СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………………
1.Принципы автоматизации составления учебных планов вузов ……….
1.1Цели обучения ………………………………………………………….
1.2.Анализ системы формирования учебных планов вузов ……………..
1.3. Анализ факторов, влияющих на качествоподготовки
специалиста ……………………………………………………………..
1.4. Модульный принцип построения учебногоплана ………………….
1.5. Современные методы разработки учебныхпланов …………………
1.6. Математическая постановка задачисинтеза учебных планов
вузов …………………………………………………………………….
Список литературы по главе 1 ……………………………………………..
2. Автоматизация иоптимизация планирования учебного процесса в Оренбургском государственном университете……………………….
Списоклитературы по главе 2 …………………………………………….
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей системы высшего образования являетсяудовлетворение потребностей государства в специалистах нужного профиля. Приэтом выпускаемые специалисты могут иметь различное качество подготовки, котороебудет зависеть от того, насколько полно выпускник вуза сможет соответствоватьпредъявляемым к нему требованиям [33].
Развивающиеся наука и техника предъявляют новые требования ксодержанию высшего образования. Специалист каждого нового выпуска того илииного учебного заведения всегда должен иметь более высокий уровень подготовки,чем специалист предыдущего выпуска[5]. Качество подготовки специалиста вомногом определяется программой его обучения, и, в частности, главным документомэтой программы — учебным планом вуза. Подготовка специалистов, отвечающихсовременным запросам, влечет за собой непрерывное совершенствование учебныхпланов с тем, чтобы они всегда находились в наивысшем соответствии стребованиями, предъявляемыми к специалисту, поэтому учебный план должен бытьдостаточно гибким для быстрой адаптации к меняющимся требованиям по отношения кспециалисту [58].
В настоящее время процесс составления учебных планов,основанный на опыте и интуиции работников высшей школы, нуждается в серьезномсовершенствовании и научном обосновании принимаемых решений. Это особенноактуально в условиях все возрастающих требований к подготовке специалистов,необходимости частого обновления учебных планов, необходимости повышениякачества учебного процесса в условиях перехода России к рыночным отношениям.Необходим поиск новых подходов, обеспечивающий целесообразную перестройкусистемы профессионального образования с учетом жизненных реалий. 1.ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СОСТАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫХ ПЛАНОВ ВУЗОВ1.1. Целиобучения.
Эффективное управление процессом обучения возможно толькопри выполнении целой системы требований, предъявляемых к нему. Эти требованияотносятся, прежде всего, к качеству выпускаемых специалистов.
Цель выступает как основной критерий отбора всех средстви методов организацииучебно-воспитательного процесса. Она является ориентиром и критерием дляопределения степени достижения конечных результатов процесса обучения. Будучиконкретной, точно сформулированной, она позволяет осуществить управлениеучебной деятельностью студента, своевременно решать вопросы успешностиобучения, его эффективности и качества результатов.
Основной целью системы высшего образования являетсяпрофессиональная подготовка специалистов высшей квалификации в соответствии ссоциальным заказом. Поэтому именно профессиональная деятельность специалистовзадает и определяет цели изучения всех учебных дисциплин, а значит исодержание, и структуру, и формы соответствующей учебной деятельностистудентов, готовящихся к этой профессиональной работе. Вот почему особоезначение приобретают сейчас исследования, направленные на изучениепрофессиональной деятельности и разработку «портрета» специалиста того илииного профиля. Практическим результатом таких исследований явилось создание ивведение в действие квалификационных характеристик специалистов с высшимобразованием. В характеристиках дается описание основных видов деятельностиспециалиста, его функциональных обязанностей, требований к его подготовке.Составление квалификационных характеристик является важным этапом в решениипроблемы формулировки целей подготовки специалиста и определения содержания егопрофессиональной деятельности [25]. Описание модели специалиста может быть выполненос различной полнотой, с различной степенью обобщения и с использованиемразличных терминов. Для совершенствования учебного процесса необходимы точно построенные модели, если неформализованные, то хотя бы в виде достаточно полного списка основных свойств,качеств и способностей специалиста[14].
