Структура учебных планов и стратегия создания интеллектуальной системы «Учебный план» по направлениям подготовки на экологическом факультете

СТРУКТУРА УЧЕБНЫХ ПЛАНОВ И СТРАТЕГИЯ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ «УЧЕБНЫЙ ПЛАН» ПО НАПРАВЛЕНИЯМ ПОДГОТОВКИ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ФАКУЛЬТЕТЕ

В.Н. Зыков, М.А. Некрасова

Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Подольское шоссе, 8/5, 113093, Москва, Россия

Формирование открытого общеевропейского пространства высшего образования — одна из актуальных проблем в международных отношениях. Интеллектуальные системы (ИС) анализа и разработки учебных планов подготовки специалистов позволяют ускорить этот процесс. Применение ИС не противоречит традиционной системе формирования учебных планов, а позволяет уточнить содержание учебных дисциплин и формализовать процесс его формирования.

Экологический факультет Российского университета дружбы народов один из первых факультетов, начавших в. 1992 году подготовку экологов для России и зарубежных стран. В составе факультета работают 7 кафедр и самостоятельный курс. Все кафедры и курсы факультета являются выпускающими.

Первый учебный план подготовки специалистов-экологов был разработан экологическим факультетом и утвержден Министерством образования РФ в 1991 году и практически полностью вошел в состав Государственного образовательного стандарта первого поколения.

За прошедшие годы на факультете были подготовлены 450 специалистов, в том числе 309 бакалавров и 141 магистр. Более половины из них получили сертификаты и дипломы переводчиков.

В настоящее время на факультете обучается 411 студентов, в том числе в бакалавриате и по программам подготовки специалистов — 330 студентов, в магистратуре — 81 студент.

Обучение студентов осуществляет профессорско-преподавательский состав из 88 человек, из них: 33 доктора наук, профессора; 37 кандидатов наук, доцентов; 18 преподавателей без ученой степени; 20 преподавателей являются действительными членами и членами-корреспондентами различных академий наук.

Государственным образовательным стандартом (ГОС) высшего профессионального образования РФ по направлению 511100 — «Экология и природопользования» определены требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки бакалавра по указанному направлению.

Принципу построения ГОС в наибольшей степени соответствует система ECTS, в которой начисляемое количество кредитов отражает общую нагрузку студента, включая аудиторную нагрузку (лекции, практикумы, семинары), самостоятельную работу, все виды работ по проверке знаний, все виды практик и итоговую аттестацию. При этой системе за полный академический год очного обучения начисляется 60 кредитов.

Кредиты начисляются за все виды обязательной учебной нагрузки, предусмотренные в ГОС, а именно:

- учебные дисциплины, включая все виды контроля (контрольные работы, коллоквиумы, рефераты, зачеты, экзамены, курсовые работы);

- практики;

- итоговая аттестация.

Нормативный срок подготовки бакалавра составляет 4 года. Таким образом за весь период обучения студент должен получить 240 кредитов.

В соответствии с этим общая нагрузка, соответствующая 240 кредитам, равна нормативному сроку обучения (4 года = 208 недель), за вычетом продолжительности каникул — 30 недель, итого, 178 недель обучения.

Нормативная трудоемкость учебных дисциплин, практик, итоговой государственной аттестации, установленные в ГОС, можно рассматривать как кредиты, но выраженные в академических часах общей нагрузки.

Составление проекта учебного плана по направлению 511100 — «Экология и природопользование» с использованием кредитно-модульной системы подготовки специалистов базировалась на основных положениях, установленных ГОС и реализованных в учебном плане экологического факультета.

Кредиты, отражающие трудоемкость факультативных дисциплин, не входят в нормативное количество кредитов, равное 240.

При определении соотношения кредита и общей трудоемкости исходили из положений, установленных ГОС.

Следует отметить, что в общее число часов, установленных ГОС, не включена трудоемкость подготовки выпускной работы и итоговой государственной аттестации. Продолжительность подготовки выпускной работы и итоговой государственной аттестации установлена ГОС и составляет 6 недель. В ГОС (п.5.3.) установлен максимальный объем учебной нагрузки студента — 54 часа в неделю, включая все виды его аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) учебной работы, следовательно, сюда могут быть отнесены и работы, связанные с подготовкой выпускной работы и итоговой государственной аттестацией студента.

