформированности частных компетенций и коэффициенты значимости частных компетенций, полученные в результате обработки результатов экспертного опроса работодателей.
Для оценки уровня сформированности обобщающих компетенций и интегральной компетентности используются правила созданные в узле «Формирование правил продукции», а также предусмотрена возможность ввода и корректировки правил продукции, что позволяет объяснить причины полученной оценки.
Слияние узлов «оценка уровня сформированности частных компетенций», «оценка уровня сформированности промежуточных компетенций», «оценка уровня сформированности обобщающих компетенций», «оценка уровня сформированности интегральной компетентности» дает проследить траекторию формирования компетентности студента.
Блок «Оценка сформированности компетентности выпускников» не требует постоянного вмешательства в используемую им базу данных, после первоначальной настройки, составлении дерева показателей и правил продукции система может функционировать длительное время.
Блок «Оптимизация индивидуальной образовательной траектории» предназначен для выбора дисциплин, темы научно-исследовательской работы и темы выпускной квалификационной работы для итоговой государственной аттестации. В данном блоке реализуется возможность выбора траектории обучения студента на основании максимизации уровня сформированности компетентности с учетом и без учета пожеланий студента. В данном блоке производится формирование возможных образовательных траекторий, оценка уровня сформированности компетенций для этих траекторий и производится проверка.
Система позволяет функционировать в режимах администратора и пользователя. В режиме администратора проектируется хранилище данных, производится настройка обучения деревьев решений и нейронной сети, существует возможность изменения сценария. В режиме пользователя внесение изменений в сценарий невозможно. Пользователь вносит информацию в шаблоны документов о направлении подготовки, успеваемости студента, его достижениях в научно-исследовательской работе и др. и получает результаты вычислений оценки уровней сформированности компетенций и индивидуальных образовательных траекториях на панели отчетов.
Рассмотрим реализацию построенной модели и информационной системы для оценки уровня сформированности компетентности и оптимизации индивидуальной образовательной траектории студентов направления «Прикладная информатика в социальной сфере». На основании анализа ФГОС ВПО по направлению «Прикладная информатика в социальной сфере» была уточнена структура модели оценки компетентности студента ВУЗа, представленная на рис. 13.
Согласно разработанной модели в качестве входных показателей рассматриваются результаты освоения общей образовательной программы. В эксперименте будем рассматривать только итоговые оценки, которые выставляются студентам в ведомость.
