автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация формирования структуры обучения в области САПР на основе моделей многоальтернативной оптимизации

и а

На правах рукописи

КОРОЛЕВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ОБУЧЕНИЯ В ОБЛАСТИ САПР НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ МНОГОАЛЬТЕРНАТИВНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

А ВТОРЕФЕРАТ диссертации но соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" Воронежского государственного технического университета.

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки РФ, академик МАИ и РАЕН, доктор технических наук, профессор, Львович Я.Е.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Академик МАИ, доктор технических наук, профессор, Сахаров Ю.С., кандидат технических наук, доцент, Пасмурное С.М.

Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов (г. Москва)

Защита состоится г я июня 1998 г. в 153°часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026 Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

/Г

Автореферат разослан мая 1998 г.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета /' ''(/ " -^ьвович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема совершенствования управления учебным процессом приобретает все большую актуальность в связи с введенными изменениями в организацию высшего образования, и зафиксированными требованиями в действующей Конституции России, Законе Российской Федерации "Об образовании". Методология интенсивно развивающейся науки управления учебным процессом базируется на концепциях системного анализа, на использовании математических методов для описания исследуемых процессов и поиска оптимальных решений по количественным критериям эффективности. Именно количественные измерения, математические модели и методы создают предпосылку для широкого использования ЭВМ при решении проблемы проектирования управления учебным процессом.

Задачи, которые в настоящий момент возникают перед высшей школой, во многом связаны с использованием новых информационных технологий, привлечением математических . методов для поиска оптимальных решений построения процесса обучения и использованием ЭВМ для их эффективного применения, которое и создает предпосылку создания систем автоматизации формирования структуры обучения в области САПР в высшем учебном заведении.

Анализ существующих систем показал, что . имеющиеся математические модели направлены,как правило,на достижение локальных целей при формировании структуры обучения или являются жестко привязанными к конкретным условиям и соответственно не учитывают возникшие в современных условиях свободы ВУЗа при организации учебного процесса. Эти автоматизированные системы не позволяют осуществлять проектирование учебных планов на основе манипулирования курсами и не метут в должной мере обеспечить автоматизацию формирования структуры обучения. Кроме того, для существующих систем автоматизированного проектирования учебного процесса характерны следующие недостатки: отсутствует общесистемная проработка целей проектирования, полагающихся на требования ГОС; создание существующих подсистем рассматривается, как правило, изолированно'от других элементов совершенствования системы управления ВУЗом; спроектированные объекты зачастую не имеют единый формат представления данных и не позволяют использован» их другими системами в качестве входной информации; в существующей практике в основном используются эвристические процедуры и недостаточно применяются системный и программно-целевые подходы, математические методы, оптимизационные модели, корреляционный и факторный анализы, имитационное моделирование и др.

Таким образом, актуальность определяется необходимостью повышения эффективности подготовки специалистов в области САПР, что достигается средствами оптимизации построения структуры обучения в ВУЗе.

Работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии в образовании" и в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Системы

автоматизированного проектирования и автоматизации производства".

Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является разработка комплекса моделей, алгоритмических процедур и программных средств для автоматизации формирования структуры обучения, обеспечивающих повышение эффективности подготовки специалистов в области САПР. Достижение указанных целей предполагает решение следующих задач:

разработка методов и средств оптимизации структуры обучения как объекта проектирования;

разработка комплекса математических моделей формирования структуры обучения;

разработка схемы решения задачи многоальтернативной оптимизации и построение алгоритмических процедур.для решения задачи оптимального построения структуры обучения;

разработка программных средств автоматизации проектирования структуры обучения на основе моделей многоальтернативной оптимизации и их использование для формирования учебного плана специальности.

Методы исследования. Решение задачи автоматизации формирования структуры обучения основывается на использовании методов многоапьтернативной оптимизации, методах дискретной оптимизации, экспертного оценивания, теории графов, а также на экспериментальных исследованиях. При разработке программного обеспечения системы формирования оптимальной структуры обучения использовался принцип модульного программирования, новой технологии программирования библиотеки ObjectWindows, развивающей основные идеи Turbo Vision применительно к оболочке Windows.

