д.соц.н., Шмарион Ю.В., к.п.н., доцент Воробьёва И.А.,

Липецкий государственный педагогический университет, Россия

Теоретические основы управления адаптивными интеллектуальными образовательными системами

Традиционная система обучения, ориентированная на общие способности человека, не имеет перспективы технологического совершенствования, не позволяет учитывать врожденные способности и, следовательно, в полной мере не может обеспечить индивидуализацию обучения, которая стоится на принципах адаптации, кроме того в ней отсутствует возможность адаптации внешней среды, т.е. в традиционной системе отсутствуют механизмы адаптации, обеспечивающие учет динамично изменяющейся социально-экономической среды. Таким образом, традиционная образовательная система, в которой отсутствует два важнейших глобальных контура адаптации, не позволяет обеспечить современный уровень формирования компетенций и компетентности будущего специалиста.

Отмеченные выше проблемы могут быть разрешены, если образовательные системы будут наделены свойством многоконтурной адаптации, позволяющей им максимально учитывать способности человека, его таланты, а также быстро изменяющиеся требования к уровню компетенции и компетентностей современного специалиста.

Разрабатываемые формальные методы синтеза управления адаптивной интеллектуальной дидактической системой опираются как на теоретико-экспериментальные математические модели стохастической идентификации, теорию планирования экспериментов, методы математического программирования, так и на эвристические методы решения задач адаптации оптимизации и управления педагогических систем, реализуемые экспертами [1].

Поиск оптимальных алгоритмов управления адаптивной образовательной системой осуществляется по средствам комплексного использования формальных и неформальных методов. Для получения количественных характеристик образовательной системы используется процессная декомпозиция образовательной системы, в результате которой выделяется два класса процессов. Основные (учебно-воспитательный процесс и процесс, связанный с научной работой) и вспомогательный (процессы, вязанные с маркетинговой деятельностью, экономической и хозяйственной деятельностью), а также управлением образовательной системой, которое координирует организацию всех указанных выше процессов. При моделировании этих процессов широко используется метод экспертных оценок позволяющих получить их количественные характеристики, а затем и модели. Теоретико-экспериментальные модели используются для поиска оптимальных педагогических управляющих воздействий, а также позволяют реализовать алгоритмы многоконтурной параметрической структурной и целевой адаптации, охватывающих как процессы образовательной системы, так и организационно-управленческие структуры. Таким образом, на процессном уровне реализуется динамическая адаптация, а на организационно-управленческом − статическая.

«Под адаптацией понимается процесс изменения структуры, алгоритмов и параметров системы на основе информации, получаемой в процессе управления с целью достижения оптимального (в смысле принятого критерия) состояния или поведения системы при начальной неопределенности и изменяющихся условиях работы системы во взаимодействии с внешней средой» [2]. Характерная черта адаптации – текущее накопление информации о процессе функционирования системы и внешней среды и использование этих данных для улучшения избранного показателя качества работы системы.

Адаптивные системы обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних условий работы, улучшая свою работу по мере накопления опыта. В этих условиях обыкновенная – неадаптивная система либо будет работать неудовлетворительно, либо потребует постоянной модернизации и неограниченного ресурса. Адаптивные системы управления отличаются от обычных систем управления с обратной связью наличием контроля качества или характеристик объекта, или того и другого вместе, что позволяет с помощью адаптивных систем получить лучшее качество. Именно по этим причинам и изучаются адаптивные системы. Существует много форм адаптивных систем. Наибольшее распространение получили оптимальные адаптивные системы. [3]

Адаптивная образовательная система может быть описана корректно в терминах системного подхода и анализа, являющегося методологией решения сложных проблем, основанной на концепции систем. Сложность образовательных систем затрудняет использование идей непараметрической адаптации для всей системы в целом. Нам представляется, что именно такие попытки затормозили разработку целостной социологической теории адаптивных образовательных систем. Для решения этой проблемы необходима декомпозиция. Мы сделали вывод о том, что таковой является процессная декомпозиция образовательной системы на совокупность основных (педагогический и научный) процессов и вспомогательных (экономический, маркетинговый, хозяйственный) процессов и координирующий их управленческий процесс. Такая декомпозиция сделала проблему обозримой для решения. Установлено, что для отдельных процессов образовательных систем применим как параметрический, так и непараметрический подход к решению проблемы адаптивного управления.

