автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Метод построения и управления структурой технических средств учебного процесса

На правах рукописи

ЮДОВ Александр Иванович

МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Псков-2003

Работа выполнена в Псковском политехническом институте (филиале) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (статус государственного учреждения)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вертешев Сергей Михайлович

Научный консультант: доктор технических наук, доцент

Заболотский Вадим Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ивановский Ростислав Игоревич;

доктор технических наук, ст. науч. сотр. Марлей Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Саикт Петербургский государственный

электротехнический университет (ЛЭТИ).

Защита состоится « г. в ^ часов на заседании

диссертационного совета Д 002.199.01 Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН по адресу: 199178, Санкт-Петербург, 14-я линия, дом 39, ауд. 401. ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации Российской академии наук, в библиотеке Псковского политехнического института (филиала) Санкт-Петербургского политехнического университета.

Автореферат разослан 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.002.199.01

Солодухин А.Н.

I

I 17606

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Разработка методов управления организационными структурами предприятий, в том числе высшими учебными заведениями, является важной задачей, решение которой может обеспечить значительный положительный эффект при их формировании и функционировании. В настоящее время используются два основных подхода в разработке таких методов.

Во-первых, это традиционный, фундаментальный подход, в основе которого лежит математическое описание объекта, строгое определение предметной области, задание сценария исследования модели и анализ результатов. Это направление характеризуется математическими работами школы академика А.А.Самарского и многих других отечественных и зарубежных исследователей.

Во-вторых, это известный подход «от пользователя» (школа академика Г.С.Поспелова), когда модель возникает как представление непрограммирующего практика и сопровождается автоматизированной процедурой построения математической модели.

Оба подхода имеют свои достоинства, но не исчерпывают все возможные подходы к организации процессов моделирования. К примеру, школа профессора В.В.Иванищева указывает на важность более глубокого осмысления внутренней сущности программной части модели для конкретных случаев применения, без чего вероятны серьезные ошибки моделирования, так как структура и принципы работы моделирующих программ остаются недоступными авторам математических моделей.

В данной работе предлагается решение задачи разработки метода построения и управления структурой технических средств (ТС) вуза исходя из внешних предписаний на их структуру, которыми является государственный образовательный стандарт (ГОС).

В связи с принятием второй редакции ГОС, являющегося для вуза, с точки зрения управления, внешним структурирующим воздействием, такого рода исследование представляется весьма актуальным.

Цель исследования - разработка метода оценки, построения и управления структурой технических средств поддержания учебного процесса с целью обеспечения выполнения требований государственного образовательного стандарта второго поколения.

Основные задачи исследования:

• выбор обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации с изменяющейся структурой выходного продукта - объемом и взаимосвязями учебных дисциплин, предписываемых ГОС;

• разработка концептуальной модели учебного процесса на основе требований ГОС; } рос. НАЦИОНАЛЬНАЯ )

• разработка методики оценки качества структуры технических средств обеспечения учебного процесса;

• разработка метода построения и управления структурой технических средств обеспечения учебного процесса;

• разработка имитационной модели технических средств вуза с заданной структурой и анализ эффективности ее функционирования для оценивания качества структуры.

Методы исследования. В работе используются методы системного и структурного анализа, теории множеств, теории массового обслуживания, имитационного моделирования.

На защиту выносятся:

1. Основные положения представления вуза в виде сетевой организации с изменяющейся внутренней структурой выходного продукта.

2. Метод формирования модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.

3. Методика оценки структуры технических средств учебного процесса.

4. Метод представления, описания и управления структурой средств технического обеспечения вузовского учебного процесса.

5. Методика анализа выбора структуры технических средств обеспечения вузовского учебного процесса на основе компьютерных методов обработки информации.

Научная новизна. Научной новизной обладают следующие результаты выполненных исследований:

1 .Основные положения представления вуза в виде сетевой организации.

2. Метод представления модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.

3. Методика оценки структуры технических средств учебного процесса.

4. Метод представления, описания и управления структурой технических средств обеспечения вузовского учебного процесса.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгим построением доказательств, утверждений и следствий, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей и подтверждается непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации докладывались на международных конференциях: «Intelligent Systems and Information

Technologies in Control» (IFAC) СПб/Псков, 19-23 июня 2000 года; VTI Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика" -СПб, 5-8 декабря 2000 года, а также на семинарах в ППИ СПбГПУ и СПИИ-РАН в 2002-2003 годах.

Публикации. Основные результаты исследования по теме диссертации опубликованы в 4 печатных трудах, включая монографию [3] и брошюру [2]. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Реализация и внедрение. Результаты диссертационной работы использованы в НИР (№222456 от 03.03.2003), выполненной в Псковском политехническом институте (филиале) СПбГПУ и связанной с научной проработкой основных аспектов введения в действие и внедрения в организацию вузовского учебного процесса второй редакции ГОС.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (52 наименования) и двух приложений. Общий объем - 133 е., включая рисунки и таблицы.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель, основные задачи, объект и предмет исследования. Показана научная новизна и практическая значимость выполненной работы. Дан краткий обзор содержания диссертации по главам, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен выбор и обоснование сетевой модели вуза, как организации с изменяющейся структурой выходного продукта - объемом и взаимосвязями учебных дисциплин, предписываемых ГОС.

