Модели и алгоритмы поддержки принятия решения в задаче адаптивного управления качеством педагогической системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.10, кандидат технических наук Федюнин, Максим Леонидович

• Федюнин, Максим Леонидович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Федюнин, Максим Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К МОДЕЛИРОВАНИЮ И УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1 Педагогические системы, их характеристики и модели.

1.2 Анализ факторов, влияющих на управление качеством педагогической системы.

1.3 Проблемные вопросы управления качеством образовательного процесса как целостной педагогической системой.

1.3.1 Сущность управления качеством педагогической системы

1.3.2 Организационная структура управления качеством педагогической системы и ее информационные основы.

1.4 Принятие решений в задаче управления качеством педагогической системы.

1.5 Выводы. Цель и задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Общая схема моделирования структуры педагогической систе

2.2 Модель выбора оптимальной структуры педагогической систе

2.3 Информационная технология мониторинга качества связи активных элементов педагогической системы.

2.4 Выводы.

3. МОДЕЛИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В ЗАДАЧЕ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ЗЛ Методика анализа модели организащюнной структуры адаптивного управления качеством педагогической системы.

3.2 Исследование и анализ зависимости организационной структуры педагогической системы от качественных характеристик установленных связей.

3.3 Модели поддержки принятия решения в задаче адаптивного управления качеством педагогической системы.

3.3.1 Принципы и алгоритмы построения модели поддержки принятия решений в задаче адаптивного управления качеством педагогической системы.

3.3.2 Задание лингвистических переменных модели поддержки принятия решений.

3.3.3 Модели поддержки принятия решения.

3.4 Выводы.

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ В ЗАДАЧЕ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

4.1 Педагогический эксперимент и его результаты.

4.1.1 Организация педагогического эксперимента.

4.1.2 Анализ и оценка достоверности результатов эксперимента

4.2 Пакеты прикладных программ формирования оптимальной структуры и адаптивного управления качеством педагогической системы. 11J

4.2.1 Пакеты прикладных программ «Maximum» и «Berkut - М»

4.2.2 Пакет прикладных программ «Автоматизированная обучающая система».

4.3 Адаптивное управление качеством педагогической системы на конкретном примере обучения------------------------------ .-.

4.4 Выводы. I

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы поддержки принятия решения в задаче адаптивного управления качеством педагогической системы»

Актуальность темы. Глубокие социально-экономические преобразования в Российской Федерации затронули все сферы общества, в том числе -систему образования. Реформирование высшей школы, переориентация образования на личностное, компетентностное развитие, а также снижающийся год от года общеобразовательный уровень абитуриентов требуют разработки таких технологий обучения, которые позволят будущим специалистам не только овладеть специальностью, но и раскрыть, реализовать свой творческий потенциал. В связи с этим для учебных заведений становится актуальной проблема организации адаптивного управления педагогическим процессом, уровня его руководства и планирования, форм и методов обучения, восприятия педагогических воздействий, адаптации преподавателей и обучающихся к процессу обучения.

Для повышения качества подготовки специалистов необходима адаптация педагогической системы (ПС) учебного заведения к изменившимся условиям, В общем случае под ПС понимается «множество взаимосвязанных структурных и функциональных компонентов, объединенных единой образовательной целью развития личности и функционирующих в целом педагогическом процессе» [82]. Такая адаптация предполагает коррекцию организационной структуры управления педагогическим процессом, совершенствование форм и методов его регулирования, организацию управления процессом с максимальным учетом личностных качеств его участников. Действующие нормативные и организационно-методические документы, регламентирующие деятельность вузов, не дают исчерпывающих ответов на вопросы о методах организации адаптивного управления педагогическим процессом. В связи с этим их всестороннее изучение и выявление особенностей педагогического взаимодействия преподавательского состава и обучающихся, приобретают особую значимость для повышения качества подготовки специалистов.