Исходя из этого, трудоемкость подготовки выпускной работы и итоговой государственной аттестации составит 6 недель по 54 часа в неделю, что равно 324 часам.

Следовательно, общая трудоемкость подготовки бакалавра по направлению 511100 — «Экология и природопользование» составит

8298 + 324 = 8622 часов.

Ранее отмечалось, что принципу построения ГОС в наибольшей степени соответствует система ЕСТБ, при которой за полный академический год очного обучения начисляется 60 кредитов, а при нормативном сроке подготовки бакалавра, составляющем 4 года за весь период обучения, студент должен получить 240 кредитов.

Следовательно, нагрузка, соответствующая одному кредиту, может быть получена из соотношения числа академических часов учебного плана к числу кредитов, принятого в системе ЕСТБ:

8622 : 240 = 35,9 академических часа.

Таким образом, один кредит соответствует нагрузке в 35,9 академических часа или после округления до целого числа — 36 академических часов.

Основные характеристики учебного плана приведены в табл. 1 и в целом соответствуют требованиям ГОС.

Таблица 1

Основные характеристики учебного плана

Показатель Единица измерения Кол-во В % от аудиторной нагрузки

Продолжительность теоретического обучения недель 138

Продолжительность сессий недель 16

Продолжительность практик недель 18

Продолжительность подготовки выпускной работы недель 4

Продолжительность итоговой государственной аттестации недель 2

Учебная нагрузка (общая учебная нагрузка) час/нед. 53,1

Учебная нагрузка (общая аудиторная нагрузка) час/нед. 31,1

Аудиторная нагрузка, в том числе: часов 4302 59

лекции часов 1863 43

лабораторные работы часов 1230 29

практические занятия часов 1131 26

самостоятельная работа часов 3024 41

Всего за период теоретического обучения часов 7326

Трудоемкость практик часов 972

Итоговая государственная аттестация часов 324

Итого 8622

Следующим этапом работы над проектом учебного плана с использованием кредитно-модульной системы подготовки было формирование модулей — групп дисциплин, которые студент должен изучать:

а) обязательно и строго последовательно;

б) обязательно, но, возможно, непоследовательно;

в) по выбору студента.

Формирование модулей являете^ наиболее важной частью учебного плана, поэтому оно было осуществлено на основе экспертной оценки профессорско-преподавательским составом экологического факультета.

Следующим этапом в формировании проекта учебного плана были работы, связанные с переводом трудоемкости учебных дисциплин, выраженных в академических часах, в трудоемкость, выраженную в кредитах.

Следует отметить, что в ГОС по направлению 511100 — «Экология и природопользование» нормативная трудоемкость теоретического обучения не учитывает трудоемкости экзаменационных сессий.

Поэтому после предварительного расчета соотношения трудоемкости, выраженной в часах, к трудоемкости, выраженной в кредитах (1 кредит = 36 академических часов), было учтено перераспределение кредитов между дисциплинами, по которым предусмотрен экзамен. Это позволило учесть трудоемкость экзаменационных сессий.

Перераспределение трудоемкости по соответствующим дисциплинам было выполнено в соответствии с рекомендациями, разработанными Учебнометодическим управлением Университета.

Поправки, учитывающие трудоемкость подготовки к экзамену (Апд ), вычисляют по формуле :

х пп

Ч. = • <*>

Iпд

где Пэкз — количество кредитов, соответствующее трудоемкости экзаменационных сессий;

гПд — сумма трудоемкостей освоения всех учебных дисциплин, по которым предусмотрен экзамен;

Пд — трудоемкость освоения дисциплины, для которой вычисляют поправку.

Анализ проекта учебного плана после проведенных расчетов показал, что в нем произведены перемещения некоторых дисциплин из циклов ОПД и СД в ГСЭ, что, на наш взгляд, оправданно тем, что эти дисциплины отвечают содержанию дисциплин гуманитарного и социально-экономического цикла.