Научная новизна. Научная новизна основных результатов, выносимых на защиту, заключается в следующем:

предложен подход к формированию структуры обучения , в области САПР, отличающийся общесистемной проработкой целей, ориентированных на требования ГОС и использованием эвристических процедур во взаимодействии с математическими методами для поиска оптимальных решений по количественным критериям эффективности;

сформирована структурная схема многоальтернативной оптимизации, позволяющая получить оптимальную, относительно заданных требований,_ структуру обучения по специальности в ВУЗе за счет организации двух поисковых режимов, использующих формализованную информацию, заложенную в структуре и - параметрах оптимизационных моделей, эвристическую информацию, содержащуюся в наглядно-образных аналогах задач синтеза, и неформальные соображения проектировщика при рациональном выборе на множестве доминирующих вариантов, а также раскрывающих основные неопределенности, свойственные задачам структурной оптимизации;

разработаны модели многоальтернативной оптимизации структуры обучения, позволяющие уменьшить размерность дихотомической оптимизационной модели и допускающие возможность решения каждой из них существующими методами дискретной оптимизации, благодаря чему обеспечивается возможность получения оптимальной структуры обучения в смысле выполнения требований: адекватности структуры обучения , требованиям ГОС; логичности в последовательности изучения дисциплин в разработанном учебном плане; минимального дублирования изучаемой информации в процессе обучения в ВУЗе; максимальной эффективности распределения зачетов, экзаменов, курсовых работ и проектирований во время обучения в ВУЗе; минимального времени формирования основных компонент структуры обучения; минимальных колебаний нагрузки студентов по семестрам; минимальных колебаний учебной нагрузки преподавателей кафедры по семестрам;

построены алгоритмические процедуры решения задачи многоальтернативной оптимизации, позволяющие формировать учебный план специальности, отвечающий перечисленным требованиям, на основе разработанных моделей и с привлечением методов дискретной оптимизации для их решения.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем:

работа выполнена в рамках х/д НИР "Автоматизация образовательной деятельности по подготовке специалистов в области САПР", единого' заказа-наряда Госкомвуза России по направлению "Информатизация образования", а . также в рамках научно-исследовательской работы ГБ НИР 96.04 "Моделирование I! оптимизация в информационных системах";

в рамках разработанной структуры щхнраммного комплекса формирования структуры обучения в области САПР обеспечивается решение задач, связанных с проектированием структуры образовательной деятельности, основными модулями которой являются: ввод данных из ГОС; разбиение дисциплин на циклы дисциплин, установленные ГОС;

определение тематических зависимостей между дисциплинами и их разделами; определение рекомендуемых значений параметров оптимизации; определение экспертных оценок удовлетворения знаний, заложенных в каждую учебную дисциплину, требованиям, предъявляемым к выпускнику ВУЗа; определение критериев оптимизации из списка предложенных и их значимости; непосредственно оптимизация структуры обучения;

разработанный программно-методический комплекс формирования структуры обучения позволяет формировать на основе Государственного Образовательного стандарта и с привлечением группы экспертов оптимальную структуру обучения по специальности, а затем на ее основе формировать рабочие программы по дисциплинам и формировать индивидуальные планы преподавателей кафедры.

Реализация результатов работы. Разработанный на основе предложенных методов программно-методический комплекс автоматизированного формирования структуры обучения в области САПР внедрен в учебный процесс на кафедре САПРИС Воронежского государственного технического университета и на кафедре земледелия Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались п обсуждались на конференциях, семинарах и совещаниях: 'Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 1992), Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1993), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994), третьей международной студенческой школе-семинаре "Новые информационные технологии" (Крым, май 1995), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине", (Воронеж, 1996), Всероссийской научно-методической конференции 'Телематика 96" (Санкт-Петербург, 13-17 мая 1996), республиканской электронной научной конференции "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1996), Всероссийском совещании - семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине", (Воронеж, 1996-1997).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 15 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, двух приложений. Основная часть работы изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 8 рисунков и 1 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, приводится ее краткое описание, формулируется цель и задачи исследования, представляются основные научные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ образовательного процесса как объекта проектирования, изучены проблемы управления качеством высшего образования и использование новых информационных технологий и математических методов для поиска оптимальных решений построения процесса обучения, а также привлечение ЭВМ для их эффективного применения. Выявлена необходимость создания системы автоматизированного проектирования структуры обучения, которая позволяет адекватно реагировать на динамично изменяющиеся требования к специалисту, особенно при подготовке по передовым направлениям науки и техники, где содержание предметной области постоянно изменяется даже на протяжении одного учебного года. Таким образом определяется актуальность, которая характеризуется необходимостью повышения эффективности подготовки специалистов в области САПР, что достигается средствами оптимизации построения процесса обучения в ВУЗе.

