Разработка теоретических основ и прикладных методов подготовки летного состава к эксплуатации воздушных судов нового поколения

Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена решению важной научно-технической проблемы — повышению качества 1111 авиационного персонала для эксплуатации ВС нового поколения. Ее большое народно-хозяйственное значение обусловлено тесной связью с обеспечением безопасности полетов в гражданской авиации.

Важность этой проблемы отражена в документах Международной организации гражданской авиации ИКАО, в соответствии с которыми профессиональная подготовка авиационных специалистов представляет собой один из наиболее существенных факторов, обеспечивающих БП. В Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России» (подпрограмма «Гражданская авиация») задача совершенствования системы подготовки кадров и сохранения высокого уровня квалификации авиационного персонала отнесена к одной из главных задач государства в области регулирования авиационной деятельности [44].

На современном этапе развития ГА автоматизация процессов управления ВС нового поколения во многом изменяет характер профессиональной деятельности авиационного персонала и, в первую очередь, JIC. Это ставит новые задачи перед ПП JIC, совершенствование которой должно носить системный характер. В первую очередь необходимо приведение нормативной базы в соответствие со стандартами и рекомендуемой практикой ИКАО. Цели и содержание программ подготовки должны определяться в соответствии с рекомендуемым ИКАО компетентностным подходом, что согласуется с основным направлением модернизации всей системы российского образования, т.к. компетентностный подход положен в основу разработки Федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения.

Следующим этапом должна стать разработка новых методов и средств подготовки, реализующих все преимущества компетентностного подхода и современных технологий обучения. Традиционные методы подготовки JIC складывались в течение многих десятилетий, что позволило накопить в этой области большой опыт. При этом значительное внимание уделяется тренажерному и летному этапам. Однако при подготовке JIC на современные ВС роль теоретического этапа возрастает и недооценка этого неизбежно сказывается на качестве всей подготовки.

При подготовке диссертационной работы был изучен отечественный и зарубежный опыт применения АОС для подготовки ЛС, что позволило сделать вывод, эффективным способом решения этой задачи является применение АОС.

Изучением проблем совершенствования профессиональной подготовки ЛС занимаются многие научные коллективы, среди которых необходимо отметить работы ученых Ципенко В. Г., Кубланова М. С., Столярова H.A., Уско-ва В.П., Рисухина В. Н., Страдомского О. Ю., Кофмана В. Д., Егорова Г. С., Моисеева Е. М., Коваленко Г. В., Рачко A.A., Чепиги В. Е., Микинелова A. JL, Юши Н. Ф., Пономаренко В. А., Козлова В. В., Тотиашвили Л. Г., Бурдуна И. Е., Гребенкина A.B. и др.

Результаты этой работы позволили сделать вывод, что проблема разработки программ подготовки ЛС на основе компетентностного подхода и его реализации в АОС до настоящего времени в комплексной постановке не ставилась и не рассматривалась.

Диссертация посвящена решению этой проблемы и базируется на работах автора, выполненных с 1975 по 1994 годы в Актюбинском ВЛУ ГА и с 1994 года по настоящее время в Ульяновском ВАУ ГА.

Целью работы является повышение эффективности профессиональной подготовки ЛС для эксплуатации ВС нового поколения путем реализации компетентностного подхода с использованием АОС.

В процессе достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Проведен анализ опыта применения традиционных методов и средств профессиональной подготовки ЛС и определены пути их совершенствования с учетом особенностей эксплуатации ВС нового поколения и возможностей современных технологий обучения.

2. Разработаны теоретические основы профессиональной подготовки ЛС.

3. Предложены методологические основы применения математического моделирования в процессе теоретической подготовки ЛС с учетом особенностей деятельности пилота ВС нового поколения.

4. Разработана методика автоматизированного контроля качества профессиональной подготовки ЛС.

5. Разработан комплекс компьютерных средств для профессиональной подготовки ЛС.

Объектом исследований является система первоначальной профессиональной подготовки ЛС ГА.

Предметом исследований является процесс непрерывного формирования профессиональных компетенций пилота.

Методы исследований основываются на теории профессиональной подготовки операторов, теории трансформационного обучения и теории поэтапного формирования умственных действий, теории математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, факторного анализа, теории тестирования, теории моделирования и параметризации педагогических тестов ЖТ, методике разработки учебно-тренировочных курсов ТББ, теоретической механике и динамике полета.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Разработаны теоретические основы профессиональной подготовки ЛС с использованием АОС и предложены научно обоснованные пути ее совершенствования.

