автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Модели и методики повышения качества профессиональной подготовки при изучении сложных технических изделий в вузах МЧС России

На правах рукописи

Кеда Дмитрий Прокопьевич

МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ В ВУЗАХ МЧС РОССИИ

05.13Л0 - управление в социальных и экономических системах

4841409

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2010

2 4 МДР 2011

4841409

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Исаков Сергей Львович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Минкин Денис Юрьевич; кандидат технических наук, доцент Куракин Сергей Зосимович

Ведущая организация

Военно-морской институт радиоэлектроники им. А.С. Попова

Защита состоится « 27 » января 2011 г. в «12» часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.02 при Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России.

Автореферат разослан декабря 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.02 доктор технических наук, профессор А.Ю. Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Состояние современной фундаментальной науки позволило решить ряд научных направлений, повлиявших на разработку новейших машин, механизмов, выполняющих традиционные задачи на основе применения новых технологий и принципиально новых физических принципов работы. Эти машины и механизмы в порядке мелкооптовых партий поступают на оснащение различных производственных формирований. Естественно, что этот процесс в определенной мере коснулся и МЧС России.

Вместе с тем на оснащение формирований МЧС продолжают поступать и традиционные виды машин и механизмов. В вузе, при подготовке специалиста требуется дать необходимые знания, выработать практические навыки по эксплуатации, применению как новых, так и традиционных видов машин и механизмов.

Процесс подготовки специалиста на современном этапе включает изучение существующих систем, типов и физических основ действия машин и механизмов, а также технических изделий, предполагаемых к внедрению в формирования МЧС России. Кроме того, специалист должен получить информацию о перспективах развития данной техники в ближайшем обозримом будущем.

Следовательно, в процессе обучения нынешнему поколению обучаемых необходимо передавать больший объем знаний. Вполне естественно, что эта задача может быть решена по двум направлениям:

во-первых, можно увеличить срок обучения и тем самым увеличить бюджет учебного времени;

во-вторых, повышать качество образовательного процесса. Решение задачи по первому направлению связано с принятием государственных актов, увеличивающих продолжительность обучения, а, следовательно, и ее стоимость. Кроме того, этот шаг сокращает время практической работы выпускника в МЧС за счет увеличения продолжительности обучения.

Второй способ более экономичен и не требует принятия государственных правовых актов, однако он предопределяет совершенствование методики преподавания, развития учебно-материальной базы, рационального использования бюджета учебного времени за счет его результативного распределения как между изучаемыми дисциплинами, так и между темами внутри самой дисциплины.

Таким образом, в настоящее время выявилось противоречие между временем, необходимым для передачи требуемого объема знаний, выработки умений, навыков и ныне существующим бюджетом учебного времени.

Разрешение этого противоречия путем совершенствования образовательного процесса является важной научной задачей.

Решение данной научной задачи может достигаться математическим моделированием, вычислительными экспериментами и созданием алгоритмов распределения учебного времени в процессе управления обучением.

Необходимость рационального распределения учебного времени между темами изучаемой дисциплины и отсутствие соответствующей методики, обуславливающей необходимое число занятий в зависимости от требуемого уровня подготовки, определило тему настоящего исследования как актуальную с научной точки зрения.

С практической точки зрения она актуальна потому, что планирующие органы вузов не имеют соответствующего научно обоснованного инструмента для рационального распределения учебного времени по темам, т.е. не могут адекватно реагировать на проблему совершенствования учебного процесса.

Целью работы является совершенствование планирования учебного процесса и контроля усвоения программного материала.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке математических моделей, алгоритмов и методик определения необходимого и достаточного количества бюджета учебного времени для достижения заданного уровня подготовки группы (потока) курсантов вуза МЧС России.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие частные научные задачи:

1. Анализ состояния науки и практики в организации образовательного процесса высших учебных заведений.

2. Разработка математических моделей по определению учебного времени на привитие практических навыков с заданной оценкой эффективности.

3. Разработка алгоритма определения необходимого времени для достижения заданного уровня подготовки обучающихся на приобретение практических навыков.

4. Разработка методик определения уровня подготовки курсантов, в зависимости от выделенного учебного времени.

5. Подготовка практических рекомендаций для планирования, распределения бюджета времени по учебным дисциплинам и темам.

Границы исследования - определяются балансом учебного времени между темами при наработке навыков в процессе практических занятий. Вся учебная группа курсантов (поток) на практическом занятии выполняет один и тот же прием. Индивидуальные оценки всех обучаемых курсантов равновесомы.

Основу исследований составили положения содержащиеся в трудах ученых B.C. Артамонова, A.B. Антонова, Е.С. Вентцель, Н.И. Костюкова, И.Г. Малыгина, A.C. Полякова, Л.Д Столяренко, А.Г. Смирнова, A.A. Таранцева, АЛ. Хинчина.

