Разработка принципов структуризации учебно-методических материалов для подготовки специалистов промышленных предприятий в системе электронных образовательных ресурсов

Актуальность темы

.

Современная эпоха характеризуется «информационным взрывом», огромной скоростью обновления знаний, непрерывным появлением новых профессий, необходимостью постоянного повышения профессиональной квалификации. Все больше возрастает потребность в применении электронных образовательных ресурсов (ЭОР) при переподготовке специалистов, принципам разработки которых посвящено значительное количество научных работ. При этом использование новых информационных технологий в процессе обучения требует пересмотра взгляда на сам процесс подготовки за счет использования мощной аппаратной и программной базы.

Совершенствование производственных процессов промышленных предприятий требует применения дифференцированного подхода к переподготовке служащих и рабочих кадров, рассчитанного на различные возрастные категории и различный уровень начальной подготовки. Однако проблематика индивидуализации образовательной траектории с учетом формализованных моделей взаимосвязи образовательных ресурсов остается открытой.

Необходимость разработки и внедрения методов индивидуализации обучения с применением компетентностного подхода является актуальной проблемой, поскольку промышленным предприятиям требуются специалисты, умеющие выполнять конкретные задачи, то есть имеющие определенные компетенции.

Представленная работа направлена именно на решение указанных задач индивидуализации процесса подготовки персонала с применением модульно-компетентностного подхода и соответствующей структуризацией учебно-методических материалов в системе электронных образовательных ресурсов, что и определяет ее актуальность.

Предметом исследования являются методы индивидуализации обучения на основе модульно-компетентностного подхода к структуризации электронных образовательных ресурсов в системе переподготовки персонала промышленных предприятий.

Цель и основные задачи исследования.

Целью работы является повышение качества учебного процесса адаптивного курса переподготовки и повышения квалификации специалистов в системе электронных образовательных ресурсов на базе индивидуализированной оптимизации структуры курса, с использованием теории графов.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• проведение анализа процесса обучения с применением электронных образовательных ресурсов;

• построение графа связности модулей учебного курса;

• разработка критериев оценки графа связности модулей курса;

• решение задачи многокритериальной оптимизации структуры учебного курса методом последовательных уступок;

• анализ и оптимизация структуры курса по дисциплине «Дорожные машины»;

• разработка тестов для входного тестирования специалистов, повышающих квалификацию;

• ¦ экспериментальные исследования эффективности разработанных методов индивидуализации обучения специалистов, повышающих квалификацию.

Методы исследования.

При разработке формальных моделей компонентов системы переподготовки в диссертации применялись • методы теории графов, многокритериальной оптимизации, случайных процессов, а также методы системного анализа. Моделирование и аналитические исследования проводились с помощью современных методов анализа данных с использованием математических и статистических пакетов.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, моделей и методик.

В первой главе диссертации проведен системный анализ применения электронных образовательных ресурсов (ЭОР) в учебном процессе, определена структуранавигации по ЭОР и формы взаимодействия пользователя с ними.

На основе анализа составлены классификации ЭОР по основным признакам, определены требования и стандарты, которым они должны соответствовать.

Выполнен анализ основных этапов проектирования ЭОР, их жизненного цикла, эффективности применения ЭОР нового поколения, а также способов использования в учебном процессе.

Проведен анализ элементов теории графов, которые необходимы для разработки адаптивных учебных курсов.

Выполнено сравнение существующего программного обеспечения для разработки ЭОР.

Во второй главе разработаны формализованные модели структуризации учебных курсов с применением графа связности модулей на основе' связности понятий и компетенций, т. е. с применением модульно-компетентностного подхода.

Структуризация учебных курсов основывается на связности основных компонентов различных модулей: понятий и компетенций.

Составлено формализованное описание полученного набора графов.

Предложены критерии оценки графов связности модулей и исследуются методы оптимизации этих критериев.

Разработаны принципы построения индивидуальной траектории обучения на основании правильно структуризированного* графа связности учебного курса, рубрикатора по предмету, выбранных элементов из структуры метаданных модулей, а также результатов входного тестирования можно построить индивидуальную образовательную траекторию обучения.

В третьей главе представлена усовершенствованная общая технология электронных образовательных ресурсов, разбираются ЦМЬ-методики взаимодействия с ЭОР.

Для работы с адаптивными учебными курсами и хранения полной информации по их оптимизированной структуре, а также хранения индивидуальных траекторий обучения для обучаемых разрабатывается концептуальная модель базы данных.

На основе собранных данных строятся матрицы смежности как для модулей, так и для всего учебного курса. На основе составленных матриц смежности строятся графы связности понятий и компетенций как для каждого модуля, так и для всего курса, а также граф связности модулей учебного курса.

В четвертой главе экспериментально апробированы разработанные принципы индивидуализации обучения в рамках модульно-компетентностного подхода на основе оптимизированного учебного курса подготовки и переподготовки специалистов «Машинист дорожных и строительных машин».

Проведенная оценка потребностей специалистов, проходящих подготовку по данному курсу, позволила составить набор компетенций, которыми обучающиеся должны овладеть. Для каждой компетенции составлен набор понятий, которые специалист должен уметь реализовывать на практике при овладении этой компетенцией.

Составлена база данных учебного курса, включающая сведения о каждом модуле (название модуля, вариатив, тип модуля, подраздел рубрикатора и структуру его содержания, т. е. связанные понятия и компетенции). Кроме того, в базу данных включаются сведения о взаимосвязи понятий различных модулей.