Сформировано понятие сетевой организации как организации, в которой в зависимости от внешних предписаний требуется и осуществляется управление процессом создания и преобразования внутренней структуры взаимосвязей, как самой организации, так и производимых в ней продуктов.

Показана необходимость привлечения гипотезы академика Г.С. Поспелова о манипулировании сложными объектами, плохо поддающимися формализации, для постановки работ, связанных с представлением организационной структуры вуза.

Формирована концептуальная модель 5„ учебного процесса в ее представлении через описание загрузки технических средств и представлена в виде

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

где

Рк - имя (в составе списковой структуры имен) к-й дисциплины из К дисциплин, предусмотренных для изучения в структуре м-й специальности по дифференциации соответствующего УМО;

Тк - семестровое время загрузки технических средств, предусмотренное в каждой отдельной дисциплине Рк и-й специальности для ее изучения;

Мк - предписание на последовательность изучения К дисциплин п-й специальности (линейно упорядоченная структура, кортеж);

р" - индекс принадлежности составных частей модели к каждой отдельной дисциплине Рк и-й специальности.

В работе рассмотрены и более сложные представления, связанные, в частности, с возможным одновременным чтением дисциплин для студентов разных специальностей.

Введена сравнительная оценка количества дисциплин, подлежащих поддержке техническими средствами, для каждой преподаваемой специальности по ГОС, и аналогичных дисциплин, фактически предоставляемых слушателям по этой специальности а". В силу того, что имени Р каждой дисциплины в ГОС второго поколения соответствует цифровой код С, являющийся пятиразрядным числом, то эта оценка вычисляется по формуле:

^=Х2>Г\ а)

л=1 4=1

где

1, если

Щ Ч

О, если Скж = Скфакт ,

С["}х - цифровой код Рк-й дисциплины и-й специальности, предписанной ГОС;

С<;1„ - цифровой код Рк-й дисциплины и-й специальности, фактически

представленный в учебном процессе.

Сравнительная оценка отклонения выполнения требований ГОС по предоставлению машинного времени о" вычисляется по формуле:

N К 11

в=1 к'

Т(РП) _ Т(РП) к гос к факт

л п

X X ^кгос )

и—1 * = 1

где

ТкРгос ~ семестровое время загрузки технических средств, предусмотренное в каждой отдельной дисциплине Рк п-й специальности для ее изучения, предписанное ГОС;

Ткф2т ~ семестровое время фактической загрузки технических средств по

каждой отдельной дисциплине Рк п-й специальности для ее изучения.

Оценка выполнения предписанной последовательности преподавания дисциплин а^ вычисляется по формуле:

(3)

Л = 1 * = 1

где

к если

[О, если =

М&>(В) - последовательность изучения дисциплин (кортеж длины II),

требующих поддержки техническими средствами каждой отдельной дисциплины Рк п-й специальности, предписанной ГОС;

Мкф1т{К) - последовательность изучения дисциплин (кортеж длины Я),

требующих поддержки техническими средствами каждой отдельной дисциплины Рк п-й специальности, фактически представленной в вузе.

Обобщенная сравнительная оценка структур систем средств технической поддержки учебного процесса по ГОСу и фактической может быть получена с использованием (1),(2),(3).3адача оптимизации структуры технических средств обучения наилучшим образом учитывающая требования ГОС и затраты на изменения структуры этих средств наиболее конструктивно может быть определена, используя терминологию ГОС, представленную с помощью проблемно-ориентированного языка предикатов, так, как это показано в главе 3 на примере построения архитектур баз данных, отражающих структуры объектов.

Отсюда следует утверждение, что степень соответствия структур может быть оценена как некоторый минимум перестановок в реляционной базе данных, описывающей такие структуры. Использование этих оценок открывает возможность разработки методов представления, описания и управления структурой технических средств обеспечения вузовского учебного процесса.

Во второй главе проведена оценка структуры государственных образовательных стандартов. На основе ее разработана модель представления вуза «от ГОС» $БЛЮВЛЯ ■

В простейшем виде она представлена оснЬвными компонентами модели, заданной соответствующими подмножествами Р,Т,М в виде

где

Р1, (¿=1,2,3) - списки дисциплин федерального, регионального и остальных уровней;

Г,, (¿=1,2,3,4) - общее задание времени на изучение каждой дисциплины, семестровые нормативы времени на изучение дисциплин, задание времени на аудиторное изучение дисциплин и задание времени на самостоятельное изучение дисциплин;

М,, (¿=1,2) - указание общей последовательности изучения дисциплин и семестровой последовательности их изучения.

На основе модели (4) представлена обобщенная модель такого рода представления вузовского образовательного процесса.

Материал первых двух глав позволяет в третьей главе перейти от постановочного обсуждения разрабатываемого метода к выбору конкретных вариантов разработки метода управления изменяющейся во исполнение внешних требований ГОС структурой технических средств поддержки учебного процесса в вузе.

