автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Компьютерное моделирование многоуровневой системы подготовки учащихся к освоению программ высшего профессионального образования

На правах рукописи

Соловьева Анна Валерьевна

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ К ОСВОЕНИЮ ПРОГРАММ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.13.18 — математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ОКГ 2013

Новокузнецк — 2013

005536589

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель: Павлова Лариса Дмитриевна,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», заведующий кафедрой прикладной информатики

Официальные оппоненты: Калашников Сергей Николаевич,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», профессор кафедры информационных технологий в металлургии

Пимоиов Александр Григорьевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева», профессор кафедры прикладных информационных технологий

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный

университет»

Защита состоится 20 ноября 2013 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.02 в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, Россия, г. Новокузнецк, Кемеровской обл., ул. Кирова, 42, факс (3843)46-57-92, E-mail: sibsiu_ais@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан 18 октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Евтушенко В.Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ отечественного и зарубежного опыта довузовской подготовки убедительно доказывает, что на этапе выбора высшего учебного заведения (ВУЗа) и специальности, которую школьники хотят получить, многие из них не обладают адекватной информацией о содержании будущей профессии и требованиях, предъявляемых высшей школой к абитуриентам по уровню образовательной подготовки, навыкам ведения научно-практической работы и готовности к условиям обучения в ВУЗе.

Выбор будущего направления обучения в большинстве случаев происходит в старшей школе. Старшеклассники выбирают траекторию своего индивидуального развития, руководствуясь перечнем предметов, которые необходимы при поступлении, выбирая наиболее «легкие» для сдачи дисциплины. Это приводит к тому, что старшеклассник выбирает направление обучения не то, в котором он может реализоваться наилучшим образом, а на которое будет проще поступать. Кроме того, выпускники не обладают достаточным набором профес-сиографической информации, оценкой своих склонностей, личностных особенностей и уровня подготовленности по профильным предметам для успешного освоения программ высшего профессионального образования (ВПО).

Система довузовской подготовки учащихся должна включать комплекс мер для содействия молодому человеку в профессиональном становлении и выборе оптимального вида профессиональной деятельности с учетом его интересов, способностей и социально-экономической ситуации на рынке труда.

Для эффективной работы системы довузовской подготовки старшеклассников необходимо разработать методы и средства построения индивидуальной траектории подготовки учащихся к условиям обучения в высшей школе. Поэтому математическое моделирование многоуровневой системы подготовки учащихся (МСПУ) с реализацией в виде комплекса проблемно-ориентированных программ для обоснования параметров многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ является актуальной научно-практической задачей, имеющей существенное значение в образовательной области.

Целью работы является разработка математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся к освоению программ высшего профессионального образования с численной реализацией на основе комплекса проблемно-ориентированных программ.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать структуру организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся с выделением основных подсистем и взаимосвязей между ними.

2. Разработать математическую модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ.

3. Разработать алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с численной минимизацией ее отклонений от базовой траектории.

4. Разработать комплекс проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся.

Методы исследования: математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, объектно-когнитивного анализа, управления базами данных, регрессионного анализа, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы:

1. Структура организационно-функциональной системы довузовской подготовки, отличающаяся декомпозицией системы, построением дерева подсистем, формированием на основе объектно-когнитивного анализа онтологического хранилища знаний и обеспечивающая моделирование индивидуальной траектории подготовки учащегося.

2. Математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ, отличающаяся формированием вектора показателей качеств личности на основе группирования коэффициентов, характеризующих уровень интеллектуального развития, и позволяющая оценивать по весовой вероятностной функции принадлежность учащегося к определенному направлению обучения.

3. Алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося к освоению программ ВПО, отличающийся учетом функции влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины и позволяющий посредством численного моделирования поэтапно минимизировать отклонения индивидуальной траектории от базовой, генерируемой ВУЗом.

4. Комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся интеграцией системы управления базами данных со средой объектно-ориентированного программирования, позволяющий формировать индивидуальные рекомендации по направлениям, формам и средствам обучения с учетом личностных особенностей и уровня подготовки учащихся.

Практическая значимость работы. Предложенная математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ с численной реализацией в виде комплекса проблемно-ориентированных программ может быть использована высшими учебными заведениями для построения и корректировки индивидуальных траекторий развития учащихся, что позволит повысить уровень подготовки учащихся к освоению программ ВПО. Разработанный алгоритм построения индивидуальной траектории может быть адаптирован для подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ на различные направления обучения.

Предмет защиты:

— структура организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся с выделением основных подсистем и взаимосвязей между ними;

— математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся с формированием вектора показателей качеств личности на основе группирования коэффициентов, характеризующих уровень интеллектуального развития;

— алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с численной минимизацией отклонений индивидуальной траектории учащегося от базовой;

— комплекс проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся.

Личный вклад автора заключается в разработке структуры организационно-функциональной системы довузовской подготовки; построении математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ; определении функции влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины; разработке алгоритма построения индивидуальной траектории подготовки учащегося и комплекса проблемно-ориентированных программ.

