автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Автоматизированная система дистанционного обучения военного вуза

На правах рукописи

СЛАВНОВ КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ ВОЕННОГО ВУЗА

Специальность 05.13.10 - управление в социальных и

экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2006

Работа выполнена в Воронежском военном

институте радиоэлектроники

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Белоусов Вадим Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Курочка Павел Николаевич,

кандидат технических наук Кузьмин Александр Юрьевич

Ведущая организация - Воронежская государственная

лесотехническая академия

Защита диссертации состоится «31 » мая 2006 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета К 212.033.01 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:

394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 20, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « 28 » апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Чертов В.А.

доо£А -гооТЗ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Реформирование системы военного образования и введение в деятельность военных вузов Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования обуславливает повышение требований к эффективности обучения курсантов. Одной из важных составляющих процесса обучения является самостоятельная работа курсантов.

В рамках самостоятельной работы проявляются многие важнейшие качества обучаемых и формируется облик будущего военного специалиста. Однако при подготовке курсантов к занятиям с применением специальной техники, а также сложным практическим занятиям по целому ряду дисциплин приходится задействовать дорогостоящую технику (с весьма ограниченным ресурсом эксплуатации), привлекать инструкторов и задействовать профессорско-преподавательский состав за рамками основной нагрузки. Подобный отрыв преподавателей с одной стороны и неподготовленность курсантов к практическим занятиям с другой приводят к низкой эффективности процесса обучения и не позволяют добиться индивидуального подхода при обучении, так как время аудиторных занятий ограниченно. Для устранения вышеуказанных недостатков необходима система, обеспечивающая интеллектуальную, информационную и вычислительную поддержку процесса самостоятельной работы курсантов при подготовке к занятиям с одновременным контролем этого процесса преподавателями.

Поэтому задача разработки автоматизированной системы дистанционного обучения (АСДО) курсантов военного вуза, позволяющей корректировать уровень их обученности навыкам практической работы на специальной технике и при подготовке к занятиям преподавателями военного вуза, несомненно, является актуальной. Решение указанной задачи в рамках существующей системы обучения осложнено наличием большого количества факторов существенно влияющих на уровень подготовленности специалистов и требует существенного расширения преподавательского состава военного вуза, используемой специальной техники и лабораторной базы.

Вместе с тем исследования отечественных и зарубежных ученых указывают на перспективность применения в учебном процессе интегрированных информационных систем (ИИС) В этом случае (АСДО) обеспечивает обучаемым и преподавателям удобный и эффективный доступ к централизованным и распределенным информационным ресурсам и расширяет возможности по переработке и отображению информации.

Исходя из вышеизложенного, изыскание нового научного решения задачи повышения эффективности обучения курсантов в процессе самостоятельной работы в военном вузе и обеспечивающих ее рост при существующем количестве преподавателей, является актуальным в научном

и практическом плане.

Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану научно — исследовательской работы "ФОТОН", направленной на повышение качества подготовки военных специалистов и выполнявшуюся по плану Управления образования МО РФ.

Цель работы. Цель диссертационной работы заключается в исследовании и экспериментальной проверке эффективности АСДО военного вуза, функционирующей в ИИС и обеспечивающей снижение временных затрат преподавателей при подготовке курсантов к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании за счет интеллектуальной поддержки процесса обучения на заданном уровне успеваемости курсантов. В рамках этой цели необходимо решить следующие задачи:

разработать модель и алгоритм функционирования автоматизированной системы дистанционного обучения (АСДО) военного вуза, обеспечивающую интеллектуальную поддержку самостоятельной работы курсантов и преподавателей в процессе дистанционного обучения;

разработать модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы (ГАОС) для самостоятельной подготовки курсантов к занятиям с учетом их индивидуальных психологических особенностей, влияющих на обучаемость;

разработать модели для оценки параметров сложности изучаемой специальной техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин на основе анализа факторов, существенно влияющих на успеваемость курсантов военного вуза;

определить механизм анализа учебных ситуаций, их ранжирования и формирования комплекса корректирующих управляющих воздействий для достижения заданного уровня обученности;

разработать комплекс моделей и алгоритмов для синтеза сегмента интегрированной информационной системы военного вуза (ИИС) обеспечивающих вычислительную и информационную поддержки при дистанционном обучении;

разработать структуру базы данных (БД) АСДО;

дать оценку эффективности АСДО военного вуза при подготовке к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании.

Методы исследования, использованные в диссертационной работе, основаны на положениях теории вероятности, теории массового обслуживания, теории принятия решений, использованием диагностики невербальной креативности и расплывчатых категорий, а так же применением методов таксономии.

Достоверность научных результатов. Научные положения правильность выводов и рекомендаций, степень их адекватности подтверждаются непротиворечивыми результатами расчета аппаратных затрат, необходимых для развертывания интегрированной информационной системы военного вуза, совпадением отдельных теоретических результатов

работы с результатами, полученными другими авторами, их апробацией на Всероссийских и региональных научных конференциях.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной.

Разработана модель индивидуального модуля обучения гипертекстовой автоматизированной системы, которая обеспечивает заданный уровень подготовки курсантов военного вуза по каждой изучаемой в процессе самостоятельной работы теме занятий и позволяющая в отличие от известных подходов формировать задания курса обучения с учетом индивидуальных психологических особенностей обучаемых, влияющих на успешность обучения.

Для учета особенностей учебного процесса в военном вузе разработаны ранее отсутствующие модели оценки параметров сложности изучаемой специальной техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин в ходе самостоятельной работы курсантов.

На основе анализа известных подходов к проектированию и построению компьютерных сетей разработана модель проектирования топологической структуры сети на основе алгоритма Форда-Беллмана теории графов, позволяющая синтезировать сегмент интегрированной информационной системы сложной архитектуры смешенного типа с учетом объема и содержания решаемых задач.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что они позволяют использовать разработанные в работе алгоритмы и модели АСДО и ИИС для организации учебно - воспитательного процесса в высшем военно-учебном заведении на основе стандарта качества 150-9001:2000.

Внедрение. Результаты проведенного исследования были использованы при организации учебного процесса Военного института радиоэлектроники, а также при выполнении научно-исследовательских работ, направленных на совершенствование подготовки специалистов в военных вузах. Фактический целевой эффект от внедрения АСДО в Военном институте радиоэлектроники выразился в снижении нагрузки преподавателей: при консультациях в ходе подготовки к практическим занятиям на специальной технике на 50%, а при консультациях к другим видам занятий - на 75% за счет обеспечения информационной, вычислительной и интеллектуальной поддержек.

На защиту выносятся:

Модель и алгоритм функционирования АСДО военного вуза при подготовке к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании;

Модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы курсантов военного вуза;

Модели для определения оценок параметров сложности изучаемой специальной техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин ;

Структурно - логические модели и алгоритм проектирования сегмента ИИС с выбором прикладного программного обеспечения

Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Пятой и Шестой межвузовских научно-технических конференциях «Сшналы и способы их обработки в условиях помех» (Воронеж, 1998, 2000 г.г.); Седьмой научно-практической конференции «Военная электроника: опыт применения, проблемы подготовки специалистов» (Воронеж, 2003 г.); Межвузовской научно-технической конференции «Системы управления и информационные технологии» (Воронеж, 1998г.); Межвузовской научно-практической конференции «Контроль, оценка и управление качеством обучения в условиях модернизации высшего образования» (Воронеж, 2005г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, общим объемом 19 печатных листов.

Автором сформулирована и решена задача расчета топологической структуры сетей передачи данных [3,5,7], разработана методика дистанционного обучения курсантов военного вуза [1,4,5,6] с выбором рационального варианта структуры ИИС [2, 10] разработана модель контроля текущей успеваемости с СППР [8], предложен многоуровневый алгоритм выполнения процедур контроля успеваемости обучаемых [9].

