автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Автоматизация процесса составления учебных планов вузов

Введение.

Глава I . Постановка задачи автоматизации составления учебных планов вузов.

1.1. Цели обучения.

1.2. Анализ системы формирования учебных планов вузов.

1.3.1 Анализ факторов, влияющих на качество подготовки специалиста.

1.4. Определение области исследований.

1.5. Аналитический обзор разработок, связанных с поставленной задачей.

1.5.1 Модульное обучение.

1 5.2. Составление учебных йл^нов вузов на основе дерева целей подготовки специалиста.

1.5.3. Составление планов вузов на основе связей между модулями.

1.6. Выводы по обзору разработок.

1.7. Математическая постановка задачи синтеза учебных планов вузов.

1.7.1. Ограничения, налагаемые на учебный план.

1.7.2. Разработка критерия оптимизации.

Основной задачей системы высшего образования является удовлетворение потребностей государства в специалистах нужного профиля. При этом выпускаемые специалисты могут иметь различное качество подготовки, которое будет зависеть от того, насколько полно выпускник вуза сможет соответствовать предъявляемым к нему требованиям [33].

Развивающиеся наука и техника предъявляют новые требования к содержанию высшего образования. Специалист каждого нового выпуска того или иного учебного заведения всегда должен иметь более высокий уровень подготовки, чем специалист предыдущего выпуска[5]. Качество подготовки специалиста во многом определяется программой его обучения, и, в частности, главным документом этой программы - учебным планом вуза. Подготовка специалистов, отвечающих современным запросам, влечет за собой непрерывное совершенствование учебных планов с тем, чтобы они всегда находились в наивысшем соответствии с требованиями, предъявляемыми к специалисту, поэтому учебный план должен быть достаточно гибким для быстрой адаптации к меняющимся требованиям по отношения к специалисту [58].

В настоящее время процесс составления учебных планов, основанный на опыте и интуиции работников высшей школы, нуждается в серьезном совершенствовании и научном обосновании принимаемых решений. Это особенно актуально в условиях все возрастающих требований к подготовке специалистов, необходимости частого обновления учебных планов, необходимости повышения качества учебного процесса в условиях перехода России к рыночным отношениям. Необходим поиск новых подходов, обеспечивающий целесообразную перестройку системы профессионального образования с учетом жизненных реалий.

Существенно важным компонентом профессионального образования является его содержание. Тесно связанное с уровнем развития науки, техники и производства, оно подвергается наиболее интенсивным преобразованиям, вытекающим из изменений содержания труда, развития структуры рынка труда. При этом повышение требований экономики к качеству подготовки специалистов не сопровождается адекватным улучшением содержания образования.

Объектом исследования данной работы является система формирования учебных планов вузов, возможность усовершенствования составления учебных планов.

Предмет исследования - учебный план.

Целью работы является повышение эффективности процесса составления учебных планов вузов.

По сравнению со средней школой, где номенклатура предметов относительно стабильна, в высшей школе вместе с появлением новых отраслей знаний возникают и новые специальные предметы. Так как время на непосредственную их апробацию в вузах весьма ограничено, то многие специалисты предполагают изучать различные аспекты содержания образования, пользуясь методами моделирования. Такая структурная модель может отражать весь процесс обучения. Попытки моделировать учебный процесс помогают подойти к нему как к сложной динамической системе и учесть те широкие возможности, которые открывает применение технических средств переработки информации. В исследовании учебного процесса модель выступает как важнейшее средство наглядного представления связей и отношений его компонентов. Соответственно для организации и научного исследования учебного процесса высшей школы моделирование становится все более насущно необходимым [5].

Моделирование предусматривает проведение опытов, расчетов, наблюдений, логического анализа на моделях с тем, чтобы по результатам такого исследования можно было судить о явлениях, происходящих в действительных объектах. Математические модели, таким образом, позволяют проверять качество логических построений описательной стороны объекта рассмотрения и устанавливать определенные взаимоотношения количественных и качественных отношений без экспериментов непосредственно на объекте.

Модели позволяют находить оптимальные структуры процесса обучения исходя из поставленной цели. Средствами оптимизации обучения являются: отбор содержания обучения и установление последовательности при изучении учебных дисциплин, прочных связей и взаимоотношений между предметами и видами обучения. Чем теснее и глубже эта связь (в частности, изучение одного предмета на основе знаний, полученных в другом), тем выше уровень научной и профессиональной подготовки специалистов [44].

Таким образом, моделирование учебного процесса становится не тольк\о желательным, но и необходимым. Без исследования структуры и содержания обучения в современных условиях становится невозможной качественная подготовка специалистов [77].