Реализация результатов. Результаты исследований использованы при довузовской подготовке учащихся в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в 2008-2013 годах посредством построения и корректировки индивидуальных траекторий развития учащихся; рекомендованы муниципальными органами управления образованием г. Новокузнецка к применению при профильной подготовке старшеклассников.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной конференции «Современное образование: содержание, технологии, качество» (Санкт-Петербург, 2008г.), Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» (Алма-Ата, Казахстан, 2008г.), Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации (НТИ-2008)» (Новосибирск, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы непрерывного образования: Проектирование, управление, функционирование» (Липецк, 2009г.), Международной научно-практической конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (Инноватика - 2009)» (Москва, 2009г.), Всероссийских научно-методических конференций «Телематика» (Санкт-Петербург, 2009, 2011-2013 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2009г.), Международной научно-практической Интернет-конференции «Актуальные вопросы модернизации российского образования» (Таганрок, 2010г.), Всероссийский конкурс научных работ студентов и аспирантов «Телематика'2010: телекоммуникации, веб-технологии, суперкомпьютинг» (Санкт-Петербург, 2010г.), Международная научно-практическая конференция «Педагогический профессионализм в образовании» (Новосибирск, 2012г.), Международная научно-практической конференция «Профессионализация личности в образовательных институтах и практической деятельности: теоретические и прикладные проблемы социологии и психологии труда и профессионального образования» (Пенза, 2012г.), Международная научно-

практической конференция «Научное пространство Европы-2012» (Чехия, Прага, 2012 г.).

Публикации. Материалы по теме диссертации опубликованы в 21 печатных работах, из которых 20 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 1 свидетельство о регистрации электронного ресурса.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 113 наименований, и содержит 142 страницы машинописного текста, 35 рисунков, 25 таблиц, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, дана характеристика научной новизны и практической значимости, отражены результаты внедрения работы и ее апробация, приведены структура и объем диссертации.

В первой главе «Анализ теорий профессиональной ориентации, моделей и методов довузовской подготовки учащихся» содержится аналитический обзор существующих теорий профориентации за рубежом, моделей довузовской подготовки в России и анализ методов для подбора направления обучения старшеклассников.

За рубежом вместо термина «довузовская подготовка» используется термин «развитие карьеры» (Career Development), который представляет собой обширную сферу деятельности, включающую хорошо подготовленных и организованных специалистов, имеющих в своем распоряжении разнообразные информационные и методические ресурсы. Курс Career Development, включенный в систему образования, проводится в возрасте от 5 до 14 лет, направлен на самопознание, знакомство с профессиями и возможностями образования, планирование карьеры. В США основное внимание уделяется подготовке «гибких» кадров, способных приспосабливаться к изменяющимся условиям труда, во Франции - формированию у учащихся умения самостоятельно принимать решения. В Великобритании помощь учащимся оказывается не только при выборе профессии, но и в оценке требований рынка труда. В Японии довузовская подготовка заключается в формировании у учащихся представлений о профессиях, чтобы каждый смог сделать осознанный выбор, основываясь на личном опыте. Рассмотренные системы объединяет системный подход и контроль на всем периоде обучения.

Под довузовской подготовкой в России понимают подготовку старшеклассников к поступлению в ВУЗ, а также систему профессиональной ориентации учащихся. Однако на настоящий момент отсутствует комплексный подход к организации довузовской подготовки учащихся. Система довузовской подготовки должна включать комплекс мер по профессиональной ориентации учащихся, его образовательной подготовке, мероприятия, направленные на получение навыков ведения научно-практической работы, а также на социальную и профессиональную адаптацию учащихся к новой системе обучения. В боль-

шинстве ВУЗов России развиты только первые два направления, остальные развиты недостаточно, либо отсутствуют. Профориентационная работа ведется в основном в форме массовых мероприятий, которые рассчитаны на знакомство учащихся с ВУЗами и их особенностями обучения, а не с конкретными направлениями, возможными вариантами трудоустройства и требованиями работодателей к выпускникам данного направления.

Образовательная подготовка рассчитана, как правило, на учащихся со слабым или средним уровнем знаний по профильным дисциплинам. Обучение обычно проводится в форме групповых занятий. Недостаточно развита практика построения индивидуальной образовательной траектории с учетом личностных особенностей старшеклассников, выбором предпочтительных форм, методов и средств обучения, направленных на достижение оптимальных результатов, ориентированных на требования интересующего выпускника ВУЗа.

Из анализа моделей систем довузовской подготовки можно сделать вывод, что существует множество различных подходов, однако отсутствует комплексный подход к работе с учащимися. В этой связи необходимо выделить основные подсистемы, определить взаимосвязи между ними и объединить их в единую организационно-функциональную структуру.

Во второй главе «Разработка структуры организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся» разрабатывается структура и выделяются функции системы довузовской подготовки учащихся, выполняется функциональная декомпозиции видов деятельности, строится дерево подсистем, определяются входные, выходные потоки данных и требуемые ресурсы, обуславливается выбор методов и средств для построения многоуровневой системы подготовки учащихся (МСПУ) к освоению программ ВПО.

Объектом исследования является организационно-функциональная система довузовской подготовки, состоящая из блоков оценки структуры интересов, личности и интеллекта, которые взаимосвязаны с подсистемами профориентации, социально-профессиональной адаптации, образовательной подготовки, научно-исследовательской работы, анализа и контроля качества подготовки (рис. 1).

Построение дерева подсистем процесса довузовской подготовки производится на основе выделения и функциональной декомпозиции видов деятельности. Вершиной дерева является деятельность системы в целом. На вход системы поступает контингент для обучения, на выходе формируется конкурентоспособный абитуриент. Процесс подготовки учащихся декомпозируется на следующие бизнес-процессы: образовательная, научно-исследовательская, профориентационная деятельность и социально-профессиональная адаптация. Каждый вид деятельности на следующем уровне декомпозируется на определенный набор функций, например образовательная подготовка — на функции: заключение договоров на обучение, зачисление учащихся на подготовительные курсы, проведение организационного собрания, проведение занятий по очной и дистанционной формам обучения, аттестация учащихся, выдача свидетельств об окончании курсов, анализ результатов поступления в ВУЗы, составление отчета о работе подготовительных курсов.