2. Разработана методология создания АОС на основе реализации компе-тентностного подхода на основе теории трансформационного обучения.

3. Выработаны критерии оценки профессиональной компетентности ЛС с использованием концепции ОФД.

4. Определен комплекс ММ для профессиональной подготовки ЛС с учетом особенностей эксплуатации ВС нового поколения.

5. Разработан метод автоматизированного контроля качества обучения на основе теории моделирования и параметризации педагогических тестов ШТ.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют повысить эффективность процесса профессиональной подготовки ЛС на основе:

— совершенствования нормативных документов, регламентирующих процесс 1111 ЛС, соответствующих стандартам и рекомендуемой практике ИКАО;

— подготовки научно обоснованных рекомендаций и требований по созданию и сертификации АОС;

— внедрения в систему ПП ЛС АОС, обеспечивающих реализацию ком-петентностного подхода и математического моделирования;

— индивидуализации процесса обучения и эффективной реализации при его проведении контрольно-коррекционной функции.

На защиту выносятся:

1. Методология разработки АОС на основе компетентностного подхода и теории трансформационного обучения.

2. Методика применения результатов математического моделирования в процессе теоретической подготовки ЛС.

3. Комплекс ММ для профессиональной подготовки ЛС с учетом особенностей эксплуатации ВС нового поколения.

4. Методика реализации контрольно-коррекционной функции на основе адаптивного тестирования.

5. Комплекс компьютерных средств предтренажерной подготовки ЛС.

Апробация работы. Основные положения работы, научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на международных, всесоюзных, всероссийских, отраслевых и вузовских научных конференциях в городах Пенза, Санкт-Петербург, Актюбинск, Ульяновск, Москва, Казань, Егорьевск, Хургада (Египет), Алма-Ата (Казахстан), Партенит (Украина), Рига (Латвия), Киев (Украина), где было представлено около.

50 докладов. Итоговые результаты диссертационной работы были заслушаны 15 января 2009 года в МГТУ ГА на заседании Международного авиационно-космического научно-гуманитарного семинара им. С. М. Белоцерковского.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 78 печатных работ, в том числе 2 монографии и 14 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук.

Результаты научных исследований по теме диссертации изложены также в двадцати заключительных отчетах о НИР, которые выполнялись по контрактам с государственными органами управления ГА России, где автор являлся научным руководителем или ответственным исполнителем.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в учебных заведениях, авиационных учебных центрах и авиакомпаниях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из перечня сокращений и обозначений, введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 238 источников, и 4 приложений. Диссертация изложена на 306 страницах, включает 69 рисунков и 24 таблицы. Основная часть работы изложена на 263 страницах.

В первой главе на основе статистических данных показана взаимосвязь качества профессиональной подготовки ЛС и уровня БП с учетом особенностей летной эксплуатации ВС нового поколения.

На основании результатов проведенных исследований в качестве перспективного направления работы по совершенствованию профессиональной подготовки ЛС определена разработка ТСПО для повышения эффективности процесса теоретической подготовки.

В завершающей части главы сформулированы основные выводы и задачи исследований, вытекающие из проведенного анализа проблемы и поставленной цели работы.

Во второй главе исследуется особенности компетентностного подхода к обучению и рекомендации ИКАО по его применению для подготовки пилотов в составе многочленного экипажа по программе MPL (Multi-Crew Pilot License).

Проведено исследование особенностей применения компетентностного подхода для ПП JIC, начиная от его теоретических основ, терминологии и заканчивая особенностями технических средств и методикой их применения.

С учетом результатов исследований, в качестве теоретической основы процесса 1111 JIC предлагается использование ТТО. ТТО позволяет исследовать немонотонный процесс обучения сложным видам профессиональной деятельности, особенностями которого являются замедления или даже спады в процессе обучения, что связано с трансформациями структуры действий обучающегося.

В выводах отмечено, что компетентностный подход для 1111 JIC может быть реализован на основе концепции опорных фрагментов деятельности, позволяющей выявить наиболее важные фрагменты профессиональной деятельности JIC. В качестве теоретической основы для реализации компетентностного подхода к профессиональной подготовке JIC может быть использована теория трансформационного обучения. При этом возникает необходимость изменения всех компонентов профессионально-педагогической системы.