Рассмотрены особенности формирования структуры обучения а ВУЗе, где для определения содержания и объема базового образования, л также для целевой направленности учебного процесса на требования, предъявляемые к выпускаемым специалистам, введена система Государственных Образовательных стандартов (ГОС), которая допускает возможность создания различных вариантов структуры обучения по специальности,- что позволяет учесть потребности и особенности конкретного ВУЗа, а также допускает возможность индивидуальной подготовки отдельных студентов.

Проанализированы недостатки существующих систем автоматизации построения учебного процесса, которые направлены, как правило, на достижение локальных целей при формировании структуры обучения либо жестко привязаны к конкретным условиям, и, следовательно, не могут в должной мере обеспечить оптимизацию структуры обучения в ВУЗе.

Определены основные этапы и задачи при формировании структуры обучения. Рассмотрено использование принципов многоальтернагивной оптимизации для оптимизации структуры обучения, которые позволяют изменить традиционную схему численного решения задач структурного синтеза за счет организации двух поисковых режимов, замкнутых на проектировщика и экспертную систему. Показано, что наилучший результат решения задачи структурного синтеза учебного плана может дать комбинация методов в рамках многоальтернативной оптимизации,

позволяющих использовать формализованную информацию, заложенную в структуре и параметрах оптимизационных моделей, эвристическую информацию, содержащуюся в наглядно-образных аналогах задач синтеза, и неформальные соображения проектировщика при рациональном выборе на множестве доминирующих вариантов а также раскрывающих основные неопределенности, свойственные задачам структурной оптимизации.

Разработана структурная схема оптимального проектирования структуры обучения. Реализация предложенных методов предполагает разработку комплекса моделей формирования структуры обучения, разработку схемы решения задачи многоальтернативной оптимизации и построение алгоритмических процедур для решения задачи оптимального построения структуры обучения, а также разработку программных средств автоматизации проектирования структуры обучения на основе моделей многоальтернативной оптимизации и их использование для формирования учебного плана специальности.

Во второй главе определены основные задачи, решение которых необходимо и достаточно для построения оптимальной структуры обучения по специальности, сформулированы для каждой из них цели и критерии оптимизации, а также разработаны модели многоальтернативной оптимизации структуры учебного плана. -

Результатом процесса автоматизированного проектирования структуры образовательного процесса является такое построение учебной информации, при котором достигается оптимальные значения следующих показателей выбора структуры обучения: адекватность структуры обучения требованиям ГОС; логичность в последовательности изучения дисциплин в учебном плане; степень дублирования изучаемой информации в процессе обучения в ВУЗе; эффективность распределения зачетов, экзаменов, курсовых работ и проектирований во время обучения в ВУЗе; колебания нагрузки студентов по семестрам; колебания нагрузки преподавателей кафедры по семестрам; время формирования основных компонент структуры обучения.

Предлагается формализация критериев оптимальности структуры обучения и ограничений, накладываемых на параметры оптимизации. На основе комплексного подхода к проблеме совершенствования учебного плана специальности определяются задачи, решение которых необходимо и достаточно для формирования оптимальной структуры обучения ВУЗа: построение учебной информации внутри дисциплины; определение последовательности изучения дисциплин в учебном плане; коррекция выделения часов на изучение дисциплины. Основной задачей при проектировании оптимальной структуры обучения является задача определения последовательности изложения дисциплин в учебном плане. Для решения этой задачи формализация критериев оптимизации

представляется следующим образом:

адекватности структуры обучения требованиям ГО С

N М Т ____________- _________ - - --------

XS I trityij -> max,

1=ij~ it -1

где t.r^- степень удовлетворения i-й дисциплины t-му требованию ГОС, Т -общее количество требований ГОС, N - общее количество дисциплин, М -общее количество семестров, У]| = 1, если ¡-я дисциплина помещается в j - й семестр;

