Адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических ВУЗов

Надежность полученных результатов подтверждена в ходе экспериментальных исследований, внедренных в период 2007-2009 гг. в следующих высших учебных заведениях: Южно-Уральском государственном университете, Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева (национальном исследовательском университете), Самарском государственном техническом университете, в филиале ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» в г. Сызрани, Ижевском государственном техническом университете, Димитровградском институте технологий, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета, Институте авиационных технологий и управления Ульяновского государственного технического университета, Дальневосточной государственной социально-гуманитарной академии.

Структура диссертации обусловлена логикой и последовательностью решения задач исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка литературы и приложений. Диссертация иллюстрирована схемами, рисунками, таблицами, графиками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, определяются цель, объект, предмет исследования, формулируется гипотеза, ставятся задачи, указываются методологические основы и методы исследования, определяется новизна работы, ее теоретическая и практическая значимость, излагаются сведения об апробации и внедрении результатов исследования в педагогическую практику, приводятся основные положения, выносимые на защиту, раскрывается структура диссертации.

В первой главе «Методологические основы построения адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов» представлен обзор современных ведущих парадигм образования: когнитивной, личностно-ориентированной, функционалистской и культурологической. Анализ этих парадигм показал, что современное профессиональное образование должно представлять собой некую синергетическую среду, включающую в себя культурологическую образовательную парадигму профессионального развития личности. В свою очередь профессиональное развитие личности может осуществляться с помощью гуманистической личностно-ориентированной модели образования, направленной на подготовку профессионалов - социально и профессионально компетентных работников, отличающихся индивидуальным стилем деятельности. Анализ методологических подходов к профессиональному образованию выявил приоритет развития самостоятельной учебной деятельности студентов, которая организуется с помощью дифференцированных учебных заданий в процессе поэтапного выполнения определенных умственных действий.

Современной психологией установлено, что человек в своем познании продвигается по уровням и формам деятельности. Уровни деятельности зависят от способа выражения приобретаемой в процессе обучения информации. По ним человек продвигается от узнавания к подражанию (копированию) и далее к эвристическому и творческому действиям. Формы деятельности являются существенно персонифицированными и связаны с процессами познания, такими как отражение, восприятие, внимание, память, мышление, сознание, речь, воображение, способности, интеллект и т.д.

Проведенный анализ психологических процессов позволяет из множества процессов познания выделить следующие определяющие познавательные уровни: отражение, осмысление, алгоритмирование и контролирование, которые могут представлять собой одну из возможных структуризацией познавательного процесса с точки зрения психологии.

Обозначим перечисленные выше познавательные уровни через , . Уровень _ это уровень отражения (ориентировочный уровень), который характеризует восприятие учебного материала студентом и включает в себя такие психологические процессы как ощущение, восприятие, внимание, воображение, память (как воспоминание), наглядно-образное мышление, мотив.

Уровень _ осмысление. Мыслительная функция включает в себя переработку принятой учебной информации, нахождение способов решения поставленной задачи. Она характеризуется такими психологическими процессами как память, сознание, наглядно - действенное или понятийное мышление, мотив.

Уровень _ алгоритмирование. Формирование алгоритма решения поставленной задачи является исполнительной функцией, которая включает в себя анализ способов, применяемых для реализации алгоритма, и характеризуется такими психологическими процессами как память, сознание, внимание, воображение, речевое мышление, эмоции, мотив.

Познавательный уровень _ контролирование. Контрольно-коррек-тировочная функция отвечает за правильное оформление результата и характеризуется такими психологическими процессами как память, внимание, мышление, речь, мотив. Контролирующая процедура является средством выработки у студента методики и умения регулярно анализировать и корректировать собственную деятельность (самопроверка).

Выделенные познавательные уровни позволяют построить структуру познавательного процесса (Рисунок 1), из которой следует, что разные уровни познавательной активности характеризуются одинаковыми психологическими компонентами. Однако каждый из рассматриваемых компонентов меняется в процессе прохождения по познавательным уровням от до .

