Моделирование и синтез обучающей среды в многокритериальной задаче оптимизации

УДК 65.014.1

В.А. Петраков, Ю.С. Чусова, О.В. Караман, О.В. Г раецкая, Н.С. Пономарева,

..

МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ ОБУЧАЮЩЕЙ СРЕДЫ В МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ЗАДАЧЕ ОПТИМИЗАЦИИ

Приведена процедура построения образовательной среды, адаптированной к профессиональным компетенциям, как нахождение эффективного множества решений многокритериальной задачи оптимизации. Критериями синтеза модели приняты капитализация образования и стоимость знания. Практическая реализация осуществлена в виртуальной среде, позволяющей с помощью матриц связи компетенций и блоков дисциплин формировать программы подготовки и переподготовки специалистов в области менеджмента в технике и технологий. Обучающая среда является открытой, адаптируемой и может быть дополнена новыми модулями и использована для генерации новых учебных программ.

Образовательная среда; компетенции; синтез; образовательная программа; адаптация; многокритериальная оптимизация.

V.A. Petrakov, Y.S. Chusova, O.V. K'araman, O.V. Graeckaya, N.S. Ponomarev,

Yu.A. Poceshkovskaya

SIMULATION AND SYNTHESIS OF LEARNING ENVIRONMENT IN A MULTI-CRITERIA OPTIMIZATION PROBLEM

The article describes the procedure _for constructing the learning environment, tailored to professional competence, as _ finding an effective set of solutions of multiobjective optimization problem. The criteria for the synthesis of the model adopted by the capitalization of education and the value of knowledge. Practical implementation carried out in a virtual environment that enables the connection matrix of competencies and disciplines to _ form blocks of training and retraining of specialists in the _field of management in engineering and technology. Learning environment is open, adaptable and can be supplemented with new modules and used to generate new training programs.

The educational environment; competences; synthesis; educational program; adaptation; multi-criteria optimization.

В основе прогнозов будущего обычно лежит теория русского экономиста

Н. Кондратьева, основоположника теории больших циклов экономической конъюнктуры (кризисы длинной волны). В соответствии с ней в основе экономического развития лежит смена технологических укладов. Существует естественный цикл развития макротехнологии. В начале - развитие фундаментальной науки, идей, которые могут получить практическое воплощение, подготовка кадров, ор-

- , , -во и начало реализации появившихся возможностей и, наконец, диффузия появившихся инноваций во всю техносферу и экономическую систему. Длительность всего цикла составляет 30-45 лет.

, , , кардинально зависят от фазы развития рассматриваемой конкретной отрасли, в которую проникают инновации.

В инновационном секторе образования, где создается и используется новое, приходится прогнозировать и планировать профессиональные компетенции с горизонтом в несколько десятилетий. Это требует совершенно других стратегий, алгоритмов и кадров.

Сегодня в современном мире осуществлен грандиозный переход к информационным технологиям, сетям, применению компьютерных методов в сфере решения инженерных и экономических задач. Усматривается четкая тенденция в форми-

ровании новой уникальной отрасли - сектора экономики, который стремительно прогрессирует в развитии и приобретает все большую значимость. Эта область, прежде всего, связана с интеллектуальным продуктом.

Сейчас весь мир готовится к технологическому скачку (судя по прогнозам, это будет происходить в 2014-2018 гг.).

Именно сейчас решается, какие отрасли, страны, регионы, корпорации станут ведущими и в соответствии с этим, какие специалисты будут востребованы в этот .

, ,

специалистов сегодня занимаются все, кому не лень. Действительно разрабатываются и применяются множество новых инструментальных средств и приемов организации образовательной среды. Это и объединение секторов академической и прикладной науки с высшей школой. В этом случае выявляются проблемы, возникающие при создании и функционировании научно-обр^овательных комплек-,

, -

но-обр^овательными комплексами, разрабатываются предложения по совершенствованию действующей нормативно-правовой базы.

При создании научно-обр^овательных комплексов используются различные модели их "корпоративной" организации. Наиболее предпочтительными являются адаптированная к условиям конкурентной среды инновационная модель "самораз-

" - ( . ), -

( . ), -( . ). , -дая из моделей сконцентрирована на описании и исследовании интеграционных , -комплекса. В зависимости от роли, играемой конкретным структурным элементом в корпоративной системе, включаются те или иные механизмы интеграции, используются соответствующие модели организации.

, , работу, какие надо применить инструменты и технологии для ее выполнения, но, к нашему несчастью, не знаем, что это за работа и на достижение каких целей она должна быть направлена.

Рассмотрим прогнозируемые профессиональные компетенции, исходя из задач VI технологического уклада (2014-2018 гг.).