Парадокс обучения заключается втом, что применять знания, полученные в институте, студенту придется через 4-6лет. Но в настоящее время при стремительном развитии науки и техники знаниятакже стремительно устаревают. Поэтому одной из целей обучения являетсянеобходимость дать студенту прочные фундаментальные знания, на основе которыхон смог бы обучаться далее самостоятельно в нужном ему направлении. Но прочныефундаментальные знания невозможно дать без анализа структуры учебного материала.
Приэтом, содержание подготовки специалиста должно строиться как комплекснаяцелевая программа, ориентированная на конечные результаты, а не как простаясумма независимых друг от друга дисциплин. Содержание каждой отдельнойдисциплины должно рассматриваться как органическая часть целостного содержаниявсесторонней подготовки специалиста определенного профиля. Из этого вытекаетнеобходимость строить содержание подготовки специалиста в целом как комплекснуюпрограмму [82]. Эта программа должна реализовывать синтез учебного планаподготовки специалиста. Осуществление такого подхода позволяет обеспечитьцелостность содержания обучения и интеграцию его составляющих на всех уровняхформирования, во всех формах его представления. Содержание, построенное на логикеобучения, становится методологическим и методическим средством достиженияпромежуточных и конечных целей подготовки специалиста.
Все содержание обучения представлено множествомдисциплин, изучаемых по данной специальности.
(1.SEQ ф. * ARABIC 1 1)
где m — количество изучаемых дисциплин поспециальности;
i-й дисциплины;
SO — содержание обучения.
Как известно, дисциплинарное построение учебного плана таитв себе некоторую опасность. Формирование у студентов независимых друг от другапредметных знаний затрудняет возможность пользоваться ими в дальнейшейпознавательной и профессиональной деятельности, которая требует от специалистовумения комплексного, интегрального применения знаний, полученных при изучениидисциплин в процессе обучения в вузе. В то же время, дисциплинарная структурасодержания подготовки специалистов обладает и большими достоинствами. Оналучше, чем какая либо другая, позволяет формировать у студентов систему научныхи профессиональных знаний и умений, полное представление о различных сторонахдействительности. Поэтому необходимо в рамках дисциплинарной структурыизыскивать пути и методы обеспечения комплексности, системности в изучениисложных структур и явлений, методы научно-обоснованной интеграции содержаниявсех дисциплин учебного плана в органически целостную систему содержанияподготовки специалиста в вузе [25].1.2.Анализ системы формирования учебных планов вузов.
Высшая школа как объектуправления представляет собой двухуровневую иерархическую систему: Министерствообразования и науки — вуз (см. рис.1.1). Верхний уровень иерархии решает задачисоответствия выпускаемых высшей
школойспециалистов структуре и объему общественных потребностей. Оно определяетсодержание образования, разрабатываетмодели личностей
Рис.1.1
специалистов разныхпрофилей, типовые учебные планы и программы по специальностям и т.д.[18].
Нижний уровень — вуз — обеспечивает соответствие выпускаемых специалистов системе основных требований,заложенных в директивных документах: моделях личности специалистов, типовыхучебных планах и программах.
В типовых учебных планах, утверждаемыхвысшими государственными органами народного образования, обозначаются:
·
·
·
·
·
·
·
·
·
На основе типовыхсоставляются рабочие планы учебных заведений. В них, с учетом спецификизаведения, детализируются все виды учебного процесса, в частности определяются:
·
·
·
·
Рабочие учебные планысоставляются ежегодно и вузам предоставляется возможность корректировать вопределенных пределах объемы изучаемых дисциплин, содержание и структуру образования. Такимобразом, вузам предоставляется достаточная свобода для улучшения качестваподготовки специалистов не только путем уточнения дисциплин, изучаемых в вузе,но и путем их оптимального расположения во времени.1.3.Анализ факторов, влияющих на качество подготовки специалиста.
Под качеством специалистов, выпускаемых вузами, будемпонимать некоторую систему свойств специалистов, которая определяет собой ихпригодность для удовлетворения общественных потребностей [2].