Рисунок 1 _ Структура познавательного процесса

Рассмотрим, например, такой важный компонент структуры познавательного процесса как сознание. «Категория сознания в науке четко не определена. … Семантика понятия «сознание» указывает на его синергетическую конструкцию. Сумма знаний (знания + знания + знания + …) предполагает их синергийное соединение» (М.Т. Громкова). В данном соединении можно выделить следующие составляющие: плавный переход от усвоенного ранее к новому (сопряжение), появление новых смыслов от соединения старых (а не просто арифметическая сумма двух усвоенных объемов информации), интегральное соединение новых смыслов по принципу дополнительности (дополнение, уточнение, критика). Механизм соединения включает процесс производства собственных мыслей, продуктивное содержание, которое реализуется через наполнение сознания не только извне, но и изнутри. В учебном процессе этот механизм работает, если содержание структурируется по модульному принципу. Процесс осознания меняет внутренний образ понятия и, следуя семантике, может называться образовательным; он происходит везде и всегда, когда осуществляется сознание. В сознании создается образ предмета, он не всегда адекватен оригиналу и в этом смысле субъективен и персонифицирован.

Проанализируем другой, не менее важный, компонент психологической структуры персонифицированного познавательного процесса, такой как память. Он имеет свой синергетический аспект, так как память рассматривается как психологический процесс сохранения информации на определенное время и процесс организации на этой основе обобщений и умозаключений. На уровне отражения этот компонент играет роль воспоминания - необходимая информация извлекается из долговременной памяти. При осмыслении, алгоритмировании и контролировании будут использоваться другие операционные механизмы памяти.

Мнемические способности студента характеризуются четырьмя уровнями развития, которые нельзя представлять как линейный процесс последовательного прохождения некоторых этапов.

В качестве первого уровня развития мнемических способностей понимают запоминание, близкое к запечатлению и механическому запоминанию: то есть, информация повторяется, циркулирует, персервирует, но не обрабатывается, не трансформируется. Сущность этого этапа состоит в запоминании с опорой на функциональные механизмы.

Уровень второй характеризуется появлением операционных механизмов в структуре памяти, которые функционируют преимущественно на перцептивном уровне. В качестве этих механизмов выступают ассоциации, группировка, распределение по объёму, по времени, в пространстве, перекодирование, выделение опорного пункта по признакам и другие способы обработки запоминаемого материала. С появлением операционных механизмов в структуре памяти принципиально меняется процесс запоминания _ субъект начинает ориентироваться в запоминаемом материале, причем целенаправленно, осмысленно, начинает проявляться тенденция к формированию контролирующих действий.

На третьем уровне развития мнемических способностей процесс запоминания рассматривается как деятельность; субъект овладевает всеми способами обработки запоминаемого; появляется внутренний контроль процесса запоминания, что важно для нашего исследования. Уровень четвертый характеризуется завершением формирования функциональной системы мнемических способностей, что соответствует анализу запоминаемого учебного материала студентом при доминировании мыслительной обработки. На этом этапе наиболее заметна интегрирующая роль мышления. Система становится саморегулирующейся. Причем появление внутренней регуляции не означает уменьшения роли внешней регуляции, так как смысл (цель) функционирования саморегулирующейся системы мнемических способностей находится за пределами памяти.

Поскольку память является одним из главных свойств мозга, основой многих других психических функций и прежде всего мышления, то можно по аналогии представить процессы развертывания других компонент познавательной активности, представленных на рисунке 1. Только мотив, также включенный во все уровни познавательного процесса, не подчиняется общему алгоритму развития. Эта компонента познавательного процесса принимает непосредственное участие как в выборе, так и в принятии решений на основе взвешивания поведенческих альтернатив.