Основные характеристики учебного плана приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики проекта учебного плана

Цикл дисциплин Группы дисциплин Число кредитов В % от общего числа кредитов

ГСЭ Гуманитарные и социально-экономические дисциплины 49 20%

ГСЭ Дисциплины, изучаемые обязательно и последовательно 29 12%

ГСЭ Дисциплины, изучаемые обязательно и не последовательно 15 6%

ГСЭ Дисциплины по выбору 5 2%

ЕН Общие математические и естественнонаучные дисциплины 61 25%

ЕН Дисциплины, изучаемые обязательно и последовательно 42 18%

ЕН Дисциплины, изучаемые обязательно и не последовательно 14 6%

ОПД Общепрофессиональные дисциплины направления 69 29%

ОПД Дисциплины, изучаемые обязательно и последовательно 43 18%

ОПД Дисциплины, изучаемые обязательно и не последовательно 23 10%

ОПД Дисциплины по выбору 3 1%

СД Специальные дисциплины 21 9%

СД Дисциплины, изучаемые обязательно и последовательно 7 3%

СД Дисциплины, изучаемые обязательно и не последовательно 8 3%

СД Дисциплины по выбору 6 3%

Итого 200 83%

Практики 30 13%

Итоговая государственная аттестация

Государственный экзамен 5 2%

Подготовка и защита вылускнЬй работы 5 2%

Всего 240 100%

В результате работы над учебными планами было выявлено следующее:

1. Специфика кафедр факультета в недостаточной мере отражена в дисциплинах по выбору студента. При подготовке бакалавров специализация не предусмотрена, но при этом выпускные работы бакалавры готовят с учетом специализации соответствующей кафедры.

2. Анализ учебных программ дисциплин показал, что некоторые учебные дисциплины, изучаемые студентами на старших курсах, в недостаточной мере обеспечены учебным материалом базовых дисциплин, что приводит к необходимости дополнения материала специальной дисциплины материалом базовой дисциплины.

3. Внесение таких изменений в учебный план позволит студенту в период обучения в бакалавриате освоить из числа дисциплин по выбору ту часть дисциплин, которая будет необходима ему при дальнейшем обучении в магистратуре, т.е. выбрать соответствующую «траекторию» обучения.

Для устранения этих недостатков в настоящее время на факультете осуществляются работы по внесению дополнений в группу дисциплин по выбору и корректировке учебных программ.

На основе проекта стабильного учебного плана был разработан проект рабочего учебного плана с разделением учебных дисциплин по годам обучения. На основании проекта рабочего учебного плана разработан проект индивидуального учебного плана студента для 1-го года обучения.

Составление индивидуального учебного плана студента должно осуществляться тьютором факультета, который при формировании этого плана должен учитывать значительное число таких факторов как последовательность изучения дисциплин, предполагаемую специализацию студента в магистратуре, формирование числа кредитов на один учебной год с учетом пожеланий студентов и т.д.

Новая организация учебного процесса потребовала опережающего развития интеллектуально-информационной среды факультета.

Анализ имеющихся информационных ресурсов показал, что данные, необходимые для создания полноценной интеллектуальной системы, многочисленны и неоднородны. В существующей информации слабо выражены взаимосвязи между различными параметрами учебного плана (трудоемкость, аудиторная нагрузка, повторяемость тем, расположение дисциплин по семестрам, последовательность и т.д.) и эффективностью процесса запоминания и активного, контекстного использования полученных знаний. Слабо выражена зависимость между формированием и выбором учебного плана и дальнейшим эффективным использованием полученных знаний выпускником.

Для формализации процесса оптимизации индивидуальных учебных планов студентов, обеспечения возможности выбора студентом индивидуальной траектории обучения, контроля над содержанием этих планов, количеством кредитов и их экспертной оценки факультетом отрабатывается методика анализов учебных планов и содержания входящих в них учебных дисциплин с позиций статистической теории обучения и контроля знаний, с созданием на ее базе интеллектуальной системы анализа и разработки учебных планов (ИС «Учебный план») с использованием стандартного программного обеспечения (рис.1).