Прежде всего, показывается целесообразность отказа в рассматриваемом случае от использования производительно-стоимостных критериев приобретения и объединения технических средств, к формированию их физической структуры в соответствии с заданной структурой производственного (учебного) процесса. На основании рассмотрения современных подходов к понятию информационных и интеллектуальных баз, как основы организации управления, предлагается использование структурной парадигмы управления, которая дает выход на так называемые двухбазовые архитектуры хранения информации в реляционном виде.

В результате проведенных исследований сформулирован в «алгоритмопо-добном» виде путь решения проблемы управления структурой технических средств.

На рис.1 приведен возможный путь достижения практических результатов - метод управления структурой технических средств обеспечения вузовского учебного процесса. Рассмотрение начинается с момента сопоставления структур учебного процесса: структуры, предписанной ГОС, и структуры, заданной расписанием занятий.

В общем случае - это сопоставление двух текстов на проблемно-ориентированном языке, несущих в себе знание фактографического характера.

В соответствии с этим после двух блоков «Представление знания (структурная модель), задаваемое ГОС по первой преподаваемой специальности» и «Представление знания (структурная модель), задаваемое расписанием занятий в фактографическом виде», следует блок «Преобразование в машинно-читаемый вид». Для обеспечения его работы и последующего сравнения заданных структур могут быть использованы, например, предикатные преобразования. Для обеспечения таких преобразований включен блок «Информационная база обеспечения преобразований».

По результатам сравнения записей (структур) в блоке сравнения (базе сдвоенной архитектуры), вырабатывается ряд управляющих воздействий. Конструкция такой базы ориентирована на сравнение предикатных представлений или описаний объектов. По результатам такого сравнения могут вырабатываться некоторые сравнительные оценки структур объектов, в нашем случае - моделей «от ГОС» и «от фактического расписания».

Это вполне возможно, так как имеются все данные для проверки полученных результатов по оценкам, предложенным в первой главе.

Кроме того, при необходимости имеется возможность построения двух сетевых графиков с определением критических путей: Т{РГос} и ТКОрр.

Все эти оценки замыкаются на уже описанные блоки представления знания о вузовском учебном процессе для его возможного приближения к предписанной ГОС структуре. Тем самым замыкается кольцо обратной связи, реализуя метод управления, так как имеется обратная связь по управлению структурой.

Фактически сформирована автоматизированная система, единственным местом вмешательства человека в которой является блок «Оценка технического совета». Реализация полностью автоматической системы требует введения некоторого параметра оценки сравнительной «семантической ценности» технического обеспечения дисциплин в условиях возможного дефицита технических средств.

Однако такое введение представляется недопустимым. Окончательное решение об уровне и дополнительных обстоятельствах технического обеспечения может приниматься только при учете организационно-технических обстоятельств по каждой преподаваемой дисциплине.

В принципе это тоже можно было бы решить через предикатные системы, которые в условиях использования «двухбазовой архитектуры» избавляют от «чисто сетевой оптимизации» и позволяют заменить ее оптимизацией «структурной». Однако, с точки зрения практической экономичности разработки, такая предикатная схема преобразования (такой уровень автоматизации метода) имеет смысл только при федеральном заказе и более тщательной проработке записей ГОС при их разработке. В ином случае возникнет слишком много эвристик преобразования, что оставляет метод принципиально реализуемым, но делает процедуру в каждом отдельном вузе уникальной с потерей возможностей тиражируемости системы. Поэтому в процессе разработки возникла задача реализации того же метода более простыми средствами.

Рис.1. Структурная схема метода управления структурой технических средств учебного процесса (1-й вариант)

Предложено с учетом ряда дополнительных условий эксплуатации техники в вузе (речь идет, прежде всего, о невозможности ее постоянного физического переструктурирования), используя фактографический характер ГОС и на основе построений рис.1, перейти к другому методу, основанному на «сегментном» подходе к структуре технических средств, который представлен в 4 главе.

В четвертой главе рассмотрен вопрос сегментирования технических средств, как проблемы выделения их типовых конфигураций, необходимых для решения задачи оптимального обеспечения учебного процесса по критерию минимума затрат при обязательном выполнении предписаний ГОС на структуру организации учебного процесса.

Для этого предлагаются четыре типовые конфигурации, учитывающие не только требования ГОС, но и процессы морального старения техники, техническую политику ее производителей и целесообразность разделения технических средств для проведения научных и учебных работ на определенные качественные и количественные структуры, связанные с обеспечением различных дисциплин и реальными ограничениями на возможности преподавателей.

Конкретное разделение не является строго обязательным для функционирования на его основе разрабатываемого метода управления структурой и составом технических средств, который к нему инвариантен, и может пересматриваться с необходимой периодичностью. Это обуславливает учет уровня сложности обеспечиваемых техническими средствами дисциплин, изменение производительности технических средств и ценовой политики производителей.

Сегменты подлежат внутривузовскому объединению в единую централизованную структуру с оптимизацией не по стоимостно-вычислительным критериям, а, в первую очередь, по упомянутым выше показателям обеспечения учебного процесса и уже во вторую - по критериям, связанным с реальной пропускной способностью такого комплекса технических средств. Вариант такого комплекса приведен на рис.2.

Суть метода заключается в нахождении «оптимального по ГОС» количества сегментов каждого типа исходя из имеющихся требований предписанных ГОС учебных дисциплин, реально наличествующей техники, разделенной по ее сегментному представлению и возможных, в условиях реального вуза, затратах на увеличение числа сегментов для обеспечения требований учебного процесса.