При выделении образовательных систем из среды критерием принадлежности элемента системы является участие данного элемента в процессе, приводящем к получению результата. Так формируется целостность – система, решающая данную проблему. Тогда среда – это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная образовательная система не является функциональной подсистемой. С позиций процессной декомпозиции понятие процесса – центральное в системном анализе образовательных систем. Термин «процесс» в применении к текущему состоянию образовательных систем определяется как общность действий, входящая во все объекты, свойства и связи компонентов системы, дающая результат. В образовательных системах процессы в основном обеспечиваются людьми, использующими учебное оборудование, этим определяется ее социотехнический характер как системы. Таким образом, любой образовательный процесс требует системного управления, т.е. ясного понимания процессов, протекающих в образовательных системах, в системе в целом, определение их заданием следующих системных объектов: вход, выход, процесс, обратная связь и ограничение, причём ограничение в образовательных системах складывается из двух частей – цели и ограничивающие связи.

Управление в образовательной системе, как и в любом управлении, предполагает определение оптимального, т.е. наилучшего управления, позволяющего достичь желаемой цели приносящей наибольший эффект. Поэтому, под управлением понимается процесс целенаправленного воздействия на объект, позволяющего достичь определённой цели, вследствие которого объект переходит из начального состояние в требуемое, с учетом всех имеющихся ограничений.

Объектом управления является процесс подготовки будущего специалиста, обеспечивающего формирование у него актуальной совокупности профессиональных компетенций и компетентностей. Таким образом, объект управления это та «часть окружающего мира, состояние которой нас интересует» и на которую мы можем осуществлять целенаправленное воздействие, т.е. под объектом управления в адаптивной обучающей системе будем понимать будущего специалиста, желающего сформировать профессиональные компетенции.

Пусть X – это исходное состояние обучаемого, которое характеризуется совокупностью знаний умений и навыков, приобретённых им до начала профессиональной подготовки, Y – состояние объекта (уровень сформированности совокупности компетенций или отдельной компетенции). Обучающая система образует некоторую образовательную среду, понимаемую как «естественное или искусственно создаваемое социокультурное окружение обучаемого, включающее различные виды средств и содержания образования, способные обеспечить продуктивную деятельность обучаемого» [4]. Таким образом, обучаемый находится под воздействием среды, образуемой обучающей системой, которую целесообразно разбить на две составляющие социально-экономическую и образовательную, позволяющую осуществить процесс перехода обучаемого из начального состояния в требуемое.

Обучающая система, состояние которой определяется, например, такими показателями как уровень сложности и доступности предъявляемого материала, временем, затраченным конкретным обучаемым на усвоение нового материала, сложности и значимости практических задач, оказывает воздействие X на будущего специалиста, желающего получить знания по выбранной профессии, с целью перехода в состояние Y, для дальнейшего взаимодействия с внешней рыночной средой (рис. 1).

Таким образом, между средой − обучающей системой и объектом − будущим специалистом можно установить определённую связь, описываемую в общем виде формулой:

Y = F(X)

Так как в данном случае рассматриваемые объекты являются динамическими, т.е. изменяемыми во времени, то F является оператором, связывающим вход X и выход Y объекта, который характеризует специфику объекта подлежащего управлению.

Любое управление, в том числе и обучение, преследует некоторые цели, которые должны быть определены и заданы обучающей системе для реализации процесса формирования будущего специалиста. Поэтому в рассмотрение необходимо ввести некоторый субъект, например, группа преподавателей, которые являются источниками целей, реализуемых обучающей системой. Данный субъект, исходя из знаний о специализированной области деятельности, определяет объём учебного материала, необходимого для формирования высококвалифицированного специалиста. Обучающая система, в свою очередь, исходя из данных о самом обучаемом, определяет уровень сложности и способ представления знаний о профессиональной области деятельности, осуществляя при этом необходимое воздействие на объект обучения.

Выделенный субъект осуществляет воздействие, как на саму систему обучения, так и на объект обучения.