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 168 стр. текста, включая 34 рисунков и 18 таблиц. Список используемой литературы включает 79 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, описываются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализирована существующая самостоятельной работы в военном вузе основными недостатками, которой являются несвоевременность и несистематичность получения информации об уровне подготовленности курсантов к практическим занятиям на специальной технике для профессорско-преподавательского состава, а также роль и место самостоятельной работы при подготовке будущего военного специалиста. В первом параграфе обоснованы требования к функциям и принципам организации и проведения самостоятельной работы курсантов на основе АСДО, которая должна обеспечить интеллектуальную поддержку решений профессорско-преподавательского состава, направленных на повышение успеваемости и реализовать выполнение таких специфических функций контроля, как выбор индивидуальной программы обучения, выявление индивидуальных психологических особенностей курсантов влияющих на успешность освоения практических знаний, при соблюдении принципов достоверности, гласности и полноты.

Во втором параграфе рассмотрены описательные модели процессов самостоятельной работы курсантов военного вуза при подготовке к практическим занятиям на специальной технике и сложной лабораторной

базе с определением назначения, динамики, форм и способов проведения. Определены механизмы оценки результатов обучения и полномочия для преподавателей по корректировке учебно-методических комплексов.

В третьем параграфе проанализированы задачи, объекты и способы управления самостоятельной работой как многофункциональной системой. Основными задачами такого управления являются: повышение успеваемости курсантов, корректировка учебно-воспитательного процесса, обеспечение мотивации обучения, снижение затрат на эксплуатацию специальной техники Определены органы управления (командование и профессорско-преподавательский состав) системы самостоятельной работы и объекты контроля (начальники курсов, начальники образцов специальной техники, курсанты). Предложена модель управления самостоятельной работой в рамках распределенной системы для выявления курсантов, уровень обученности которых отличается от прогнозируемого, ранжирование возможных причин такой сигуации и выбор управляющих воздействий для проведения устранения расхождений. Определены способы управления самостоятельной работой: организационно-методические, адаптивно-психологические, информационные, каждый из которых включает методы поощрения и наказания.

В четвертом параграфе рассмотрены критерии эффективности АСДО и схема исследований. В соответствии со стандартом качества ISO 9001 2000 критериями эффективности АСДО являются' снижение временных издержек ППС: при подготовке к практическим занятиям на специальной технике (Wc„) и при подготовке к занятиям с применением сложной лабораторной базы (W„a6). Для обеспечения работы АСДО на основе ИИС: уровень инженерного персонала (W0lln) - характеризует отношение имеющегося штата инженерного персонала к необходимому для бесперебойной эксплуатации; потери времени эксплуатации АСДО, вызванные техническими причинами(\УПВр) характеризует степень бесперебойной эксплуатации АСДО.

Во второй главе рассматривается задача разработки моделей компонентов АСДО для преподавателей и курсантов военного вуза на базе ИИС. В первом параграфе описывается модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы (рис.1). Ядром ГАОС является база учебных материалов, которая обеспечивает формирование восьми типов моделей (свободная, формулирующая, формирующая, развивающая) и методов индивидуального обучения (проблемный, эвристический, репродуктивный и информационно-рецептивный), при этом считается, что уровень знаний для каждого курсанта спрогнозирован заранее и записан в базу данных автоматизированной системы контроля успеваемости военного вуза Тогда для j-ro курсанта, самостоятельно готовящегося к практическому занятию по к - ой теме q-ой дисциплины с учетом стэновых характеристик индивидуальных особенностей личности (Кппп-познавательные психические процессы; Кас - адаптивные способности; К„и -

профессиональная мотивация) при имеющихся данных' об успеваемости

Рис 1 Модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы

курсантов обучавшихся за предыдущие пять лет и динамике изучения Ь-ого образца специальной техники в текущем семестре, необходимо определить такой модуль индивидуальной технологии обучения, при котором курсант достигнет заданного уровня знаний, навыков и умений. Выбор такого модуля индивидуального обучения проводится в три этапа. На первом этапе с использованием алгоритма таксономии класса <РСЖЕЬ> определим каждому J - му курсанту статистическую выборку из совокупности обучаемых имеющих схожий набор оценок при изучении других образцов специальной техники (либо данные, полученные в ходе вступительных конкурсных испытаний), т е. по к-ой теме я-ой дисциплины таксон имеют оценку. Для каждого таксона введем координаты центра С^ (оценки по я-1-ой дисциплине и Кас, Кпш„ Кпм), сумма расстояний р (С]; «,) между центром /V, точками п, (п, - тип индивидуальной модели обучения для данной выборки курсантов) этого таксона

р, =2>(суи.>. (1)

где / = 1 - N , а сумма таких внутренних расстояний для всех таксонов

Из полученной совокупности п„ подсчитываем количество индивидуальных моделей, соответствующих для И-1 образца специальной техники дисциплины ц категории 8;7;6;5;4;3;2;1 соответственно (пя, п7, П(,П},П4,П3,П2, «/). Имея эти данные, вычислим частоты их получения. Эти частоты соответственно равны

и являются случайными величинами, распределенными по нормальному закону с параметрами:

к

тх = X X, - Р, + + 6р; + 5р1 + + Зр3* + 2р\ + р\, (з)

Г—г ,-----(4)

а = yjDx = yj64p&+49p-l + 36 р6 + 25р5 + 16р4 + 9р3 + 4р2 + р,

Тогда вероятность получения прогнозируемой оценки X, курсантом при изучении h-ro образца специальной техники дисциплины q при условии выбора соответствующего индивидуального модуля обучения определим по формуле:

Pi =ф-|^ч=ф'

1=12 34 56 7 8

f X, -8ps' - Ip'i - Ьр'ь - 5р\ ~ 4р\ - 3р\ - 2р\ - р*Л

(5)

8р„ + 7р7 + 6р6 + 5р5 + 4р4 + Зр3 + 2р2 + р,

Таким образом, для данного курсанта необходимо выбрать такие модели и методы технологии обучения, которые с наибольшей вероятностью при доверительной вероятности > 90% обеспечат усвоение им заданного набора знаний, навыков и умений, те. получение прогнозируемой с помощью АСКУ оценки .

Во втором параграфе рассмотрена модель формирования оценок «параметров сложности изучаемой специальной техники» и «важности изученных ранее инженерных дисциплин» основанная на методе экспертной оценки с использованием расплывчатых категорий (нечетных множеств) Для группы экспертов (преподаватели кафедр, обеспечивающих изучение специальной техники и другие ЛПР) определяем исходные данные отобранные темы q-oй дисциплины при изучении образца Ь сложность

освоения, которого нужно определить - для Кс, и отобранные темы ш-дисциплин смежных кафедр, изучение которых формирует успешность освоения Ь-ого образца техники, квалификационные требования (уровень знаний, навыков, умений), опыт преподавания инженерных дисциплин в военном вузе, информация об организации изучения подобных дисциплин в других вузах. Экспертам трудно дать количественные оценки указанных параметров, поэтому при ответах на постановление в анкетах вопросы достаточно оперировать показателями- очень трудно; достаточно трудно;

трудно; недостаточно трудно; почти легко; легко (для кГ1); очень важно;

достаточно важно; важно; не очень важно; неважно (для Кважи), являющиеся лингвистическими переменными расплывчатых категорий. Тогда оценки, полученные, по результатам экспертного опроса для каждого из рассматриваемых коэффициентов можно представить в виде двух нечетких

множеств А - характеризует сложность изучаемого образца техники и В -важность инженерных дисциплин.

Нечеткие множества представляют собой совокупности пар вида Х,М*)для А и У ,и(у)- для В, где л; е X, у е. У; л->-[0,1]; у->[0,1] -функции принадлежности нечеткого множества. Каждый элемент х и у представим функцией принадлежности ц{х) и ц(у). Оценки, полученные от всех экспертов на определенный вопрос, усредняются. Совокупная функция принадлежности для описания к^описывается: 1 "

иМ) =

п

где - ответ на>ый вопрос; Д//(х) = /и(х)тгх - р(х)тт

Совокупная функция принадлежности нечеткого множества для описания кмдс (при ответе на^ый вопрос).

п

ы

(7)

Совокупность полученных усредненных значений функций принадлежности представляют нечеткие множества вида.