Для построения индивидуальной траектории обучения разработан модуль входного тестирования на основе существующих в учебном курсе практических модулей и модулей контроля.

Оценка эффективности применения модульно-компетентностного подхода и индивидуализированного обучения происходит после окончания учебного курса с помощью повторного выполнения модуля входного тестирования с измененными заданиями с возможностью составления дополнительной траектории обучения в случае необходимости.

Проведенный эксперимент показал, что применение индивидуализированного и модульно-компетентностного подхода в системе ЭОР для подготовки и переподготовки специалистов дает существенный положительный результат.

В заключении представлены основные результаты работы. Приложение содержит документы об использовании результатов исследований.

Научная новизна.

Научную новизну работы составляют модели и методы, обеспечивающие автоматизированную генерацию индивидуальной траектории обучения в системе переподготовки персонала промышленных предприятий с использованием модульно-компетентностного подхода.

На защиту выносятся:

• применение модульно-компетентностного подхода при разработке методов структуризации учебных курсов с использованием графов связности их модулей;

• выбор критериев оценки графа связности модулей учебного курса и их оптимальных значений;

• метод адаптации учебных курсов к индивидуальным особенностям обучаемых специалистов;

• UML-методики взаимодействия с элементами учебного курса;

• база данных модулей учебного курса.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным статистическим анализом процессов обучения и тестового контроля ряда предприятий, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей процессов обучения и тестового контроля. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в ряде учебных центров, промышленных предприятий.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования в системе переподготовки, повышения квалификации и аттестации кадров для промышленных предприятий.

При организации учебного процесса в системе высшего профессионального образования ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» и негосударственное образовательное учреждение «Современная гуманитарная академия» применение модульно-компетентностного подхода позволило индивидуализировать обучение специалистов, развить их творческие способности, оптимизировать доступ к учебно-методическим материалам дистанционной образовательной технологии.

Внедрение оптимизированного электронного обучающего курса по предмету «Машинист дорожных и строительных машин, водитель автотранспортных средств» на АО Московского общества «Завод им. И.А.Лихачева» (AMO ЗИЛ) позволило повысить степень знаний, навыков, умений и компетенции работников соответствующих специальностей.

Апробация работы.

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение на:

• 68-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ), секция проектирования информационных, обучающих и управляющих систем в промышленности и на транспорте, в 2010 году;

• научно-практической конференции «Инновационные аспекты модернизации педагогического профессионального образования», посвященной акад. В. А. Сластенину, в институте бизнеса, психологии и управления в 2010 году;

• техническом совещании Управления конструкторских и экспериментальных работ AMO ЗИЛ в 2009 и в 2010 г. г.

• III межвузовской научно-практической конференции филиала СПбГУП «Институт искусств и информационных технологий» в 2008 году;

• международной научно-практической конференции «Решение задач по реализации национальных проектов в развитии кооперации и общества в целом» в Химкинском филиале Российского университета кооперации в 2008 и 2007 годах;

• заседаниях кафедры «АСУ» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Совокупность сформулированных и обоснованных научных положений, идей и практических результатов исследований представляет собой решение актуальной задачи по разработке принципов структуризации учебно-методических материалов в системе электронных образовательных ресурсов для переподготовки персонала промышленных предприятий. По выполненным исследованиям опубликовано 9 печатных работ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 174 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 14 таблиц, список использованной литературы из 82 наименований и приложения.

Выводы.

Проведенный эксперимент показал, что применение индивидуализированного и модульно-компетентностного подхода в системе ЭОР для подготовки и переподготовки специалистов дает существенный положительный результат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационное исследование направлено на решение задач структуризации учебно-методических материалов в системе электронных образовательных ресурсов на основе индивидуализации процесса переподготовки персонала промышленных предприятий с применением модульно-компетентностного подхода.

При разработке формальных моделей компонентов системы переподготовки в диссертации применялись методы теории графов, многокритериальной оптимизации, случайных процессов, а также методы системного анализа. Моделирование и аналитические исследования проводились с помощью современных методов анализа данных с использованием математических и статистических пакетов.

Целью работы являлось повышение качества учебного процесса адаптивного курса переподготовки и повышения квалификации специалистов в системе электронных образовательных ресурсов на базе индивидуализированной оптимизации структуры курса с использованием теории графов, которая была достигнута решением поставленных задач.

В работе проведен системный анализ процесса обучения с применением ЭОР, разработаны принципы построения графа связности модулей учебного курса, предложены критерии оценки графа связности модулей учебного курса с применением теории графов.

В процессе исследования разработаны способы формирования индивидуальных траекторий обучения с применением модульно-компетентностного подхода, проведена многокритериальная оптимизация структуры учебного курса методом последовательных уступок, разработана структура базы данных для построения индивидуальной траектории обучения на основе модульно-компетентностного похода.

По результатам сформированного входного тестирования по профессии «Машинист дорожных и строительных машин» определено, какие понятия и компетенции должны входить в индивидуальную траекторию обучения, если при этом обучаемый знает необходимый набор базовых понятий курса.

По результатам работы проведены экспериментальные исследования эффективности разработанных методов индивидуализации обучения специалистов.

Разработанные принципы структуризации адаптивных учебных курсов прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий и учебных центров. Показано, что внедрение результатов работы в ФГОУ ВПО РГАЗУ, НОУ ВПО СГА и AMO ЗИЛ позволяет повысить качество и эффективность процесса повышения квалификации и переподготовки работников промышленных предприятий.