Адаптивные среды создания образовательных ресурсов для системы повышения квалификации и переподготовки персонала промышленных предприятий

Информатизация и компьютеризация оказывают революционизирующее влияние на различные области человеческой деятельности. Но наиболее существенно их воздействие на интеллектуальные сферы жизнедеятельности людей, на технологии накопления, использования и распространения знаний, включая образовательные технологии. Одной из основных проблем образования, решению которой должны помочь информационные технологии, является проблема обеспечения должного уровня качества обучения. В свою очередь, качество обучения в значительной мере определяется качеством образовательных ресурсов и, прежде всего, качеством электронных образовательных ресурсов (ЭОР).

Важнейшими показателями качества ЭОР являются доступность, научная строгость, полнота. Это — в значительной мере конфликтные показатели. Для поиска удачных компромиссных решений необходимо приспосабливать процесс обучения к уровню знаний и умений, к психологическим особенностям обучаемых. Другими словами, необходимо применять адаптивные среды формирования образовательных ресурсов.

Данная работа, в своей теоретической части, посвящена решению актуальной задачи — разработке методов и алгоритмов построения адаптивной среды создания электронных образовательных ресурсов. В прикладной части работа посвящена реализации предложенных методов и алгоритмов в автоматизированных обучающих системах.

Объектом исследования является система повышения квалификации и переподготовки персонала промышленных предприятий.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы синтеза образовательных траекторий.

Цель работы — повышение эффективности системы переподготовки персонала промышленных предприятий, за счет разработки методов, моделей и программных механизмов построения образовательных траекторий.

Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Анализ инструментальных средств создания ЭОР с учетом критериев семантического соответствия индивидуальным запросам пользователей и адаптивных технологий их создания.

2. Разработка модели семантической сети знаний предметной области.

3. Разработка метода построения оптимальной траектории обучения.

4. Разработка базы данных и диаграмм поведенческой деятельности участников создания ЭОР.

5. Разработка программно-моделирующего комплекса синтеза оптимального маршрута обучения в рамках инструментальной системы «БиГОР».

При разработке формальных моделей компонент системы переподготовки в диссертации использовались методы общей теории систем, классический теоретико-множественный аппарат, теория графов и др. Системный анализ управления образовательной траекторией в учебных центрах проводился на реальных статистических данных, обработка которых проводилась с помощью современных методов анализа данных с привлечением математических и статистических пакетов.

Научную новизну работы составляют методы и модели системы повышения квалификации и переподготовки персонала промышленных предприятий. На защиту выносятся:

— модель семантической сети учебного материала в виде И-ИЛИ-графа;

— модели оценки сложности учебной информации и инструментальные средства формирования связности учебных модулей;

— методика профориентации, повышения квалификации и переподготовки персонала промышленных предприятий.

На основе проведенного исследования в рамках инструментальной системы «БиГОР» разработано математическое и программное обеспечение, реализующее методику построения индивидуальной образовательной траектории. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в системе переподготовки на ряде промышленных предприятий, а также используются при организации учебного процесса на кафедре «АСУ» МАДИ и «САПР» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

В первой главе диссертации проводится системный анализ задач, возникающих при создании ЭОР в системе повышения квалификации и переподготовки персонала промышленных предприятий.

Стремительные изменения в сфере современной подготовки кадров подтверждают, что информационные технологии в сфере образования будут пользоваться все большим спросом. При этом, конкуренция на данном рынке будет все больше стимулировать применение самых последний технологий, включая виртуализацию образования.

Вопросам организации учебного процесса с использованием технологий открытого образования посвящены труды Байденко В. П., Гура В. В.,

Яровенко В.А. и ряда других.

Понятия «компетентность», «компетентностный подход» раскрыты в трудах Байденко В. И., Болотова В. А., Ивановой Н. В, Кивы A.A., Лейбовича

А.Н., Чаплыгиной И. В. и других;

Развитию представлений о роли информационных и коммуникационных компетенций в образовании посвящены работы Астафьевой Н. Г., Денисовой А. Л., Кузнецова A.A., Роберт И. В. и ряда других.

Проведен сравнительный анализ информационных технологий, используемых при организации системы аттестации и подготовки кадров, а для создания электронных учебных материалов обоснована мультимедийная направленность. При этом показано, что в обучающую программу должны быть интегрированы видео, аудио, анимации, текст, графика и другие мультимедийные фрагменты, способствующие более эффективному восприятию учебного материала.

Во второй главе диссертации рассматриваются вопросы построения моделей сложности и связности учебной информации с целью индивидуализации обучения.

Далее в работе сформированы основные этапы проектирования правильно структуризированных ЭОР, включающие в себя разработку необходимых понятий и компетенций для элементов учебного курса модулей).