И а, (х) = К4 О) 3 и Ив, О) = К*' (*) 1 (В)

Затем вычисляются выпуклые комбинации нечетких множеств А, и В, с функцией принадлежности вида:

На О) = и Мв(У) = \Н["'О), где Х>0. (9)

Выбор коэффициентов осуществляется в зависимости от важности вопросов в выделенных группах по результатам экспертного опроса.

Полученные параметры нормируются и используются при анализе учебной ситуации и принятии управленческих решений, направленный на корректировку учебно-методических комплексов или управленческих решений.

В третьем параграфе рассмотрена модель определения индивидуальных особенностей курсантов влияющих на изучение образцов специальной техники - способность быстро и легко приобретать новые знания и навыки, а также качественно усваивать учебный материал Определение уровня обучаемости курсантов в военном вузе производится с помощью тестирования при определении профпригодности по стандартизованным показателям:

^курсанта = ' ^Л/7/7 > ЛМ ) , (1 0)

где^ж - показатель адаптивных способностей;

- показатель познавательно-психических процессов; ^пм ' показатель профессиональной мотивации

Перевод полученных оценок в стандартизованные и построение стеновых шкал для каждого показателя обучаемости производится по формуле:

= —-- + 5,5 (П)

а

X - сырая эталонная оценка;

X - среднее арифметическое показателя;

сг - среднее квадратическое отклонение показателя

По результатам обследования курсанты распределяются в одну из четырех групп профпригодности. Курсанты, попавшие в I группу профпригодности, по параметрам успешности обучения являются лучшими в группах и не требуют применения корректирующих учебно-воспитательных воздействий при возникающих учебных ситуациях. Курсанты, попавшие во 2 группу профпригодности, требуют минимальных корректирующих воздействий. Курсанты, попавшие в 3 группу профпригодности, требуют применения полного комплекса учебно-воспитательных воздействий, а курсанты 4 группы - нуждаются исключительно в индивидуальной работе со стороны профессорско - преподавательского состава и периодическом наблюдении у психолога.

В четвертом параграфе рассматривается модель анализа и выбора управленческих решений корректировки учебно-методических комплексов ГАОС или самостоятельной работы в целом.

Целью предполагаемого решения является устранения расхождений между прогнозируемым уровнем освоения с помощью ГАОС образца специальной техники и определенным в результате процесса усвоения индивидуального модуля, степень согласованности которых определяется на основе критерия Пирсона:

Ж2-^(т,-Мр,)2/Мр, , (12)

где - количество значений оценок («5», «4», «3», и «2») попавших в ¡-ый подинтервал; р, - вероятность получения оценки («5», «4», «3», «2») при выборе соответствующего индивидуального модуля обучения; N - общее количество технологий обучения, обеспечивающих получение оценок («5», «4», «3», «2») (Аг = тг + /я7 + т6 + т5 + т4 + т3 + т2 + /я,) Тогда мера расхождения для сравниваемых оценок (для оценки 5) определяется:

Хь2 = О, - 5)2 / КР 5 (13)

Функция распределения оценок имеет нормальный закон распределения (доверительная вероятность не ниже 90%) поэтому, определив число степеней свободы г как число разрядов к — 4 минус число

накопленных связей 5 = 2 (г = к — з = 4-2 = 2) получим значение

X -0,211 с использованием таблицы Вычислив разницу между X «»»шчшм

и x2ср<'<"'<!'""< , получим величину Если с^з > , то данные реальною и

прогнозируемого уровня изучения специальной техники не совпадают, требуется анализ причин подобной ситуации и принятие корректирующих управленческих решений.

При анализе возможных причин низкого уровня подготовленности зададим матрицу, строки которой соответствуют объектам управления

(курсант, начальник образца специальной техники, начальники курсов) , а столбцы - факторам, существенно влияющим на эффективность самостоятельной работы курсанта Ь] (качество учебно-методических комплексов, требовательность профессорско-преподавательского состава, отрыв курсантов от самостоятельной работы по служебной необходимости и т.д.). Пересечение строк и столбцов дает соответствующий весовой

коэффициент, обуславливающий степень ответственности а, и Ь/ за низкие

показатели ). Просуммировав каждую строку матрицы, определим с

наибольшим У^0",, , при этом, если разность сумм < 0,2, то эти объекты управления нуждаются в корректировке совместно (т.е. необходимо выбрать другой учебно-методический комплекс, или оценить его качество и применить меры к лицам виновным в создавшейся ситуации). При формировании комплекса корректирующих воздействий и конкретно! о(ых) исполнителя(ей) может формироваться до трех матриц (курсант, начальник станции, командир) в которых задается соответствие между органами управления (Ц) и способами управления (альтернативами) (<з,), которые

для каждого объекта управления будут свои. Выбор органа управления (о,) с набором корректирующих решений производится на основе критерия Сэвиджа в следующей последовательности. Вычисляется максимальный

дополнительный выигрыш У,, ~ тах и„ ~ ип, который достигается, если для

м, вместо о, выбрать <зм1. Затем каждый элемент матрицы решения |Ц,|| вычитается из наибольшего результата шах ич соответствующего столбца. Разности У,, образуют матрицу остатков и,г

и1Г - тахуу = тах(тахиу - ич) ц4)

Эта матрица пополняется столбцом наименьших разностей и!Г Выбираются те варианты, в строках которых стоит наименьшее для этого столбца значение. При необходимости двух органов управления выбирают ближайший, трех - ближайший по второму.

В пятом параграфе рассмотрены структурно - логические модели синтеза аппаратного и программного обеспечения ИИС для АСДО При построении ИИС выполняются следующие требования. учет неравномерности трафика, минимизация допустимого времени задержки сигнала и времени ответа на сигнал, высокая производительность и управляемость, однако в рамках одной математической задачи невозможно решить весь комплекс проблем проектирования. Поэтому используются процедуры декомпозиции, когда на основе расчета топологической структуры и архитектуры ИИС, определяется архитектура сети дистанционного обучения, а также необходимое оборудование и программное обеспечение.

Представим ИИС АСДО в виде взвешенного графа G =< А/, R > имеющего п- вершин (количество узлов а в компьютерной сети) с матрицей

весов W —(ojy). 6)у €ЕR Требуется построить такой остовный подграф G

(расстояние М)

графа G, чтобы- каждый узел а был связан с соседними не менее двумя альтернативными маршрутами d^ ;C(G')=min£7(G)}, т е сумма весов,

GeX

входящих в C(G) минимальна при следующих ограничениях: используемые технологии. Ethernet-100Base-TX (длина кабеля не более 100 м);при длине ребра свыше 100 м - использовать высокоскоростные модемы

(протокол X 25, Frame Relay), стоимостные ограничения Z < Z проектная. Расчет топологической структуры ИИС проводится по следующей

схеме Задав матрицы' информационных потоков стоимости

каналов между каждой парой узлов сети С = Цс^Ц, количество каналов связи в каждом соединении {г, s) - У = |у,,|| и величины потоков в каждом соединении (r,s)~ F = ||/,J, так чтобы ХХ^« тш • При

Г J

ограничениях: задержка сообщения (пакета) в любом виртуальном соединении (i,j)Ttl не должна превышать величину Т, . матрица F должна удовлетворять матрице А , величина потока в каждом соединении должна превышать пропускную способность данного соединения (r,s) (бит/с), в каждой вершине, в которую направлен некоторый поток, должно быть выбрано единственное направление, по которому он выйдет из вершины. Рассмотрим решение этой задачи: для всех пар (г,у), имеющих прямой маршрут распределить потоки по этим маршрутам Полученные потоки по этим линиям связи обозначим через F0 затем рассчитывается min

количество каналов связи так, чтобы У,¡В > f4 , пары (г, j) не имеющие не прямого маршрута, располагаются в порядке убывания потоков Лу( Q ),для

очередной пары 0,у)еО выбирается кратчайший маршрут с наименьшей нагрузкой ; выбирается число каналов для на каждой пары (г,у) так, чтобы

тч<т

С учетом особенностей функционирования АСДО (информационные потоки различной величины и скорости обмена, пакетная передача потоков информации) выявлено, что обслуживание потока заявок в ИИС подчиняется законам Эрланга и получены следующие результаты:

1 Вероятности состояний в стационарном режиме.