Объект исследования - процесс планирования бюджета времени на приобретение знаний и практических навыков курсантами в вузах МЧС России.

Предмет исследования - методики и модели определения необходимого времени для достижения заданного уровня практической подготовки курсантов вузов МЧС России.

Методы исследования: общая теория систем, кластерный анализ, теория вероятностей, математическая статистика, теория надежности.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Математические модели для определения учебного времени, необходимого для привития практических навыков.

2. Методики определения уровня подготовки курсантов в зависимости от выделенного учебного времени.

3. Алгоритм определения необходимого времени для достижения заданного уровня подготовки обучаемых на приобретение практических навыков.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

- в разработке математических моделей для определения необходимого времени на привитие практических навыков учебной группе (потоку) курсантов в соответствии с требованиями;

- в разработке методики определения уровня подготовки учебной группы (потока) курсантов в зависимости от выделенного учебного времени;

- в разработке методики определения времени, необходимого для изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия;

- в разработке алгоритма по определению необходимого времени и уровня подготовки обучающихся в составе учебной группы (потока) курсантов на приобретение практических навыков;

- в прогнозировании значений показателей эффективности практического занятия в образовательном процессе в зависимости от количества учебного времени, отводимого на изучение темы.

Практическая значимость полученных результатов диссертационной работы заключается в возможности использования разработанной методики для определения необходимого времени и заданного уровня подготовки учебной группы (потока) курсантов на практическом занятии; в прогнозировании данных результатов при планировании учебного процесса; в осуществлении контроля привития требуемых навыков и полученных результатов на практических занятиях. Программная реализация позволяет при планировании бюджета времени по учебным дисциплинам и темам рационально распределить бюджетное

время, необходимое для изучения, и осуществить контроль уровня отработки практических занятий в составе курсантской группы (потока).

Данные положения определили логику, порядок исследования и структуру диссертации.

Достоверность и обоснованность результатов исследования достигнута применением апробированного математического аппарата, соответствием эксперимента требованиям к условиям его проведения и полученным результатам, соответствующим уровню привития практических навыков учебной группе (потоку) курсантов.

Реализация. Основные результаты диссертационного исследования внедрены в образовательный процесс Санкт-Петербургского военного института внутренних войск МВД России, Санкт-Петербургского университета МВД России, Военно-транспортного института железнодорожных войск и военных сообщений (филиал Военной академии тыла и транспорта им. генерала армии A.B. Хрулева) и Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.

Апробация исследования. Научные результаты диссертационного исследования докладывались на международных и научно-практических конференциях: межвузовской конференции «Проблемы взаимодействия МЧС и МВД России в сфере безопасности движения» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 19.04.2005; межвузовской конференции «Проблемы повышения качества образования» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 25.11.2005; межвузовской конференции «Проблемы повышения качества образования» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 14.09.2006; международной 3 Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России и Российской академии ракетных и артиллерийских наук, «Роль современного подхода к научной разработке учебных программ для подготовки специальных подразделений в борьбе с терроризмом», 20.05.2008.

Публикации. По теме исследования опубликовано 6 работ. В журналах, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 3 статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем работы составляет 147 страниц основного текста, 35 рисунков, 27 таблиц и список литературы из 114 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы исследования, ее актуальность, научная и практическая значимость; определены объект, предмет, цель и задачи исследования; сформулированы положения, выносимые на защиту; приводятся данные об апробации полученных результатов.

В первой главе «Анализ состояния науки и практики в организации образовательного процесса высших учебных заведений» исследовано состояние образовательного процесса, состояние науки и практики в вопросах управления образовательным процессом на основе опыта проведения занятий в образовательных учреждениях.

В связи с тем, что в последнее время наблюдается тенденция увеличения объема учебного материала, передаваемого специалисту по образцам техники, поступающей на оснащение, требуется научно обоснованное распределение учебного время, затрачиваемого на изучение различных тем учебных дисциплин.

Анализ состояния науки и практики в области разработки методик, влияющих на распределение бюджета времени при планировании тем и видов занятий в организации образовательного процесса, позволил определить необходимость разработки научно обоснованных моделей и методик, позволяющих совершенствовать процесс учебного планирования и контроля над усвоением программного материала в вузах МЧС России. Одним из направлений в области исследования таких методик являются оценки параметров необходимого времени на изучение и привитие практических навыков сложного инженерного изделия на практическом занятии.

Во второй главе «Методики и алгоритмы изучения сложного изделия, эксперимент по определению зависимости успеваемости курсантов от числа проводимых тренировок на практическом занятии» исследуются методики обоснованного определения учебного времени на изучение сложного изделия и проведение практического занятия, организация подготовки и проведения опытного исследования, обработка экспериментальных данных, подбор теоретического закона распределения.