В третьей главе предложен комплекс математических моделей, позволяющий в соответствии с компетентностным подходом обеспечить освоение профессиональных компетенции пилота.

Перспективным признана разработка комплекса ММ на основе летных тренажеров, что позволяет создать комплекс средств обучения на базе единой ММ и обеспечить согласованность результатов моделирования для каждого учебного модуля.

В работе обоснована необходимость разработки комплекса ММ, обеспечивающих различную «глубину моделирования», под которой можно понимать степень детализации объекта в модели и число моделируемых элементов. Разработана методика применения комплекса ММ, архитектура и структура ММ для решения учебных задач.

Предложены статистический и эвристический метод оценки адекватности разрабатываемых ММ, эффективность которых показана на примере оценки адекватности ММ взлета и посадки самолета.

Эффективность предлагаемого комплекса ММ как средства подготовки JIC доказана на примере изучения взлетных характеристик самолета Ту-204 при выполнении нормального, продолженного и прерванного взлета в различных эксплуатационных условиях, позволяющего дать обоснование эксплуатационных ограничений и рекомендаций по пилотированию самолета в различных эксплуатационных условиях.

Делается вывод о необходимости применения методов математического моделирования в процессе теоретической подготовки, что позволяет обеспечить компетентностный подход, сочетающий теоретическое обучение с навыками практического применения полученных знаний.

В четвертой главе рассмотрены проблемы реализации контрольно-коррекционной функции в АОС, которой при разработке АОС должно уделяться особое внимание, т.к. автоматизированное обучение предъявляет целый ряд принципиально новых требований как к организации и методике обучения, так и к самому обучающемуся.

Для реализации контрольно-коррекционной функции при подготовке JIC предлагается использование тестов, соотнесенными с критериями (criterion-referenced test), позволяющих обеспечить непрерывное и объективное оценивание процесса обучения в соответствии с заданными нормативами.

Для определения целевых показателей обучения использована концепция ОФД, что позволяет отойти от принятого в настоящее время подход к оценке результатов деятельности пилотов по прямому учету этих результатов. Такой подход оказывается малоинформативным с точки зрения выявления причин недостатков в подготовке и совершенствования программ.

Предложены критерии оценки качества подготовки пилота, основанные на анализе параметров, определяющих точностные, временные и надежностные показателя его деятельности. Задача оценки качества подготовки решается на основе применения теории статистической проверки гипотез.

Для повышения эффективности контроля в диссертационной работе предложено применение стандартизованных методов контроля знаний и метода адаптивного тестирования.

В пятой главе предложена методика разработки и применения АОС для профессиональной подготовки JIC.

Для реализации компетентностного подхода к подготовке JIC использована модель разработки учебно-тренировочных курсов ISD, позволяющая установить взаимосвязь между знаниями и навыками, необходимыми для данного вида профессиональной деятельности, и соответствующей программой профессиональной подготовки.

Отработана методика организации контроля качества подготовки в АОС на основе концепции интерактивного самообучения, главным отличительным признаком которого является контролируемый и корректируемый на нескольких уровнях процесс и результат самообучения.

Предложена методика применения экспертных оценок для разработки АОС на основе метода DACUM.

Описанные методы использованы при разработке АОС для подготовки JIC на самолет Як-18Т 36 серии и для изучения дисциплины «Аэродинамика и динамика полета».

В приложении приведены описания использованных для исследований математических моделей, документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

Выводы по главе 5.

1. В диссертационной работе разработана методика создания АОС, основанная на модели ISD, что позволило приблизить содержание и структуру АОС к задачам профессиональной деятельности летного состава, а также обеспечить большую надежности оценки качества подготовки.

2. Технология обучения, основанная на разработанной методике создания АОС, позволяет в полной мере реализовать компетентностный подход в профессиональной подготовке летного состава.

3. Разработан метод для экспертной оценки содержания учебного материала АОС, учитывающий профессиональные компетенции пилота гражданской авиации.

4. Разработана методика обработки результатов экспертного опроса с целью определения наиболее целесообразного порядка изучения учебного материала по критерию коэффициента использования знаний, навыков полученных в предыдущих модулях.