Для достижения поставленной в работе цели использовались следующие методы исследования: анализ процесса составления учебных планов вузов, моделирование системы синтеза учебных планов вузов и анализ результатов после проведения расчетов на модели.

Научная новизна исследования состоит в том, что в работе предложен качественно новый подход к построению содержания обучения, основанный на анализе вклада каждого модуля в формирование профессиональных навыков и на анализе логичности изложения материала не только с помощью факта существования логической связи между учебными модулями, но также с учетом тесноты этой связи; предложены методы сбора исходных данных и обработки экспертиз, метод решения задачи синтеза как многокритериальной задачи.

Практическая значимость исследования. В ходе работы создана автоматизированная система синтеза учебных планов вузов для ПЭВМ. С помощью этой системы можно строить оптимальный учебный план по выбранному алгоритму синтеза. Возможность настройки исходных параметрой расчета позволяют варьировать результатами.

При построении плана по специальности 27.03.00 отмечено, что в случае плана, построенного при помощи автоматизированной системы, получены лучшие результаты по критерию минимизации временных разрывов по сравнению с вариантом плана, составленным вручную. По алгоритмам синтеза плана 55.24.00 с учетом связности получены хорошие результаты наполнения и всех остальных критериев. Но наилучшие результаты достигнуты в случае применения алгоритма максимизации обобщенной значимости с учетом связности модулей.

Структура диссертационной работы.

В главе I проведен анализ существующей системы формирования учебных планов вузов, сделан обзор научных работ, проводимых в области формирования учебных планов, выявлены нерешенные в этой области вопросы и на основе проведенного анализа сформулирована задача синтеза учебных планов и сделана ее математическая постановка.

В главе II предложен метод получения количественной информации об учебных модулях и информационных связях между ними на основе составления тезауруса учебных модулей по специальности. Рассмотрены методы проведения экспертиз и сделано обоснование для выбора конкретных методов в данной работе. Предложен метод математической обработки результатов экспертиз.

В главе III обоснован выбор метода динамического программирования для решения задачи синтеза учебных планов вузов, проведен анализ необходимых возможностей для настройки расчета, сделано описание общих алгоритмов решения задачи и, сделано описание исходных данных и параметров настройки расчета.

В главе IV дано описание инфологической модели задачи синтеза учебного плана и алгоритмов решения частных задач, возникающих в ходе построения решения, приведены и проанализированы результаты проведенных исследований.

Заключение.

В диссертации получены следующие результаты:

1. Проведен анализ процесса составления учебных планов вузов. Выяснено, что при существующем множестве ограничений, налагаемых на учебный план, его составление вручную сопряжено со значительными трудностями.

2. Сделана математическая постановка задачи, а именно:

• описана система ограничений, налагаемых на план;

• разработаны три критерия для оптимизации учебного плана: минмимизации временных разрывов с учетом тесноты связи информационно связанных модулей, максимизации суммарной значимости для профессиональной подготовки модулей, включенных в план и максимизации суммарной обобщенной значимости модулей, включенных в план.

3. Предложен метод формирования исходных данных для решения задачи синтеза. Метод основан на составлении тезаурусов учебных модулей и анализе использования информации, описанной в тезаурусе, в информационно связанных модулях.

4. Предложена методика проведения экспертиз. Обоснован выбор в каждом конкретном случае того или иного метода. Разработана анкета для проведения экспертиз по определению коэффициента значимости модуля для профессиональной подготовки и коэффициента тесноты связи между информационно связанными модулями.

5. Предложен метод определения комплексного коэффициента, включающего в себя и значимость модуля для профессиональной подготовки, и для изучения информационно связанных с модулем потомков.

6. Предложен метод обработки экспертных оценок, когда оценка каждого эксперта проверяется на согласованность с остальными экспертами и в зависимости от этой оценки вычисляется компетентность каждого эксперта.

7. Разработан алгоритм оптимизации учебного плана по критерию минимизации временных разрывов с учетом тесноты связи информационно связанных модулей. Алгоритм основан на принципах динамического программирования, когда задача решается пошагово с отсечением неперспективных вариантов построения плана. »

8. Разработаны три алгоритма синтеза учебного плана, а именно: максимизация суммарной профессиональной значимости модулей, включенных в план, с учетом связности; максимизация суммарной обобщенной значимости модулей, включенных в план, с учетом и без учета связности.

9. Создана гибкая автоматизированная система синтеза учебных планов вузов, включающая в себя подсистемы информационного обеспечения, обработки экспертиз, решения задачи синтеза, позволяющая изменять параметры расчета и получать таким образом учебный план, максимально удовлетворяющий запросам вуза.