Методика основана на корреляционном и многофакторном анализе учебных планов и содержания входящих в них учебных дисциплин с использованием законов когнитивной психологии (методики прогноза запоминания и

Структурирование учебных планов и выявление значимых компонентов

Ті

о

Изучение и описание учебных планов с позиций статистической теории обучения и контроля знаний

тт

Анализ, обобщение и систематизация содержания учебных планов и дисциплин, определение функциональных зависимостей между процессом обучения и формированием профессиональных навыков с позиций математической теории обучения

Создание электронных баз данных по учебным планам и дисциплинам

Интеграция электронных баз данных в рамках экспертной системы с целью их дальнейшего обновления и корректировки

Проверка и корректировка методики

Рис. 1. Алгоритм анализа учебных планов

определения актуального объема усвоенного человеком информационного материала) и современных информационных технологий. Для реализации этой методики осуществляются работы по расчету коэффициентов пропорциональности и интегральных показателей весового вклада дисциплин, оценочные матрицы и ранжирование дисциплин по вкладу и их месту в учебном плане экологического факультета. Реализация методики позволяет структурировать знания об учебном процессе и дать им количественную характеристику.

В общем виде структурно-фукнциональная схема интеллектуальной системы формирования учебных планов‘приведена на рис. 2.

Для формирования учебных планов и групп ИС «Учебный план» должна решать следующие классы задач:

- контроль за успеваемостью и выполнением индивидуальных учебных планов;

- идентификация опасных учебных ситуаций;

- прогнозирование развития этих ситуаций;

- корректировка учебных программ для повышения уровня подготовки;

- корректировка учебных планов для повышения уровня подготовки;

- управление процессом обучения на основе механизмов обратной связи.

БД «Учебные планы»

БД «Учебные дисциплины»

&

а

£ і 9 і

зі * * 5

щ

5

5

§

а

БД «Успеваемость»

БД «Студент»

БД «Учебные группы»

База «Метаданных»

Блок ввода нечисловой и ин-

тервальной информации об ез

учебном плане СО К

Блок ввода нечисловой и ин-

тервальной информации об Эч я

учебных дисциплинах 3

Блок ввода нечисловой и ин- 5

тервальной информации по >8 І

результатам контроля знаний м *

Блок селекции допустимых ко «5 о **

векторов коэффициентов «

Блок оценки коэффициентов 2 Р

отдельных показателей 5

Блок синтеза и анализа свод- 3

ных показателей с

Блок вывода и визуализации результатов анализа учебных планов

Рис. 2. Структурно-функциональная схема интеллектуальной системы

«Учебный план»

Решение этих задач возможно путем интеграции в системе соответствующих подсистем. Каждая подсистема концентрирует в себе знания экспертов, необходимые для решения поставленной перед нею задачи.

Для хранения экспертных знаний применяется «база данных» с надстройкой из «базы знаний», которая содержит информацию об учебных дисциплинах и их программах, стабильных и рабочих учебных планах, студентах, методах оценки успеваемости, о законах когнитивной психологии и т.д. Особенностью «базы знаний» является то, что ее структура (в отличие от структуры обычных баз данных) позволяет вести поиск информации «разумно», исключая заведомо ложные ветви рассуждений. В этом случае операции СУБД по хранению данных и доступа к ним выступают как операции нижнего уровня, а на более высоких уровнях находятся специально разработанные операции над знаниями. Механизм работы с «базой знаний», реализованный в ИС, позволяет системе автоматически получать новые знания на основе входных данных и дополнять ее новыми закономерностями. Такой подход возможен, так как знания хорошо структурированы и могут быть описаны конструкциями вида «параметр значение» или простыми правилами «если то».

Для обмена информацией с внешней средой ИС «Учебный план» включает в себя подсистему общения, выполняющую следующие функции: ведение диалога с пользователем, выдача объяснений о ходе рассуждений системы, осуществление связи с внешними базами данных и подключаемыми модулями, ведущими сбор информации в реальном времени. Эта подсистема в ИС выделяется тем, что используются специально разработанные наводящие вопросы для получения требуемой информации, т.к. пользователь зачастую слабо знаком с предметной областью знаний, требуемых ИС.