N

Ри=к^рэи(п) + 6°р0(Оу, оеХ, и*С

(15)

Рс = ХМ")

и = | п= 1

(при наличии последействия в потоке трафика ИИС возрастает упорядоченность возникновения запросов, что, в свою очередь, снижает вероятность возникновения конфликта).

2. Среднее число активных станций в ИИС:

"=к1+!>>)-п=\ иех «=1

^ (16)

N N

= ¿X X "Р1 (") - (* -■Щ>с (Я)

н-1 иех /1=1

(каждая активная станция в ИИС осуществляет передачу последовательности пакетов в течение достаточно длительного времени, что вызывает увеличение среднего числа активных рабочих станций в сети).

3 Вероятность передачи пакета с первой попытки

9 (")<*,,+, (17)

н-о

(с возрастанием потока Эрланга снижается вероятность передачи пакета с первой попытки).

4. Средняя пропускная способность канала:

Т ■ = М&Н-п^РМ =

= МьМ - Х>» - (* - 1)Х>Д«)) = (1В)

п-1

(работа с мультимедийными приложениями АСДО неизбежно вызывает увеличение интенсивности потока, поэтому в подобном режиме работы ИИС следует ожидать увеличения среднего количества обслуженных пакетов сообщений за время средней длительности одного пакета ць).

Синтез программного обеспечения ИИС для обеспечения СППР задач АСДО проводится на основе клиент - серверной модели.

Функциональные связи между компонентами программного обеспечения АСДО можно представить в виде схемы-

Web = браузер о Windows 2003 cí>PHP «My SQL В состав прикладного программного обеспечения ИИС для решения задач АСДО входят модули' авторизации, аутентификации клиентов и администрирования АСДО, выбора модуля индивидуального обучения, электронный журнал, выявления особенностей личности курсантов, определения соответствия между требованиями к навыкам практической работы и реальными показателями , анализа возможных причин несоответствия этих показателей, формирования комплекса корректирующих воздействий со стороны преподавателей и командования военного вуза

В третьей главе рассмотрены методологические основы разработки АСДО военного вуза, как системы интеллектуальной поддержки процесса организации самостоятельной работы курсантов при подготовке к занятиям на специальной технике и сложном лабораторном оборудовании, построенная на базе ИИС.

В первом параграфе представлены методики организации самостоятельной работы курсантов при подготовке к занятиям на специальной технике и сложным лабораторным работам. При подготовке к занятиям на специальной технике выделяют этапы. Обеспеченность самостоятельной работы необходимыми методическими материалами 71

( 1) коэффициент сложности осваиваемой техники кс, ( j[), коэффициент важности изученных ранее инженерных дисциплин Ктж„ (з\)\ показатели индивидуальных особенностей курсантов (з])\ соответствующий этим особенностям индивидуальный модуль обучения ГА ОС (?'), Определение динамики контроля результатов самостоятельной работы со стороны ППС (Z,2)' подготовки электронных журналов учебных групп (?\), внесение в (з\) контрольных точек результатов освоения специальной техники (з\)\ проверка соответствия модулей ГАОС требованиям ГОС ВПО (з1рафик заказа специальной техники и инструкторов (%). Контроль хода самостоятельной работы (Zf). автоматическое внесение результатов самостоятельной работы в электронные журналы ( j'J и анализ полученных результатов с требуемыми (з\). Корректировка процесса самостоятельной 74

работы ( >): выбор «дефектного» звена системы самостоятельной работы (з\) организация работы должностных лиц и ППС по корректировке результатов самостоятельной работы (з\), формирование рекомендаций по комплексу минимальных управленческих решений для должностных лиц и ППС устраняющих расхождения в подготовке курсантов (з\), проверка результативности принимаемых мер (з').

Теперь рассмотрим процедуры подготовки курсантов к сложным лабораторным работам. Обеспеченность самостоятельной работы

необходимыми методическими материалами (.^1) включает те же методики, что и при подготовке к занятиям на специальной технике, за

/ ч

исключением (з2 ) - выбор индивидуального модуля ГАОС производится автоматизировано - в диалоговом режиме и может корректироваться в процессе обучения Определение динамики контроля результатов

самостоятельной работы со стороны ППС (74) кафедрами готовится «электронная ведомость» сбора данных, как самих оценок, так и факторов от которых зависит их получение (количество времени на подготовку,

обеспеченность литературой и т.д) при этом преподавателю

предоставляются данные по прогнозируемой успеваемости Контроль хода

самостоятельной работы обработка результатов самостоятельной

работы

и по их итогам первичный анализ качества учебно-

методических комплексов на кафедрах (^7), факультетах (<Л), курсах

(<Л) С3"); выработка ПМК кафедр указаний по устранению недостатков

обсуждение результатов успеваемости на ученом совете факультета с определением конкретного комплекса долгосрочных учебных и методических мероприятий по комплексному повышению качества

/ 43 ч

ор| анизации самостоятельной работы (з2 ). Корректировка процесса самостоятельной работы

устанавливается график устранения

недостатков для отдельных категории курсантов (з2 ) преподавателями кафедр; разрабатываются новые модули индивидуальной подготовки на

, 24 ч

основе анализа данных текуще! о семестра (з2 ); корректируются показатели экспертных оценок сложности изучаемого материала и важности изученного ранее раздела инженерной дисциплины преподавателями кафедр.

Во втором параграфе рассматривается алгоритм функционирования АСДО военного вуза.

1. Курсант регистрируется в АСДО военного вуза (осуществляется выбор необходимого индивидуального модуля обучения на основе индивидуальных особенностей личности, а из базы данных АСКУ выбираются данные об уровне знаний по данному образцу техники).

2 В ходе самостоятельной работы ГАОС оценивает соответствия уровня знаний, навыков и умений курсанта требуемым

3. Производится анализ возможных причин нежелательных результатов и определяется минимальный перечень корректирующих управленческих воздействий.

4. АСДО оценивает результаты коррекции и при необходимости формирует новый пакет предложений (теперь для вышестоящего органа управления самостоятельной работой курсантов военного вуза).

В четвертом параграфе рассмотрена концепция формирования базы данных (БД) АСДО За основу принята реляционная модель БД на основе принципов нормализации, составлены виды связей между

сущностями « один - к - одному» и « один - ко - многим». Разработан алгоритм построения БД АСДО и произведен расчет на основе реляционной алгебры ее основных параметров атрибутов сущности, первичных ключей, доменов, кортежей доменов. Рассмотрена модель организации сервера БД АСДО, в которой бизнес-логика разделена между клиентом и сервером На сервере бизнес-логика реализована в виде хранимых процедур - специальных программных модулей, которые хранятся в БД и управляются непосредственно СУБД. Клиентские приложения обращаются к серверу с командой запуска хранимой процедуры, а сервер выполняет эту процедуру и регистрирует все изменения в БД Сервер возвращает клиенту данные, релевантные его запросу, которые требуются клиенту либо для вывода на экран, либо для выполнения части бизнес-логики, которая расположена на клиенте. Трафик обмена информацией между клиентом и сервером резко уменьшается, что является существенным достоинством представленной модели Для реализации БД АСДО использован структурированный язык запросов на основе SQL-sever 7 О

В четвертом параграфе даются методические рекомендации для построения ИИС. На основе углубленного анализа существующих технологий построения компьютерных сетей и их технических характеристик, для развертывания ИИС рекомендованы следующие решения: ЛВС кафедр необходимо строить на основе технологии Fast Ethernet (Ethernet) использую витую пару 4,5 категорий (UTP-4,5), обеспечивая скорость обмена данными (10/100 Мбит/с); в качестве магистральных линий между сегментами сети использовать витую пару 5 категории (при расстоянии менее 100м), а при расстоянии от 100м до 5000м специальные высокоскоростные модемы, или оборудование IOLAPLN (технология IOLA PLN позволяет обеспечить от 6 до 24 магистральных канала); сетевые адаптеры, установленные в ПЭВМ должны обеспечивать скорость передачи данных 10/100 Мбит/с в дуплексном режиме Предложена типовая структура ИИС для выполнения задач АСДО, на основе топологии звезда, логические домены ИИС - сеть автоматизированной системы контроля успеваемости и сеть дистанционного обучения, реализуемые при помощи коммутатора 4-го уровня. Определен состав общею программного обеспечения ИИС на основе сертифицированных программных продуктов, в том числе для обеспечения информационной безопасности, предложен состав сервера ИИС АСДО и методические рекомендации для его развертывания.