Эта задача, как процедура оптимизации структуры технических средств, в такой постановке фактически сводится к оптимизации затрат на приобретение вычислительной техники. Внешне задача представляется аналогичной задачам нахождения наиболее рационального способа использования сырья и материалов, определения наивыгоднейших производственных режимов и т.п. То есть речь внешне идет о задаче линейного программирования с системой ограничений, в том числе и по целочисленности некоторых параметров.

Однако в таком виде задача для своего решения требует количественных эвристических оценок текущей значимости той или иной учебной дисциплины с точки зрения ее технического обеспечения и перспектив развития.

Класс 5

Рис.2. Пример организации оборудования и контроля его работы при совместном выполнении учебных задач

Эти вопросы неоднозначно определяются на разных этапах процедуры сертификации учебных дисциплин, являющейся творческим компонентом взаимодействия коллектива вуза, в том числе и потому, что такие оценки обладают взаимной смысловой корреляцией. Тем не менее, задача имеет решение, учитывающее специфику вузовской работы, для чего и предложен специальный метод.

Предлагаемое решение состоит из ряда шагов (представленных в общем виде на рис.3) оценки реальной вузовской и предписываемой ГОС структуры технических средств с их сравнением и принятием решений по разработанным выше относительным оценкам соответствия.

Прежде всего, отметим необходимую процедуру сравнения имеющихся и требуемых технических средств в их сегментной сертификации (с учетом соотнесения конфигурации сегментов и реальных требований отдельных дисциплин) (5):

51 - тип сегмента (/ = 1,2,3,4);

Ь - сменность занятий (количество пар учебных часов в конкретном вузе);

Р - дисциплина, дифференцированная по требующемуся для нее типу сегмента;

Ы- количество сегментов 5, типа, обеспечивающих Это означает, что сумма количества дисциплин, дифференцированных по требующимся-для них типам сегментов^ и учитывающая ситуации возможной необходимости для одной группы двух однотипных сегментов одновременно (показатели 1 и 2 при каждой дисциплине), отнесенная к сменности занятий (количеству пар учебных часов в конкретном вузе ¿), предопределяет общее количество сегментов, оптимально (по минимальным затратам на оборудование) соответствующих требованиям учебного процесса.

Далее, независимо выполняются две процедуры сравнения состояния вуза Г по его обеспеченности техническими средствами для текущего набора дисцип-

лин и по его возможности обеспечения полноценной работы в структуре дисциплин, предписанной ГОС. * Предположим, первой выполняемой процедурой является выяснение об-

щего состояния технических средств вуза в части их соответствия требованиям обеспечения каждой учебной дисциплины (возможно за отдельными исключениями, связанными с отличительными особенностями вуза). Ее общее описание соответствует описанию, данному по общей методике оценки технических средств, включая оценку (5) с получением дополнительных оценок этого состояния по модифицированным сравнительным оценкам (6) и (7).

где

Здесь вырабатывается сравнительная оценка дисциплин, подлежащих поддержке компьютерными средствами, требуемых по ГОС и фактически предоставляемых слушателям по всем специальностям, преподаваемым в данном вузе, и соответствующим номенклатуре ГОС по дисциплинам этих специальностей, по модифицированной оценке, которая определяется по формуле, аналогичной (2):

.(1) к >

(6)

где

1, если

О, если С["1.=С["1

кфакт

Здесь под «дисциплинами по гос'» понимаются реальные дисциплины, которые вуз должен преподавать либо в соответствии с предыдущей редакцией ГОС, либо в соответствии с региональными интересами, либо в связи с особенностями квалификации преподавательского состава.

Аналогично определяется относительная оценка отклонения качества выполнения требований ГОС по предоставлению машинного времени, оцениваемая по модифицированной оценке, которая определяется по формуле, аналогичной (3):

N К

II

_ п=1

7•(/>") _ 7•(/>") к гос ' кфакт

N

(7)

I I 1к гос ' п~1 * = 1

Совершенно так же, но уже без какой-либо модификации, по (3) и (4) выполняется процедура перспективной оценки ситуации при необходимости перехода вуза к новому набору дисциплин по новому варианту ГОС или в других разрешенных или директивных случаях изменения набора дисциплин, соответствующих той или иной специальности.

Далее рассмотрено два направления: сравнение численных оценок посег-ментного соответствия и сравнение их между собой с учетом выполнения условия (5).

Оценка посегментного соответствия технических средств достаточно проста и является чисто количественной характеристикой невязки имеющегося и требуемого оборудования. Важнее здесь указать последующую процедуру комплектования недостающих технических средств.

Если на выделенных этапах обеспечения дополнительного финансирования речь шла только о целевых затратах на приобретение вычислительной техники, то при недостатке оборудования после сравнительной оценки посегмент-

ного соответствия требуемого и имеющегося оборудования речь идет уже о необходимости перераспределения плановых затрат, без чего учебный процесс просто не может соответствовать требованиям ГОС. Остальное достаточно ясно из рассмотрения рис.3. Сравнение количественных оценок (Тр и сг'р , а? и а'" дает возможность проведения анализа обеспеченности вуза средствами вычислительной техники, тенденций нарастания сложности этого обеспечения и сложности преподаваемых дисциплин.