В качестве научно обоснованного распределения учебного времени используется методика определения времени, необходимого для изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия.

Зависимость в общем виде изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия (1) может быть выражена следующим образом:

* = Ар), 0)

где 5 - время на изучение узла конструкции; р — плотность элементов на единицу измерения конструкции (ед. / м3, ед. / м2).

Анализ конструкции изучаемого изделия эффективно осуществляется с помощью кластерного анализа. Описание процедуры проведения кластерного анализа узлов и элементов выбранной конструкции проведено на механизме инженерного изделия.

Последовательность проведения исследования по определению рангов значимости элементов и кластеров инженерного изделия и проведения расчетов для определения времени на изучение всей конструкции представлена структурно-логической схемой на рис. 1.

Отображение построения выбранной конструкции инженерного изделия проведено в виде графа и матрицы связей, которые позволили определить в соответствующем порядке ранг и значимость его элементов и кластеров.

Ранг элементов изделия определяется по формуле:

в - т

где - ранг ¡-го элемента изделия; X - суммарное количество связей 1-го

элемента изделия; п - количество элементов в изделии.

Причем Л* - 1 •

Рис. 1. Структурно-логическая схема определения ранга элементов и кластеров изделия

Тогда значимость элемента определяется путем сравнения всех элементов.

Время для изучения элементов и конструкции изделия определяется, исходя из времени, необходимого человеческому сознанию для формирования адекватных образов.

Исходя из этого, представляется возможным определять минимальное время на изучение выбранной конструкции в соответствии со следующим алгоритмом:

1. Разделение выбранной конструкции на отдельные узлы и детали.

2. Визуальное или графическое разбиение выбранного элемента на простые фигуры (треугольник, квадрат, прямоугольник, круг).

3. Определение времени на изучение элемента:

^ = О)

где (зл — время на изучение одного элемента изделия; /, - время на запоминание образа простейшей геометрической фигуры; п - количество фигур в элементе конструкции.

Если в изделии содержатся идентичные элементы, то общее время на их изучение определяется:

и

г НД.ЭЛ _ г ч"-1 с или /дч

общ — С1 х ' '•оба

где Г,*,"*" - общее время на изучение идентичных элементов в узле; д -

знаменатель геометрической прогрессии.

Определение времени на изучении выбранной конструкции:

^кон = ¿2уз ^пуз>

где, ГКом- время на изучение выбранной конструкции; г„уз-время на изучение п-го узла.

Если в выбранной конструкции содержатся идентичные узлы, то формула определения времени будет иметь вид:

(ш = + С^са ' Г«Д (6)

где, 1К0И - время на изучение выбранной конструкции; /у1 - время на изучение одного кластера изделия; количество связей между элементами; - время для усвоения связи между элементами узла принимается 12-15 секунд.

Моделирование технологического процесса практического занятия реализовано путем исследования и определения рангов технологических операций и сложности технологического процесса.

Ранг технологической операции практического занятия определяется как:

= I +■■■+£

где й|т -ранг /-го процесса, операции; 2 с1т1~ суммарное количество связей ¡-го процесса, операции; п — количество процессов, операций.

Анализ полученных данных показал, что технологические операции с большим значением N являются более значимыми и оказывают влияние на весь технологический процесс в целом.

Определение сложности технологических операций с учетом показателей технологического процесса проводится с помощью следующего выражения:

где 50 - сложность технологического процесса; Л^ - состав команды; Н, -

трудоемкость выполняемой операции; Р1 - разнородность используемого инструмента; Л, - разрядность выполняемой операции; М, - количество используемого материала; п, - количество связей; К, - коэффициент, учитывающий влияние параметра на сложность процесса.

В вышеизложенных ранее исследованиях были выявлены зависимости роста привитых навыков от количества выполненных повторений одного и того же технологического процесса во времени:

у = а + Ып х, (9)

где а, Ь - переменные; х - продолжительность набора навыков и умений.

Тоб1 = гтп-^,при^,> 3, (10)

где Т0ц - время необходимое для привития навыков и умений; 1тп - время выполнения технологического процесса; ./V,- количество повторений.

Для использования указанных зависимостей в конкретном случае использованы расчетные особенности технологического процесса и определено время, необходимое для выполнения каждой технологической операции, которое определяется по формуле:

Стп = (И)

"лс

где I тп - время выполнения технологического процесса; Т - трудоемкость выполнения процесса; Ылс - количество личного состава по штату, предназначенное для выполнения данного технологического процесса.

При проведении эксперимента по определению зависимости успеваемости от числа проводимых тренировок на практическом занятии исследована организация подготовки и проведения опытного исследования, обработка экспериментальных данных, подбор теоретического закона распределения.

Цель эксперимента - определение статистических зависимостей результатов наработки навыков на практических занятиях.