Для обработки качественной информации об учебных дисциплинах, программах и учебных планах, применяются методы математики нечетких множеств, позволяющие количественно оценивать такие значения.

Основной проблемой, возникающей при работе ИС, является выбор и оптимизация комплекса учебных планов, дисциплин и их программ с учетом технических и социально-экономических факторов. Разработанный нами алгоритм дает возможность решить эту проблему.

В общем случае, процесс подготовки специалиста-эколога может быть представлен в виде комплекса учебных дисциплин и мер по контролю за успеваемостью и выполнением учебного плана для эффективного управления учебным процессом.

Учебный процесс может быть описан конечным количеством параметров (учебные планы, дисциплины, программы, успеваемость и др.). Эти параметры можно представить в виде множества Ы, где каждому члену множества присваивается определенное значение. В данном случае конечный результат подготовки специалиста или бакалавра можно описать множеством параметров ^.Множество У состоит из конечного количества параметров, значения которых выбираются в зависимости от выбранной студентом специализации. Множество 1Я1 содержит все члены множества N. В ЛГ также могут содержаться другие параметры, описание которых необходимо для учета влияния технологий обучения на качество учебного процесса.

Все учебные дисциплины и их программы можно представить в виде множества Д каждый член которого Л/ описывает определенную программу. Учебная дисциплина и ее программа Ш воздействует на различные параметры из множества N и изменяет N до N промежуточного между А^и Л^.

Для формирования учебного плана, описываемого множеством N необходимо использовать п учебных дисциплин Ш таким образом, чтобы их сумма равнялась N (рис. 3):

В идеальном случае всегда можно подобрать такой комплекс учебных дисциплин, при котором задача решается.

В реальной ситуации существует ряд ограничений:

— отсутствуют обучающие программы, позволяющие подготовить эколога до требуемого уровня;

— некоторые учебные дисциплины не обеспечены учебными программами базовых учебных дисциплин;

— минимальное экономически приемлемое качество обучения.

Эти ограничения решаются при работе ИС «Учебный план» в несколько этапов.

1. Определяется множество параметров Лг. Это множество отражает тот уровень подготовки специалиста, которого требуется достигнуть после завершения обучения.

2. Выбирается критерий, разделяющий множество N и ]У'на 2 части: и

1^р) и (ТУ^и ЛГ^*). Множество Ыр выбирается в зависимости от выбранной студентом специализации. Множество Мр содержит учебные дисциплины, изменение программ которых и их обеспеченности важно для дальнейшего обучения. Полученный в ходе работы ИС комплекс учебных дисциплин и их программ должен гарантировать изменение Ир до состояния И'р. Множество Л^содержит те учебные дисциплины и программы, изучение которых желательно, но не обязательно при дальнейшей подготовке и работе специалиста.

3. Все учебные дисциплины, их программы и обучающие технологии из К систематизируются по показателю Г<ц. — интегральный показатель эффективности запоминания и усвоения студентом учебного материала.

4. Учебные дисциплины и их программы систематизируются по вкладу и приоритетам в учебном процессе.

5. Каждой учебной дисциплине присваивается ранг, зависящий от ее принадлежности к блоку дисциплин в учебном плане факультета и ее обеспеченности базовыми дисциплинами.

6. Используя /ух ИС может выбрать из множества К несколько — п дисциплин Лр. Дисциплины из множества Я? позволяют изменить программы учебных дисциплин из множества Ыр до требуемого уровня ЛГ-Р Далее, для подготовки специалиста к изучению специальных дисциплин Яр система выбирает несколько — «'дисциплин подготавливающих студента к изучению Яр. Для окончательной подготовки специалиста-эколога до состояния

ИС выбирает несколько — п" дисциплин ЯАГ. Эти учебные дисциплины включаются в учебный процесс и изменяют, если возможно, профессиональную подготовку специалиста до уровня №. В результате уравнение (2) преобразуется с систему уравнений.

Блок-схема ИС «Учебный план» представлена на рис.4.