В пятой главе рассматриваются особенности практического моделирования структуры системы средств технического обеспечения учебного процесса. Показано, что при рассмотрении процедуры выбора конфигурации технических средств получена задача имитационного моделирования сегмента с параметрически непредставимыми ограничениями.

Такого рода задача является достаточно объемной и для реальных условий вуза ее решение наиболее производительнее производить с привлечением современного специализированного программного инструментария.

В главе проводится сравнительный анализ существующих программных пакетов моделирования, показываются преимущества использования современных технологических пакетов для проверки надежности и предельных возможностей структур технических средств, сформированных по функциональным, а не стоимостно-вычислительным критериям, дающих, в конечном счете, и чисто экономический эффект снижения затрат на приобретение компьютерных средств обеспечения учебного процесса.

Приведен выбор наиболее целесообразного инструментария (NetCracker Pro), описание и примеры проведенных расчетов, показавших реальную возможность использования указанного пакета при всех возможных ситуациях, связанных с изменением технических средств и программного обеспечения при условии использования предложенного сегментного подхода. При этом обеспечивается возможность проведения необходимых сравнительных оценок.

На рис.2 показаны возможности моделирования работы комплекса технических средств, который, благодаря возможностям NetCracker Pro может быть представлен в любой сегментной конфигурации, с любыми плановыми оценками его загрузки и учетом влияния различных законов распределения посылок в каналах на общую пропускную способность конкретной конфигурации.

Рис.3. Иллюстративное представление метода управления структурой средств технического обеспечения учебного

процесса

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом исследований по теме диссертации является создание методики оценки, метода построения и управления структурой технических средств учебного процесса вуза в целях обеспечения выполнения требований государственного образовательного стандарта.

В процессе проведения исследований были решены следующие основные задачи:

• проведен выбор способа обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации с изменяющейся структурой выходного продукта - объемом и взаимосвязями учебных дисциплин, предписываемых ГОС;

• разработана концептуальная модель учебного процесса на основе требований ГОС;

• разработана методика оценки структуры технических средств обеспечения учебного процесса;

• разработан метод построения и управления структурой технических средств обеспечения учебного процесса;

• разработана имитационная модель технических средств вуза;

• проведен анализ эффективности функционирования имитационной модели.

Основными результатами, полученными при решении данных задач, являются:

1. Определение сетевой организации как предприятия, в котором в зависимости от внепщих предписаний требуется и осуществляется управление процессом создания и преобразования внутренней структуры взаимосвязей, как самого этого предприятия, так и производимых в ней продуктов.

2. Концептуальная модель учебного процесса на основе требований ГОС..

3.Методика оценки сравнения реальной и предписываемой ГОС структур средств технического обеспечения учебного процесса.

4. Метод представления, описания и управления структурой средств технического обеспечения вузовского учебного процесса на основе сегментирования технических средств и основного варианта (метода) обеспечения структурного управления.

5. Имитационная модель технических средств вуза с заданной структурой и анализ эффективности ее функционирования для оценивания качества структуры.

К наиболее целесообразным направлениям дальнейших исследований следует отнести завершение работы над методикой оценки состояния вуза с точки зрения обеспечения техническими средствами обучения, методом описания и управления структурой технических средств, с учетом продолжающего процесса реформирования образования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Юдов А.И., Трофимов В.М. Интеллектуальная система автоматизации деятельности предприятия // Материалы международной конференции «Intelligent Systems and Information Technologies in Control» (IFAC), СПб/Псков, 19-23 июня 2000 г. -СПб.: 2000. -С.380-384.

2. Юдов А.И. Организация программно-технических средств обеспечения вузовского учебного процесса. -СПб.: СПбГТУ, 2002. -С. 100.

3. Юдов А.И. Моделирование структуры технических средств обеспечения учебного процесса на основе понятия сетевой организации // Сб. трудов СПИИРАН под ред. Р.М.Юсупова. -СПб., СПИИРАН. - 2002. Вып.1, Т.З.

4. Шиндялов С. А., Юдов А.И. и др. Анализ производительности сетей передачи данных. Проблемы и пути решения. -Псков: Псковский Вольный институт. -2002. -С. 44.

Подписано в печать 14.10.2003. Формат 60 x 90 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 072. Издательство ООО «Анатолия» 199178, Санкт-Петербург, В. О., 14-я линия, 39. Издательская лицензия ЛП 000067 от 20.01.99 ПЛД № 69-462 от 30.12.99

I ~jé>o£>

P 17 60 6

Введение.

Глава 1. Проблемы формирования сравнительной оценки и модели структуры организации учебного процесса.

1.1. Организационное управление в сетевых организациях.

1.2. Понятие модели сетевой организации.

1.3. Модель структуры организации учебного процесса.

1.4. Формирование сравнительных оценок качества структуры вуза в части организации технических средств обучения.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Государственные образовательные стандарты и их роль в управлении структурой технических средств обеспечения учебного процесса.

2.1. Ведущая роль стандарта в управлении учебным процессом.

2.1.1. Концептуальные идеи государственных образовательных стандартов.