Задача эксперимента - определение статистической зависимости, плотности распределения от характера, изменения центра рассеивания времени выполнения норматива в зависимости от числа его повторений.

Эксперимент проведен при отработке учебного вопроса «Выполнение норматива № 5» по дисциплине «Инженерное обеспечение служебно-боевой деятельности внутренних войск». В соответствии с условиями выполнения норматива получены результаты времени тренировок курсантов.

Согласно подготовленным экспериментальным данным, исследована случайная величина времени выполнения норматива по заданным направлениям исследования.

Для оценки выборочной совокупности случайной величины, коем является время выполнения норматива, выбран вариационный интервальный ряд.

Описываемая схема построения интервального ряда определена вычислительным и визуальным методом, где длины интервалов одинаковые и равные 0,2. Полигон распределения частот дискретного вариационного ряда представлен в виде ломаной с вершинами в точках (дг„ я,), / = 1,2,..., т линии.

Исследована относительная величина плотности распределения времени выполнения нормативов, которая имеет вид (рис. 2.):

Рис. 2. Относительная величина плотности распределения времени Определение математического ожидания и дисперсии упорядоченного вариационного ряда по результатам проведенного эксперимента проведено по расчетным формулам:

х = 02)

Среднеквадратическое отклонение времени выполнения норматива для вариационного ряда распределения определяется по формуле:

сг х = (14)

Доверительная вероятность а для математического ожидания при известном среднеквадратическом отклонении находится из условия:

а = р{|^|< £}= (15)

2 х _£?

где ф(г) = /0 е~ * йг - функция Лапласа, (16)

(17)

V Т1

где - функция, обратная функции Лапласа.

При неизвестном о доверительная вероятность для математического ожидания определяется по формуле:

г

r(E)(1+jl) ""г

где S„ (t) = Т^()7-1)г(""гг) _ закон распределения Стьюдента,

г- i2L

а = Pi|ff-«7|< г}= < z < = fgpk(z)dx.

(18)

(19)

(20)

(21)

k-i -—

где рк(х)= Хк-2 ' ; к = п- 1; q = L ■

Исследование кривых, соответствующих экспериментальным данным, показывает, что наиболее сходным с экспериментальным законом распределения является закон нормального распределения (рис. 6-8.).

S(t) Normal Plot

Normal Probability Plot of CI

Expect!4 Normals

Рис. 6. Период выполнения норматива по разделениям

Normal Probability Plot of C2

^ У • /•"s

• V

C2 Eipactttj Nom* Is

Рис. 7. Период выполнения норматива при наработке моторных навыков

S(t) Normal Р lot Norma/ Probability Plot of СЭ

Expected Normals

Рис. 8. Период выполнения норматива при наработке навыков до заданного значения

времени

Для отработки статистического материала по определению теоретического вида распределения взята стандартная программа определения сходимости теоретического и статистического ряда распределения.

Расчеты показали, что наилучшую сходимость статистического и теоретического законов распределения имеет нормальное распределение, основной характеристикой которого является: математическое ожидание центра рассеивания времени выполнения норматива и его среднеквадратическое отклонение.

Таким образом, в главе разработана методика, позволяющая определить необходимое время для изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия для практического обучения. Разработана методика, обосновывающая процесс формирования привития практических навыков на занятии. Проведено опытное исследование по выявлению зависимости качества подготовки обучающихся от времени формирования навыков, подтверждающее распределение экспериментальных статистических данных нормальному закону распределения.

В третьей главе «Разработка математических моделей по определению учебного времени на привитие практических навыков с заданной оценкой эффективности» исследуются алгоритмы и математические модели, формирование структуры и состава практического занятия на основе вычислительного эксперимента.

Определение основных экспериментальных параметров времеии выполнения норматива респондентами (определение математического ожидания центра рассеивания времени выполнения тренировок норматива и его среднеквадратической величины отклонения) позволяет получить кривую, описывающую ее распределение.

На рис. 9 показано изменение математического ожидания центров рассеивания времени выполнения норматива респондентами при каждой тренировке в зависимости от числа проводимых тренировок норматива.

Рис. 9. Доля времени выполненных нормативов респондентами, выпавших в интервал каждой тренировки Математическое моделирование по определению точек кривой, функции плотности распределения, времени выполнения норматива респондентами одной1 тренировки проводится из исходной формулы: 1

<р = —¡=е . (22)

а\' 2п

Результаты моделирования расчетной формулы, определения точек абсциссы, точечного графика кривой функции плотности распределения времени

выполнения одной тренировки норматива респондентами отображены на рис. 10.

\• = лч .V,, ; сг ). Г Пл

отностьраспредиления

3

4МУНУ

Рис. 10. Координаты точек абсциссы, точечного графика кривой функции, плотности распределения времени одной тренировки всех респондентов

Распределение параметров экспериментальной функции по итогам обработки экспериментальных данных показывает, что центр рассеивания времени выполнения норматива респондентами одной тренировки изменяется в ходе проведения последующих тренировок и асимптотически приближается к некоторой постоянной величине.