Проблемам повышения качества подготовки специалистов и совершенствования управления педагогическим процессом в настоящее время посвящены исследования многих ученых, в числе которых работы Акоффа Р.Д., Атутова ПР., Балобанова А.Е., Зимней И.А., Колосовой Л.А., Леоновой О.О., Макаровой Л.В., Попова В.Б., Рогозина В.Д., Родионова Б.У., Селезневой Н.А.; Симонова В.П; Субетто А.И. Татьянкина Б.А, и других.

Педагогические системы относятся к числу сложных социальных систем [82]. Специфическими признаками ПС является наличие целей и управления, что позволяет считать их системами с активным поведение ее структурных элементов (преподаватели, обучающиеся), т.е. целенаправленными. К числу важнейших свойств ПС следует отнести устойчивость, управляемость, адаптивность, иерархический принцип организационного строения [38].

Вместе с тем, при наличии большого количества исследований и множества рекомендаций по управлению педагогическим процессом, их внедрение в практику учебных заведений еще не носит системного характера. Это обусловлено недостаточной разработанностью теоретических основ и методов организационного обеспечения управления [88] качеством ПС. Не нашли должного отражения в исследованиях и требуют дополнительного изучения вопросы поиска рациональных организационных структур ПС для реализации дуального управления (преподаватель - обучающийся) [91], адаптации управления профессиональной подготовкой лиц с пониженной восприимчивостью к обучению, создания условий для их развития.

Существующие методы синтеза и анализа управления качеством ПС основаны на методике* предложенной Рогозиным В. Д. [691, и базируются на понятиях «проводимости объекта» и «регулятивности субъекта», «качество связи», при этом в качестве единицы количества информации принималась условная информационная единица, под которой понимается количество информации, передаваемой без потерь и искажений по «идеальному» каналу в течение одного управленческого цикла, что существенно ограничивает использование данной методики.

Недостаточность использования современного математического аппарата, инструментальных средств и программного обеспечения, адекватно описывающих реальное взаимодействие активных элементов ПС, приводит к уменьшению его эффективности. При этом возникают вопросы системного моделирования по разработке моделей и алгоритмов структуризации отношений и правил принятия решения на множестве информации, полученной в результате мониторинга ПС. В этих условиях развитие вопросов сценариев педагогического взаимодействия активных элементов ПС, позволяющее повысить эффективность управления, определить стратегию и тактику с точки зрения уменьшения расходов и увеличения уверенности в надежности управляющих воздействий, имеют особые значения.

Диссертационная работа выполнена на кафедре информационных систем и технологий Воронежского института высоких технологий в рамках госбюджетной НИР по теме «Моделирование информационных технологий; разработка и совершенствование методов и моделей управления, планирования и проектирования технических, технологических, экономических и социальных процессов и производств» (№ г.р. 01.2005.2305).

Результаты технических и экспериментальных исследований диссертации выполнены на базе кафедры авиационного тыла ВАИУ на основании Федеральной программы "Реформирование системы военного образования в Российской Федерации на период до 2010 года", утвержденной Постановлением Правительства РФ от 27 мая 2002 г. № 352 и использованы в НИР «Эврика», «ИКТ - ВУЗ», заданных Направлением военного образования ВВС РФ.

Педь диссертационной работы: разработка моделей и алгоритмов управления качеством ПС на основе интеллектуализации процесса принятия решения, позволяющего адаптировать педагогический процесс к возможностям обучающихся и повысить эффективность их профессиональной подготовки.

Задачи исследования: 1. Провести анализ современного состояния моделирования и адаптивного управления качеством ПС.

2. Провести системное моделирование, декомпозицию и построить структурные модели мониторинга и адаптивного управления качеством ПС.

3. Разработать информационные технологии (ИТ) мониторинга и адаптивного управления качеством ПС.

4. Построить модели и алгоритмы поддержки принятия решений в задаче адаптивного управления качеством ПС.

5. Разработать математическое и программное обеспечение^ реализующее построенные модели и алгоритмы в виде пакета прикладных программ (ППП) и провести его апробацию и внедрение на конкретных примерах адаптивного управления качеством ПС.