логичности в последовательности изучения учебных разделов N 'М К

Z Z I kyjjcуij max, i=ij.= ik = i

где ку]^ - весовой коэффициент значимости к- й связи зависимости i-й дисциплины, которая реализована в построенной структуре обучения, а К -общее количество связей, которые удовлетворены;

дублирования изучаемой информации во время обучения в вузе N М

Z Е i у ¡j min. i = 1 j - 1

где kij - количество часов, которое является избыточным при изучении i- й дисциплины;

эффективности распределения зачетов и экзаменов по учебным курсам N М К

Е Е Е -> тах,

i=Ij=lk=l.

где Ljjj =1," если k-я рекомендация по времени проведения экзаменов и зачетов по i-й дисциплине удовлетворена в построенной структуре; колебаний нагрузки, студентов по семестрам в учебном году G N N _ ^

ЕЕ у - Е ^iYij]" ->min.

.: 1 i I • i ;

где первая составляющая этой целевой функции характеризует устанавливаемый в процессе поиска решения объем учебной нагрузки в

7

весеннем семестре, а вторая - в осеннем, у^ =1, если ¡-я дисциплина, читается в осеннем семестре, у^- =1, если ¡-я дисциплина читается в весеннем семестре;

колебаний нагрузки преподавателей по семестрам в учебном году

РЛ N М N М _ _

5у5] ] —» тт,

р=1 1=1]=1 5=13=1

гдеТр} - нагрузка р - го преподавателя по 1 -й дисциплине, а РИ. - общее

количество преподавателей,читающих курсы по данной специальности.

При осуществлении поиска оптимального варианта последовательности изложения дисциплин в учебном плане в направлениях, указанных целевыми функциями,устанавливаются следующие ограничения: каждая дисциплина должна преподаваться только один раз в пределах всего времени обучения; расстояние между частями сложной дисциплины, разорванной на два семестра, равно только одному семестру; суммарное планируемое число аудиторных занятий в неделю должно лежать в пределах заданного интервала; допустимое ( в пределах одного семестра) число экзаменов и зачетов; устанавливаемый объем нагрузки по каждому циклу дисциплин; срок реализации образовательной программы подготовки специалиста при очной форме обучения; срок теоретического обучения по каждой дисциплине; объем квалификационной работы; объем практики; объем каникул; объем обязательных аудиторных занятий в неделю.

Разработанные модели многоальтернативной оптимизации для этой задачи имеют следующий вид:

у1. Разбиение множества дисциплин К на две группы, одна из которых образует подмножество К , отвечающее требованию логичной последовательности изучения дисциплин.

N 1=1

у] = I, если ¿-я дисциплина входит в множество И . а^ 1 - если ¡-я дисциплина удовлетворяет требованию логичности в предшествовании изучения.

N

£у1<М/2.

¡=1

у2. Выбор одного элемента из подмножества в соответствии с некоторыми требованиями F*.

Е ^¿jVii(yi) —> max, leí,, м-1

где Я - коэффициенты относительной значимости критериев.

уЗ. Упорядочение дисциплин, то есть выбор порядка предшествования в процессе обучения.

Г - ех1г,

N

1=1

где уц -1, если 1-й дисциплине присваивается порядковый номер I.

у4. Объединение дисциплин в группы, представляющие собой учебные семестры. . .....

I7 = у[/(Уй>.У1.)]-> ехЬг>

N М

1=1 ' 3=1

где I, если 1-я дисциплина помещается в ¡-й семестр.

В третьей главе описана структура алгоритмического обеспечения системы автоматизированного проектирования структуры обучения в соответствии с определенными целями, осуществлена адаптация единой схемы многоальтернативиой оптимизации для построения алгоритмических процедур решения задачи рационального выбора структуры обучения, позволяющая в ходе поиска по текущей и экспертной информации раскрыть основные неопределенности, свойственные задачам структурной оптимизации.

Задала оптимизации при формировании структуры учебного плана решается в рамках единой схемы многоальтернативиой оптимизации.