Известны два уровня деятельности в зависимости от способа выражения приобретаемой в процессе обучения информации - репродуктивный и продуктивный. При репродуктивном уровне деятельности усвоенная информация только воспроизводится в различных сочетаниях и комбинациях - от прямого копирования до реконструированного ее воспроизведения и применения в типовых ситуациях. Репродуктивный уровень деятельности студента является копией деятельности преподавателя, прямым воспроизведением усвоенного алгоритма действия. Наблюдается репродуктивная деятельность двух типов. Первый тип соответствует воспроизведению по известному образу, и при этом не требуется установления каких - либо логических связей между понятиями (деятельность на уровне узнавания). Второй тип репродуктивной деятельности предусматривает при воспроизведении учебной информации обнаружение логических связей и элементарных аналогий (деятельность на уровне воспроизведения).

Продуктивные уровни деятельности реализуются с использованием усвоенных приемов. В процессе этих уровней деятельности усвоенный алгоритм либо приспосабливается к новой ситуации, либо создается вновь из частей нескольких других алгоритмов. В итоге продуктивной деятельности по отношению к содержанию обучения всегда создается новая информация, причем эта информация будет новой, как правило, не объективно, а субъективно. Продуктивная деятельность также может рассматриваться на двух уровнях: применения и творчества. Уровень применения соответствует решению нестандартных задач изученными методами, при упрощении существующего алгоритма решения и т. п. Уровень творчества достигается в рамках учебно _ научно - исследовательской работы студента. Получаемая при этом информация нередко бывает объективно новой, публикуется в печати, докладывается на конференциях и т. д. Эта деятельность обязательно должна включать в себя творческое действие, элемент исследования, трансформацию или перенос знаний. Перенесение смысла или значения изученного понятия на новые и вполне конкретные ситуации представляет наибольшие трудности. Путь от абстрактного к конкретному здесь оказывается не менее трудоемким, чем от конкретного к абстрактному.

Вторая глава «Теоретические основы построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки» посвящена структуризации содержания учебной дисциплины с помощью познавательно-деятельностной матрицы. Обоснованы принципы, положенные в основу построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки:

_ целенаправленного управления обучением: происходит регулирование развития личности обучающегося путем целенаправленного управления её деятельностью;

_ обратной связи в обучении: процесс обучения обеспечивает изменение или сохранение начального состояния управляемой подсистемы (обучающихся) под воздействием управляющей подсистемы (педагога, информационно-обучающей системы). Переходное состояние развивающей управляемой подсистемы определяется уровнем усвоения знаний, систематический контроль которого формирует обратную связь. Информация о ходе усвоения учебного материала поступает в управляющую и управляемую подсистемы с целью использования её для корректировки процессе обучения, изменения состояния (развития) или сохранения гомеостаза системы, включающую управляющую и управляемую подсистемы;

_ развивающего обучения: ориентирует на развитие познавательных способностей студентов путем использования их потенциальных возможностей;

_ систематичности и последовательности: предполагает усвоение знаний, умений и навыков в определенной логической связи, обуславливаемой логикой учебной дисциплины, закономерностями в выполнении познавательной деятельности; формирует научное мировоззрение.

Рассмотренные познавательные уровни усвоения учебной информации , и деятельностные уровни , могут быть формально представлены в виде матрицы размера 44 (Таблица 1), где каждое сочетание пар (,) будет соответствовать определенному количеству усвоенной учебной информации, представляющей собой некую структурную единицу учебного задания, которую назовём учебным элементом познавательно-деятельностной матрицы. Из таблицы 1 видно, что рассматриваемая структура познавательной деятельности, в основе которой лежат не только психологические процессы, но и виды деятельности, позволяет представить освоение студентами учебного материала как «движение» по элементам -матрицы, составленной из перечисленных выше познавательных и деятельностных уровней. При этом каждому из элементов этой матрицы соответствует вполне определенное количество усвоенного учебного материала, начиная с самого элементарного уровня (узнавание на уровне отражения) и заканчивая самым высоким уровнем _ исследованием с контролем собственных действий. Наименьший объем знаний у студента имеет место на уровне . Чем дальше мы перемещаемся по учебным элементам -матрицы (;), тем труднее приобретаются знания, поскольку возрастает сложность элементов.