(1.SEQ ф. * ARABIC 2
где
Вуз обеспечивает соответствие выпускаемых специалистовсистеме основных требований, заложенных в директивных документах: моделяхличности специалиста, учебных планах и программах. Причем качество выпускаемыхспециалистов определяется качеством их подготовки. Проблемы качества подготовкиспециалистов, а также методы его оценки описаны в работах [14,25,33,38,62,71].По результатам этих работ можно сделать вывод, что основными факторами,влияющими на качество выпускаемых специалистов являются содержание и структураучебного материала, методы обучения и материально-техническая база процессаобучения.
На процесс осмысленного запоминания влияют такие факторы,как структура материала, образование ассоциативных связей между понятиями,частота использования понятий [52]. Но не только логичность изложения влияет назапоминание материала. Известно [62], что процесс усвоения и забыванияинформации можно представить в простейшем случае кривой, изображенной на рис. 1.1.
Восходящая ветвь кривой соответствует процессу восприятия,нисходящая — забывания. Время, соответствующее наибольшему объему информации,находящейся в памяти (Т) — это время окончания изложения материала. Сразу послеэтого начинается процесс забывания. Весь процесс описывается уравнением [62]:
(1.SEQ ф. * ARABIC 3
где l1 и l2 — параметры, зависящие от количества и качества ассоциативных связей истатистических характеристик забывания.
При t®∞функция j(l1,l2,t)®0,что соответствует полному забыванию информации по истечении достаточно большогопромежутка времени.
Важную роль в запоминании играетпериодическое повторение информации. Последнее происходит в ходесамостоятельной работы, на лабораторных и практических занятиях, а также принеоднократных ссылках лекторов на знакомый материал.
рис. 1.2
Опытным путем установлено [62],что материал успешно вспоминается, еслиj³0.7j0.Время, через которое в памяти остается меньший объем информации, зависит отпараметров информации, но ясно одно: чем меньше время между повторениямиинформации, тем прочнее усваиваетсяпройденный материал и новый материал на основе создания ассоциативных связей в пониманииобучаемого. Анализируя рис.1.2 можно заметить, что, если для изложения понятия jтребуетсяпонятие i, то вкакой-либо момент времени t2через время t1после изложения понятия iоно становится недоступно для восприятия, т.к. в памяти обучаемого осталосьменее 0,7 от первоначального объема информации.
Если существует однократноеповторение материала, то кривая будет иметь следующий вид, представленный на рис. 1.3.
рис. 1.3
рис. 1.4
При многократном повторении, врезультате образования устойчивых ассоциативных связей, кривая может бытьприблизительно аппроксимирована пунктирной кривой на рис. 1.4.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод: чемменьшим промежутком времени будут разделены связанные между собой понятия, темэто лучше для усвоения материала. 1.4. Модульныйпринцип построения учебного плана
Учебный план является основнымдокументом процесса обучения. Но учебныйплан не является только набором дисциплин, которые должны быть изучены заопределенный отрезок времени. Все учебные дисциплины, входящие в план, связанымежду собой, то есть в более поздних по времени изучения дисциплинахиспользуется информация из ранее изученных без ее конкретизации, т.е.предполагается, что обучаемый знает, какой смысл вкладывается в то или иноеопределение или понятие. Для более подробного рассмотрения структуры учебногоматериала дисциплины дробятся на более мелкие по объему единицы, которые обычноназывают модулями.
(1.SEQ ф. * ARABIC 4
где SD — содержание дисциплины;
Mj — j-й модуль дисциплины;
L — количество модулей в дисциплине.
Модуль, информационная базакоторого используется для последующего изучения других модулей, будем называть предкомпо отношению к этим модулям. Модуль, который использует информационную базуранее изученных модулей, будем называть потомком по отношению к этим модулям.
Следующие понятия вводятся изтеории графов. Ориентированный граф связности [52] можно разбить на слои. Слоем[34] называется множество вершин графа, таких, что никакие из них не соединенымежду собой дугами.
Так, граф, изображенный на рис. 1.5,имеет 5 слоев, как показано на рис.1.6.
1
5
6
7
8
4
2
3
рис. 1.5
1
7
5
6
8
2
3
4
I II III IV V
рис. 1.6
Контур- это ориентированный цикл [35]. Цикл — это замкнутая цепь, не имеющаяповторяющихся вершин, кроме начальной и конечной.