Приведем краткое описание работы ИС. Данные о студенте и требуемой специализации вводятся в ИС пользователем в начале работы. Система проверяет достоверность этих данных и-дополняет их с помощью БД «Студент» и «Успеваемость» или подключаемых модулей. Собранные данные анализируются с целью определения оптимального комплекса курсов по выбору и прогнозированию успеваемости.

Результаты анализа используются при принятии решения о комплексе учебных дисциплин индивидуального учебного плана. Прогноз запоминания материала и анализ актуального объема усвоенного учебного материала влияет на принятие решения о формировании индивидуального учебного плана или его корректировке. ИС предусматривает создание и корректировку учебных планов по подготовке специалистов экологов, формирование учебных и рабочих групп и контроль успеваемости. Выбранные курсы по выбору и базовые дисциплины интегрируются в индивидуальный учебный план с целью повышения качества обучения и снижения затрат на подготовку специалиста. Для контроля и управления процессом обучения в системе предусмотрены механизмы обратной связи, позволяющие по данным текущего мониторинга успеваемости учащихся вводить поправки в ход обучения.

Таким образом, при возможности полного изучения всех дисциплин УП создается комплекс мер, направленных на это. При наличии каких-либо ограничений (психологических, технических, экономических и пр.) работа ИС направляется на изучение дисциплин наиболее значимых для дальнейшей работы специалиста, остальные курсы по выбору изучаются по возможности или самостоятельно.

Выбор пользователя Ввод данных

Выбор специализации

I

Выбор обеспечения из БД обязательных дисциплин

I

Бакалавры,

специалисты

Выбор специальных курсов в рамках специализации

Деканат,

тьютор

Идентификация пользователя. Проверка и дополнение введенных данных

Выбор специальных курсов в рамках других специализаций

Выбор специальных курсов в рамках учебных дисциплин ГСЭ, ЕН и ОПД

Проверка ИУП на оптимальный уровень запоминания

Ж

Анализ учебных планов

Корректировка учебных планов

База знаний 4'

Л 4

11

11

і І 11

\ /

Контроль успеваемости

і

Формирование индивидуального учебного плана

Вывод

Учебные планы

Учебные группы

Корректировка

ИУП

Вывод ИУП

Рис. 4. Блок-схема ИС «Учебный план»

Интеграция тестирующих программ в ИС «Учебные планы» позволит получить наиболее полные и достоверные данные об успеваемости и выполнении индивидуального учебного плана.

Предлагаемая ИС может использоваться для анализа и прогнозирования применения учебных программ, планов и технологий и поддержки принятия решений по подготовке специалистов экологов в соответствии с выбранной

специализацией. Наличие обратной связи позволяет контролировать ход обучения студента и, при необходимости, вводить поправки в этот процесс.

Такой подход к формированию индивидуальных учебных планов с использованием системы кредитов позволяет формализовать экспертную оценку учебных планов, дать математическое обоснование весового вклада учебных дисциплин и разработать алгоритм выбора необходимых дисциплин для формирования их содержания и обеспечения соответствующих знаний навыков и умений выпускника.

Применение такой методики не противоречит традиционной системе формирования учебных планов, а позволяет уточнить содержание учебных дисциплин и формализовать процесс его формирования.

С нашей точки зрения такая методика позволит повысить эффективность учебного процесса, а также сформировать индивидуальный учебный план студента с учетом его дальнейшей профессиональной специализации.

Такой подход к формированию учебных планов может быть реализован на всех естественнонаучных факультетах Университета при их переходе на организацию учебного процесса с использованием системы кредитов.

STRUCTURE OF CURRICULA AND STRATEGY OF CREATION IS "CURRICULUM" ON DIRECTIONS OF PREPARATION IN ECOLOGICAL FACULTY

V.N. Zykov, M.A. Nekrasova

Ecological Faculty, Russian Peoples ’ Friendship University,

Podolskoye shosse, 8/5, 113093, Moscow, Russia

Formation of open European space of higher education is an actual problem in the international relations. Intellectual systems (IS) of the analysis and development of curricula of preparation of experts allow speeding up this process. Application IS does not contradict traditional system of formation of curricula, and allows to specify the contents of subject matters and to formalize process of its formation.