Происходит сближение интервала, расположенного от центра рассеивания времени выполнения норматива всех респондентов одной тренировки на удалении ± 3 сигмы, в зависимости от нарастания числа тренировок выполнения норматива.

Математическое моделирование эмпирической формулы в зависимости от ее параметров (математического ожидания центра рассеивания времени норматива и его среднеквадратического отклонения) проведено на основе определенных параметров экспериментальной функции по итогам обработки экспериментальных данных.

Осуществлен подбор теоретических формул (23),. (24), графики которых аналогичны эмпирическому закону изменения математического ожидания центра рассеивания времени выполнения норматива и его среднеквадратического отклонения, в зависимости от числа тренировок норматива по формулам:

<р(п)=у = -;---; (23)

ах " - Ьх - с

<р {п) = у = ах ь е сх ; (24)

где а;6;с - параметры уравнений (23); ( 24); х - число тренировок норматива; у -функция времени.

Анализ формул 23 и 24 осуществлен в предположении, что между х и у существует определенная зависимость.

На основании решений задачи, подбора теоретической формулы, зависимости математического ожидания центра рассеивания времени выполнения норматива всех респондентов при одной тренировке от количества проводимых тренировок норматива создан алгоритм решения указанной задачи в общем виде: У, = 9 <*, = а ■ п ь ■ е < " ; (25)

где с = —-Ь = —-;

а = ехр

1п У3 — и *1п Л3 —^ (1п У! —и • 1п П1)

q * п^ ц

1пу,

о = 1пть—--1пл,; 5 = —— 1; и = р = —-1пг',.

«1 Иг 5 ' 1

Параметры формул теоретических законов, распределения зависимости математического ожидания центра рассеивания времени выполнения норматива каждой тренировки от количества тренировок норматива и их среднеквадратических отклонений при моделировании имеют вид:

у = <*>„ = 11,753 • п"0097 • (26)

у = <р(п) = 0,43540872 • п-° 1626148 • е0-0094701™. (27)

Математическое моделирование сходимости параметров экспериментального и теоретического законов распределения, определяющих изменение времени выполнения норматива, произведено, исходя из данных экспериментального и теоретических законов изменения, математического ожидания центра рассеивания времени выполнения нормативов респондентов каждой тренировки, абсциссы точки рассеивания в зависимости от числа

тренировок норматива.

Сходимость центров рассеивания математического ожидания абсцисс точек рассеивания и его среднеквадратических отклонений, экспериментального и теоретического законов распределения времени тренировок позволила определить разницу между опытной и теоретической кривыми.

На основании моделирования, подбора теоретической формулы, зависимости математического ожидания центра рассеивания времени выполнения норматива респондентами каждой тренировки от количества повторений тренировок норматива и их среднеквадратических отклонений определены их математические модели в общем виде.

Результаты расчетов общих параметров математических моделей позволили произвести их программное моделирование и определить эффективность оценки, получения навыков учебной группы (потока) курсантов при заданных временных значениях норматива.

Параметры оценки навыков учебной группы (потока) курсантов программным продуктом позволили определить необходимое время для выполнения норматива и возможность осуществлять контроль уровня их подготовки на занятии:

У 2 = <Р(п) =ci-nb■ etn, (28)

где а, Ь, с - параметры уравнения; х - число тренировки; у - функция времени.

Таким образом, в главе разработаны математические модели, на основе которых рассчитывается необходимое время выполнения норматива в зависимости от числа проводимых тренировок. На основании разработанных математических моделей созданы алгоритмы для подбора моделей уравнений по определению зависимостей параметров одной тренировки норматива от количества проведенных тренировок норматива. При помощи математического моделирования проведен вычислительный компьютерный эксперимент по выбору закона распределения и его основных параметров распределения по итогам обработки экспериментальных данных. Разработанные компьютерные программы

обеспечивают оптимизацию вычислений и характер математического моделирования расчетных уравнений в общем виде.

В четвертой главе «Подготовка практических рекомендаций для планирования, распределения бюджета времени по учебным дисциплинам и темам» разработан алгоритм, методика и его программное обеспечение, с помощью которых осуществляется определение времени и уровня приобретения навыков на практическом занятии в составе учебной группы (потока) курсантов.

Разработанный алгоритм, методика и его программное обеспечение позволяют определить:

- оценку этапов параметров обучения;

- алгоритм уровня практической подготовки и необходимого учебного времени на приобретение практических навыков в составе учебной группы (потока);

- методику подготовки исходных данных для проведения расчетов по оптимизации часов практических занятий учебной группы (потока).

