Аннотация: Дается описание методики организации образовательного процесса в системе смешанного обучения при подготовке системных инженеров. С целью автоматизации процесса изучения дисциплин вводиться понятие командного файла, который задает сценарий изучения частей курса, изучаемых в режиме on-line и очном режимах. Показано, что командный файл должен разрабатываться с учетом особенностей образовательной траектории. Приводится описание методики выбора наиболее рациональной образовательной траектории для конкретной учебной группы на основе методов поддержки принятия решений, позволяющих аккумулировать мнения преподавателей, экспертов и учащихся. Ключевые слова: смешанное обучение, образовательная траектория, подготовка системных инженеров, теория принятия решений.
Blended learning: training methods of system engineers
Abstract: The authors suggest the organization method of the
educational process for system engineers training in blended
learning. The concept of a command file, which sets the scenario
of on-line and face-to-face course studying parts, is introduced in
order to automate the discipline learning. The command file
should be developed taking into account the features of the
educational trajectory. The paper describes the choosing methods of
the most efficient educational trajectory for a specific training
group based on the decision theory that can accumulate the
opinions of teachers, experts and students.
1 Введение
Важнейшим элементом развития цифровой экономики является внедрение системы цифрового образования [
Смешанное обучение может стать одним из базовых подходов к подготовке системных инженеров. Системный инженер должен иметь междисциплинарные знания в технических дисциплинах и прежде всего знать основы системного анализа и уметь проводить на практике системный анализ поставленной задачи. Объем знаний, которыми должен владеть системный инженер настолько велик, что для его освоения требуются специальные подходы и образовательные технологии. Выполнение каждого этапа методики системного анализа проблемы требует от системного инженера не только междисциплинарных знаний, но и понимания их взаимосвязи.
Дать одновременно описание способов решения задач и описание областей знаний, связанных с описанием конкретных задач в их взаимосвязи, для преподавателя крайне сложно в отведенное время. Поэтому требуется активная самостоятельная работа студента, которую необходимо правильно организовать с методической точки зрения. Обеспечение необходимого качества образования основано на активном вовлечении студентов в образовательный процесс, решение вопросов организации обучения и самого процесса преподавания.
Предлагаемая методика должна учитывать мнения учащихся в части предпочтительности используемых программно-аппаратных средств и других вопросов, касающихся сценариев изучения дисциплины и используемых информационных ресурсов, что позволит учащимся легче адаптироваться к увеличению объема и сложности материала и повысит качество обучения системных инженеров.
Сейчас существуют различные подходы к решению задачи привлечения студентов к активной самостоятельной
познавательной деятельности: смешанное обучение [
Рассмотрим работу системного инженера в компании ИТ-интеграторе, то есть в компании, которая занимается проектированием системных ИТ-решений для множества заказчиков. Системный инженер должен уметь разрабатывать и внедрять сложные, эффективные и безопасные компьютерные системы и понимать, как они работают на всех уровнях. Для нахождения правильного решения проблемы на уровне системы необходимо провести ее системный анализ: определить и задать/вычислить критерии эффективности системы; оценить фактическое состояние системы; поставить задачу, требующую решения в её взаимосвязи с другими процессами в системе; оценить степень влияния способов и результатов решения поставленной задачи на другие характеристики и процессы системы; структурировать проблему, выделить подзадачи; выявить и оценить альтернативные способы решения задачи; оценить их реализуемость; найти наиболее рациональные способы решения задачи; решить задачу на практике.
Выполнение каждого из указанных этапов методики системного анализа проблемы требует от системного инженера междисциплинарных знаний и понимания их взаимосвязи. Необходимо владеть знаниями в следующих и смежных с ними направлениях: системный анализ, методы поддержки принятия решений, аппаратное и программное обеспечение вычислительных систем и компьютерных сетей. теория проектирования сложных систем, методы оптимизации, информационные системы и системы мониторинга информационной инфраструктуры предприятия. моделирование, теория информации, алгоритмизация и разработка программного обеспечения. системы автоматизированного проектирования. современные технологии проектирования. системы управления проектами, защита информации. системы электронного документооборота.