Локомотивными отраслями рождающегося VI технологического уклада, вероятно, станут нанотехнологии и возможные их применения (медицина, бионика, робототехника, агротехника, передача и преобразование информации, компьютеры, энергетика, нанотехнологический бизнес, «интеллектуализация» производства и др.), биотехнологии, робототехника, высокие гуманитарные технологии, новая медицина, новое природопользование, безопасность техносферы (в том числе про), , -, . том, что являются наукоемкими, т.е. высокими технологиями, проблемы развития которых непосредственно связаны, а зачастую и определены возможностями ин-

.

Принцип инновационного развития обучающей среды (ОС) заключается в изменении ее состояния на основе принятия решения о проектировании новых свойств специалиста в результате полученной информации о состоянии рынка .

Исходя из общего представления об энтропии и неупорядочности управляе-

,

управления образованием может быть представлена в виде [2]:

-Г

1 - Б0ЕІ0

где Е - эффективность ОС; Етах - эффективность идеальной ОС; В - неупорядоченность; I - количество рабочей информации; 10 - постоянная величина, характеризующая количество начальной информации.

, , свойствах и количестве специалистов на рынке может стать основой для реализации сформулированного принципа инновационного развития ОС.

Возможны три вида алгоритмов изменения состояния ОС.

1.

свойствам удовлетворяют требованиям рынка. Управляющее воздействие в этом случае должно быть сформировано из условия приведения количества выпускников в соответствии с запросом рынка. Это достигается путем введения рабочей информации об этом параметре в форме задания на прежнюю управляемую образовательную систему. Такая связь исключает выпуск невостребованных специалистов, а, следовательно, повышает эффективность образования в целом.

2.

свойствам не удовлетворяют требованиям рынка. Это соответствует слу-, -. -

грузка образовательной системы снижается, что в перспективе может повлечь ее полную остановку. Выходом из этой ситуации может стать изменение состояния ОС-системы в результате приведения свойств специали-

ста в соответствие с требованиями рынка. Таким образом, необходимо сформировать управляющие воздействия на основе новой рабочей информации о востребованных компетенциях специалиста на рынке труда. Появляется дополнительная гибкая обратная связь, включающая элементы формирования новых компетенций специалиста: принятие решения об из, -

, .

3. Создаваемые в процессе образования компетенции специалиста уже не . -

ние состояния образовательной системы в результате принятия решения о подготовке специалиста с новыми, востребованными компетенциями. Этот принцип реализуется введением в структуру управления образованием постоянно действующей обратной связи, включающей элементы формирования новых компетенций: принятие решения о подготовке специалиста с новыми компетенциями, проектирование новой ОС, реализация ее

( . 1).

,

по крайней мере двух инновационных связей: кратковременную гибкую, обеспечивающую формирование дополнительных компетенций специалиста, и постоян-

но действующую, направленную на подготовку специалиста с новыми, востребованными рынком труда компетенциями. Обе эти связи содержат функционально одинаковые элементы принятия решений, основным из которых является проекти.

Целью работы является синтез инновационных моделей, адаптированных к прогнозируемым профессиональным компетенциям VI технологического уклада, обеспечивающим устойчивость и управляемость образовательной среды в целом.

Рис. 1. Функциональная схема ОС

Для достижения сформулированной цели необходимо решить следующие задачи:

♦ определить обобщенную динамическую модель образовательной среды ОС, как наиболее полно представляющую взаимодействие во времени всех ее элементов и инновационные связи, образующие условия адаптации ОС к профессиональным компетенциям;

♦ разработать прин цип адаптации ОС, позволяющий синтезировать иннова-

, ;

♦ разработать методику синтеза модели ОС на основе решения многокритериальной задачи оптимизации [2].

Обобщенная динамическая модель ОС (рис. 2) строится путем определения процессов в пространстве состояний векторными дифференциальными уравне-:

х = A(t ) • х + B(t ) • v,

у = C(t ) • х.

Рис. 2. Обобщенная динамическая модель ОС

Здесь Хь х2, х3 - векторы переменных состояния инвестора, самой ОС и рынка труда

- матрицы, определяющие связи входа системы v с различными переменными состояния х, с выходом системы у [2].

В отличие от ранее рассмотренных динамических моделей здесь выходы элементов А и В представляются входами В и С соответственно, а выходом ОС в целом - y(t). Построенная таким образом обобщенная модель ОС позволила показать, что достигаемая практически всегда устойчивость, управляемость и наблюдаемость каждого объекта в отдельности, не определяют необходимые и достаточные условия устойчивости, управляемости и наблюдаемости системы в целом.

Постановка задачи синтеза ОС. Пусть ОС описывается векторным дифференциальным уравнением (1), определенным в области L(x(t),V(t))>0 пространства вектора состояния х(хь, х2,...х„) и вектора связей v(vb, v2,...vm), te [t0,T].

Задан класс допустимых моделей Vдля вектора v(vb,v2,.vm), принимающего L > 0,

с компонентами

I

Ii(v) = Fi(x(t), v(t), t) (i = 1,...,n).