Разработанные алгоритмические процедуры единой схемы многоальтернативной оптимизации, направленные на решение задачи оптимального построения учебного плана специальности, реализуют

9

сочетание методов дискретной оптимизации, используемых при решении задачи и неформальных соображений проектировщика при выборе на множестве доминирующих вариантов.

Ввод исходных данных из ГОС Учет ограничений общего вида

т

Рис. 1. Схема оптимального проектирования структуры учебного плана

специальности

Ввод исходных данных и учет оцхшичений общего вида представляет собой ввод информации из ГОС, экспертной информации, представляющей собой тематические зависимости между разделами знания, рекомендуемые значения различных параметров учебного плана и расчет общих

ориентиров при проектировании учебного процесса на основе построенного ориентированного графа учебного процесса, полученного после ввода информации из ГО С и экспертной информации.

Структуризация учебной дисциплины и определение порядка проведения дизъюнктивных опытов представляет собой процесс определения тематических зависимостей между разделами учебных курсов и выявления основных направлений проведения дизъюнкций дисциплин-претендентов на включение в заполняемый семестр.

Этап определения области допустимого решения задачи представляет собой решение задачи у1 методом ветвей и границ, в результате которого получается множество перспективных дисциплин-претендентов на включение в заполняемый семестр, то есть множество дисциплин, изучение которых стало возможным в силу того, что вся необходимая для этого информация уже пройдена в границах других курсов.

Расчет оценок прогнозируемых решений осуществляется путем решения задачи у2 методом выделения главного критерия для определения дисциплины, которую необходимо включить в заполняемый семестр, если в результате решения задачи у I сформированное множество дисциплин является недостаточным для образования семестра или для определения дисциплины, которую необходимо исключить из множества, если оно является избыточным при формировании семестра.

Распределение альтернативных переменных л соответствии с сформированными оценками представляет собой решение задачи уЗ, результатом которой является отсортированное множество выбранных дисциплин по степени необходимости включения в заполняемый семестр.

В случае, если не выполняется условие релаксации вычислительного процесса, определяемое решением задачи у4, то происходит формирование экспертных прогностических оценок и на заключительном этапе право утверждения предлагаемого варианта учебного семестра передается эксперту проектировщику, которому также предоставляется возможность выбора дисциплины из группы доминирующих для добавления или удаления из формируемого учебного семестра.

В_четвертой главе разрабатывается структура программного

комплекса формирования структуры обучения в области САПР, основными модулями которой являются: модуль ввода данных из ГОС; модуль разбиения дисциплин на циклы, установленные ГОС; модуль определения тематических зависимостей между дисциплинами и их разделами; модуль определения рекомендуемых значений параметров оптимизации; модуль определения экспертных оценок удовлетворения знаний, заложенных в каждую учебную дисциплину, требованиям, предъявляемым к выпускнику ВУЗа; модуль выбора критериев оптимизации из списка предложенных и

их степени значимости; процедуры оптимизации структуры обучения. Кроме того, разработаны сервисные модули для поддержки учебно-методической деятельности преподавателей: модуль формирования содержания обучения; модуль формирования ■ индивидуальных планов преподавателей; модуль формирования рабочих программ.

Разработаны программные процедуры автоматизации формирования структуры обучения, которые позволяют в рамках предлагаемых алгоритмов осуществлять выполнение заданных функций и обеспечивают информационную связь между отдельными модулями. В качестве стандарта хранения информации принят формат хранения данных в таблицах редактора Word, что объясняется удобством работы и распространенностью редактора, а также возможностью конвертирования без больших затрат в любой известный формат хранения информации, принятый на данный момент.

В качестве операционной среды разработанного программного пакета выбрана операционная оболочка Windows. Выбор аппаратных ресурсов ограничивается выбором минимальных требований для функционирования операционной оболочки Windows 3.1. Для этого необходимо наличие процессора 80386 и выше, дисплея VGA или SVGA, оперативной памяти не менее 4 Мбайт. Перед установкой системы автоматизированного проектирования структуры обучения свободной памяти на жестком диске должно быть не менее 1.6 Мбайт. Рекомендуемым является не менее 3 Мбайт свободной памяти для использования дополнительных возможностей операционной системы Windows при работе с программным комплексом.