Объем знаний, которыми должен владеть современный системный инженер, настолько велик, что для его освоения требуются специальные подходы и образовательные технологии. Основное это то, что системный инженер должен решать поставленную задачу в комплексе, учитывая множество факторов и ограничений на основе системного подхода.
Дать такой объем материала в стандартном учебном плане, включающем вышеуказанные дисциплины (в том
числе и курс системного анализа) очень сложно. Тем более что задачи, решаемые системным инженером очень
разнообразны, и каждая требует своего индивидуального подхода. Дать одновременно описание способов решения
задач и описание областей знаний связанных с описанием конкретных задач в их взаимосвязи для преподавателя
крайне сложно в отведенное время. Поэтому требуется активная самостоятельная работа студента в сочетании с
очной работой в аудитории. Эта задача может быть решена на основе внедрения смешанного обучения.
3 Методика обучения системных инженеров
Решение указанных проблем на основе внедрения технологии смешанного образования, подразумевающего
сочетание очного и on-line обучения, требует необходимости учета ряда факторов. В процессе очного обучения
разрабатывается рабочая программа по дисциплине для понимания студентом сценария изучения дисциплины.
Цифровое обучение диктует необходимость разработки аналогичного цифрового документа – электронной инструкции, в
котором отражен ход и регламент изучения дисциплины, разработанного на основе рабочей программы. В
настоящем исследовании предлагается оформить этот документ в виде «Командного файла», позволяющего
автоматизировать процесс описания последовательности, глубины, объёма изучения материала дисциплины и
модифицировать сценарий изучения дисциплины в режиме реального времени. Каждый сценарий должен, в частности,
учитывать: тип, объем используемых информационных ресурсов, темп изучения материала, особенности
программноаппаратных средств интерактивного взаимодействия студент-преподаватель, способы контроля знаний по разделам
дисциплины (способ текущего и итогового контроля знаний, включая контроль времени выполнения текущих
заданий), число одновременно изучаемых дисциплин, особенности материала дисциплины изучаемого очно и on-line.
То есть при разработке командного файла необходимо учесть особенности элементов образовательной траектории
[
Авторы предполагают организацию обучения на базе единой информационной (цифровой) образовательной
среды для всех преподаваемых дисциплин университета. Под образовательной средой понимаем совокупность
средств (платформы, ресурсов, приложений и сценариев процесса обучения) [
Система управления учебным процессом – информационная система университета, позволяющая взаимодействовать
студентам и преподавателю в процессе изучения текущей дисциплины. В частности, в НИУ ВШЭ используется LMS
(Learning management system) [
Система управления связана с БД, из которой в нее импортируются все утвержденные по рабочим учебным планам дисциплины с назначенными для ее изучения студентами.
Траектория обучения – набор образовательных элементов, доступных для организации обучения студента/учебной группы по текущей дисциплине. Под образовательной траекторией учебной группы рассматривается набор и последовательность применяемых способов, технологий и средств обучения с указанием степени предпочтительности различных видов их реализации. Цифровое обучение не отменяет очные или on-line консультации преподавателя дисциплины.
Командный файл (сценарий или набор сценариев) – набор инструкций (правил) по изучению материала текущей дисциплины.
Система управления
учебным процессом
ПЛАТФОРМА
БД
РЕСУРСЫ
Траектория
обучения
Командный
файл
Рисунок 1 – Структура информационных потоков цифровой образовательной среды университета
В цифровой образовательной среде будут взаимодействовать преподаватель, административные работники
университета, студенты, представители отраслевых предприятий, заинтересованные в выпускниках университета. В
этих условиях задачами преподавателей и менеджеров учебного процесса по созданию образовательной среды на
основе системы командных файлов будут следующие.
Подбор информационных ресурсов (смешанное обучение).
подбор on-line курсов для самостоятельного изучения студентами
создание/подбор электронных учебников для самостоятельного изучения студентами
подбор мультимедиа ресурсов для самостоятельного изучения студентами
подбор Интернет-ресурсов по указанному направлению,
подбор печатных учебников и учебных пособий, справочной литературы,
подбор печатных и электронных материалов в периодических научных изданиях и в материалах
научнотехнических конференций.