Также объект обучения может оказывать влияние на субъект управления, в случае если состояние обучаемого не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему обществом, заставляя его осуществлять воздействие на обучающую систему, с целью совершенствования и реорганизации её. Таким образом, происходит управление процессом формирования специалиста, востребованного на рынке труда (рис. 1).

Обозначим через Z* цели обучения, заключающиеся в сформированности профессиональных компетенций, которые определены субъектом управления под воздействием внешней среды, а также поставленные перед собой самим объектом обучения. Что является наиболее важным компонентом при реализации принципа целеполагания, основывающимся на том, что любой процесс обучения будет наиболее эффективным, если перед обучаемым поставлены личные учебные цели. Данный принцип основывается на психических качествах человека, позволяющих ему самостоятельно поставить для себя конкретные цели и задачи и таким образом выбрать индивидуальную образовательную траекторию, включающую выбор форм и методов обучения, определения темпов и содержания занятий.

Для уточнения модели или образа обучаемого в динамически изменяющейся адаптивной обучающей системе необходимо выполнять проверку достижения целей обучения, поставленных перед объектом, осуществляемую по его состоянию Y, т.е. совершить некоторое преобразование поставленных целей в некоторые количественно измеряемые единицы:

Z = Y(Y).

В случае достижения целей обучения на рассматриваемом этапе выполняется равенство:

Z = Z*,

т.е. уровень сформированности профессиональных компетенций на определённом этапе достиг требуемого показателя.

Когда

Z ¹ Z*,

то цели, поставленные перед обучаемым не достигнуты и требуется корректировка процесса обучения, заключающаяся либо в некоторой коррекции содержания и методов предоставления учебного материала, либо в переходе на более низкий уровень обучения, соответствующего индивидуальным способностям и возможностям формируемой личности, либо на прекращении обучения как не справляющегося с необходимым минимумом необходимым для формирования профессиональной компетенции.

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости управления U в адаптивной образовательной системе осуществляемого интеллектуальными дидактическими компонентами. Следовательно, состояние объекта зависит от двух параметров: начального состояния объекта (X) и состояния управления (U):

Y = F(X, U)

Управление, реализующееся интеллектуальными дидактическими компонентами, включает в себя все необходимые алгоритмы обработки информации, средства их реализации, выбор методов и технологий обучения и др.

При любом управлении в адаптивной образовательной системе, необходимы средства определения как уровня сформированности профессиональных компетенций, так и уровня воздействия обучающей системы на объект, позволяющие реагировать на любое изменение их состояния, поэтому необходимы компоненты, которые осуществляют измерение состояния данных уровней. Обозначим их K_X и K_Y. Результатом измерения будут

X_k = K_X(X); Y_k = K_Y(Y),

где K_X и K_Y – операторы этих компонентов, являющиеся исходной информацией для адаптивной системы управления, которая вырабатывает соответствующее управляющее воздействие на объект обучения с целью корректировки траектории, формирующей профессиональные компетенции будущих специалистов.

Таким образом, так как адаптивное управление отличается наличием постоянно поступающей информации о человеке, в основе принципа управления лежит информация об обучаемом:

I = (X_k; Y_k)

Из выше сказанного можно сделать вывод, что необходимо найти оптимальное управление U, обеспечивающее достижение поставленных перед обучаемым целей Z, оцениваемое по выходу адаптивной образовательной системы Y. Модель объекта, в свою очередь, позволяет определить ожидаемое значение Y = F(X, U, С, St), где C – параметры модели, St – структура модели.

Таким образом, только при учете всех параметров и особенностей обучающей системы и построении наиболее эффективного управления образовательным процессом может быть достигнут желаемый результат, направленный на формирование компетенций и компетентностей современного специалиста.

Список литературы

1. Растригин, Л.А. Современные принципы управления сложными объектами. – М.: Сов. Радио, 1980. – 232 с.

2. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2001. – С.315.

3. Шмарион Ю.В. Проектирование образовательных систем (системно-контекстный подход): Монография. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2003. – 400 с.

4. Хуторской, А.В. Дидактическая эвристика. Теория и технология креативного обучения. – М.: Изд-во МГУ, 2003. 416 с.