Таким образом, в главе представлена разработанная методика и алгоритм, с помощью которых осуществляется прогноз и контроль навыков, полученных на практическом занятии.

В заключение представлены основные результаты, свидетельствующие о достижении цели диссертационного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработаны математические модели по определению учебного времени на привитие практических навыков с заданной оценкой эффективности.

2. Разработаны методики определения уровня подготовки курсантов в зависимости от выделенного учебного времени.

3. Разработан алгоритм определения необходимого времени для достижения заданного уровня подготовки обучающихся на приобретение практических навыков.

4. Разработаны практические рекомендации по планированию распределения бюджета времени по учебным дисциплинам и темам занятий.

Практические рекомендации, предложенные для определения необходимого времени при заданном уровне приобретения навыков курсантами на практических занятиях в составе учебной группы (потока), позволяют обоснованно и рационально провести планирование и распределение бюджета времени по темам занятий внутри учебных дисциплин.

Полученные результаты расчетов могут быть использованы для прогнозирования необходимого времени на проведение практических занятий и контроля оценки проведенных занятий при заданном уровне подготовки учебной группы (потока) курсантов.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Кеда Д.П. Структура управления МТО учебно-материальной базой военных дисциплин учебного заведения внутренних войск МВД России // Актуальные проблемы войск (сил) в транспортном отношении: сб. науч. ст. СПб., ВАТТ. 2007. № 6., 0,7 п.л.

2. Кеда Д.П. Множественный регрессионный анализ в решении задач эффективности управления материально-технической базой военных дисциплин // сб. науч. техн. ст. Петродворец., ВТУ ЖДВ РФ. 2007. № 14., 0,5 п.л.

3. Кеда Д.П., Исаков С.Л. Системный подход в определении сложности технологических операций // Проблемы управления рисками в техносфере: науч. аналит. жур. СПб УГПС МЧС России. 2009. № 1-2 [9-10]., 0,6/0,4 п.л.

В других изданиях

4. Кеда Д.П. Иерархические методы и их использование при оценке значимости узлов учебной материально-технической базы общеобразовательных дисциплин вуза // сб. науч. техн. ст. Петродворец., ВТУ ЖДВ РФ. 2008. № 12., 0,6 п.л.

5. Кеда Д.П. Сервис безопасности: состояние и перспективы развития оборудования промышленных и экологически опасных объектов России интегрированными системами физической защиты, комплексами ИТСО // Тезисы докладов научно-практической конференции 23-24 апреля 2008 г. СПб УГПС МЧС России., 0,3 п.л.

6. Кеда Д.П. Роль построения концепции комплексной безопасности в решении задач по защите антитеррористических угроз // сб. науч. ст. С-Пб. НПО СМ. 2008. № 11., 0,5 п.л.

Формат 60x84 '/16 Тираж 100 экз.

Подписано в печать 03.12.2010

Печать цифровая_Объем 1.0 п.л.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ НАУКИ И ПРАКТИКИ В ОРГАНИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ.

1.1. Анализ состояния образовательного процесса в высших учебных заведениях МЧС России.

1.2. Анализ состояния науки и практики в вопросах управления образовательным процессом.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМЫ ИЗУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ИЗДЕЛИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЗАВИСИМОСТИ УСПЕВАЕМОСТИ КУРСАНТОВ ОТ ЧИСЛА ПРОВОДИМЫХ ТРЕНИРОВОК НА ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ.

2.1. Анализ и методика оценки времени изучения исследуемого предмета.

2.2. Методика распределения времени, необходимого для изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия.

2.3. Оценка привития навыков, принципы построения модели практического обучения.

2.4. Организация подготовки и проведения опытного исследования.

2.5. Обработка экспериментальных данных, подбор теоретического закона распределения.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ НА ПРИВИТИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ С ЗАДАННОЙ ОЦЕНКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

3.1. Вычислительный эксперимент по выбору закона распределения и его основных параметров.

3.2. Оценка значимости параметров распределения.

ГЛАВА 4. ПОДГОТОВКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЮДЖЕТА ВРЕМЕНИ ПО УЧЕБНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ И ТЕМАМ.

4.1. Оценка параметров обучения.

4.2. Алгоритм определения уровня практической подготовки обучающихся и необходимого учебного времени на приобретение практических навыков.

4.3. Методика подготовки исходных данных и проведения расчетов по определению количества учебных занятий.

Актуальность темы. Состояние современной фундаментальной науки позволило решить ряд научных направлений,, позволивших разработать новейшие машины и механизмы выполняющих традиционные задачи на основе применения новых технологий и принципиально новых физических принципов работы. Эти машины и механизмы в порядке мелкооптовых партий поступают на оснащение различных производственных формирований. Естественно, что этот процесс в определенной мере коснулся и МЧС России.