В четвертой главе рассматриваются вопросы практической реализации АСДО и ИИСВ на примере Воронежского военного института радиоэлектроники. В первом параграфе, на основе решения задач построения СКС и расчета характеристик компьютерной сети, синтезирована ИИС, образующая информационную и вычислительную поддержки процесса

самостоятельной работы для курсантов и профессорско-преподавательского состава военного вуза.

Во втором параграфе рассмотрен состав и взаимодействие прикладного программного (ППО) обеспечения АСДО военного вуза (в аспекте функциональных задач СППР корректировки учебно-воспитательного процесса ВИРЭ), построенного с использованием языка программирования PHP, в котором интегрированы элементы языка HTML. Для входа в АСДО пользователь вначале получает доступ к Web-сайту «ВИРЭ», щелкнув на значок рабочего стола «Портал ВИРЭ». Доступ к ресурсам АСДО осуществляется через кнопку «Программы обучения кафедр» главной страницы. Пользователь, попадает на Web-страницу АСДО соответствующей кафедры с доступом к комплексу ППО, содержащее: учет индивидуальных психологических особенностей курсантов, которые рассчитываются по формулам (10,11); определение параметров кс,ти и кважност„, по формулам (6,7,8,9); систему определения индивидуального модуля обучения ГАОС в которой для расчета оценок применяются формулы (1,2,3,4,5); систему анализа результатов самостоятельного обучения по критерию х1 и формирования управляющих воздействий на основе ранжирования учебных ситуаций сг. с предложением минимально возможного комплекса для ППС U, корректирующих воздействий а, по критерию (14) и контроля качества работы U, по формуле (13); электронный журнал, формируемый по интерфейсу, разработанному для БД АСДО; аутентификации пользователей и защита от НСД при обращении к АСДО, реализованная на базе SQL-7.0 Указанный комплекс ППО работает в соответствии с алгоритмом функционирования АСДО.

В третьем параграфе проводится оценка эффективности от внедрения АСДО в учебный процесс по критериям Wcn W„a6 W0Hn WnBp В результате расчетов, получены результаты, позволяющие сделать следующие выводы: снижение временных издержек ППС. при подготовке курсантов к практическим занятиям на специальной технике составило 80%, а при подготовке к сложным лабораторным работам - 50%, наиболее приемлемым для военного вуза (при численности не более 1500 курсантов) счшается обеспеченностью не более 300 единиц ПЭВМ при полном штате сотрудников, обеспечивающих эксплуатацию АСДО.

В четвертом параграфе дана оценка экономической целесообразности АСДО. Сравнивая соотношение «эффект/затраты» на основе критерия целевой эффективности затрат на развитие АСДО военного вуза, можно сделать следующие выводы- нельзя экономить на структурированных кабельных системах (СКС), иначе, придется каждый год вкладывать в АСДО минимум 4200 у.е ; затраты на развертывание АСДО к концу 3-го года уменьшаются, а затраты на эксплуатацию составляют лишь 10% от затрат на создание и внедрение АСДО; экономически целесообразным является приобретение «мощных» серверов главного и вторичных и средних клиентских станций; при увеличении масштаба сегмента ИИС свыше 300

компьютеров (с возможностью подключения личных ПЭВМ курсантов) стоимость эксплуатации становится соизмерима со стоимостью разработки и внедрения, т.к. необходимо увеличивать штат ИТП и тратить большие средства по затратам.

В заключении приводятся основные теоретические и практические результаты и выводы диссертационной работы. Приложение содержит материалы о внедрении результатов диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В ходе выполнения диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа направлений проектирования АСДО разработаны ее модель и алгоритм функционирования.

2. В результате систематизации подходов к решению поставленной задачи, разработана ГАОС, обеспечивающая выбор индивидуального модуля обучения с учетом индивидуальных психологических особенностей курсантов, влияющих на их обучаемость.

3 Синтезированы модели для определения параметров оценок: сложности изучаемой специальной техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин.

4. Разработаны алгоритм и модель для расчета и построения сегмента дистанционного обучения интегрированной информационной системы военного вуза смешанной архитектуры.

5. Разработан механизм анализа, оценки и ранжирования учебных ситуаций для корректировки процесса самостоятельной работы преподавателями и должностными лицами военного вуза.

6. Научные положения и выводы, полученные в диссертационной работе, были практически реализованы в виде аппаратных и программных продуктов и внедрены в учебный процесс Воронежского военного института радиоэлектроники.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абрамов П.Б., Славнов К.В. Использование некоторых принципов дистанционного обучения при организации самоподготовки курсантов в военном вузе.// Новые информационные технологии в образовании: сборник статей. Воронеж. ВГТУ, 2000. -С. 15-16. (Лично автором выполнена 1 с).

2. Белоусов В.Е., Славнов A.B. .Прогноз успеваемости курсантов в управлении учебно-воспитательной работой военного вуза // Научно-методический сборник № 50. Проблемы организации и ведения учебно-воспитательного процесса. М.: Воениздат, 2001. - С. 30-32. (Лично автором выполнена 1 с).

3. Донской В.В., Славнов К.В. Об одном подходе к построению локальной вычислительной сети военного вуза // Системы управления

качеством высшего образования. Материалы 2-ой международной НТК 15-16 мая 2002г. Воронеж: ВГУ, 2002, С. 110-112. (Лично автором выполнено 2 с).

4. Абрамов П.Б., Славнов К.В. Некоторые особенности применения игр в учебном процессе вуза// Вестник ВИ МВД России,3(12), Воронеж: ВИ МВД России, 2002. с 87-90. (Лично автором выполнено 3 с).

5. Абрамов П.Б., Славнов К.В. Донской В В О некоторых особенностях применения учебных видеоизображений при обучении курсантов с использованием локальной вычислительной сети вуза// Вестник ВИ МВД России, 1( 10), Воронеж: ВИ МВД России, 2002. с 191-195. (Лично автором выполнено 2 с).

6. Абрамов П.Б , Донской В.В., Славнов К.В. Использование методики улучшенного запоминания учебной информации при изучении дисциплин военного вуза // Вестник Военного института радиоэлектроники, №1 2003, Воронеж. ВИРЭ, 2003. с 163-166. (Лично автором выполнено 2 с).

7. Абрамов П.Б., Славнов К.В. Отчет по НИР «Фотон». Исследование проблемы синтеза состава и структуры локальной вычислительной сети самостоятельного обучения курсантов военного вуза (Заключительный отчет / Воронеж. ВИРЭ, 2005. -64 с. (Лично автором выполнено 4 с).

8 Белоусов В Е , Славнов К.В. Автоматизированная система контроля успеваемости военного вуза // Вестник воен. ин-та радиоэлектроники. -Воронеж, 2003.-С 157-161. (Лично автором выполнена 1 с).

9 Белоусов В.Е , Славнов К В. Регрессионная модель прогнозирования успеваемости слушателей военного вуза // Контроль, оценка и управление качеством обучения в условиях модернизации высшего образования • Сб. научн. тр. / Воронеж гос. арх -строит ун-т-Воронеж, 2003. -С. 86-89. (Лично автором выполнено 2 с).

10. Баркалов С.А , Белоусов В.Е , Славнов К.В Модель формирования показателей качества учебного процесса в техническом университете с использованием средств имитационного моделирования// Сборник статей "Непрерывное многоуровневое образование: состояние, проблемы, перспективы". - Воронеж В! АСУ, 2005 , С.105-109 (Лично автором выполнена 1 е.).

Подписано в печать 15.03.2004. Формат 60x84 1/16 Уч. - изд. л. 1,0 Уел-печ. 1,1 л. Бумага для множительных аппаратов. Тираж 100 экз Заказ № 238.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

¿tOQCft

40O73

Введение.

1. Общие методические положения.

1.1. Постановка задачи обоснования требований к АС ДО.

1.2. Описательная модель самостоятельной работы.