Для вектора x(t) заданы граничные условия

x(to) = Xo, x(T) = Xt,

где число Т не является фиксированным.

Определим задачу синтеза ОС. Пусть нам удалось получить динамическую модель системы в форме уравнения в пространстве состояний (1). Найдены граничные условия (4), а также определен векторный функционал в виде (2) и (3) с ограничениями на компоненты и класс допустимых моделей V. Требуется опре де-

У- ^ к*

о допустимых моделей, или

V= {v (t, It): I(v ) - 1Ю <Mh іітЄ Цю — M^ IoJJ.

Здесь И, >0 - заданные числа, а 1Ю - оптимальные значения скалярных функционалов (3), определенные с помощью известных методов.

Нахождение (5) предполагает решение следующих основных задач:

♦ формирование крите рия эффективности ОС;

♦ построение динам ической модели ОС;

♦ построение динамической модели рынка компетенций;

♦ нахождение множества допустимых моделей на основе решения многокритериальной задачи оптимизации;

♦ формализацию координирующего правила, позволяющего выбрать эффективную модель из множества допустимых.

Критериями синтеза модели эффективной ОС определены: 1ь = yl - капитализация образования, т.е. способность знания преобразовываться в капитал; I2 = y2 -.

После нахождения множества (5) допустимых моделей ОС принятие решения становится тривиальным и определяется требованиями рынка к компетен-.

Практическая реализация инновационной модели осуществлена в среде виртуальной оболочки обучающей среды, позволяющей на основе компетентностных требований рынка с помощью матриц соответствий компетенций и блоков дисциплин в автоматизированном режиме формировать программы подготовки и профессиональной переподготовки специалистов в области менеджмента в технике и .

Обучающая среда является открытой, адаптируемой на основе опросов работодателей и мониторинга рынка труда, может быть дополнена новыми модулями и использована для генерации новых учебных программ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления. - М.: Наука, 1970. - 620 с.

2. . ., . . -

цессов. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2007. - 285 с.

3. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти томах / Под ред. КА. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. - 640 с.

. . ., . . .

Чусова Юлия Сергеевна Караман Олег Викторович Петраков Владимир Александрович

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет».

E-mail: kaf_cay@mail.ru.

344090, Россия, Ростов-на-Дону, ул. Мильчакова, 10.

.: 88632696994.

Граецкая Океана Владимировна

E-mail: g_oks@inbox.ru.

Пономарева Наталья Сергеевна E-mail: nataliaponomareva161@gmail.com.

Поцешковекая Юлия Андреевна

E-mail: ulaa07@bk.ru.

Chusova Julia Sergeevna Karaman Oleg Victorovich Petrakov Vladimir Aleksandrovich

Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: kaf_cay@mail.ru.

10, Milchakova Street, Rostov-On-Don, 344090, Russia.

Phone: +78632696994.

Graetskaya Oksana Vladimirovna

E-mail: g_oks@inbox.ru.

Ponomareva Nanaliy Sergeevna E-mail: nataliaponomareva161@gmail.com.

Poceshkovskaya Yuliya Andreevna E-mail: ulaa07@bk.ru.

УДК 004.9:372.8

Ю.И. Рогозов, C.B. Скороход, А.С. Свиридов

ПРОЕКТ ДИСТАНЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Проведен анализ результатов единого государственного экзамена по информатике за 2009—2010 гг. на основании статистических данных Федерального института педагогических измерений. Сделан вывод о недостаточной подготовке выпускников школ по информатике, что отражается в низком проценте участников экзамена и низких результатах его сдачи. Для повышения качества подготовки школьников по информатике предлагается информационная система для подготовки к ЕГЭ. Предложена концептуальная модель разрабатываемой системы.

Информатика; единый государственный экзамен; информационная система; подго-

.

Yu.I. Rogozov, S.V. Skorokhod, A.S. Sviridov

THE PROJECT OF REMOTE INFORMATION SYSTEM FOR PREPARATION FOR UNIFORM GRADUATION EXAMINATION IN COMPUTER SCIENCE

The analysis of results of uniform graduation examination in computer science for 2009—2010 on the basis of statistical data of Federal institute of pedagogical measurements is carried out. The conclusion is drawn on insufficient preparation of graduates of schools on computer science that is reflected in the low interest of participants of examination and low results of its delivery. For improvement of quality of preparation of schoolboys on computer science the information system for preparation for uniform graduation examination is offered. The conceptual model of developed system is offered.

Computer science; uniform; graduation examination; information system; preparation.

Постановка задачи. Одна из основных тенденций современного мира состоит в переходе к информационному обществу, в котором большая часть трудоспособного населения занимается обслуживанием информационных процессов. Такая деятельность требует определенного базового уровня грамотности в сфере ин-

, -тики общеобразовательной школы. Первостепенной задачей проводимого в последнее время единого государственного экзамена (ЕГЭ) по информатике является