Объектом исследования. Педагогическая система учебного заведения.

Предмет исследования. Модели и алгоритмы адаптивного управления качеством ПС на основе интеллектуализации процесса принятия решения.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы: системного анализа, теории управления, экспертных систем, корреляционного анализа, теории информации, проектирования информационных и педагогических систем, теории графов, структурных матриц Шатихина, выбора и принятия решения, теории нечетких множеств, математического моделирования и программирования.

Научная новизна: разработаны модели и алгоритмы управления качеством ПС на основе интеллектуализации процесса принятия решения, позволяющего адаптировать педагогический процесс к возможностям обучающихся, обладающие следующей научной новизной:

1. Структурная модель поведения ПС, основанная на теоретико-множественном описании функционирования систем, в которой используются такие системные категории как время, состояние, функция, процесс, позволяющая, в отличие от известных, определить условия, при которых ПС развивается, стагнирует, что дает возможность прогнозировать конечные результаты в конкретных ситуациях функционирования ПС.

2. Информационная технология причинно-следственного анализа состояния качества связи между активными элементами ПС, позволяющая выявить параметры, наиболее вероятно послужившие причинами возникновения конфликтных ситуаций в ПС.

3. На основе полученных и оптимизированных, в отличие от известных, по оценочным критериям полезности (функция полезности), устойчивости (коэффициент потери информации) и целеустремленности (приоритет целевой связи преподаватель - цель обучения) организационных структур ПС предложены 40 алгоритмических правил, образующих основу для нечетких алгоритмов планирования в каждой конкретной ситуации управляющих воздействий и уровней регулятивноети преподавателей и проводимости обучаемых.

4. Построенная модель поддержки принятия решения в задаче адаптивного управления качеством ПС отличается от известных тем, что в качестве переменных используется нечеткие условные высказывания, моделирующие рассуждения человека.

5. Предложенные нечеткие алгоритмы основаны на разработанной семантике логико-лингвистической модели поддержки принятия решения, включающей систему утверждений отображения исходного представления о функционировании ПС, базовую систему правил вывода и обеспечивающей порождение всех истинных в модели утверждений.

Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, степень их адекватности подтверждаются непротиворечивыми результатами расчетов, моделированием на ЭВМ, совпадением теоретических результатов работы с результатами, полученными другими авторами, их апробацией на международных, Всероссийских и региональных научных конференциях, соответствующими актами и справками, а также апробацией и внедрением результатов в учебном процессе ВАИУ (г. Воронеж) путем создания контрольных и экспериментальных групп и последующего статистического анализа результатов, достигнутых обучающимися данных групп.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Структурные модели мониторинга и адаптивного управления качеством ПС.

2. Информационные технологии мониторинга и адаптивного управления качеством ПС.

3. Модели и алгоритмы принятия решений в задаче адаптивного управления качеством ПС.

4. Результаты педагогических и вычислительных экспериментов, внедрения.

Практическая значимость работы заключается: 1) в разработанных инструментальных средствах в виде предметно-ориентированных моделей, алгоритмов и программного обеспечения, реализованных в структуре автоматизированной системы адаптивного управления качеством ПС, которая позволяет адаптировать темп подачи и сложность материала к уровню подготовки обучающихся, 2) уменьшении субъективизма и снижении затрат времени на принятие решения по адаптивному управлению качеством ПС, 3) повышении качества личностной, компетентностной подготовки специалистов.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке математического, алгоритмического, информационного и программного обеспечения автоматизированных систем адаптивного управления качеством ПС на основе интеллектуализации процесса принятия решения.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику управления образовательным процессом в Военном авиационном инженерном университете (г. Воронеж), в практику управления профессиональной подготовкой войсковой части 10866, войсковой части 06728, войсковой части 40383 (г. Екатеринбург). Эффект от внедрения выражен в оптимизации управления образовательным процессом с целью повышения качества профессионального обучения и в реализации применения новых информационных технологий в организации учебного процесса.