Вместе с тем на оснащение формирований МЧС продолжают поступать и традиционные виды машин и механизмов. В вузе, при подготовке специалиста требуется дать необходимые знания, выработать практические навыки по эксплуатации, применению как новых, так и традиционных видов машин и механизмов. Кроме того, специалист должен быть ознакомлен с возможными направлениями перспективы развития данных средств.

Процесс подготовки специалиста на современном этапе включает изучение существующих систем, типов и физических основ действия машин и механизмов, а также технических изделий, предполагаемых к внедрению в формирования МЧС России. Кроме того, специалист должен получить информацию о перспективах развития данной техники в ближайшем обозримом будущем.

Следовательно, в процессе обучения нынешнему поколению обучаемых необходимо передавать больший объем знаний. Вполне естественно, что эта задача может быть решена по двум направлениям: во-первых, можно увеличить срок обучения и тем самым увеличить бюджет учебного времени; во-вторых, повышать качество образовательного процесса. Решение задачи по первому направлению связано с принятием государственных актов, увеличивающих продолжительность обучения, а, следовательно, и ее стоимость. Кроме того, этот шаг сокращает время г практической работы выпускника в МЧС за счет увеличения продолжительности обучения.

Второй способ более экономичен и не требует принятия государственных правовых актов, однако он предопределяет совершенствование методики преподавания, развития учебно-материальной базы, рационального использования бюджета учебного времени за счет его результативного распределения как между изучаемыми дисциплинами, так и между темами внутри самой дисциплины.

Таким образом, в настоящее время выявилось противоречие между временем, необходимым для передачи требуемого объема знаний, выработки умений, навыков и ныне существующим бюджетом учебного времени.

Разрешение этого противоречия путем совершенствования образовательного процесса является важной научной задачей.

Решение данной научной задачи может достигаться математическим моделированием, вычислительными экспериментами и созданием алгоритмов распределения учебного времени в процессе управления обучением.

Необходимость рационального распределения учебного времени между темами изучаемой дисциплины и отсутствие соответствующей методики, обуславливающей необходимое число занятий в зависимости от требуемого уровня подготовки, определило тему настоящего исследования как актуальную с научной точки зрения.

С практической точки зрения она актуальна потому, что планирующие органы вузов не имеют соответствующего научно обоснованного инструмента для рационального распределения учебного времени по темам, т.е. не могут адекватно реагировать на проблему совершенствования учебного процесса.

Между тем, практика составления тематических планов учебных дисциплин показывает, что зачастую на вопросы одной темы времени отводится меньше, чем этого требуется, для другой темы его отводят в большом объеме чем его необходимо.

В настоящее время отсутствуют соответствующие методики, позволяющие по заданному уровню подготовки, определить необходимое число занятий, осуществить текущий контроль за степенью получения необходимых навыков в ходе практических занятий.

Не определено влияние числа практических занятий на степень усвоения учебного материала, не выявлены математические зависимости изменения среднего времени выполнения нормативов в ходе тренировок, не изучен процесс изменения числа курсантов в группе с различной степенью усвоения программы в зависимости от числа тренировок. Эти аспекты определенным образом влияют на рациональное распределение времени между изучаемыми темами.

Целью работы является совершенствование планирования учебного процесса и контроля усвоения программного материала.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке математических моделей, алгоритмов и методик определения необходимого и достаточного количества бюджета учебного времени для достижения заданного уровня подготовки группы (потока) курсантов вуза МЧС России.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие частные научные задачи:

1. Анализ состояния науки и практики в организации образовательного процесса высших учебных заведений.

2. Разработка математических моделей по определению учебного времени на привитие практических навыков с заданной оценкой эффективности.

3. Разработка алгоритма определения необходимого времени для достижения заданного уровня подготовки обучающихся на приобретение практических навыков.

4. Разработка методик определения уровня подготовки курсантов, в зависимости от выделенного учебного времени.

5. Подготовка практических рекомендаций для планирования, распределения бюджета времени по учебным дисциплинам и темам.

Границы исследования - определяются балансом учебного времени между темами при наработке навыков в процессе практических занятий. Вся учебная группа курсантов (поток) на практическом занятии выполняет один и тот же прием. Индивидуальные оценки всех обучаемых курсантов равновесомы.

Основу исследований составили положения содержащиеся в трудах ученых B.C. Артамонова, A.B. Антонова, Е.С. Вентцель, Н.И. Костюкова, И.Г. Малыгина, A.C. Полякова, Л.Д Столяренко, А.Г. Смирнова, A.A. Таранцева, А.Я. Хинчина.

Объект исследования - процесс планирования бюджета времени на приобретение знаний и практических навыков курсантами в вузах МЧС России.

Предмет исследования - методики и модели определения необходимого времени для достижения заданного уровня практической подготовки курсантов вузов МЧС России.