1.2.1. Описание процесса самостоятельной подготовка курсантов к практическим занятиям с использованием специальной техники

1.2.2. Описание процесса самостоятельной подготовка курсантов к практическим занятиям с использованием сложного лабораторного оборудования.

1.3. Задачи, объекты и способы управления самостоятельной работой

1.3.1. Задачи и объекты контроля самостоятельной работы.

1.3.2. Описание процесса управления системой самостоятельной работы.

1.3.3. Способы и методы управления системой самостоятельной работы.

1.4. Критерии эффективности АСДО и общая схема исследований.

1.4.1. Критерии эффективности.

1.4.2. Схема исследований.

2. Разработка математической модели АСДО.

2.1. Модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы.

2.2. Формирование оценок параметров «сложности осваиваемой специальной техники» и «важности изученных ранее инженерных дисциплин».

2.3. Модель индивидуальных особенностей курсантов, влияющих на успешность освоения учебного материала.

2.4. Модель анализа и выбора комплекса корректирующих воздействий в системе АС ДО.

2.5. Структурно-логические модели выбора программного и информационного обеспечения интегрированной информационной системы дистанционного обучения военного вуза.

2.5.1. Концепция синтеза архитектуры интегрированной информационной системы военного вуза.

2.5.2. Расчет характеристик ИИС с учетом особенностей информационного обмена при дистанционном обучении.

2.5.3. Модель выбора прикладного программного обеспечения АС ДО военного вуза.

3. Методологические основы разработки АСДО.

3.1. Методические рекомендации по организации процесса дистанционного обучения в военном вузе.

3.1.1. Методики дистанционного обучения при подготовке к занятиям на специальной технике.

3.1.2. Методики дистанционного обучения при подготовке к занятиям с использованием лабораторного оборудования.

3.2. Имитационная модель функционирования АСДО военного вуза.

3.3. База данных АСДО.

3.4. Методические рекомендации для построения сегмента дистанционного обучения ИИС военного вуза.

4. Практическая реализация АСДО военного вуза.

4.1. Состав и структура АСДО на основе ИИС.

4.2. Программное обеспечение АСДО.

4.3. Оценка эффективности.

4.4 Оценка экономической целесообразности

Реформирование системы военного образования и введение в деятельность военных вузов Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования обуславливает повышение требований к эффективности обучения курсантов. Одной из важных составляющих процесса обучения является самостоятельная работа курсантов.

В рамках самостоятельной работы проявляются многие важнейшие качества обучаемых и формируется облик будущего военного специалиста. Однако при подготовке курсантов к занятиям с применением специальной техники, а также сложным практическим занятиям по целому ряду дисциплин приходится задействовать дорогостоящую технику (с весьма ограниченным ресурсом эксплуатации), привлекать инструкторов и задействовать профессорско-преподавательский состав за рамками основной нагрузки. Подобный отрыв преподавателей с одной стороны и неподготовленность курсантов к практическим занятиям с другой приводят к низкой эффективности процесса обучения и не позволяют добиться индивидуального подхода при обучении, так как время аудиторных занятий ограниченно. Для устранения вышеуказанных недостатков необходима система, обеспечивающая интеллектуальную, информационную и вычислительную поддержку процесса самостоятельной работы курсантов при подготовке к занятиям с одновременным контролем этого процесса преподавателями.

Поэтому задача разработки автоматизированной системы дистанционного обучения (АСДО) курсантов военного вуза, позволяющей корректировать уровень их обученности навыкам практической работы на специальной технике и при подготовке к занятиям преподавателями военного вуза, несомненно, является актуальной. Решение указанной задачи в рамках существующей системы обучения осложнено наличием большого количества факторов существенно влияющих на уровень подготовленности специалистов и требует существенного расширения преподавательского состава военного вуза, используемой специальной техники и лабораторной базы.

Вместе с тем исследования отечественных и зарубежных ученых указывают на перспективность применения в учебном процессе интегрированных информационных систем (ИИС). В этом случае (АСДО) обеспечивает обучаемым и преподавателям удобный и эффективный доступ к централизованным и распределенным информационным ресурсам и расширяет возможности по переработке и отображению информации.

Исходя из вышеизложенного, изыскание нового научного решения задачи повышения эффективности обучения курсантов в процессе самостоятельной работы в военном вузе и обеспечивающих ее рост при существующем количестве преподавателей, является актуальным в научном и практическом плане.

Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану научно - исследовательской работы "ФОТОН", направленной на повышение качества подготовки военных специалистов и выполнявшуюся по плану Управления образования МО РФ.

Цель работы. Цель диссертационной работы заключается в исследовании и экспериментальной проверке эффективности АСДО военного вуза, функционирующей в ИИС и обеспечивающей снижение временных затрат преподавателей при подготовке курсантов к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании за счет интеллектуальной поддержки процесса обучения на заданном уровне успеваемости курсантов. В рамках этой цели необходимо решить следующие задачи: разработать модель ; и алгоритм функционирования автоматизированной системы дистанционного обучения (АСДО) военного вуза, обеспечивающую интеллектуальную поддержку самостоятельной работы курсантов и преподавателей в режиме дистанционного обучения; разработать модель гипертекстовой автоматизированной обучающей системы (ГАОС) для самостоятельной подготовки курсантов к занятиям с учетом их индивидуальных психологических особенностей, влияющих на обучаемость;

- разработать модели для оценки параметров сложности изучаемой специальной техники и важности освоенных ранее инженерных дисциплин на основе анализа факторов, существенно влияющих на успеваемость курсантов военного вуза;

- определить механизм анализа учебных ситуаций, их ранжирования и формирования комплекса корректирующих управляющих воздействий для достижения заданного уровня практических навыков работы; разработать комплекс моделей и алгоритмов для синтеза сегмента интегрированной информационной системы военного вуза (ИИС) обеспечивающих вычислительную и информационную поддержки при дистанционном обучении; ' разработать структуру базы данных (БД) АСДО; дать оценку эффективности АСДО военного вуза при подготовке к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании.

Методы исследования, использованные в диссертационной работе основаны на положениях теории вероятности, теории массового обслуживания, теории принятия решений, использованием диагностики личности обучаемых и расплывчатых категорий, а так же применением методов таксономии.

Достоверность научных результатов. Научные положения правильность выводов и рекомендаций, степень их адекватности подтверждаются непротиворечивыми результатами расчета аппаратных затрат, необходимых для развертывания интегрированной информационной системы военного вуза, совпадением отдельных теоретических результатов работы с результатами, полученными другими авторами, их апробацией на Всероссийских и региональных научных конференциях.

Научная новизна состоит в следующем:

Разработана модель индивидуального модуля обучения гипертекстовой автоматизированной системы, которая обеспечивает заданный уровень подготовки курсантов военного вуза по каждой изучаемой в процессе самостоятельной работы теме занятий и позволяющая в отличие от известных подходов формировать задания курса обучения с учетом индивидуальных психологических особенностей обучаемых, влияющих на успешность обучения.

Для учета особенностей учебного процесса в военном вузе разработаны ранее отсутствующие модели оценки параметров сложности изучаемой специальной техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин в ходе самостоятельной работы курсантов.

На основе анализа известных подходов к проектированию и построению компьютерных сетей разработана модель проектирования топологической структуры сети на основе алгоритма Форда-Беллмана теории графов, позволяющая синтезировать сегмент интегрированной информационной системы сложной архитектуры смешенного типа с учетом объема и содержания решаемых задач. 7

Практическая ценность результатов работы состоит в разработке механизма корректировки самостоятельной работы курсантов на основе новой модели организации учебного процесса, в которой при заданном количестве преподавателей обеспечивается повышение успеваемости курсантов при работе на специальной технике за счет воздействий, формируемых АСДО военного вуза.

Полученные в работе аналитические выражения для расчета аппаратных затрат при развертывании ИИС позволяют осуществлять выбор рациональных схематических рещений, обеспечивающих уменьшение нагрузки преподавателей: при консультациях в ходе подготовки к практическим занятиям на специальной технике на 50%, а при консультациях к другим видам занятий - на 75% за счет обеспечения информационной, вычислительной и интеллектуальной поддержек.

