Модели, методы и алгоритмы управления процессом оптимального формирования учебного плана с учетом внешних требований

Управление учебным процессом в высшем учебном заведении относится к классу сложных, слабоструктурированных задач, требующих принятия решения при выборе стратегии достижения цели (реализации миссии) вуза [2,5,6,27,36]. Учебный план (УП) относится к основным документам, регламентирующим учебный процесс, а его формирование является прерогативой лица, принимающего решение (ЛПР) [68,88,101]. В силу этого, принятие решения при наличии неполной, слабоструктурированной информации в условиях необходимости учета внешних требований (со стороны сектора промышленности и экономики, государства, личных предпочтений и др.) к УП носит субъективный характер, основанный на традициях, опыте и личных представлениях ЛПР. Проблема субъективности принятия решения особенно актуальна в настоящее время в условиях интеграции образования и производства, ослаблении роли государства в регламентации образовательной деятельности, осуществлении принципа непрерывности образования и в связи с реализацией Болонского соглашения [6,54,93].

Преодоление субъективизма возможно за счет применения комплекса, научно-обоснованных методов принятия решения, реализованных в виде инструментальных средств поддержки принятия управленческих решений на основе использования современных информационных технологий для предоставления информации ЛПР в структурированном виде, что способствует получению оптимального решения в задачах управления [1,29,76,91].

Исследование процедуры формирования учебного плана с целью совершенствования механизма принятия решения на этапах анализа и синтеза связано с разработкой комплекса правил и выбором инструментов реализации, которые использует ЛПР при принятии решения в соответствии с обоснованным критерием оптимальности.

Поскольку принятие решения является адекватным при наличии у.

ЛПР необходимой и достаточной информации, то совершенствование механизма принятия решения связано с разработкой методов, моделей и алгоритмов получения нужной информации на каждом этапе формирования учебного плана с помощью автоматизированной проблемно-ориентированной информационной системы.

Актуальным проблемным вопросом оценки эффективности принятия решения является выбор агрегированного критерия оптимальности, для определения которого можно представить задачу формирования УП как задачу, связанную с выбором и распределением информационных ресурсов, формирующих его структуру с расчетом максимально возможного результата в процессе достижения цели [2,8,36].

Цель работы: разработать модели, методы и алгоритмы выбора и распределения информационных ресурсов, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде проблемно-ориентированной системы поддержки принятия управленческих решений по оптимальному структурно-параметрическому формированию УП с учетом внешних требований.

Для достижения цели предполагается решение следующих задач;

1. Проведение анализа современных тенденций в сфере образования и определение внешних требований к УП, которые задают выбор критерия эффективности и ограничений, а также формируют совокупность информационных ресурсов, необходимых для оптимального структурно-параметрического построения учебного плана.

2. Разработка моделей выбора и распределения информационных ресурсов учебного плана для получения информации, необходимой ЛПР для принятия решения по оптимальному структурно-параметрическому формированию УП с учетом внешних требований.

3. Построение методов и алгоритмов решения задач выбора и распределения информационных ресурсов, направленных на разработку механизма принятия решения и оптимизации процесса структурно-параметрического формирования УП.

4. Разработка проблемно-ориентированной системы поддержки принятия решения и оптимизация процесса структурно-параметрического формирования УП.

5. Апробация и внедрение результатов исследований в образовательном процессе высшего учебного заведения и предприятий. ^.

Методика исследования базируется на использовании теории управления, методах принятия решения, матричном способе описания и использовании аппарата теории графов, методах экспертизы и > математического моделирования и программирования. Общей методологической основой работы является системный подход.

Научная новизна полученных результатов и работы состоит в следующем:

— Разработана модель выбора информационных ресурсов УП, отличающаяся от известных выделением структурных элементов УП, в виде дидактических единиц, количественные значения которых учитываются при определении максимума профессиональных компетенций выпускника вуза при выборе стратегии целедостижения образовательного процесса.

— Предложен критерий эффективности построенияУП в виде достижения максимума идеальной массы учебного материала, который, в отличие от известных, позволяет учитывать значения ресурсных признаков, количественно выраженных в плотности и объеме информационных ресурсов.

— Разработана модель распределения информационных ресурсов УП по временным периодам расчета в соответствии с выбранными ЛПР условиями и ограничениями, которая, в отличие от известных, реализует итеративный процесс генерации информации, необходимой для принятия решения, на основе сравнения расчетных значений массы информационных ресурсов с их идеальными значениями.

— Разработан механизм управления процессом оптимального структурно-параметрического формирования УП, который, в отличие от известных, основан на поэтапном принятии решения с осуществлением контроля нарастания массы учебных материалов, что позволяет на каждом периоде расчета оценить достижение требуемой степени профессиональной компетенции специалиста.

Теоретическая значимость полученных результатов состоит в разработке комплекса моделей, методов и алгоритмов, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде проблемно-ориентированной системы поддержки принятия решений в процессе управления оптимальным структурно-параметрическим формированием УП.

Практическая значимость работы. Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют расширить класс решаемых прикладных задач по управлению сложными социальными системами. Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании инструментальных средств поддержки принятия управленческих1 решений в сфере образования с возможностью применения в социальной сфере.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийских научно-технических конференциях «Теория конфликта и её- приложения» (г. Воронеж, 2004,2006,2008), «Интеллектуализация. управления в социальных и экономических системах» (г. Воронеж, 2007, 2008) — Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы профессионального образования: подходы и перспективы» (г. Воронеж, 2004), «Социально-экономическое развитие России в условиях усиления глобализации» (Воронеж, 2008) — XXIII межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Проблемы и перспективы совершенствования охраны государственной границы и объектов» (г. Калининград 2008) — отчетных научно-технических конференциях профессорскопреподавательского состава Воронежского института высоких технологий.