Рис. 1. Схема организационно-функциональной системы довузовской подготовки

В результате декомпозиции процесса подготовки учащихся выделены основные и вспомогательные виды деятельности, взаимосвязи между ними, входные, выходные потоки данных и необходимые ресурсы для обеспечения выделенных видов деятельности.

Основными модулями разрабатываемой системы являются онтологическое хранилище знаний и модуль формирования решений (рис. 2). На основе объектно-когнитивного анализа устанавливаются формальные описания отношений между абстрагированными понятиями и сущностями, являющимися базовыми понятиями предметной области (когнитивными элементами)._

■Соотмтствиг профилю_

Тр«5оьаккхк акаийяи к уманидм учащегося

Проверка соответствия профилю направления

Пр-едл ажекног

реиенк«

Показатели псдгстоьп&ннстга учащегося

Учащийся, гстскый к освоению программ НПО

Рис. 2. Функциональная схема процесса подготовки учащихся

В соответствии с методологией объектно-когнитивного анализа выделяются процессы и требования, которые формулируются в виде прецедентов. Внешние требования к знаниям и умениям выпускников формируются с учетом требований ВУЗа к поступающим, внутренние - на основе образовательных стандартов средней школы. В модели требований каждый учебный модуль соединяется с соответствующей дисциплиной.

Онтологическое хранилище регулярно пополняется новыми требованиями к знаниям учащихся, которые поступают в систему управления со стороны ВУЗов и со стороны общеобразовательных учреждений. Эти требования анализируются методами экспертных оценок и вносятся в хранилище в виде новых фрагментов знаний, которые будут в дальнейшем использоваться при разработке учебно-методического комплекса и набора тренингов для определенного направления по конкретной дисциплине.

Для подготовки учащегося, имеющего высокий уровень подготовленности к условиям обучения в ВУЗе, необходимо построить математическую модель, выполнить оценку ее адекватности, разработать методику построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с численной минимизацией отклонений от базовой траектории.

В третьей главе «Разработка математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся» описывается концептуальная модель, строится

математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся и проверяется ее адекватность.

Отбор старшеклассников на вакантные места по конкретному направлению предлагается осуществлять на основе бинарного отношения

(1)

на множестве направлений обучения Бр = [бр^ Бр2, зр3,..., Бр^] и множестве претендентов Рг = {рг1,рг2,рг3,...1ргКр}. Множество Я отражает пожелания старшеклассников при выборе направления обучения, а элементами этого отношения являются пары, состоящие из конкретного направления обучения и конкретного претендента.

Математическая модель МСПУ разрабатывается на основе байесовского подхода, с использованием ретроспективной информации (качественной и количественной) для формирования входного потока данных.

Для каждого старшеклассника, после прохождения им профдиагностиче-ского и репетиционного ЕГЭ-тестирования, формируется набор коэффициентов, характеризующих личность и интеллектуальное развитие учащегося, которые образуют вектор входных параметров ББ

„____Средний

п . Тмтгагснм Угсггвдкщж» ^

Профдшлшспгиажг ткгярсияяе ¿^щ ' ЕГЭ-тктнрсышк

'-!-"-,-11-1-1 1-,-1 '-.-1

А3 А3 ... Ат ... Ли

где Ат — вектор показателей качеств личности по соответствующему ш-ому направлению оценки. Набор векторов А = {А1,А2, ...,АМ} формируется путем группирования вектора результатов тестирования ОБ в М групп.

Из множества направлений обучения Яр формируются укрупненные группы Ъ, направлений обучения, которые образуют вектор Ь = (Ь1( Ь2, ...,¿1,.... Ьдгь). Каждая группа направлений обучения Ь, характеризуется набором требований к учащемуся, таких как уровень его подготовки, интеллектуальные и психологические качества.

Для измерения коэффициентов личностного и интеллектуального развития

старшеклассника g используется функция принадлежности ( которая ин-

терпретируется как числовое выражение степени обладания старшеклассником некоторым определенным набором А показателей качеств личности. Одним из методов вычисления значений этой функции является метод условной вероятности, значение которой определяется по формуле

= (2) где Р(Ь, | А^— условная вероятность того, что старшеклассник gj, обладающий группой показателей качеств личности Ар принадлежит укрупненной группе направлений обучения 6/.

Для вычисления условной вероятности используется формула Байеса

т = -, (3)

где Р(А} | Ь,) - вероятность реализации конкретного набора значений показателей вектора А] для укрупненной группы направления обучения Ь,\ Р(Ь,) — вероятность того, что старшеклассник принадлежит группе направлений ЬМь - количество групп направлений обучения.

Условная вероятность Р(А] \ Ь,) вычисляется по формуле

IХЛН)

Р{А1\Ъ1) = ^¥-, (4)

1ЛК)

л-1

где Р]п (Ау) - вероятность обладания учащимся качеством, характеризующимся коэффициентом /с;-п из А, группы показателей качеств личности; нормированные весовые коэффициенты.

Вероятность Р] (/1,-) вычисляется по формуле

Яр.(АЛ = № (5)

ИМ) (О, к,п 6 [0, ка) и (кь, 1]'

где - эталонное значение вероятности обладания учащимся соответствующего качества для /'-ой укрупненной группы направлений обучения А,; [/са, къ] -доверительный интервал для коэффициента к]п.

Фрагмент таблицы Байеса для определения направления обучения на основе коэффициентов, характеризующих личностные особенности учащихся, представлен в табл. 1.

Адекватность математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся оценивалась по результатам сравнения статистических параметров обучающей и контрольной выборок.

В табл.2, для каждого учащегося сравнивались значения результатов работы компьютерного диагностического комплекса «Профориентатор» с модельными данными для обучающей выборки и с результатами поступления учащихся в ВУЗ для контрольной выборки.