Кроме самого обозначения связиможно поставить ей в соответствие некоторый коэффициент Pij,который будет отражать тесноту связи между модулем-предком iи модулем-потомком j. Метод определения этогокоэффициента рассмотрен в главе II.
При описании всех связей мы будем иметь граф связностимодулей учебных дисциплин. При изложении всех этих дисциплин необходимо логичнорасположить их во времени так, чтобы модуль-потомок изучался по времени послеизучения всех модулей-предков. Это обуславливается способностью человеческой памятипрочно запоминать материал, если он понятен. Понятен же он может быть толькотогда, когда все используемые при изложении материала понятия известныобучаемому. Чтобы запомнить то или иное положение, необходимо связать его сдругим известным или новым содержанием, но в определенной последовательности.Повторение одного и того же материала без его ассоциативного расширения иуглубления приводит лишь к механическому запоминанию и требует многократногодублирования. Такое запоминание приводит к формальному, неглубокому приобретениюзнаний, без их понимания. Глубокие и прочные связи непременно требуютустановления связей и отношений на основе расширения и углубления сведений опредмете и соприкасающихся с нимобъектов изучения [5].
Кроме требования логичностиизложения учебного материала, к учебномуплану предъявляется множество других требований, которые можно разбить посмыслу на две части. Первая часть требований относится ко всем учебным планам идисциплинам, и они регламентируют временные рамки и интенсивность изучения,назначение контрольных точек. Вторая часть исходит из ГОСТов Министерстваобщего и профессионального образования и предъявляет требования к учебнымпланам по специальностям на объем определенных циклов дисциплин и назначениеконтрольных точек по отдельным дисциплинам.
Подготовка специалистов,отвечающих современным требованиям, влечет за собой непрерывное совершенствованиеучебных планов с тем, чтобы они всегда находились в наивысшем соответствии стребованиями к специалисту.
Эти изменения связаны с процессом дифференциации иинтеграции обучения. Дифференциация связана с увеличением педагогическойзначимости отдельных предметов. Она выражается в превращении некоторых учебныхдисциплин в курсы. Так, в свое время дисциплина «химия» превратилась в курс,состоящий из дисциплин «неорганическая химия» и «органическая химия».
Наблюдается и обратный процесс — интеграция. По мереуменьшения «удельного веса» отдельных дисциплин они могут исключиться из курсовили уменьшиться и войти в состав других дисциплин.
В настоящее время набор учебных курсов в учебных планахвузов по всей вероятности уже достиг своего верхнего предела. Поэтому введениенового курса или дисциплины должно сочетаться с сокращением других, но не путемизъятия их из образования, а путем объединения прежних компонентов на основе ихсодержательной интеграции.
Ярким примером дифференциации общего образования служитпоявление нового учебного курса основ информатики и вычислительной техники[37].
В настоящее время возможностиувеличения сроков обучения и объема учебного материала практически исчерпаны.Следовательно, проблема дифференциации учебного материала может рассматриватьсятолько в единстве с его интеграцией. Решение этой проблемы связано с анализом межпредметных связей [37].
Все эти изменения придаютгибкость учебному плану, возможность подстройки под изменяющиеся требования кспециалисту. Как оценить, насколько оправданной будет какая-либо замена? Дляэтого необходимо проводить соответствующие исследования. Исследования, проводимыев данной работе, опираются на исходные данные, получаемые от экспертов. Задачейэкспертов является определить для каждого модуля коэффициент значимости дляпрофессиональной деятельности специалиста и оценить тесноту связи междуучебными модулями. Отбор содержания можно производить различными методами.
Но учебный план долженхарактеризоваться известной стабильностью. Эту относительную стабильностьпридает ему основной костяк, представленный строго очерченным наборомфундаментальных наук, ведущих и профилирующих дисциплин, определяющих широкийпрофиль будущего специалиста и наименее подверженным коренным изменениям во времени.1.5. Современные методы разработки учебных планов1.5.1. Модульноеобучение.