Воронеж, 2004;2005, 2005;2006 и 2006;2007, 2007;2008 уч. гг.).

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены в практику управления образовательным процессом в Воронежском институте высоких технологий, в систему подготовки кадров по технической защите информации и в систему подготовки и переподготовки кадров в ОАО Концерн «СОЗВЕЗДИЕ» для составления учебных планов, а также формирования требований к подготовке специалистов в виде профессиональных компетенций. Эффект от внедрения выражен в оптимизации управления образовательным процессом с целью повышения качества обучения и в реализации концепции участия промышленных сообществ в организации учебного процесса.

Диссертационная работа выполнена в Воронежском институте высоких технологий в рамках госбюджетной НИР по теме «Моделирование информационных технологийразработка и совершенствование методов и моделей управления, планирования и проектирования технических, технологических, экономических и социальных процессов и производств» (№ г. р. 01.2005.2305).

4.4 Выводы по разделу.

1. Реализацию методов выбора и распределения информационных ресурсов при формировании учебного плана с учетом требований, условий и ограничений предложено осуществлять с помощью проблемно-ориентированной системы формирования учебного плана. Отличительной чертой разработанной проблемно-ориентированной системы является участие ЛПР на каждом шаге формирования учебного плана, что служит отражением концепции формирования учебного плана, представленной в настоящей работе и описанной в пункте 2.1.

2. Принципиальное отличие разработанной проблемно-ориентированной системы состоит в использовании данной системы в качестве инструментального средства принятия решения на каждом шаге формирования учебного плана путем выдачи рекомендаций по оптимизации учебного плана в соответствии с оценкой эффективности, на основе системного подхода, описанного в разделе 2.

3. Особенность информационной компоненты (базы данных), разработанной проблемно-ориентированной системы, состоит в том, что база данных логически делится на две части: справочную (постоянную в рамках единой корпоративной информационной базы) и переменную (создающуюся в процессе формирования конкретного учебного плана по заданным условиям со стороны ЛПР), которая хранится в процессе построения и удаляется после окончательного принятия учебного плана. Данный способ организации информационной базы инструментального программного средства позволяет осуществлять автоматизацию процедуры формирования учебного плана не единовременно, а в соответствии с необходимостью и предпочтением ЛПР, т. е. поэтапно, в течение любого по длительности промежутка времени.

4. Преимущество разработанной проблемно-ориентированной системы, как инструментального средства поддержки принятия управленческого решения отражено в реализации диалогового режима взаимодействия ЛПР и системы. Информация выводится в виде возможных, допустимых альтернатив, с комментариями, пояснениями, допустимыми вариантами отклонения от показателей расчета эффективности. Проблемно-ориентированная система имеет развитые средства визуализации, дружественный пользовательский интерфейс.

5. Технология реализации программных модулей содержит структурные и объектные подходы, в зависимости от особенностей алгоритмов реализации, используются различные технологии доступа к данным, что обеспечивает простоту реализации, использования и получения (вывода результата) проблемно-ориентированной системы формирования учебного плана.

6.Достоверность и адекватность полученных результатов подтверждается их практической реализацией на конкретных примерах, полученных при расчете примера на основе Государственного образовательного стандарта по специальности 230 201 «Информационные системы и технологии»;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1.Проведен анализ современных тенденций в сфере образования и определены внешние требования к формированию учебного плана, который является объектом управления со стороны ЛЕЕР. Внешние требования задают выбор критерия эффективности, условия и ограничения, а также формируют совокупность информационных ресурсов, необходимых для оптимального структурно-параметрического построения УП на основе модели специалиста в рамках участия работодателей в организации учебного процесса для подготовки компетентных специалистов.

2.Разработана модель выбора и распределения информационных ресурсов УП для получения информации, необходимой ЛПР для принятия решения по оптимальному структурно-параметрическому формированию УП с учетом внешних требований. Для разработки модели использован системный подход, на основе известной модели <Ц, Ф, С, 0> - цель, функция, структура, организация, формализация которой в кибернетическом представлении дает возможность формализовать структуру учебного плана, выделить структурные элементы, определить информационные ресурсы и их количественные признаки и задать критерий эффективности целедостижения формирования учебного плана, используя понятие обратной связи, которая выражается в функциях контроля за отклонением от максимального показателя эффективности образовательного процесса при получении идеального количества знаний при обучении.

3 .Разработана структурная схема учебного плана, элементарной структурной единицей которой предложено использовать понятие дисциплины (учебного курса) как ресурсного класса. Ресурсом являются дидактические единицы, выбираемые и распределяемые лицом, принимающим решение при формировании УП. Назначение ресурса классу осуществляется по признакам, присущим ресурсным единицам, которые позволяют объединить их в единую структуру.

4.Предложен способ оценки эффективности синтеза УП при учете логической связи между ресурсными единицами на основе математической модели массы учебного материала, для определения которой рассчитываются количественные значения признаков информационных ресурсов, определение и параметрическое представление которых также предложено в работе.

5.Предложена и обоснована методика проведения экспертизы для оценки логической связи между ресурсными единицами. Предложены алгоритмы расчета логических цепочек между ресурсными единицами при полном и частичном парном сравнении элементов.

6. Разработана проблемно-ориентированная система формирования учебного плана в виде математического, программного и алгоритмического обеспечения, как инструментальное средство поддержки принятия управленческого решения.

7. Разработан механизм управления процессом оптимального структурно-параметрического формирования УП, который, в отличие от известных механизмов управления, основан на поэтапном принятии решения с осуществлением контроля нарастания массы учебных материалов, что позволяет на каждом периоде расчета оценить достижение требуемой степени профессиональной компетенции специалиста.