По результатам сравнения на обучающей выборке данные тестирования и численного моделирования совпали в 78,3% случаев и не совпали в 21,7%; на контрольной выборке данные, полученные с помощью тестирования, в 77,5% случаев совпали с направлением дальнейшего обучения учащегося и в 22,5% не совпали (табл. 2). Из полученных результатов можно сделать вывод об адекватности модели.

Табл. 1. Таблица значений вероятностной функции для коэффициентов, характеризующих личность учащегося

3£ ITрофазь етаршшннша ■¿5 Нш-ересы Структура t-VKTP ллсктя «¿Г -о* Л ¿Г sx. •о" -¿Г w -Q < 11 W

* = Н" а ... и & в * я ч и % * Js £ х к С S s

1 Информацвошю-техяол&гктаскнв 0,15 0,19 0,07 0,01 0,15 0,64 0,13 1,244 IG43

Ивжевервыв ода 0,14 8,10 ... 0,14 0,17 0,07 0,05 ... 3,057 1S4 0,970 КГ5

3 Фкипщ-иатематет^пян С, 15 е. и 0,21 0,01 0,14 0,03 0,12 5,357 2,M<« 104

Кстесгв е К НО -каучтсыв 0,05 0.12 0,14 0,09 0,11 0,13 0,£5 1,330 ю-4 104

5 ЕСТКПЕВШ-тсхкололпкига 0,09 0,20 0,37 0,10 0,1! 0,05 0,0ä> 4,941 1S"* 1,55$ 104

6 Творткиш 0,05 0,01 3,01 0,1® 0,01 0,15 5,11 ... 2,406 7,041 1С4'

7 ЛКЕГВВСТШ^СКВ в 0,37 0,51 0,71 0,01 0,01 0,20 0,14 1,816 5,772 10"«

8 О о шеетвехво-гумавютрвыв 0,18 0,05 0,05 0,1« 0,12 0,14 0,10 1,Ш 1Ö4 0,024 10J

9 Фнвисбво- ЭКОПЗМ KWKBB e,is 0,13 0,13 0,15 0,14 0,17 0,12 1,68? 10"3 5,3.54 IG4

т i=t 34,4гб 104

Табл. 2. Результаты проверки адекватности модели по статистической выборочной оценки

Л» лечащегося Направление обучения, рекомендованное комплексом «Профориентатор» Направление общения, полученное на модели Результат сравнения

Учащийся 1 Об щестаенк о-ггм аштта р ный Оо щестЕ-енн о -гум анаха р ный

Учащийся 2 Информацноыно-тех.нологнчес-кий Йн формационно -техно л о шческий

Учащийся 3 Информаштош10-технологачеситй Информанионно-теяно л о гич ескии

Учащийся 4 Фнзгско -из т ематичесхнн Фнзико-математич ескии +

Учащийся 5 Инженершей Инженерный

Учащийся 125 Общественно-гуманитарный Общественно-гуманитарный

Учащийся 126 Инженерный Инженерный

Учащийся 127 Инженерный Физико-математический

Учащийся 128 Общественно -rvM аннта р кьгй Общественно -гуыашггарньш

Учащийся 129 Есте ственно-технол огиче ский Е стествешю -технологам ескии -г

В четвертой главе «Разработка алгоритма построения индивидуальной траектории развития учащегося» строится базовая и индивидуальная траектории учащегося, формируется функция влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины и проводится численная минимизация отклонений индивидуальной траектории от базовой.

Алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося состоит из нескольких этапов.

На начальном этапе алгоритма определяется базовая траектория подготовки учащихся, для которой используются усредненные статистические данные приемных компаний ВУЗов за пятилетний период.

Для учета влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины предлагается функция (Раса) вида

Рсс= — '•0 + /К1 + 0,2-[/), (6)

г

где г — количество тем для изучения, г — возможный период обучения, и - частота посещения занятий, /- финансовая обеспеченность, U - возможность удаленного доступа к ресурсам образовательного процесса.

На основе значения функции влияния начальных условий строится индивидуальная траектория подготовки учащегося. Начальная точка траектории принимается равной начальному уровню знаний старшеклассника Y„a4. Исходя из значения функции продолжительности, определяется конечная точка траектории по формуле

V = к ■ Р -Y П\

кои осе нач j \ J

где Рже - значение функции влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины, к-коэффициент продолжительности обучения, к =0,25 Щ32.

Для минимизации отклонения индивидуальной траектории от базовой решается задача численного моделирования.

Дано: значения базовой траектории Q6a3, значения индивидуальной траектории по каждой из тем ХиХЪ ...,хг.

Начальные условия: возможный период обучения (т), частота посещения занятий (и), финансовая обеспеченность ф, возможность удаленного доступа к ресурсам образовательного процесса (U), количество тем в дисциплине (г), точность вычислений (е).

г

Ограничение: ^с, = т и, где с„,с,, ...,сг- количество часов по каждой теме.

/=0

Требуется: подобрать такие значения постоянных числовых параметров Со,С],...,сг, чтобы минимизировать разницу между уровнем освоения дисциплины базовой траектории и индивидуальной, определяемой значениями функции Qpac" = f(xl,x2,...,xk,c„,ct,...,cr) в зависимости от уровня освоения тем, входящих в дисциплину (х1:х2, ...,хг)

Q = ¿(öf - QT'Y -> min . (8)

i=i

Решение: зависимость Q'ac" для /-го измерения можно записать в виде

г

Qpac" = с0 ■ /о, + С, • Л + с2 • f2l +... + сг • /г, = • fp , (9)

j=о

где f.. — значение j-ой функции при значениях независимых переменных в г'-м эксперименте.