Особенностью разработанного программного комплекса является модульность, ясность н переносимость, а в результате и открытость, которые позволяют легко расширять возможности системы и настраивать на конкретную предметную область.

Результатом применения разработанного программного комплекса в области САПР является проектирование рабочего учебного плана ВГТУ по специальности 220300 "Системы автоматизированного проектирования", в результате которого, опираясь на требования ГОС, был сформирован оптимальный, с точки зрения предложенных требований, план дневной формы обучения по специальности со сроком обучения 4 года и 10 месяцев. Применение средств автоматизированного проектирования позволило сформировать перечень дисциплин,устанавливаемых вузом, которые наряду с дисциплинами, установленными ГОС, служат для удовлетворения требований Государственного образовательного стандарта, распределить сорок три учебные дисциплины по девяти учебным семестрам и общую трудоемкость каждой из них по формам проведения занятий в соответствии с допустимыми ограничениями, установленными ГОС.

В заключении проводится анализ эффективности применения средств автоматизации формирования структуры образовательной деятельности на основе моделей многоальтернативной оптимизации, который подтверждает необходимость применения средств автоматизированного проекшровання структуры учебного процесса, позволяющих проектировать оптимальный путь обучения по специальности, а также дающих возможность снизить время на формирование основных компонент образовательной деятельности за счет рационального использования вычислительной техники.

В заключении рассмотрены основные результаты работы.

В_приложениях приведены листинги м о,тулей разработанного

программно методического комплекса авгоматизироваиного

формирования структуры обучения, а также приведены распечатки экрана в моменты работы с данным программным средством на различных этапах работы, акты внедрения разработанных средств в учебный процесс.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ эффективности автоматизации образовательной деятельности и выявлена необходимость разработки средств автоматизированного проектирования учебного процесса, которые позволяют осуществлять выбор оптимальной структуры обучения, адекватно реагировать на динамично меняющиеся требования к специалисту, а также дают возможность снизить время на формирование основных компонент образовательной деятельности за счет рационального использования вычислительной техники.

2. Изучены особенности оптимального проектирования системы обучения, которые показали, что наилучший результат решения задачи структурного синтеза учебного плана может дать комбинация методов в рамках мьогоальтернативной оптимизации за счет организации двух поисковых режимов, позволяющих использовать формализованную информацию, заложенную в структуре и параметрах оптимизационных моделей, эвристическую информацию, содержащуюся в наглядно-образных аналогах задач синтеза, и неформальные соображения проектировщика при рациональном выборе на множестве доминирующих вариантов, а также раскрывающих основные неопределенности, свойственные задачам структурно'! оптимизации.

3. Предложен комплексный подход к задаче совершенствования учебного плана специальности ВУЗа, дающий возможность определит!, задачи, решение которых необходимо и достаточно для формирования оптимальной структуры обучения ВУЗа за счет формализации семи

критериев оптимальности структуры обучения и системы ограничений на параметры оптимизации.

4. Разработаны модели многоальтернативной оптимизации структуры обучения, которые уменьшают размерность " дихотомической оптимизационной модели формирования структуры обучения и допускают решение каждой из них существующими методами дискретной оптимизации. Для каждой из выделенных задач определены критерии оптимизации и разработаны целевые функции, достижение которыми своего максимума при выполнении заданных условий приведет к оптимальному результату.

5. Определена структура алгоритмического обеспечения системы автоматизированного проектирования структуры обучения в соответствии с предложенными целями, отражающая все основные этапы проектирования и информационные взаимодействия между ними.

6. Сформирована структурная схема решения задачи многоальтернативной оптимизации для построения алгоритмических процедур рационального выбора структуры обучения по специальности, которая позволяет в процессе поиска оптимального варианта по текущей и экспертной информации раскрьггь основные неопределенности, свойственные задачам структурной оптимизации.

7. Построены алгоритмические процедуры единой схемы многоальтернативной оптимизации для решения задачи оптимального построения учебного плана специальности, реализующие сочетание методов дискретной оптимизации, используемых при решении задачи и неформальных соображений проектировщика при выборе на множестве доминирующих вариантов и образующих два контура принятия решения, замкнутых на проектировщика и экспертную систему.