10. При помощи созданной автоматизированной системы проведена оптимизация плана специальности 27.03.00 и синтез плана направления 55.24.00 и подтверждена эффективность разработанных алгоритмов. При оптимизации плана специальности 27.03.00 получено улучшение критерия минимизации временных разрывов на 40%. При синтезе плана направления 55.24.00 наилучшие результаты получены по алгоритму максимизации суммарной обобщенной значимости модулей, включенных в план.

1. Абрамов Л.М., Капустин В.Ф. Математическое программирование. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. 328 с.

2. Агранович Б.Л., Кабанов В.И. Модель оценки качества подготовки специалистов в высших учебных заведениях. //Кибернетика и вуз. Вып. 13. Томск, 1987 , с. 19-22.

3. Алексеева Л.Н. Формирование гибкого содержания образования и обучения в средних специальных учебных заведениях. Автореф. дисс. . канд. тех. наук. Москва, 1997.

4. Архангельский С.И., Михеев В.И. Теоретические основы научной организации педагогических исследований. М.: «Знание», 1976. 27 с.

5. Бабинцев B.C., Подиновский В.В. Выбор решений по многим критериям, упорядоченным по важности. М., 1977. 44 с.• Ю.Белкин Е.Л. Разработка методов построения системы изложения учебного материала. Отчет о научно-исследовательской работе.

6. П.Белов В.В., Воробьев Е.М., Шаталов В.Е. Теория графов. Москва, 1976.

7. Бенайюн Р., Ларичев О.И. Линейное программирование с многими критериями. Метод ограничений. //Автоматика и телемеханика, 1971, №8.

8. Берж К. Графы и их применение. М.: Изд-во иностранной литры, 1962. 319 с.

9. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. Воронеж, 1977, с. 40-86.- 15.Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. Москва, 1980. 262 с.

10. Герман Э.И. Разработка моделей и алгоритмов многоцелевой оптимизации планов учебного процесса. Дисс. . канд. тех. наук. Томск, 1975,194 с.

11. Горбатова P.E. Системный анализ деятельности специалиста и моделирование задач подготовки инженерных кадров. Автореф. дисс. . канд. тех. наук. Томск, 1981.

12. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Москва, 1995.

13. Гусев И.Т., Мухин Э.В., Сорокин A.C., Сумароков Л.Н. Методика разработки учебного плана. //Использование ЭВМ в организации и планировании учебного процесса. М.: «Высшая школа», 1972, с. 176-195.

14. Гусев И.Т., Мухин Э.В., Сумароков Л.Н. Некоторые семантические аспекты проблемы разработки учебных планов. //Использование ЭВМ в организации и планировании учебного процесса. М: ВШ, 1972, с.168-175.

15. Дймова В. И др. К вопросу о методе составления тезауруса по специальности. //Современная высшая школа, 1978, №3.

16. Евланов Л.Г., Кутузов В.А. Экспертные оценки в управлении. М.: «Экономика», 1978. 133 с.

17. Каган В.И., Сычеников И.А. Основы оптимизации процесса обучения в высшей школе. Москва, 1987.

18. Карпов В.И. Составление учебных планов вузов с помощью ЭЦВМ. //Применение ЭЦВМ для автоматизации обучения и управления учебными заведениями. Киев, 1972 ., с. 121-130.

19. Китаев H.H. Групповые экспертные оценки. М., 1975.

20. Комплексные подходы к построению и применению экономико-статистических моделзй./Под редакцией Б.Б. Розина, Новосибирск, 1981, с.7-55, 96-132.

21. Кофман А., Дебазей Г. Сетевые методы планирования и их применение. М.: Прогресс, 1968. 181 с.

22. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. Москва, 1978.

23. Кузнецов A.B., Холод Н.И. Математическое программирование. Минск: «Вышэйшая школа», 1984. 221 с.

24. Леднев B.C. Содержание образования: сущность, структура, перспективы. М, ВШ, 1991. 224 с.

25. Леонтьев Л.П., Гохман О.Г. Проблемы управления учебным процессом. Рига, 1984, с. 24-62.

26. ЛипскийВ. Комбинаторика для программистов. Москва, 1988.

27. Мартынюк В.В. Экономное построение транзитивного замыкания бинарного отношения. //Журнал вычислительной математики и математической физики, 1962, т.2, №4.

28. Методика научно-обоснованного составления учебного плана. М.: НИИВШ, 1976. 80 с.