2.1.2. Государственные образовательные стандарты как основа управления учебным процессом.;.

2.2. Целевая направленность и собственная структура Государственных образовательных стандартов.

2.3. Структура учебного процесса по ГОС.

2.4. Модель образовательного процесса.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка подходов к созданию метода управления структурой средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса.

3.1. Анализ проблемы управления формированием структуры информационных потоков сетевой организации.

3.2. О реальных возможностях оптимизации вычислительных сетей для управления сетевыми организациями.

3.2.1. К постановке задачи сетевой оптимизации.

3.2.2. О построении моделей.

3.2.3. Расчет конфигурации вычислительного комплекса для решения задач в реальном масштабе времени.

3.2.4. Сравнение сетевых архитектур.

3.3. Структура «от управления».

3.4. Информационные и интеллектуальные базы как основа организации управления.

3.5. Структурная парадигма управления.

3.6. Уровень представления знания в ГОС.

3.7. Выводы по главе 3.

Глава 4. Метод управления организацией средств компьютерного обеспечения на основе типовой структуры технических средств.

4.1. Разработка методики выделения базовых групп технического оборудования.

4.1.1. Общий подход к выделению сегментов.

4.1.2. Выделение сегментов по типам предоставляемых возможностей обеспечения учебного процесса.

4.2. Методика организации сегментирования технических средств.

4.3. Объединение сегментов.

4.4. Метод представления, описания и управления структурой организации средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса на основе сегментации технических средств.

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. Моделирование комплекса технических средств.

5.1. Выбор уровня моделирования.

5.2. От высокоуровневого моделирования к имитационному.

5.3. Возможности использования типовых систем имитационного моделирования в задачах выбора структуры состава оборудования.

5.4. Выбор системы моделирования.

5.5. Система имитационного моделирования NetCracker Pro .".

5.6. Практические исследования конфигураций технических средств.

5.7. Выводы по главе 5.

Разработка методов управления организационными структурами предприятий, включая высшие учебные заведения, является важной задачей, решение которой может обеспечить значительный положительный эффект при их формировании и функционировании. В настоящее время используются два основных подхода в разработке таких методов.

Во-первых, это традиционный, фундаментальный подход, в основе которого лежит глубокая математическая проработка объекта, целью которой является строгое определение предметной области, задание сценария моделирования и анализ его результатов. Это направление характеризуется математическими работами школы А.А.Самарского и многих других отечественных и зарубежных исследователей.

Во-вторых, это известный подход «от пользователя» (школа Г.С.Поспелова), когда модель возникает как представление непрограммирующего практика и сопровождается автоматизированной процедурой построения математической модели.

Оба подхода имеют свои достоинства, но не исчерпывают все возможные подходы к организации процессов моделирования. К примеру, школа В.В.Иванищева указывает на важность более глубокого осмысления внутренней сущности программной части модели для конкретных случаев применения, без чего вероятны серьезные ошибки моделирования, так как структура и принципы работы моделирующих программ остаются недоступными авторам математических моделей. В данной работе предлагается решение задачи разработки методов построения и управления структурой технических средств (ТС) вуза исходя из внешних предписаний на их структуру, которыми является государственный образовательный стандарт (ГОС).В связи с принятием второй редакции ГОС, являющегося для вуза, с точки зрения управления, внешним структурирующим воздействием, такого рода исследование представляется весьма актуальным.

Целью исследования является разработка методов оценки, построения и управления структурой технических средств поддержания учебного процесса для обеспечения выполнения требований государственного образовательного стандарта второго поколения.

Достижение указанной цели исследования может быть обеспечено последовательным решением следующих основных задач:

• выбор обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации с изменяющейся структурой выходного продукта - объемом и взаимосвязями учебных дисциплин, предписываемых ГОС;

• разработка концептуальной модели учебного процесса на основе требований выбор обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации ГОС;

• разработка методики оценки качества структуры технических средств поддержания учебного процесса;

• разработка метода построения и управления структурой технических средств обеспечения учебного процесса,

• Разработка имитационной модели технических средств вуза с заданной структурой и анализ эффективности функционирования модели для оценки качества структуры.

В работе используются методы системного и структурного анализа, теории множеств, теории массового обслуживания, имитационного моделирования.

На защиту выносятся:

1.Основные положения представления вуза в виде сетевой организации с изменяющейся внутренней структурой выходного продукта.

2. Метод формирования модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.

3.Методика оценки структуры технических средств учебного процесса.

4. Метод представления, описания и управления структурой средств технического обеспечения вузовского учебного процесса.

5.Методика анализа выбора технических средств обеспечения вузовского учебного процесса на основе компьютерных методов обработки информации.

Научной новизной обладают следующие результаты выполненных исследований:

1.Основные положения представления вуза в виде сетевой организации.

2. Метод представления модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.

3. Методика оценки структуры технических средств учебного процесса.

4. Метод представления, описания и управления структурой технических средств обеспечения вузовского учебного процесса.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгом построением доказательств, утверждений и следствий, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей и подтверждается непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования экспериментальным данным и экспертным оценкам.