5. Практическая реализация теоретических положений диссертационной работы показана на примере АОС «Аэродинамика и динамика полета» и АОС «Подготовка к летной эксплуатации самолета Як-18Т 36 серии», которые разработаны и внедрены в учебный процесс в учебных заведениях гражданской авиации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Одним из путей повышения эффективности и надежности эргатической системы «пилот — ВС», является совершенствование системы профессионального обучения пилотов.

Основу решения указанной задачи составляет поиск новых методов и разработка методик, позволяющих на практике реализовать уже отчасти известные принципы и закономерности профессионального обучения.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований этих вопросов в диссертационной работе сделаны следующие выводы:

1. Результаты проведенного анализа, позволяют сделать вывод, что недостатки в подготовке летного состава продолжают оставаться одной из значимых причин авиационных происшествий. Одним из этих недостатков является несогласованность теоретического и практического этапов подготовки летного состава.

2. Поступление в эксплуатацию воздушных судов нового поколения с высокой степенью автоматизации существенно изменило характер профессиональной деятельности пилота, что предъявляет новые требования к его профессиональной подготовке.

3. Проведенный в работе анализ свидетельствует о целесообразности организации профессиональной подготовки летного состава на основе компе-тентностного подхода, базирующегося на разработанной академиком А. Н. Леонтьевым теории деятельности.

4. Анализ опыта применения технических средств подготовки и обучения (ТСПО) летного состава позволил определить следующие направления дальнейших исследований:

— определение путей совершенствования ТСПО с учетом особенностей летной эксплуатации гражданских ВС нового поколения и возможностей современных технологий обучениясовершенствование теоретических основ профессиональной подготовки летного составаразработка методики применения математического моделирования в процессе профессиональной подготовки летного составаразработка методики автоматизированного контроля качества профессиональной подготовки летного состава.

5. В работе предложен метод определения профессиональных компетент-ностей летного состава, основанный на концепции опорных фрагментов деятельности (ОФД).

6. Проведенный в работе анализ теорий обучения позволил сделать вывод, что наилучшей теоретической основой для реализации компетентстного подхода в профессиональной подготовке летного состава является трансформационная теория обучения (ТТО), которая позволяет выполнять коррекцию информационной модели среды АОС для формирования индивидуальной траектории обучения с учетом осваиваемых стратегий и индивидуальных особенностей каждого обучающегося.

7. В работе обосновывается теоретическая и практическая необходимость математического моделирования всех составляющих системы «ВС — экипажсреда», для реализации компетентностного подхода на этапе теоретического обучения пилотов.

8. В результате проведенных исследований установлено, что для реализации компетентностного подхода необходимо использование методов математического моделирования с учетом особенностей когнитивной деятельности летного состава, что позволяет обеспечить более качественное освоение всех составляющих профессиональных компетенций.

9. Разработанный в работе комплекс математических моделей позволяет: обеспечить изучение особенностей летной эксплуатации ВС нового поколенияизучить влияние на летные характеристики ВС различных эксплуатационных факторов при их всевозможных сочетанияхмоделировать особенности управляющих действий пилота с учетом работы автоматизированных систем управления и представлять результаты моделирования в привычном для пилотов виде.

10. Разработаны методы определения целевых показателей профессиональной подготовки пилотов и критериев оценки их достижения, которые позволяют убедиться в успешной реализации компетентностного подхода.

11. Установлены целевые показатели профессиональной подготовки членов экипажам, которые определяются с использованием методов ОФД.

12. В работе получили развитие основные положения ТТО, заключающееся в совершенствовании критериев оценки подготовки летного состава, что, в свою очередь, позволило обосновать необходимость учета освоения необходимых стратегий действий.

13. Для реализации тестирования как средства измерения качества профессиональной подготовки летного состава разработана и апробирована методика стандартизованного контроля и адаптивного тестирования, что позволило повысить эффективность и точность контроля.

14. В диссертационной работе разработана методика создания АОС, основанная на модели КБ, с целью повышения степени усвоения учебного материала и обоснованного сокращения его объема, а также для обеспечения большей надежности оценки при контроле компетентностей пилота.

15. Технология обучения, основанная на разработанной методике создания АОС, позволяет, в более полной мере, реализовать компетентностный подход в профессиональной подготовке летного состава.

16. Разработан метод для экспертной оценки содержания учебного материала АОС, учитывающий необходимые профессиональные компетенции пилота гражданской авиации.