29. Миронова В.А. Разработка моделей и алгоритмов автоматизированного решения задач (на примере планирования учебного процесса в АСУ ВУЗ). Дисс. канд. тех. наук. М., 1978. 294 с.

30. Михеев В.И. Моделирование и методы теории измерений в педагогике. М.: ВШ, 1987. 200 с.

31. Московиченко A.JI. Дерево целей инженерной деятельности. //Кибернетика и вуз. Выпуск 13. Томск, 1987, с. 123-129.

32. Нейман Дж., Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение. М.: «Наука», 1970.

33. Никитин A.B. Вопросы оптимального составления учебных планов и программ. Дисс. канд. тех. наук. Москва, 1969. 179 с.

34. Никитин A.B., Романкова Л.И., Чурсин H.H. Построение тезауруса специальности при определении содержания образования. Рукопись депонирована в НИИ ВШ регистр. №185-82.

35. Овчинников A.A., Пучинский B.C. От логической сети к линейной диаграмме. //Вестник высшей школы, №9, 1968.

36. Овчинников A.A., Пучинский B.C., Петров Г.Ф. Сетевые методы планирования и организации учебного процесса. М.: «Высшая школа», 1972. 157с.

37. Ope О. Графы и их применение. Москва, «Мир», 1965. 174 с.

38. Основы педагогики высшей школы. //Под ред. Белкина E.J1. М., 1987. 122 с.

39. Плаксина H.A. Основные направления совершенствования учебного процесса в свете современных требований к высшей школе. //Актуальные проблемы улучшения подготовки специалистов в университете. Воронеж, 1975, с 3-5.

40. Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М.: «Советское радио», 1975. 192 с.

41. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето оптимальные решения многокритериальных задач. М.: «Наука», 1982. 254 с.

42. Применение методов сетевого планирования и управления для организации учебного процесса. М.: Информационный центр MB и ССО СССР, 1968.

43. Розенберг Н.М. Проблема измерений в дидактике. М.:ВШ, 1979. 175с.

44. Сохор A.M. Логическая структура учебного материала. Вопросы дидактического анализа. Дисс. док. пед. наук. Ульяновск, 1971. 299 с.

45. Статистические модели и многокритериальные задачи принятия решений. /Ред. И.Ф. Шахнов. М.: «Статистика», 1979. 184 с.

46. Сумароков Л.Н., Мухин Э.В., Романенко А.Г. В целях равномерной загрузки студентов. //Вестник высшей школы, №9, 1968.

47. Сумароков Л.Н., Романенко А.Г., Мухин Э.В. В целях оптимизации обучения. //Вестник высшей школы, №2,1968.

48. Турбович Л.Т. Информационно-семантическая модель обучения. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1970. 177 с.

49. Фишберн П. Теория полезности для принятия решения. М.: «Наука», 1978. 352 с.- 71. Целевая интенсивная подготовка специалистов. /Под ред. В.А. Карповой. Ленинград, 1987. 184 с.

50. Черепанов B.C. Экспертные оценки в педагогических исследованиях. М.: Педагогика, 1989. 151 с.

51. Черкасов Б.П. В чем преимущества сетевого учебного плана. //Вестник высшей школы, №1, 1968.

52. Шакис В.М. Вопросы применения орграфов для автоматизации календарного планирования (на примере втузов). Дисс. . канд. тех. наук. Каунас, 1975. 163 с.

53. Шапкин В.В. Структура содержания общетехнической подготовки учащихся средних профтехучилищ. //Научные основы совершенствования учебных планов и программ для подготовки рабочих широкого профиля. Ленинград, 1987, с. 91-112.

54. Юсавичене П. Теория и практика модульного обучения. Каунас «Швиеса», 1989.272 с.

55. Dimarco N., Bird D., Norton S.D. Life Style, Learning Style, Learning Structure, Their Congruencies and Student Attitudes and Performance in a Data Processing Course. //J. of Educ. Data Processing. 1980, vol. 16, №2, p. 1-8.

56. Held M., Karp R.M. A Dynamic Programming Approach to Sequencing Problems. //J. Soc. Indust. and Appl. Math. 10NN1 (1960), p. 196-210.s 79. Jensen R. A Dynamic Programming Algorithm for Cluster Analysis. //«OpenRes», 1969, №6.

57. Koopmans T.C. Analysis of Productions an Efficient Combating Activities. Activity Analysis of Productions.

58. Land A.H., Doig A.G. An Automatic Method for Solving Discrete Programming Problems. Econometric.

59. Tinbergen Jan, Bos H.S. Blum James, Emmerij Lonis, William Gareth Econometric Model of Education. Some Applications. Paris, OESD, 1965.