Методы исследования: общая теория систем, кластерный анализ, теория вероятностей, математическая статистика, теория надежности.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Математические модели для определения учебного времени, необходимого для привития практических навыков.

2. Методики определения уровня подготовки курсантов в зависимости от выделенного учебного времени.

3. Алгоритм определения необходимого времени для достижения заданного уровня подготовки обучаемых на приобретение практических навыков.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

- в разработке математических моделей для определения необходимого времени на привитие практических навыков учебной группе (потоку) курсантов в соответствии с требованиями;

- в разработке методики определения уровня подготовки учебной группы (потока) курсантов в зависимости от выделенного учебного времени;

- в разработке методики определения времени, необходимого для изучения отдельных элементов и узлов сложного изделия;

- в разработке алгоритма определенияю необходимого времени и уровня подготовки обучающихся в составе учебной группы (потока) курсантов на приобретение практических навыков; в прогнозировании значений показателей эффективности практического занятия в образовательном процессе в зависимости от количества учебного времени, отводимого на изучение темы.

Практическая значимость полученных результатов диссертационной работы заключается в возможности использования разработанной методики для определения необходимого времени и заданного уровня подготовки учебной группы (потока) курсантов на практическом занятии; в прогнозировании данных результатов при планировании учебного процесса; в осуществлении контроля привития требуемых навыков и полученных результатов на практических занятиях. Программная реализация позволяет при планировании бюджета времени по учебным дисциплинам и темам рационально распределить бюджетное время, необходимое для изучения, и осуществить контроль уровня отработки практических занятий в составе курсантской группы (потока).

Данные положения определили логику, порядок исследования и структуру диссертации.

В первой главе «Анализ состояния науки и практики в организации образовательного процесса высших учебных заведений» исследовано состояние образовательного процесса, состояние науки и практики в вопросах управления образовательным процессом на основе опыта проведения занятий в образовательных учреждениях.

Во второй главе «Методики и алгоритмы изучения сложного изделия, эксперимент по определению зависимости успеваемости курсантов от числа проводимых тренировок на практическом занятии» исследуются методики обоснованного определения учебного времени на изучение сложного изделия и проведение практического занятия, организация подготовки и проведения опытного исследования, обработка экспериментальных данных, подбор теоретического закона распределения.

В третьей главе «Разработка математических моделей по определению учебного времени на привитие практических навыков с заданной оценкой эффективности» исследуются алгоритмы и математические модели, формирование структуры и состава практического занятия на основе вычислительного эксперимента.

В четвертой главе «Подготовка практических рекомендаций для планирования, распределения бюджета времени по учебным дисциплинам и темам» разработан алгоритм, методика и его программное обеспечение, с помощью которых осуществляется определение времени и уровня приобретения навыков на практическом занятии в составе учебной группы (потока) курсантов.

Достоверность и обоснованность результатов исследования достигнута применением апробированного математического аппарата, соответствием эксперимента требованиям к условиям его проведения и полученным результатам, соответствующим уровню привития практических навыков учебной группе (потоку) курсантов.

Реализация. Основные результаты диссертационного исследования внедрены в образовательный процесс Санкт-Петербургского военного института внутренних войск МВД России, Санкт-Петербургского университета МВД России, Военно-транспортного института железнодорожных войск и военных сообщений (филиал Военной академии тыла и транспорта им. генерала армии A.B. Хрулева) и Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.

Апробация исследования. Научные результаты диссертационного исследования докладывались на международных и научно-практических конференциях: межвузовской конференции «Проблемы взаимодействия МЧС и МВД России в сфере безопасности движения» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 19.04.2005; межвузовской конференции «Проблемы повышения качества образования» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 25.11.2005; межвузовской конференции «Проблемы повышения качества образования» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России, 14.09.2006; международной 3 Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России и Российской академии ракетных и артиллерийских наук, «Роль современного подхода к научной разработке учебных программ для подготовки специальных подразделений в борьбе с терроризмом», 20.05.2008.

Публикации. По теме исследования опубликовано 6 работ. В журналах, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 3 статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем работы составляет 147 страниц основного текста, 36 рисунков, 26 таблиц и список литературы из 114 наименований.

Выводы

1. По результатам утвержденных нормативных оценок в образовательном процессе разработана методика оценки уровня подготовки учебной группы (потока) на практических занятиях в зависимости от количества тренировок в заданном интервале технологического процесса.

2. Для оценки и прогноза результатов подготовки учебной группы (потока) курсантов разработана общая методика математического моделирования и ее программное обеспечение, позволяющие определить бюджетное время необходимое на выполнение практического занятия и уровня подготовки учебной группы (потока) курсантов.

3. Разработаны, практические рекомендации, органам управления образовательного процесса, позволяющие обоснованно перераспределить бюджет времени учебных дисциплин по темам практических занятий.