Содержание любой учебной дисциплины можно представить как систему учебных заданий (задач), а любую учебную задачу можно структурировать с помощью матричной модели познавательной деятельности студентов. При этом уровень сложности задачи определяется по деятельностному признаку

Таблица 1 _ Матричная модель познавательной деятельности студентов

, поскольку решение задачи любой сложности требует использования всех четырех познавательных уровней. Схема усвоения задач для каждого j-го уровня () будет различной. Для задач 1-го уровня схема усвоения определится следующей формулой: Y₁₁Y₂₁Y₃₁Y_41; для задач 2-го уровня: Y₁₁ Y₁₂ Y₂₁ Y₂₂ Y₃₁ Y₃₂ Y₄₁ Y₄₂; для задач 3-го уровня: Y₁₁ Y₁₂ Y₁₃ Y₂₁ Y₂₂ Y₂₃ …; для 4-го уровня: Y₁₁ Y₁₂ Y₁₃ Y₁₄ Y₂₁ Y₂₂ Y₂₃ Y₂₄ Y₃₁… (рисунок 2). Таким образом, сложность как формальная характеристика задачи, определяется в нашем случае структурой процесса поиска решения. При решении тестовых задач 1-го уровня студент последовательно должен проходить по элементам - матрицы следующие этапы: отражение осмысление алгоритмирование контролирование. При этом - матрица будет иметь размер 4Ч1. При решении задач 2-го уровня сложности: отражение на уровне узнавания отражение на уровне воспроизведения осмысление на уровне узнавания осмысление на уровне воспроизведения алгоритмирование на уровне узнавания алгоритмирование на уровне воспроизведения контролирование на уровне узнавания контролирование на уровне воспроизведения. В этом случае размер - матрицы 4Ч2. Аналогичным образом (рисунок 2) достраиваются этапы усвоения задач 3-го и 4-го уровней сложности. В диссертации приведены примеры структуризации учебных задач в рамках познавательно-деятельностной матрицы. Структурный анализ систем учебных заданий в разных дисциплинах выявил нарушение процентного соотношения задач по уровням сложности: с повышением сложности учебных заданий соответственно снижается их количество; в системах задач нарушается их иерархия по сложности. Указанные недостатки препятствуют эффективному формированию системности знаний студентов, что в конечном счёте приводит к осложнениям в реализации принципа развивающего обучения. Разработанная познавательно-деятельностная матрица обеспечивает механизм систематизации учебных заданий.

Тестирование успеваемости студентов по структурированным заранее уровням сложности учебных задач в соответствии с предложенной познавательно-деятельностной матрицей происходит по определенному алгоритму. Ведущим принципом в выполнении заданий в тестовой форме является последовательное восхождение в уровнях усвоения учебного материала, отражающее иерархию уровней деятельности человека (рисунок 3). Организация опыта учебной деятельности осваивается постепенно в соответствии с освоением познавательных действий низшего уровня сложности знаний. При этом учебные действия осуществляются с пониманием самого механизма формирования знаний студента. Важным аспектом в этой связи является разработка заданий в тестовой форме - самый ответственный этап тестового процесса.

Рисунок 3 _ Последовательность выполнения заданий разного уровня сложности в момент квалиметрии ( - коэффициент усвоения)

В диссертации приведены примеры тестовых заданий разных уровней сложности, структурированных на учебные элементы согласно познавательно-деятельностной матрице. Эти тесты представляют собой взаимосвязанную последовательность учебных элементов, определяемую не только алгоритмом и логикой решения учебной задачи конкретного уровня, но и заложенной в них зависимостью получения правильного ответа при усвоении текущего учебного элемента от правильного усвоения предыдущего.