селекция материала в базовую часть дисциплины
проектирование электронного курса лекций,
разработка лабораторного практикума (электронных методических указаний)
формирование вопросов текущего контроля изучения дисциплины: авторской части и самостоятельной
работы (тестов).
формирование перечня вопросов итогового контроля изучения дисциплины (тестов).
Формированию образовательной траектории
выбор элементов образовательной траектории
выбор критериев оценки важности каждого элемента образовательной траектории для университета,
преподавателя, текущей группы или студента,
выбор наиболее предпочтительной траектории для студента или студенческой группы.
Создание средств обеспечения учебного процесса
Разработка видов текущего контроля по изучению дисциплины: авторской части и самостоятельной работы
Разработка тестов, контрольных работ, домашних заданий, проектов в рамках выбранной платформы
Командный файл (по аналогии с командным batch-файлом операционной системы [
Рисунок 2 - Пример структуры Командного файла дисциплины учебного плана университета Ресурсы, указанные в различных Командных файлах дисциплин, могут повторяться. В Командном файле интегрированы микрокоманды изучения материалов лекций, семинаров и выполнения практических заданий. При этом важным вопросом является синхронизация отдельных микрокоманд с графиком учебного процесса. Если в течение заданного интервала времени команда Х учащимся не выполнена (не сдан промежуточный тест), тема <название1> считается не сданной. Если команда успешно выполнена, то в электронный журнал выставляется оценка по результатам тестирования. Такой подход позволяет алгоритмизировать процесс выполнения заданий и вести контроль образовательного процесса системой управления LMS. Важно, что введение подобной методики оказывает дисциплинирующее и стимулирующее влияние на учащегося, что особенно важно в системе on-line обучения.
Командный файл может модифицироваться в зависимости от выбранной Траектории обучения для данной группы учащихся или конкретного обучаемого. Так же могут модифицироваться список микрокоманд и набор информационных ресурсов в зависимости от выбранной траектории обучения с учетом появления новых знаний в предметной области. В отличии от Рабочей программы учебной дисциплины (РПУД), которая создается на учебный год, проходит экспертизу и утверждается заранее перед началом обучения, Командный файл можно оперативно изменять уже в процессе изучения дисциплины. Кроме того, РПУД не содержит алгоритма и сценариев обучения, а Командный файл позволяет автоматизировать процесс контроля знаний. Последовательность Командных файлов задает последовательность изучаемых дисциплин учебного плана.
Разработка Командного файла базируется на решении задачи построения сбалансированной образовательной
траектории, которая обеспечит более глубокое усвоение материала, при сокращении трудоёмкости изучения
дисциплины, затрат на образовательный процесс без снижения его качества при максимальном соблюдении
требований и внутренних правил университета. Последовательность построения образовательной траектории будет
следующая: формирование экспертной группы; определение членами экспертной группы элементов Траектории
обучения, вариантов их реализации и критериев их оценки; ранжирования экспертами, преподавателем и студентами
альтернативных вариантов реализации образовательных элементов по степени предпочтительности; формирование
итоговой образовательной траектории (в равной мере предпочтительной для всех участников образовательного
процесса) [
Участниками образовательного процесса (а также экспертными группами, принимающими решение) являются три стороны: администрация, преподаватель и студенты. Представители каждой из трёх сторон должны быть включены в экспертный совет по формированию Траектории обучения. Конечная задача – выстроить итоговую траектории обучения (Т*) максимально учитывающую мнение всех трёх сторон образовательного процесса.
Отдельные элементы Траектории должны быть обязательно учтены в Командном файле, а именно: способ получения материалов курса, темп подачи материала, предпочтительный способ восприятия материала со стороны обучаемого, виды практических занятий, способ организации текущего контроля знаний, технологии преподавания. Согласно сформированным критериям каждая экспертная группа формирует наиболее предпочтительную для себя Траекторию обучения: Т1 – с точки зрения администрации университета; Т2 – предложенная преподавателем (преподавателями) дисциплины; Т3 – построенная на основе данных опроса студентов. Этот опрос также может быть проведен посредством системы LMS.