После подстановки выражения (9) в сумму квадратов невязок формула (8) с учетом штрафной функции будет иметь вид

е=1 еГ-Е^-л ~~ > (ю)

/=1 \ у-» у а ч*=о у

где а - настроечный параметр в методе штрафных функций, а £ (ОД].

Для нахождения минимума функции <2 требуется одновременное равенство нулю частных производных по параметрам с0,с1, ...,сг:

-Ц±с

Еа"-^.'/, -ЧЪс

у-о ^ «

2 еГ-І^-Л

= 0

(11)

Значения коэффициентов с0,с1,...,сг определяются посредством решения системы линейных алгебраических уравнений и осуществления предельного перехода при а 0.

Дг 11

У./о/ '/и А^/и

а а

^/і, " У0і ■■■ ^Уп ' Уо/

/ ' /і/ У. Л ■ /І;

V «=1 « т^

І. а

I/- - л -1

Е/Ї--

/ дг

Еа8,

і

/о,--

а

м а

(12)

Для реализации математической модели и численного моделирования МСПУ необходимо создать комплекс программ, позволяющий формировать индивидуальные рекомендации по направлениям обучения.

В пятой главе «Разработка комплекса проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся» описывается комплекс программ для формирования индивидуальных рекомендаций по направлениям, формам и средствам обучения с учетом личностных особенностей и уровня подготовки учащихся.

Комплекс программ включает в себя базу данных, подсистемы анализа данных и тестирования, клиентский модуль (рис. 3).

йоде в ст ем а анализа язвяых

Модуль данных

Модуль формирования решевия

£аза....

данн*».

я обр аа. «айн

: : Подсистема тестирования

I Модуль 1 образов* Г ея»иой 1 ПОДГОТОВИВ профорі»нга ции Модуль [ ссшшяьно- 1 проф«ссиоклліяой I щіташм I

Клиентский модуль

Рис. 3. Модульная структура комплекса программ

Клиентский модуль предназначен для взаимодействия с пользователем и имеет дружественный графический интерфейс, разработанный в среде Borland Delphi. Клиентский модуль обеспечивает связь с подсистемами тестирования и анализа данных, представляет данные в удобном для пользователя виде.

С помощью подсистемы тестирования проводится оценка знаний, умений и личностных особенностей старшеклассника, определяются основные расчетные параметры для формирования индивидуальной траектории обучения.

В подсистеме анализа на основе полученных данных об уровне образовательной подготовки старшеклассника и его личностного портрета формируется перечень дополнительных занятий для корректировки индивидуальной траектории в соответствии с выбранным направлением обучения по базовой траектории.

Данные о старшеклассниках, а также результаты тестирования хранятся в базе данных, которая создана с использованием СУБД Paradox. Связь с базой данных осуществляется посредством модуля наполнения базы данных.

В общем виде процесс функционирования комплекса представлен на рис.4.

Рис.4. Блок-схемы комплекса программ: а - обобщенный алгоритм функционирования комплекса; б - алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки

Внешний вид главной формы комплекса представлен на рис. 5а. Личные данные учащихся редактируются с помощью формы ввода данных (рис. 56). а б

Рис. 5. Комплекс программ: а — окно программы; б — форма редактирования личных данных учащихся

Интерфейсная часть комплекса включает в себя набор форм и обработчиков событий, которые предназначены для ввода информации пользователем, корректировки сведений о старшеклассниках и доступных направлениях обучения, а также позволяет просматривать траекторию подготовки и рекомендации для конкретного обучающегося. Пользователь имеет возможность просматривать и корректировать свой план обучения, следить за изменением индивидуальной траектории, анализировать результаты сдачи профдиагностическо-го тестирования и пробного тестирования по выбранным предметам, а также строить дерево решений и обновлять список рекомендаций в соответствии с изменением параметров системы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научно-практическая задача математического моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся с численной реализацией в виде комплекса проблемно-ориентированных программ для обоснования параметров индивидуальной траектории подготовки учащихся к освоению программ ВПО, имеющая существенное значение в образовательной области.

На основе полученных результатов исследований обоснованы следующие научные и практические выводы и рекомендации:

1. Разработана структура организационно-функциональной системы довузовской подготовки, построено дерево подсистем на основе функциональной декомпозиции видов деятельности, определены входные, выходные потоки данных и требуемые ресурсы.

2. Разработана математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ с формированием вектора показателей качеств личности, что позволяет оценивать по весовой вероятностной функции принадлежность учащегося к определенному направлению обучения.

3. Выполнена статистическая оценка адекватности математической модели по результатам сравнения параметров обучающей и контрольной выборок: на обучающей выборке данные тестирования и численного моделирования совпали с направлением дальнейшего обучения учащегося в 78,3% случаев, а на контрольной выборке в 77,5% случаев.

4. Разработан алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с учетом функции влияния начальных условий на продолжительность освоения дисциплины, позволяющий посредством численного моделирования поэтапно минимизировать отклонения индивидуальной траектории от базовой, генерируемой ВУЗом.

5. Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся, в котором СУБД интегрирована со средой объектно-ориентированного программирования, что позволяет формировать индивидуальные рекомендации по направлениям, формам и средствам обучения с учетом личностных особенностей и уровня подготовки учащихся.

6. Проведены вычислительные эксперименты с применением разработанного комплекса программ. Результаты использованы при довузовской подготовке учащихся в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в 2008-2013 годах и рекомендованы муниципальными органами управления образованием г. Новокузнецка к внедрению для профильной подготовки старшеклассников. Применение разработанного комплекса позволило повысить уровень готовности учащихся к освоению программ высшего профессионального образования на 18,5%.