Основные результаты по теме диссертации докладывались на международных конференциях: «Intelligent Systems and Information Technologies in Control» (IFAC) СПб/Псков, 19-23 июня 2000 года; VII Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика" - СПб, 5-8 декабря 2000 года, а также на семинарах в ППИ СПбГПУ и СПИИРАН в 20022003 годах.

Основные результаты исследования по теме диссертации опубликованы в 4 печатных трудах, включая монографию [38].

Результаты диссертационной работы использованы в НИР (№222456 от 03.03.2003), выполненной в Псковском политехническом институте СПбГПУ и связанной с научной проработкой основных аспектов введения в действие и внедрения в организацию вузовского учебного процесса второй редакции ГОС.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (52 наименования) и двух приложений. Общий объем - 148 е., включая рисунки и таблицы. .

5.7. Выводы по главе 5

В пятой главе рассмотрена целесообразность организации процесса моделирования с целью оценки функционирования предлагаемой конфигурации технических средств на уровне их сегментной и обобщенной структуры.

Проведено сравнительное рассмотрение типовых программных средств моделирования с учетом их стоимости, доступности для типового вуза, объема поддержки технических и сетевых параметров в процессе моделирования.

Проведены реальные исследования с представлением их начальных условий и конечных результатов на приложенных графиках.

Описана процедура проведения проверок при развитии и изменении конфигураций сегментов по мере совершенствования учебного процесса.

Заключение

В результате проведенных исследований в диссертационной работе сформировано понятие сетевой организации как организации, в которой в зависимости от внешних предписаний требуется и осуществляется управление процессом создания и преобразования внутренней структуры взаимосвязей как самой этой организации, так и производимых в ней продуктов;

Показана необходимость привлечения гипотезы Г.С. Поспелова о работе со сложными объектами, плохо поддающимися формализации, для постановки работ, связанных с представлением организационной структуры вуза;

Сформированы концептуальная и интегральная модели организаций технических средств вуза как сетевой организации, ориентированные на их представление через составные части структурированной модели учебного процесса на уровне требований ГОС;

Проведен подробный анализ полноты содержания ГОС для решения поставленных в теме диссертационной работы задач, уточнены вопросы выделения машинного времени из общих предписаний на объем занятий по ГОС;

Разработано представление базовой модели специальности (направления), задаваемой ГОС и фактической модели, сформированной исходя из рассмотрения реальной структуры вуза (в части структуры технических средств компьютерной поддержки преподавания).

На основании изучения структуры ГОС и ее представления в реализации структуры технических средств, что характерно для сетевой организации, предложены сравнительные оценки реальной и предписываемой ГОС структур средств технического обеспечения учебного процесса.

Разработаны вопросы оценки целесообразности и полезности сегментного подхода к организации эксплуатации комплекса технических средств в вузе.

На основе предложенной методики сегментирования технических средств и основного варианта (метода) обеспечения структурного управления разработан и реализован экономически целесообразный вариант автоматизированного метода представления, описания и управления структурой организации средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса.

Проведено рассмотрение целесообразности организации модельного процесса оценки функционирования предлагаемой конфигурации технических средств на уровне их сегментной и обобщенной структуры.

Проведено сравнительное рассмотрение типовых программных средств моделирования с учетом их стоимости, доступности для типового вуза, объема поддержки технических и сетевых параметров в процессе моделирования.

Проведены реальные исследования с представлением их начальных условий и конечных результатов на приложенных графиках. Описана процедура проведения проверок при развитии и изменении конфигураций сегментов по мере совершенствования учебного процесса.

Следующим шагом будет исследование методов построения и управления техническими средствами в условиях перехода на европейский принцип построения учебного процесса (Болонская конвенция).

Есть основание предполагать, что результаты данной работы могут найти применение для построения и управления структурой технических средств обучения в вузах среднего уровня.

1. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971.-175 с.

2. Красовский Н.Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968.100 с.

3. Понтрягин JI.C. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М.:Наука, 1969.-80 с.

4. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: наука, 1969.-120 с.

5. Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией. М.:Мир, 1964

6. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Программно-целевое планирование и управление. М.: Сов радио, 1976.-65 с.

7. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986.-60 с.

8. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981,-120 с.

9. Иванищев В.В. Моделирование без посредника./ Изв. РАН «Теория и системы управления», № 5, 1997, с. 38-46.

10. Shapiro С., Varian Н. R. Information Rules : A Strategic Guide to the Network Economy. Harvard Business School. - 1998.- 352 p.

11. Kelly K. New Rules for the New Economy : 10 Radical Strategies for a Connected World. Viking Pr.,1998. - 179 p.

12. Drucker P. F. Management Challenges for the 21st Century.- Harperbusi-ness,1999.- 207 p.

13. Charles M. S. 5th generation management: integrating enterprises through-human networking "Digital press", 1990.- 262 p.

14. Toffler A. Powershift : Knowledge, Wealth, and Violence at the Edge of the 21 st Century. Bantam Books Reprint edition, 1991 .-210 p.

15. Toffler A. Third Wave Mass Market Paperback Reissue edition Bantam Books, 1991.- 100 p.

16. Toffler A. Future Shock by Mass Market Paperback. Bantam Books, 1991.-180 p.

17. Naisbitt N., Philips D. High Tech/High Touch: Technology And Our Search For Meaning, 1999.-200 p.

18. Васильев B.H. Модели управления вузом на основе информационных технологий. Издательства Петрозаводского государственного университета, 2000.-162 с.