Одним из методов составления учебных планов и программявляется организация модульного обучения. В последние годы в этом направлениисделано множество разработок [3,76]. Сущность модульного обучения заключается втом, чтобы максимально обособить отдельные блоки (модули) учебного материала.Каждый модуль при его изучении обеспечивает достижение некоторой дидактическойцели. Учебный материал, охватываемый модулем, должен быть настолько законченнымблоком, чтобы существовала возможность конструирования единого содержания изотдельных модулей без нарушения логичности изложения материала.
Модульное обучениепредусматривает максимум самостоятельной работы студента. Функции педагога притаком обучении все больше сводятся к консультативным.
Цель разработок,ведущихся в этом направлении — создание гибкого содержания обучения свозможностью замены отдельных модулей.
При модульном построении обучения предлагается следующаяметодика формирования содержания модулей. Строится граф логической структурыпредмета, в котором указываются не только внутрипредметные,но и межпредметные связи. Затем в отдельные учебныеэлементы, составляющие структуру модуля, выбираются полностью те темы из графалогической структуры, которые необходимы для изучения конкретного учебного элемента,что позволяет по возможности обеспечить его большую автономность, достичьполноты содержания в нем учебного материала. В связи с этим в содержаниеучебного элемента, кроме вышеуказанных тем, включаются и темы других предметов,на которые указали межпредметные связи [76].
Такое построение обучения имеет свои достоинства инедостатки. В качестве достоинств можно указать то, что достигаетсяопределенная гибкость обучения. Можно перемещать во времени отдельные блокимодули учебного материала без анализа их внешних связей, так как модулиявляются максимально обособленными и законченными структурами.
Значительным недостатком такой организации построениясодержания обучения является то, что в модули помещается информация, неотносящаяся непосредственно к изучаемой дисциплине. Причем, информация фундаментальныхнаук для данной специальности (вчастности, для инженерного образования — математика, физика и другиеобщетехнические дисциплины) может дублироваться несколько раз в различныхмодулях. Это, конечно же, положительно влияет на качество усвоения материала,но значительно сокращает общий объем учебного материала, который можнопреподнести студенту за срок его обучения в вузе. 1.5.2. Составлениеучебных планов вузов на основе дерева целей подготовки специалиста.
Одним из направлений работ в области совершенствованияподготовки специалистов в вузах является составление учебных планов вузов наоснове дерева целей подготовки специалиста [17,19,37,38,46,64].
Коротко о сущности метода. Метод реализуется на основепостроения дерева целей учебного процесса подготовки специалиста. Дерево целейимеет несколько иерархических уровней. Разные авторы предлагают строить иерархиюуровней по-разному. Приведем один пример [64].
Основные целиобучения — что должен знать и уметь выпускник вуза. Каждой цели ставится в соответствие одна илинесколько дисциплин учебного плана. Каждуюдисциплину, в свою очередь, можно разбить на темы.
Объем учебного плана в часах известен заранее, необходимонаполнить этот объем наиболее важным содержанием.
При условии, что осенний семестр содержит 18 недель,весенний — 17 недель, каждую дисциплину удобно делить на 17-часовые элементы.
Таким образом, дерево целей учебного процесса содержит триуровня:
— цели учебного процесса;
— разделы (блоки дисциплин) учебного плана;
— 17-часовые элементы.
Входными данными являются коэффициенты относительнойважности целей учебного процесса, а также веса целей второго уровняотносительно целей первого уровня. Исходя из этих данных, вычисляютсякоэффициенты относительной важности целей второго уровня, веса целей третьегоуровня относительно целей второго уровня и коэффициенты относительной важностицелей третьего уровня (17-часовых элементов), а также групповые веса элементовучебного плана.
Объем учебного плана в часах известен, можно перевести его вэлементы. Тогда, разместив элементы в порядке убывания групповых весов элементовучебного плана, нужно отобрать в учебный план R первых элементов, где R — объемучебного плана в элементах. Затем проводится экспертный опрос по связям междувыбранными в учебный план элементами.
При таком алгоритме работы не учитываются связи междумодулями. Связи между модулями, попавшими в учебный план, оцениваются послеотбора содержания, поэтому может проявиться информационная недостаточность дляизучения некоторых модулей, т.к. необходимые для них в качестве информационнойбазы элементы-предки могут иметь недостаточно высокий групповой вес.