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

1. Соловьева A.B. Автоматизированная информационная система сопровождения довузовской подготовки учащихся / A.B. Соловьева// Дистанционное и виртуальное обучение. — 2012. — №1 — С. 4-15.

2. Соловьева A.B. Использование CASE-средств для построения функциональной модели формирования готовности абитуриента к освоению программ высшего профессионального образования / A.B. Соловьева, Л.Д. Павлова // Научное обозрение. -2013.-№4-С. 156-161.

Статьи, опубликованные в научных сборниках и материалах конференций

3. Соловьева A.B. Основы построения модели образовательного процесса подготовки специалиста / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Современные проблемы науки: сб. науч. ст. — Тамбов: ТГТУ, 2008. — С. 13-15.

4. Соловьева A.B. Принципы и методы построения системы поддержки подготовки специалиста / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Современное образование: содержание, технологии, качество: сб. науч. ст. — СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. - С. 68-70.

5. Соловьева A.B. Основные принципы построения системы поддержки подготовки специалиста / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании: сб. науч. ст. -Алма-Ата, Казахстан КазНУ им. Аль-Фараби, 2008. - С. 65-70.

6. Соловьева A.B. Система автоматизированного экспертного оценивания кадрового состава предприятия / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Наука. Технологии. Инновации (НТИ-2008): сб. науч. ст. - Новосибирск, НГТУ, 2008. - С. 684-687.

7. Соловьева A.B. Информационные технологии в системе до Вузовского обучения / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Проблемы непрерывного образования: Проектирование, управление, функционирование: сб. науч. ст. — Липецк, ЛГПУ, 2009. - С. 204-211.

8. Соловьева A.B. Информационная система сопровождения довузовской подготовки учащихся / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (Инноватика -2009): сб. науч. ст. -М.: Энергоатомиздат, 2009.-С. 11-15.

9. Соловьева A.B. Использование информационных технологий в системе довузовской подготовки / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Телематика'2009: сб. науч. ст. - СПб, СПбГУ ИТМО, 2009. - С.268-271.

10. Соловьева A.B. Информационная система довузовской подготовки учащихся / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: сб. науч. ст. - Новокузнецк: СибГИУ, 2009. -С. 354-356.

П.Соловьева A.B. Применение процессного подхода при управлении структурным подразделением ВУЗа / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Актуальные вопросы модернизации российского образования: сб. науч. ст. — М.: Изд-во «Спутник+», 2010. - С. 295.

12. Соловьева A.B. Автоматизированная информационная система сопровождения довузовской подготовки учащихся / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Телематика'2010: телекоммуникации, веб-технологии, суперкомпьютинг: сб. науч. ст. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. - С. 212-214.

13. Соловьева A.B. Разработка системы сопровождения Школы информатики и программирования // Межвуз. сб. науч.-метод, трудов — Новокузнецк, 2010.-С. 164-169.

14. Соловьева A.B. Построение индивидуальной траектории карьерного развития на этапе довузовской подготовки / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Телематика'2011: сб. науч. ст. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. - С. 212-214.

15. Соловьева A.B. Построение компетентностой модели формирования готовности абитуриента к освоению программ высшего профессионального образования / A.B. Соловьева // Телематика'2012: сб. науч. ст. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2012.-С. 178-183.

16. Соловьева A.B. Организационно-функциональная система построения индивидуальной траектории подготовки конкурентоспособного абитуриента / A.B. Соловьева, Л.Д. Павлова, Ю.А. Соловьева // Педагогический профессио-

нализм в образовании: сб. науч. ст. - Новосибирск: НГПУ, 2012. — С. 390-397.

17. Соловьева A.B. К вопросу формирования профессиональных интересов в системе довузовской подготовки / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Профессионализация личности в образовательных институтах и практической деятельности: теоретические и прикладные проблемы социологии и психологии труда и профессионального образования: сб. науч. ст. — Пенза: НИЦ «Социосфера», 2012.-С.16-21.

18. Соловьева A.B. Социальная роль довузовской подготовки в профессиональном становлении личности / A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева // Naukowaprzestrzen Europy-2012: сб. науч. ст. - Pedagogicznenauki.: Przemysl/ Nauka I studia (Чехия, Прага), 2012 - С. 45-49.

19. Соловьева A.B. Разработка программного комплекса многоуровневой системы подготовки абитуриентов / A.B. Соловьева, Л.Д. Павлова, Ю.А. Соловьева // Телематика'2013: сб. науч. ст. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2013. -С.215-220.

20. Соловьева A.B. Инфокоммуникационные технологии в организации профориентационной работы с учащейся молодежью/ A.B. Соловьева, Ю.А. Соловьева, Т.В. Кораблина // Системные проблемы надежности, качества, компьютерного моделирования информационных и телекоммуникационных технологий в инновационных проектах (ИННОВАТИКА - 2013). / Труды Международной конференции и Российской научной школы. Часть I. / Под науч. ред. проф. НИУ ВШЭ Кофанова Ю.Н. - М.: 2013. - С. 108-109.

Свидетельство о регистрации электронного ресурса

21. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №19515. Комплекс проблемно-ориентированных программ для моделирования многоуровневой системы подготовки учащегося к поступлению в вуз/А.В. Соловьева, Л.Д. Павлова; ФГБОУ ВПО Сиб. гос. индустр. ун-т. - Гос. акад. наук, ИНИПИ РАО, ОФЭРНиО; Дата регистр. 23.09.13.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ К ОСВОЕНИЮ ПРОГРАММ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат бумаги 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ №463

Усл. печ. л. 1,05. Подписано в печать 15.10.13

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ К ОСВОЕНИЮ ПРОГРАММ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Специальность

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и

комплексы программ

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На

0420145121Ц

Соловьева Анна Валерьевна

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Павлова Л. Д.