Внедрение. Результаты проведенного исследования были использованы при организации учебного процесса Военного института радиоэлектроники, а также при выполнении научно-исследовательских работ, направленных на совершенствование подготовки специалистов в военных вузах. Фактический целевой эффект от внедрения АСДО в Военном институте радиоэлектроники выразился в снижении нагрузки преподавателей: при консультациях в ходе подготовки к практическим занятиям на специальной технике на 50%, а при консультациях к другим видам занятий - на 75% за счет обеспечения информационной, вычислительной и интеллектуальной поддержек.

На защиту выносятся:

Модель и алгоритм функционирования АСДО военного вуза при подготовке к практическим занятиям на специальной технике и лабораторном оборудовании; •

Модель гипертекстовой обучающей системы курсантов военного вуза;

Модели для определения оценок параметров сложности изучаемой специальной техники и важности освоенных ранее инженерных дисциплин;

Структурно - логические модели и алгоритм проектирования сегмента ИИС с выбором прикладного программного обеспечения

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Пятой и Шестой межвузовских научно-технических конференциях «Сигналы и способы их обработки в условиях помех» (Воронеж, 1998, 2000 г.г.); Седьмой научно-практической конференции «Военная электроника: опыт применения, проблемы подготовки специалистов» (Воронеж, 2003 г.); Межвузовской научнотехнической конференции «Системы управления и информационные технологии» (Воронеж, 1998г.); Межвузовской научно-практической конференции «Контроль, оценка и управление качеством обучения в условиях модернизации высшего образования» (Воронеж, 2005г.).

Публикации По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, общим объемом 19 печатных листов.

• Автором сформулирована и решена задача расчета топологической структуры сетей передачи данных [3,5,7], разработана методика дистанционного обучения курсантов военного вуза [1,4,5,6] с выбором рационального варианта структуры ИИС [2, 10] разработана модель контроля текущей успеваемости с СППР [8], предложен многоуровневый алгоритм выполнения процедур контроля успеваемости обучаемых [9].

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 168 стр. текста, включая 34 рисунков и 18 таблиц. Список используемой литературы включает 79 наименований.

Результаты исследования в ВИРЭ приведены в табл. 1.4. На основе табл. 1.4. можно сделать вывод,' что предпочтительность применения методов в порядке убывания такова: информационно -рецептивный (балл - 6,6; 27 %); репродуктивный (балл - 5,94;2 4 %); проблемный (балл - 4,63; 14 %); исследовательский (балл - 4,29; 17 %); эвристический (балл -3,14; 13%).

Таким образом, большинство курсантов на первое место выдвигает необходимость осознанного восприятия информации, избегая при этом самостоятельного участия в ее изложении или исследовательской деятельности. Малый разброс оценок по первому и второму вопросам для информационно - рецептивного метода (по первому вопросу большинство выставило оценку - «5», по второму - «7», причем оценки смещены в сторону высших баллов) свидетельствует о том, что этот метод одинаково доступен для всех курсантов, независимо от их личностных качеств.

Следовательно, можно говорить о данном методе как о базовом, если основной целью педагогической задачи ставится передача новой информации, однако, в силу своих особенностей, данный метод гораздо менее эффективно позволяет воспитать в курсантах такие качества, как * умение самостоятельного решения проблемных задач и исследования различных явлений. ;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненного диссертационного исследования разработаны механизмы, обеспечивающие принятие управленческих решений в условиях распределенной системы, синтезирована новая модель управления учебным процессом, в которой при заданном уровне подготовленности курсантов обеспечивается снижение временных издержек преподаввателей за счет интеллектуальной поддержки со стороны АСДО. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, состоят в следующем:

1. На основе анализа направлений проектирования АСДО разработаны ее модель и алгоритм функционирования.

2. В результате систематизации подходов к решению поставленной задачи, разработана ГАОС, обеспечивающая выбор индивидуального модуля обучения с учетом индивидуальных психологических особенностей курсантов, влияющих на их обучаемость.

3. Синтезированы модели для определения параметров оценок: сложности изучаемой специальной;техники и важности изученных ранее инженерных дисциплин.

4. Разработаны алгоритм и модель для расчета и построения сегмента дистанционного обучения интегрированной информационной системы военного вуза смешанной архитектуры.

5. Разработан механизм анализа, оценки и ранжирования учебных ситуаций для корректировки процесса самостоятельной работы преподавателями и должностными лицами военного вуза.

6. Научные положения и выводы, полученные в диссертационной 1 работе, были практически реализованы в виде аппаратных и программных продуктов и внедрены в учебный процесс Воронежского военного института радиоэлектроники.

Решенные в диссертации научные и практические задачи имеют большое значение для организации учебно-воспитательного процесса в военных вузах в соответствии с требованиями стандарта ISC)-9001:2000 и выполнения требований программы "Информатизации системы военного образования". '

151

1. Алексеев В.В. Применение метода имитационного моделирования в исследовании РЭС / В.В. Алексеев, П.А. Бирюков, А.С. Вороной// Материалы Всеармейской НМК «Проблемы внедрения новых ИТ в жизнедеятельность военного Вуза.» , Тамбов: ВАИИ, 1999. - С. 25-28.

2. Алексеев В.В. Методика создания компьютерных обучающих систем для эксплуатационной подготовки специалистов //. Научно-методический сборник №49.- М.: Воёниздат- 2000. С. 3-9.

3. Баркалов С.А. Управление проектами в строительстве: Лабораторный практикум / С.А. Баркалов.// Воронеж, гос. арх. - строит, унт. Воронеж, 2000. - 303 с.

4. Баркалов С.А. Информационные технологии в управлении и организации: Учеб. пособие / С.А Баркалов. //- Воронеж, гос. арх. строит, ун-т. - Воронеж, 2002. - 233 с.

5. Белоусов В.Е. Руководство к практическим занятиям на АСУ Маневр: Учеб. Пособие / В.Е. Белоусов, B.C. Ефимов.// Воронеж: ВИРЭ, 1998.-86с.

6. Белоусов В.Е. Автоматизация проектирования сетей передачи данных / В.Е. Белоусов, . С.В. ;Скрыль. // Системы управления и информационные технологии: автоматизированные системы управления: Сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ. - 1998. - С. 144-145.

7. Белоусов В.Е. Математическая модель контроля текущей успеваемости в военном вузе / В.Е. Белоусов, А.Г. Фадин. // Труды института. Вып. 5. 5-я межвузовская научно-техническая конференция. Сборник статей. Воронеж: ВИРЭ. 1998. - С. 202.

8. Белоусов В.Е., Славнов К.В. Автоматизированная система контроля успеваемости военного вуза // Вестник воен. ин-та радиоэлектроники. Воронеж, 2003. — С. 157 - 161. (Лично автором выполнена 1 с).

9. Блэк Ю. Сети ЭВМ. Протоколы, стандарты, интерфейсы/ Ю. Блэк.// — М.: Мир, 1990.-506.с.

10. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернатив в технике/ Т.Р. Брахман // М.: Радио и связь, 1984.-231с.

11. Бусленко Н.П. Моделирование сложенных систем / Н.П. Бусленко. II М.: Наука, 1978. - 451с.

12. Венда В.Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации / В.Ф. Венда. // М.,«Машиностроение», 1975. -396 с.

13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для студ. Вузов.-9-е изд., стер / Е.С. Вентцель. // М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 576 с.

14. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей/ В.М. Вишневский. // Москва: Техносфера, 2003. -512 с.

15. Воробьев С.Н. Управленческие решения: учебник для вузов/ С.Н. Воробьев, В.Б. Уткин. //- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 317 с.

16. Воронов А.А. Введение в диалектику сложных управляемых систем/ А.А. Воронов. // М.; Наука, 1985. - 352 с.

17. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах обработки информации / В.А. Герасименко. // М.: Энергоатомиздат, 1994. - 568 с.

18. Глушков В.М. Системы оптимизации /В,М. Глушков. // Кибернетика №5. -1980. - С. 89-90.

19. Губарев В.В. Вероятностные модели: Справочник. В 2-х ч./В.В. Губарев.// Новосибирск: изд. НЭТИ, 1992. - 234с.