В результате показано, что качество обучения характеризуется актуальностью материала, его структурой, соответствием требованиям государственных стандартов, полнотой охвата видов учебных занятий, оптимальностью объема материала, предъявляемого обучаемому. В значительной мере качество обучения определяется качеством используемых учебных материалов.

В третьей главе разработана методика подготовки и переподготовки персонала, основанная на использовании индивидуальных качеств персонала.

В диссертации предложен метод построения оптимальных маршрутов, адаптированных к индивидуальным потребностям обучаемых. Возможными критериями оптимальности маршрутов могут служить:

• длина маршрута, измеряемая числом модулей или их объемом;

• некоторая функция параметров, входящих в метаданные модулей например, сложность изложения материала).

Индивидуализация маршрута определяется тем, что основными исходными данными при его построении являются данные, характеризующие запросы обучаемого, а также достигнутый им уровень знаний.

В четвертой главе рассматриваются вопросы построения инструментальных средств подготовки персонала. Система БиГОР предназначена для создания и сопровождения баз учебных материалов, синтеза новых ЭОР в соответствии с технологией разделяемых единиц контента, также для использования созданных пособий обучаемыми.

В состав системы входят следующие подсистемы: информационнаябаза учебных материалов (БУМ) — авторская (инструментальная) — среда создания и сопровождения БУМкомпилирующая — подсистема синтеза новых учебных пособийобучающая — подсистема конечных пользователейпоисковаядиагностическая.

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

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (1995;2011гг.);

• на заседаниях кафедр «САПР» МГТУ им. Н. Э. Баумана и АСУ МАДИ. Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации образовательного процесса составляет актуальное направление в области теоретических методов и практических подходов к организации системы повышения квалификации и переподготовки.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, занимающих 164 страницы текста, в том числе 43 рисунка, 4 таблицы и список использованной литературы из 80 наименований.

Выводы по главе 4

1. Для программной реализации разработанного метода синтеза маршрутов обучения выбрана система БиГОР, как система в наиболее полной мере реализующая адаптивную технологию разделяемых единиц контента.

2. С помощью версии системы БиГОР, реализующей разработанный метод синтеза маршрутов обучения, сформирован ряд ЭУИ, соответствующих индивидуальным запросам обучаемых.

3. Проведенные исследования показали, что при переходе от одной возрастной группе к другой наблюдается наличие слабой обратной зависимости между уровнем знаний и навыков и возрастными группами сотрудников

4. На основе проведенного анализа можно сделать вывод о том, что в целом по финансово-экономическому блоку только возрастная категория до 25 лет показала результат, соответствующий высокому уровню знаний и навыков (3% от общей численности персонала). Полученный результат может быть обусловлен тем, что данная возрастная категория недавно прошла обучение в средних и высших учебных заведениях, следовательно, эти сотрудники получили не только современные, но и системные знания. Остальные возрастные категории показали результат, соответствующий среднему уровню знаний и навыков.

5. Анализ результатов экзамена по блокам показал, что наиболее низкий уровень подготовки практически все возрастные категории показали по блоку «Бухгалтерский учет и аудит». Все возрастные категории, кроме возрастной категории до 25 лет показали средний уровень знаний и навыков по блоку «Информационные технологии». Наиболее высокий уровень подготовки все группы показали по блокам «Юридические основы финансово-экономического управления» и «Организационные основы современного финансово-экономического управления».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ инструментальных средств создания ЭОР с учетом критериев семантического соответствия индивидуальным запросам пользователей и адаптивных технологий их создания. Показано, что в существующих инструментальных обучающих системах имеются развитые средства для создания интерактивных ЭОР. Однако в них отсутствуют средства для синтеза ЭОР по критериям семантического соответствия индивидуальным запросам пользователей.

2. Разработана модель семантической сети знаний предметной области.

3. Разработан метод построения оптимальной траектории обучения. В качестве модели задачи синтеза маршрутов обучения в работе предложено использовать семантическую сеть в виде И-ИЛИ-графа, содержащего концепты и учебные модули предметной области, а также смешанные отношения между ними. Задача синтеза маршрута обучения при этом сводится к описанию указанного И-ИЛИ графа в виде логической скобочной формы и ее преобразованию. Выбор оптимального маршрута сводится к выбору дизъюнкта финальной формы, соответствующего минимуму используемого критерия оптимальности маршрута.

4. Разработана база данных и диаграммы поведенческой деятельности участников создания ЭОР.

5. Разработан программно-моделирующий комплекс синтеза оптимального маршрута обучения в рамках инструментальной системы «БиГОР». С помощью версии системы «БиГОР», реализующей разработанный метод синтеза маршрутов обучения, сформирован ряд ЭОР, соответствующих индивидуальным запросам обучаемых.

6. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также в учебный процесс. Показано, что внедрение результатов работы позволяет повысить качество и эффективность процесса профориентации и переподготовки персонала промышленных предприятий.