Новокузнецк - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ, МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ.........10

1.1 Анализ теорий профессиональной ориентации...........................................11

1.2 Анализ моделей профессиональной ориентации за рубежом....................12

1.3 Анализ моделей довузовской подготовки в России....................................19

1.4 Анализ методов подбора направления обучения........................................26

1.5 Выводы, цель и задачи исследования...........................................................32

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ОРГАНИЗАЦИОННО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ..................................................................................................................34

2.1. Разработка структуры системы довузовской подготовки учащихся........34

2.2 Построение дерева подсистем на основе функциональной декомпозиции видов деятельности процесса довузовской подготовки....................................46

2.3 Выбор методов для построения многоуровневой системы подготовки учащихся к освоению программ высшего профессионального образования. 52

2.4 Выводы.............................................................................................................55

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ................................................................56

3.1 Описание концептуальной модели многоуровневой системы подготовки учащихся к освоению программ высшего профессионального образования. 57

3.2 Разработка математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся................................................................................................................62

3.3 Статистическая оценка адекватности математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся...............................................71

3.4 Выводы.............................................................................................................75

4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОСТРОЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ РАЗВИТИЯ УЧАЩЕГОСЯ...........................................................76

4.1 Разработка алгоритма построения базовой траектории развития учащегося...............................................................................................................76

4.2 Построение функции влияния начальных условий на уровень освоения дисциплины............................................................................................................79

4.3 Разработка алгоритма построения индивидуальной траектории развития учащегося...............................................................................................................80

4.4 Разработка алгоритма корректировки траектории индивидуального развития учащегося...............................................................................................82

4.5 Выводы.............................................................................................................89

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ................................................................90

5.1 Назначение и основные функции комплекса проблемно-ориентированных программ................................................................................................................90

5.2 Разработка комплекса проблемно-ориентированных программ...............93

5.3 Разработка структуры базы данных комплекса программ.........................96

5.4 Описание работы комплекса проблемно-ориентированных программ .. 100

5.5 Тестирование комплекса проблемно-ориентированных программ по результатам довузовской подготовки учащихся.............................................105

5.6 Выводы...........................................................................................................108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................109

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................111

ПРИЛОЖЕНИЕ А.......................................................................................................123

ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................................124

ПРИЛОЖЕНИЕ В.......................................................................................................125

ПРИЛОЖЕНИЕ Г........................................................................................................126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Анализ отечественного и зарубежного опыта довузовской подготовки убедительно доказывает, что на этапе выбора высшего учебного заведения (ВУЗа) и специальности, которую школьники хотят получить, многие из них не обладают адекватной информацией о содержании будущей профессии и требованиях, предъявляемых высшей школой к абитуриентам по уровню образовательной подготовки, навыкам ведения научно-практической работы и готовности к условиям обучения в ВУЗе.

Выбор будущего направления обучения в большинстве случаев происходит в старшей школе. Старшеклассники выбирают траекторию своего индивидуального развития, руководствуясь перечнем предметов, которые необходимы при поступлении, выбирая наиболее «легкие» для сдачи дисциплины. Это приводит к тому, что старшеклассник выбирает направление обучения не то, в котором он может реализоваться наилучшим образом, а на которое будет проще поступать. Кроме того, выпускники не обладают достаточным набором профессиографической информации, оценкой своих склонностей, личностных особенностей и уровня подготовленности по профильным предметам для успешного освоения программ высшего профессионального образования (ВПО).

Система довузовской подготовки учащихся должна включать комплекс мер для содействия молодому человеку в профессиональном становлении и выборе оптимального вида профессиональной деятельности с учетом его интересов, способностей и социально-экономической ситуации на рынке труда.

Для эффективной работы системы довузовской подготовки старшеклассников необходимо разработать методы и средства построения индивидуальной траектории подготовки учащихся к условиям обучения в высшей школе. Поэтому математическое моделирование многоуровневой системы подготовки учащихся (МСПУ) с реализацией в виде комплекса проблемно-ориентированных программ для обоснования параметров многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ является актуальной научно-

практической задачей, имеющей существенное значение в образовательной области.

Целыо работы является разработка математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся к освоению программ высшего профессионального образования с численной реализацией на основе комплекса проблемно-ориентированных программ.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать структуру организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся с выделением основных подсистем и взаимосвязей между ними.

2. Разработать математическую модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ.

3. Разработать алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с численной минимизацией ее отклонений от базовой траектории.

4. Разработать комплекс проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся.

Методы исследования: математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, объектно-когнитивного анализа, управления базами данных, регрессионного анализа, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы:

1. Структура организационно-функциональной системы довузовской подготовки, отличающаяся декомпозицией системы, построением дерева подсистем, формированием на основе объектно-когнитивного анализа онтологического хранилища знаний и обеспечивающая моделирование индивидуальной траектории подготовки учащегося.

2. Математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ, отличающаяся формированием вектора показателей качеств личности на основе группирования коэффициентов, характеризующих

уровень интеллектуального развития, и позволяющая оценивать по весовой вероятностной функции принадлежность учащегося к определенному направлению обучения.

3. Алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося к освоению программ ВПО, отличающийся учетом функции влияния начальных условий на уровень освоения дисциплины и позволяющий посредством численного моделирования поэтапно минимизировать отклонения индивидуальной траектории от базовой, генерируемой ВУЗом.

4. Комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся интеграцией системы управления базами данных со средой объектно-ориентированного программирования, позволяющий формировать индивидуальные рекомендации по направлениям, формам и средствам обучения с учетом личностных особенностей и уровня подготовки учащихся.