Апробация работы» Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва: Академия наук о Земле. 2005г.); IV международной научно-практической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (ВГТУ г.Воронеж 2006г.), XIII международной конференции в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» г. С.-Петербург 2007г., Международной научной конференции МАТИ, 2010г.; на Всероссийских конференциях: в ВГТУ г.Воронеж 2006г, Всероссийской научно-практической конференции в ВВВАИУ (ВИ) 2007г., Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи (ВИВТ 2011г.); на XXVIII Российской школе -Екатеринбург, 2008г., на научных семинарах кафедры информационных систем и технологий ВИВТ-АНОО 2008 - 2011 гг.

По результатам работы в федеральной службе Роспатент зарегистрированы разработанные программы для ЭВМ «Адаптивная автоматизированная обучающая система» (номер свидетельства - 2008611745) и «MAXIMUM» (номер свидетельства - 2011614476).

Работа удостоена золотой медали Минобрнауки РФ за лучшую научную студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ, диплома Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ в области электронного обучения в 2010 году г. Белгород. По результатам конкурса на лучшие научные работы, выполненные представителями органов военного управления^ воинских частей и организаций Вооруженных Сил России автору объявлена «Благодарность» от Министра обороны РФ от 16.12.2010 года.

Заключение диссертации по теме «Управление в социальных и экономических системах», Федюнин, Максим Леонидович

4. Результаты исследования, представленные в монографии «Педагогические технологии в автоматизированной системе управления образовательным процессом кафедры военно-учебного учреждения: теория развития и методология проектирования»,считать реализованными.

Председатель комиссии: полковник Члены комиссии: полковник подполковник

Л. Чувычкин В. Шевырев А. Власов ашшскос )пл1шс.||]Ал11Ис1. фамилии)

2 ОСЪг.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ награждает медалью

ЗА ЛУЧШУЮ НАУЧНУЮ СТУДЕНЧЕСКУЮ РАБОТУ»

Федюнина М.Л. - курсанта Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института) по итогам открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации приказ Минобрнауки России № 167 28 июня 200 6

Председатель 1 Центральной конкурсной комиссии

М.Н.Стриханов

1Г- . • . - Х> <» ^ " Л5 <-1

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИПЛОМ

НА ТФАЖРАШ^СЯ федюнин Максим Леонидович лауреат (Всероссийского конкурса научно-иссмдователъских^работ в области технологий электронного обучения в образовательном процессе ;>•'

8 ощпяоря 2010 г. ь и?.*» ~ | ' ректор (Бел(Г(У, профессор ^ У М ЯЛ Фятчснкр

Й й 18

Й % $ $

Й й Й й а й й в $ $ й %

88 а й й 8» й 88

88 й 88 й ш й

ЙЙ 88 88 88 й йй й й 88 й й й Й

СВИДЕТЕЛЬСТВО о государственной регистрации программы для ЭВМ

2008611745

Адаптивная автоматизированная обучающая система

II равообладател ь( л и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) > (Ш1)

Лвтор(ы): Федюнин Максим Леонидович, Ясинский Иосиф Михайлович (Ки)

Заявка № 2007614498 Дата поступления 14 Ноября 2007 Г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 31 марта 2008 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

Б.П. Симонов ййй88ййй8аййййййййй8айййййййй?айййй駫 й й й й й й й Й й й Й

РОТШ1ЙСЖАЯ1 #1Д1В1РМЦШШ э г а а а

СВИДЕТЕЛЬСТВО о государственной регистрации программы хпя ЭВМ

2011614476

Максимум

ПраюоблэлятелЦли): Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный авиационный инженерный университет* (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (ЯП)

Лвт»>[К"); Сериков Игорь Николаевич, Федюнин Максим Леонидович (ЯШ)

Заявка 2011612768

Дата поступления 20 апреля 2011 г. Зарепнгрнринаии н Реестре программ для ЭВМ 7 июня 2011 г. руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным макам

ПЛ. Симонов

Э К И й и Й! а г ■ ж