8. Сформирована структура программного комплекса формирования структуры обучения в области САПР, обеспечивающая удобное информационное взаимодействие программных модулей на всех этапах проектирования, и разработаны программные процедуры автоматизации формирования структуры обучения, обеспечивающие решение задач ввода, хранения, обмена и вывода информации, а также реализующие вычислительные-функции Двух контуров принятия решения, свойственных задачам многоальтернативной оптимизации.

,. 9. Сформирован рабочий учебный план ВГГУ по специальности 220300 "Системы автоматизированного проектирования" и проведен . анализ эффективности средств автоматизации формирования структуры образовательной деятельности, который подтвердил целесообразность применения предложенных методов для оптимизации структуры учебного процесса, позволяющих проектировать оптимальный путь обучения, а также дающих возможность снизить время на формирование основных

компонент образовательной деятельности за счет рационального использования вычислительной техники. Система внедрена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" Воронежского государственного технического университета и на кафедре "Земледелие" агрономического факультета Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Королев E.H., Чулкова С.Э. Разработка программного обеспечения индивидуального автоматизированного рабочего места преподавателя на базе ЭВМ типа IBM PC// Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления; Всерос. науч. студ. конф. Таганрог, 1992. С. ¡33.

2. Жуковская З.Д., Чулкова С.Э., Королев E.H. Анализ основных направлений автоматизации преподавательской деятельности// Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем: Всерос. совещание-семинар. Воронеж, 1993. С. 166.

3. Чулкова С.Э., Королев E.H. Разработка программного обеспечения подсистемы "Автоматизированное рабочее место преподавателя"// Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине: Всерос. совещание-семинар. Воронеж, 1994. С. 97.

4. Королев E.H. Разработка информационного обеспечения подсистемы формирования содержания обучения АРМ преподавателя// Новые информационные технологии: Третья международ, студ. школа-семинар, Крым, Судак, 1995. С. 13.

5. Королев li.II. Разработка подсистемы формирования учебного плана АРМ преподавателя// Новые информационные технологии: Третья междунар. студ. школа-семинар, Крым, Судак, 1995. С. 15.

6. Королев E.H., Савинков Ю.А. Применение многоальтернативной оптимизации при проектировании учебных планов// Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Всерос. совещание-семинар. Воронеж, 1996. С. 46.

7. Львович Я.Е., Королев E.H. Разработка алгоритма формирования структуры обучения на базе моделей многоальтернативной оптимизации// Телематики 96: Всерос. научно-методическая конференция. Санкг-11етербург, 13-17 мая 1996. С. 141.

8. Королев E.IL, Львович Я.Е. Информационная модель данных при проектировании учебных планов// Современные проблемы информатизации: Тез. докл. Республиканской электронной науч.- конф. Воронеж,1996. С. 16.

9. Королев E.H., Чулкова С 3. Разработка программного и информационного обеспечения ^системы проектирования структуры обучения в области САПР// Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1996. С. 140-143.

10. Львович Я.Е., Королев E.H. Разработка системы автоматизированного проектирования структуры обучения в области САПР// Оптимизация и моделирование в автоматизированных, системах: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1996. С*. 49-53.

11. Королев Б.Н., Львович Я.Е. Решение задачи формирования структуры обучения в рамках единой схемы многоалътернативной оптимизации// Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всерос. совещания-семинара. Воронеж, 1997. С. 3.

12. Королев E.H. Программная реализация системы автоматизированного формирования структуры обучения// Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всерос. совещания-семинара. Воронеж, 1907. С. 54.

13. Королев E.H., Львович Я.Е. Выбор единой схемы решения задачи оптимизации структуры обучения// Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. научн. тр. Воронеж, 1997. С. 6873.

14. Королев E.H., Лозенко ЕА„ Туренко И.И. Использование технологии удаленного доступа в информатизации ВУЗа// Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. наз'чн. тр. Воронеж, 1997. С. 153-157.

15. Королев E.H., Туренко И.И. Разработка математических моделей оптимизации структуры обучения// Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1997. С. 163-170.

ЛР N 020419 от 12.02.92. Подписано в печать 14.05.98.

Объем 1,0 усл. печ л. Тираж 85 экз. Заказ N -fö т Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский проспект, 14 Издательство

Воронежского государственного технического университета