Набор критериев оценки предпочтительности Траекторий отличается для администрации университета,
преподавателя и студентов [
∑ ∑ где – число экспертов, – число критериев, сji – оценка i-го критерия, выставленная j-м экспертом (сji =1, 2… , где 1 – наилучшая оценка, – наихудшая оценка). То есть каждому эксперту предлагается выполнить ранжирование критериев по предпочтению и указать порядковый номер сji каждого критерия по степени важности. (1) (2) (3) , ,
, ∑ ∏ где zij – сравнительная оценка критерия Кi по отношению к Kj, (i=1… , j=1… ), которые определяет преподаватель.
При выборе итоговой Траектории можно упростить задачу принятия решения и разбить ее на подзадачи – выбора вариантов реализации каждого образовательного элемента отдельно. Тогда итоговая ценность каждого альтернативного варианта реализации вычисляется по формуле:
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ где n – число опрошенных студентов, k – число альтернативных вариантов реализации элемента, j=1…k, i=1…n, Cij – оценка j-го варианта, выставленная i-м экспертом.
На основании данных о ценности вариантов можно составить соответствующую им ранжировку для всех
элементов траекторий Т1, Т2 и Т3 используя опросы студентов, администрации университета, преподавателей.
Получив оценки по критериям каждой из трёх сторон образовательного процесса, можно построить три множества
{RТ1}, {RТ2}, {RТ3} ранжировок вариантов реализации каждого образовательного элемента экспертными группами.
Для построения итоговой Траектории обучения предлагается использовать методы согласования групповых
решений [
Метод заключается в вычислении новой ранжировки альтернатив R*, наиболее близкой ко всем вычисленным
ранее ранжировкам {RТ1}, {RТ2}, {RТ3}. Для этого требуется cоставить три кососимметричных матрицы оценок
YТ1÷YТ3 попарного сравнения альтернатив. Элементом Т матрицы Т является сравнительная оценка k-го
эксперта (студентов, администрации университета, преподавателей) альтернативы i по сравнению с альтернативой j
(«1» - лучше, «–1» - хуже, «0» - равнозначны). Требуется найти новую матрицу Y*, равноудалённую от всех трёх
матриц (YТ1÷YТ3) так, чтобы сумма расстояний между матрицей Y* и YТ1÷YТ3 была минимальной. Расстояние
между любыми двумя матрицами ( ∗, Т ) вычисляется по формуле [
∑ ∑ Т , где r – количество оцениваемых альтернатив; i=1,…, r; j=1,…, r.
Вычисление матрицы Y* (и соответствующей ранжировки R*) происходит методом перебора всех существующих кососимметричных матриц с нулевой главной диагональю. Такой перебор удобнее всего выполнить программно. Согласно ранжировке R* формируется итоговая Траектория обучения T*. 4 Заключение Использование предлагаемой методики позволяет разработать сценарии изучения дисциплин учебного плана подготовки системных инженеров на основе получения целостной характеристики траектории обучения, представляющей наиболее рациональную комбинацию вариантов реализации образовательных элементов с указанием их важности, обеспечивающих достижение заданных критериев качества обучения. Полученные рекомендации позволят сотрудникам, отвечающим за организацию учебного процесса, методистам и педагогам выстроить процесс обучения с учебной группой, обеспечивающий достижение заявленных целей обучения.
Предложенная методика позволяет сократить время на принятие решения. Достоинством предлагаемой методики является возможность автоматизации процессов разработки сценариев (Командных файлов) изучения дисциплин на основе выбора образовательной траектории с учетом индивидуальных особенностей студентов, а также возможностей и требований университета. Кроме того, учёт мнения студентов по вопросам организации учебного процесса позволяет повысить их мотивацию к обучению.
На основе результатов внедрения предложенной методики показано, что учет мнений учащихся в части предпочтительности используемых программно-аппаратных средств и других вопросов, касающихся сценариев изучения дисциплины и используемых информационных ресурсов, позволит учащимся легче адаптироваться к увеличению объема и сложности материала и повысит качество обучения системных инженеров. Список использованной литературы