20. Дидрих В.Е. Моделирование информационных систем организационного управления / В.Е. Дидрих. // М: ИПРЖР, 2002,-128с.

21. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации: Учеб. Для студ. ^ вузов по спец. «Автоматизированные системы обработки информации иуправления» / В.И. Дмитриев. // М.: Высш. шк., 1989. - 320 с.

22. Дружинин В.И. Психология общих способностей /В.И. А Дружинин. // СПб.: Питер Ком, 1999. - 368 с.V

23. Душков Б.А. Некоторые психологические проблемы системного подхода при анализе деятельности человека / Б.А.Душков. // Психол. ш., т. 4, №4,- 1983.-С. 23-32.

24. Еремин И.И. Противоречие модели оптимального планирования / I И.И.Еремин. // М.: Наука, 1988. - 160с.

25. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний/ Н.Г. Загоруйко. // Новосибирск: Изд-во ин-та математики, 1999. - 270 с.

26. Зайцев В. С. Системный анализ операторской деятельности / В.С.Зайцев//-М.: Радио и связь, 1990. 120 с.

27. Иваненко Г.И. Самообучающиеся системы распознавания и ^ автоматического управления / Г.И.Иваненко. //- Киев: Техника, 1969.-342с.I

28. Карпова Т. С. Базы данных: модели, разработка, реализация /Т.С. Карпова. //-СПб.: Питер, 2002. -304 с.

29. Коваленко В.Е. Задачи анализа, планирование и оптимизации в АСУ ВУЗ / В.Е. Коваленко. // Обзор, информ. Сер. Упр. экономика и прогнозирование развития высшей и средней специальной школы. — вып. 2.-1980.-С.34-37.

30. Комков Н.И. Модели управления научными исследованиями и разработками /Н.И. Комков. // М.:Наука,1978. - 343с.I

31. Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации. М.: МОПО РФ, 1998. - 231с.

32. Концепция информатизации системы военного образования Министерства обороны Российской Федерации. М.: МОПО РФ, 2000.- 197с.

33. Коровин В.М. Учебная и методическая работа в высшем военно-учебном заведении / В.М. Коровин. // Воронеж: ВИРЭ, 2000. - 275 с.

34. Котов В.Е. Сети Петри / В.Е. Котов. // М.: Наука, 1984. - 160 с.

35. Крымский Н.К. Структура объектов управления / Н.К. Крымский.- Математические методы теории систем. Фрунзе. — Вып.1. - 1979. - С.44.51.

36. Кульгин М.В. Технологии корпоративных сетей экспедиция /М.В. Кульгин. //-СПб: Издательство «Питер», 2000. -704 с.

37. Курбаков К.И. Информационный ресурс и национальная система баз данных и баз знаний высшей школы России / К.И. Курбаков. // М.: АЕН РФ - М.А.И., 1994. - 24 с.

38. Лбов Г.С. Методы обработки разнотипных экспериментальных данных /Г.С. Лбов.//-Новосибирск:Наука, 1981. 376с.

39. Леман Э. Проверка статистических гипотез /Э. Леман. III1. М.:Наука, 1979.-86с.

40. Лотоцкий В.А. Модели и методы краткосрочного прогнозирования /В. А. Лотоцкий. // М.: Наука, 1991. - 34с.

41. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования / Ю.П. Лукашин. // М.: Статистика, 1979. - 121с.

42. Макаров И.М. Теория выбора и принятия решений / И.М. Макаров. // М.: Наука, 1982. - 212с.

43. Маликов А. Принятие решений и информация / А.Маликов. // -М.: Наука, 1983.-184 с.

44. Маликов А. Модели и методы проектирования информационного обеспечения АСУ / А.Маликов. // М.: Статистика, 1978.- 78с.

45. Маликов А. Основы построения АСУ: Учебник для вузов / А. Маликов. // — М.: Высшая школа, 1981.- 213с.

46. Моисеев Н.И. Алгоритмы развития / Н.И. Моисеев. // М: Наука, 1987.-86с.

47. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК. Десятое юбилейноеиздание /С. Мюллер.//-М.: СПб.: Издательский дом «Вильяме», 1999.- 992 с.

48. Мякишев В.В. Использование методов искусственного интеллекта в САПР. Анализ отечественного и зарубежного опыта / В.В. Мякишев, В.В Тарасов.// Техническая кибернетика, №1.- 1991.- С. 164-176.

49. Наумова Н.Ф. О системном подходе к исследованию целенаправленного поведения человека / Н.Ф. Наумова. // В сб.: Методология системного анализа. -М.: ВНИИСИ, - 1978, - С. 23-33.

50. Новиков Д.Н. Механизмы гибкого планирования в активных системах с неопределенностью / Д.Н. Новиков. //- Автоматика и телемеханика, 1997.- С. 188-125.I

51. Славнов К.В., Абрамов П.Б. Некоторые особенности применения игр в учебном процессе вуза// Вестник ВИ МВД России,3(12), Воронеж: ВИ МВД России, 2002. с 87-90. (Лично автором выполнено 3 с).

52. Приказ министра обороны Российской Федерации 2003 г. № 80. «Об утверждении Руководства по организации работы высшего военно-учебного заведения Министерства обороны Российской Федерации».

53. Профессиональный психологический отбор кандидатов в военно-учебные заведения Министерства обрроны Российской Федерации // Под ред. А.Н. Глушко. — Москва: МО РФ Главное военно-медицинское управление, 1994.-296 с.

54. Райзберг Б.А. Программно-целевое планирование и управление. Учебник /Б.А. Райзберг.//- М.: ИНФА М, 2002. - 428 с.

55. Розанов Ю.В. Случайные процессы / Ю.В. Розанов.//- М.: НАУКА, 1971.-287 с.

56. Розен В.В. Цель оптимальность — решение (математические модели принятия оптимальных решений) /В.В. Розен.//- М.: Радио и связь, 1982.- 168 с.I

57. Система стандартов эргонометрических требований и эргонометрического обеспечения. Методы обработки экспертных систем И— Постановление Государственного комитета по стандартам № 2098. 1985.-35с.

58. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для вузов / Б.Я. Советов.// 3-е изд., перераб. И доп. -М.: Высш. шк.,2001. - 343 с.

59. Судоплатов С.В. Элементы дискретной математики: Учебник / С.В. Судоплатов. // М.: ИНФРА-М, Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. -280 с.7

60. Такенбаум Э. Компьютерные сети / Э. Такенбаум. // -СПб. Литер. 2002. 848 с.

61. Тихонов В. И.Статистическая радиотехника / В.И. Тихонов. // — М.: Советское радио, 1966. 678 с.

62. Фадин А.Г. Имитационное моделирование систем массового обслуживания. Учебное пособие / А.Г. Фадин. // Воронеж, ВИРЭ, 1996. -286 с.

63. Фатхутдинов Р.А. Управленческие решения: Учебник 4-е изд.,перераб. и доп / Р.А. Фатхутдинов.// М.: ИНФА-М. - 2001. - 283 с.

64. Фусфельд А.Р. Новый метод прогнозирования функция технического развития /А.Р. Фусфельд. II В сб.: Руководство по научно-техническому прогнозированию. Пер. с англ. - М.: Прогресс, - 1977. - С. 68-.

65. Хабаров B.C. Методы и средства машинного моделирования информационно вычислительных систем / В.С Хабаров, С.В. Шарков. II-Проблемы машиностроения и автоматизации. — №4. - 1999. - С. 14 -20.

66. Шапиро Д.И. Принятие решений в системах организационного управления: Использование расплывчатых категорий / Д.И. Шапиро. // М.: Энергоатомиздат, 1983. - 184 с.i

67. Шубкин И.П. Моделирование механизма принятия решений / И.П. Шубкин. // М.: Наука, 1996. - 143 с.

68. Славнов К.В., Абрамов П.Б. Отчет по НИР «Фотон». Исследование проблемы синтеза состава и структуры локальнойвычислительной сети самостоятельного обучения курсантов военного вуза.

69. Заключительный отчет / Воронеж. ВИРЭ, 2005. -64 с. (Лично автором выполнено 4 с).