Практическая значимость работы. Предложенная математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ с численной реализацией в виде комплекса проблемно-ориентированных программ может быть использована высшими учебными заведениями для построения и корректировки индивидуальных траекторий развития учащихся, что позволит повысить уровень подготовки учащихся к освоению программ ВПО. Разработанный алгоритм построения индивидуальной траектории может быть адаптирован для подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ на различные направления обучения.

Предмет защиты:

- структура организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся с выделением основных подсистем и взаимосвязей между ними;

- математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся с формированием вектора показателей качеств личности на основе группирования коэффициентов, характеризующих уровень интеллектуального развития;

- алгоритм построения индивидуальной траектории подготовки учащегося с численной минимизацией отклонений индивидуальной траектории учащегося от базовой;

- комплекс проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся.

Личный вклад автора заключается в разработке структуры организационно-функциональной системы довузовской подготовки; построении математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся к поступлению в ВУЗ; определении функции влияния начальных условий на уровень освоения дисциплины; разработке алгоритма построения индивидуальной траектории подготовки учащегося и комплекса проблемно-ориентированных программ.

Реализация результатов. Результаты исследований использованы при довузовской подготовке учащихся в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в 2008-2013 годах посредством построения и корректировки индивидуальных траекторий развития учащихся; рекомендованы муниципальными органами управления образованием г. Новокузнецка к применению при профильной подготовке старшеклассников.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной конференции «Современное образование: содержание, технологии, качество» (Санкт-Петербург, 2008г.), Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» (Алма-Ата, Казахстан, 2008г.), Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации (НТИ-2008)» (Новосибирск, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы непрерывного образования: Проектирование, управление, функционирование» (Липецк, 2009г.), Международной научно-практической конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (Инноватика - 2009)» (Москва, 2009г.), Всероссийских научно-методических конференций

«Телематика» (Санкт-Петербург, 2009, 2011-2013 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2009г.), Международной научно-практической Интернет-конференции «Актуальные вопросы модернизации российского образования» (Таганрок, 2010г.), Всероссийский конкурс научных работ студентов и аспирантов «Телематика'2010: телекоммуникации, веб-технологии, суперкомпыотинг» (Санкт-Петербург, 2010г.), Международная научно-практическая конференция «Педагогический профессионализм в образовании» (Новосибирск, 2012г.), Международная научно-практической конференция «Профессионализация личности в образовательных институтах и практической деятельности: теоретические и прикладные проблемы социологии и психологии труда и профессионального образования» (Пенза, 2012г.), Международная научно-практической конференция «Научное пространство Европы-2012» (Чехия, Прага, 2012 г.).

Публикации. Материалы по теме диссертации опубликованы в 21 печатных работах, из которых 20 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 1 свидетельство о регистрации электронного ресурса.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 113 наименований, и содержит 142 страницы машинописного текста, 35 рисунков, 25 таблиц, 4 приложения.

В первой главе «Анализ теорий профессиональной ориентации, моделей и методов довузовской подготовки учащихся» содержится аналитический обзор существующих теорий профориентации за рубежом, моделей довузовской подготовки в России и анализ методов для подбора направления обучения старшекл ассн и ков.

Во второй главе «Разработка структуры организационно-функциональной системы довузовской подготовки учащихся» разрабатывается структура и выделяются функции системы довузовской подготовки учащихся, выполняется функциональная декомпозиции видов деятельности, строится дерево подсистем,

определяются входные, выходные потоки данных и требуемые ресурсы, обуславливается выбор методов и средств для построения многоуровневой системы подготовки учащихся (МСПУ) к освоению программ ВПО.

В третьей главе «Разработка математической модели многоуровневой системы подготовки учащихся» описывается концептуальная модель, строится математическая модель многоуровневой системы подготовки учащихся и проверяется ее адекватность.

В четвертой главе «Разработка алгоритма построения индивидуальной траектории развития учащегося» строится базовая и индивидуальная траектории учащегося, формируется функция влияния начальных условий на уровень освоения дисциплины и проводится численная минимизация отклонений индивидуальной траектории от базовой.

В пятой главе «Разработка комплекса проблемно-ориентированных программ для численного моделирования многоуровневой системы подготовки учащихся» описывается комплекс программ для формирования индивидуальных рекомендаций по направлениям, формам и средствам обучения с учетом личностных особенностей и уровня подготовки учащихся.

Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук Павловой Л.Д. Автор признателен коллективам кафедр прикладной информатики, систем информатики и управления и факультету довузовской подготовки за плодотворное сотрудничество и предоставленную возможность проведения исследований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ, МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ

Российские ВУЗы ежегодно выпускают около 900 тыс. специалистов. Однако до 45% выпускников оказываются невостребованными по своим специальностям, до 22% не удовлетворены предоставленной им работой, около 38% нуждаются в переподготовке сразу после получения диплома. Более того часть молодых дипломированных специалистов вообще не может найти работу: по данным Федеральной службы по труду, доля выпускников ВУЗов в общей численности, зарегистрированных службой занятости безработных, в некоторых регионах достигает 30% [65].

Анализ литературы позволяет утверждать, что многие выпускники работают не по полученной ими специальности, особенно это относится к выпускникам технических ВУЗов. Доля сменивших сферу деятельности выпускников доходит до 80% в зависимости от ВУЗа и кафедры [112].

Согласно исследованиям компании Begin Group, большинство выпускников намерены получать дополнительное образование не по полученной специальности, а по новой: 38% - второе высшее образование, 25% - МВА (Master of Business Administration), 12% - языковые курсы. Это значит, что почти каждый третий выпускник получил образование, к которому нет склонностей, либо полученных знаний ему оказывается недостаточно или он не востребован на рынке труда [110].

На этапе выб