19. Берталанфи JI. Общая теория систем: Критический обзор // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969, с. 23-82.

20. Боулдинг К. Общая теория систем скелет науки. В сб. Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969, с.106-124.

21. Ерофеев А.А., Поляков А.О. Интеллектуальные системы управления. СПб, Изд.: СПбГТУ, 1999.-264 с.

22. Поляков А.О. Системная парадигма управления. В сб.: Вычислительная техника, автоматика, радиоэлектроника. Труды СПбГТУ № 472, Изд. СПбГТУ, 1998, с. 32-49.

23. Поспелов Г.С., Поспелов Д.А. Влияние методов теории искусственного интеллекта на решение традиционных задач управления. М.: Изд-во Научного совета по комплексной проблеме «Кибернетика», 1977.-28 с.

24. Назаретов В.М., Ким Д.П. Техническая имитация интеллекта. М.: Высш.шк., 1986.-144 с.

25. Юдов А.И. Организация программно-технических средств вузовского учебного процесса. СПб. Изд-во: СПбГТУ, 2002.-100 с.

26. Джонсон Р., Каст Ф., Розенцвейг Д. Системы и руководство. М., Сов.радио,1971, с. 18-26.

27. Янбых Г.Ф., Эттингер Б.Я. Методы анализа и синтеза сетей ЭВМ. Ленинград, Изд-во «Энергия», 1980.-94 с.

28. Булкин Г.А. , Поляков А.О. Автоматизированная информационно -логическая система на языке предикатов. В кн.: "Диалоговые и фактографические системы". М.: Недра, 1979.-104 с.

29. Доклады научной сессии МИФИ-2000. Том 3. Банки данных, интеллектуальные системы. М.:Изд-во МИФИ, 2000.-225 с.

30. Поляков А.О. Информодинамическая общность систем. СПб.: Изд. СПбГТУ, 2000.-100 с.

31. Лачинов В.М., Поляков А.О. Информодинамика или Путь к Миру открытых систем. СПб, Изд.: СПбГТУ, 1999.-432 с.

32. Гиг Дж. ван. Прикладная общая теория систем. Кн.1, 2. М.: Мир, 1981.-730 с.

33. Шаповаленко С. Динамическое моделирование и анализ корпоративных вычислительных систем». Сетевой журнал № 6, 2001.

34. Шиндялов С.А., Юдов А.И. и др. Анализ производительности сетей передачи данных. Информационная брошюра. Псков, Изд. Бюро оперативной полиграфии, 2001.- 44 с.

35. Кузнецов Н.А., Полонников Р.И., Юсупов P.M. Состояние, перспективы и проблемы развития информатики. В кн. Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. Изд. СПИИРАН, СПб, 1998, с. 23-32.

36. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. В 2-х томах. М.: Энергия, 1979.584 с.

37. Юдов А.И. Моделирование структуры технических средств обеспечения учебного процесса на основе понятия сетевой организации // В сб. Труды СПИИРАН под редакцией Р.М.Юсупова. СПб., Изд-во СПИИРАН, 2002, Вып.1, Т.З.

38. Петухов Г.Б. Основы теории эффективности целенаправленных процессов. Методология, методы, модели, 1989.- 200 с.

39. Краснощекое П.С., Петров А.А. Принципы построения моделей, 2000,- 200 с.

40. Павловский Ю.Н. Имитационные модели и системы, 2000.- 400 с.

41. Шеннон Р. Имитационное моделирование искусство и наука. М.: Мир, 1978.-414 с.

42. Лаптев В.В., Швецкий М.В. Методическая система фундаментальной подготовки в области информатики, 2000.- 150 с.

43. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М., «Энергия», 1972.-376 с.

44. Гришков В.И. Технология оптимизации объектных СУБД по производительности. В сб. докладов VII СПб международной конференции "Региональная информатика 2000", СПб, Изд. СПОИСУ, 2000, ч. 2., с. 132-133.

45. Антонова С.Г., Тюрина Л.Г. Государственных образовательные стандарты высшего профессионального образования основа содержания учебных изданий. // Университетская книга, № 9 2000, с. 19-27.

46. Penrose R. Shadows of the Mind, Vintage, 1995.-240p.

47. Иванищев В.В. Новые парадигмы в моделировании / В сб. Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. СПб., Изд-во СПИИРАН, 1998, с. 191-199.I

48. Компьютерное моделирование. Труды 3-й международной научно-технической конференции. СПб, Изд-во СПбГПУ, 2002.- 230 с.

49. Юдов А.И., Трофимов В.М. Интеллектуальная система автоматизации деятельности предприятия. В трудах конференции «Intelligent Systems and Information Technologies in Control» (IFAC) СПб/Псков, 19-23 июня 2000 г., Изд-во. СПбГТУ, 2000, с.380-384.

50. Васильев Ю.С., Козлов В.Н., Попова Е.П. Концепции и опыт проектирования государственных образовательных стандартов в области техники и технологии. СПб, Изд-во СПбГПУ, 2002.-268 с.