Для разбиения учебного плана на семестры предложен следующийалгоритм.
Первый этап — удаление контуров в графе связей учебногоматериала (граф строится на основе экспертных оценок). Из контуров удаляютсядуги с наименьшим весом.
Второй этап — разбиение графа без контуров на слои.
Третий этап — размещение элементов учебного плана посеместрам. Алгоритм размещения: для первого семестра берутся элементы первогослоя, затем, при незаполненности семестра, в неговключаются элементы следующего слоя, такие, что сумма весов дуг, попавших водин семестр, минимальна. Сумма весов дуг считается штрафом, который нужноминимизировать. Если семестр переполнен, то элементы из него переносятся вследующий семестр по тому же правилу, т.е. переносятся те элементы, вес дугкоторых минимален.
В данной работе поставлена многокритериальная задача.Сначала производится отбор элементов в план по критерию максимального суммарногогруппового веса. Затем устанавливаются связи между отобранными в планэлементами и распределение элементов по семестрам осуществляется по критериюминимального суммарного штрафа за дуги из разных слоев, попавшие в одинсеместр, и за дуги одного слоя, попавшие в разные семестры.
В предложенном алгоритме расположения по семестрам элементовплана учебного процесса можно отметить следующие недостатки:
·
·
· учебного плана, а учитывается только их вклад в достижение цели(приобретение навыков). Тогда из учебного плана могут оказаться исключеннымимодули, которые имеют невысокие коэффициенты относительной важности длядостижения цели, но на них базируется изучение модулей-потомков. В этом случаесодержание учебных модулей все равно придется изложить, но при этом уменьшитсяотрезок времени на изучение следующих за ними модулей, что не можетблагоприятно сказаться на их усвоении.
· так как при соответствииинтенсивности изложения дисциплины максимально допустимой желательно, чтобысвязанные между собой элементы одной дисциплины попадали в один семестр. Приэтом временной разрыв между ними в неделях будет равен нулю. Чем теснее связьмежду элементами в этом случае, тем лучше усвоение материала.
· 1.5.3. Составление планов вузов на основе связей между модулями.
Алгоритмы оптимизации учебных планов на основе связей междумодулями рассмотрены в работах [10,16,26,46,50,51,57,67,68,78]. В этих работахзадача решается на объеме модулей, равном объему учебного плана.
В большинстве работ предлагается сначала на основе графасвязности учебного материала установить логичность изложения, т.е. порядокизучения учебных модулей. При этом для каждого модуля определяется временнойпромежуток возможного изучения. Затем по выбранному критерию оптимизации модулираспределяются по неделям.
Во всех перечисленных выше работах, кроме [26], связь междумодулями — величина логическая, т.е. фиксируется только наличие или отсутствиесвязи.
Для уменьшения размерности задачи использовались следующиеметоды усечения исходной информации:
·
· несущественных (или эквивалентных)путей [48,51];
· перекрещивающих слоиграфа [51].
В работах [48,51] предложен метод сокращения исходнойинформации на основе выбора существенных путей. Несущественным путем между двумямодулями называют путь, содержащий минимальное количество ребер графа. Т.е.если связи между модулями описаны следующим образом (рис. 1.7):
1
2
3
рис. 1.7
то путь между модулями 1 и 2, состоящий из одного ребра графа, считается несущественным и ребро 1-2 исключается из графа. При этом логичностьизложения материала сохраняется и для поставленной в работах задачи, а именно:установить порядок следования модулей с сохранением логичности изложенияматериала, такая трансформация графа не оказывает влияния на достижениерезультата.
Но для поставленной нами цели, а именно: логичноерасположение модулей и минимизация суммарной величины временных разрывов междумодулями с учетом тесноты связи между ними, такая постановка задачи непригодна, т.к. удаление из графа связей искажает картину передачи информации.
В работе [48] можно отметить следующие недостатки, которыезначительно сокращают область построения решения:
·
·
·
·
В качестве критерия оптимизации в работе предложено два критерия.
Критерийминимизации временных разрывов между разделами:
(1.SEQ ф. * ARABIC 5
где n — число разделов,
l(i,j) — длина дуги между раздел