Специально разработанные бланки ответов для учебных заданий 1 - 4-го уровней сложностей, представляющие собой поле качества успеваемости студента, наглядно показывают какое количество учебных элементов не усвоено и какого качества эти неусвоенные элементы. Качественные оценки усвоения учебного материала связаны с соответствующими учебными элементами познавательно-деятельностной матрицы: учебные элементы Y₁₁ в каждой задаче 1-го уровня представляют собой отражение на уровне узнавания, то есть понимание смысла поставленной задачи. Если студент не усваивает подобный элемент, то это означает, что он не понимает смысла сформулированного вопроса или задачи. Если учебный элемент Y₁₁ усвоен правильно, а затруднения возникают при усвоении Y₂₁ _ осмысление на уровне узнавания, то это означает, что учащийся неверно понимает данный учебный элемент или путает его с каким-то другим. Неверное усвоение Y₂₁ влечет за собой ошибки в дальнейшем усвоении учебных элементов Y₃₁ Y₄₁. Ошибка в усвоении учебного элемента Y₃₁ означает неверно осуществленное алгоритмирование на уровне узнавания, что в свою очередь влечет за собой неверное усвоение учебного элемента Y₄₁. А неверное усвоение Y₄₁ говорит о том, что студент плохо контролирует себя на уровне узнавания. Эта ошибка часто бывает связана с нарушением внимания и сосредоточенности. Таким образом, учебные задачи 1-го уровня имеют четыре качественные оценки. Соответственно по аналогии можно констатировать, что задачи 2-го уровня сложности содержат восемь качественных оценок, задачи 3-го уровня сложности - 12, а 4-го уровня - 16. Возможности заданий в тестовой форме позволяют эффективно реализовать их высокий обучающий потенциал. Именно задания в тестовой форме в сочетании с новым поколением компьютеризованных технологий смогут обеспечить качество профессионального образования.

В третьей главе «Математическое моделирование процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов с учетом фактора мотивации» описывается один из возможных подходов к построению математической модели процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, основанный на применении современной теории управления. При разработке модели учитывались следующие основные психолого-физиологические факторы:

1. Определенная часть транслируемой учебной информации неизбежно забывается в силу несовершенства механизма человеческой памяти.

2. Имеет место отвлечение студентов от учебного процесса, вызываемое нарушением внимания и сосредоточенности по каким-либо внешним или внутренним причинам, в силу чего происходит утрата части транслируемой учебной информации.

3. Часть утраченной учебной информации может быть восстановлена за счет формирования умозаключений в соответствии с имеющимся индивидуальным уровнем логики мышления студента.

4. Часть утраченной учебной информации может быть восстановлена за счет самоорганизации и самостоятельной интеллектуальной деятельности, обусловленной имеющимся индивидуальным уровнем притязания.

5. Процесс усвоения учебного материала, как и всякий физический процесс, характеризуется свойством инерционности.

6. По причинам психологического и физиологического характера процесс усвоения учебного материала характеризуется свойством насыщения.

С учетом сделанных предположений математическая модель процесса усвоения учебного материала студентами может быть представлена следующей системой дифференциальных уравнений:

(1)

где _ объем усваиваемой учебной информации для каждого j-го деятельностного уровня решаемых задач, выраженный числом структурированных учебных элементов; _ объем транслируемой учебной информации того же смысла; _ объем мотивационной составляющей учебной информации; индекс i соответствует моменту квалиметрии.

Коэффициенты системы уравнений (1) определяются через тестируемые параметры , характеризующие соответственно объем теряемой учебной информации за счет нарушения концентрации, устойчивости и распределения внимания, а также прирост объема учебной информации за счет формирования умозаключений и самоорганизации, порождающей самостоятельную учебную деятельность; кроме того, тестируемые параметры и характеризуют потери объемов учебной информации и ее мотивационной составляющей, вызванные несовершенством механизма человеческой памяти.

Рассмотрим систему (1) с информационной точки зрения.

Три потока информации, циркулирующие в системе (1), _ усваиваемая , транслируемая и мотивационная _ находятся в определенном балансе и определяют суть процесса в дидактической системе.

Особо следует оговорить выделение из общего объема транслируемой учебной информации так называемой мотивационной составляющей. На основе современных представлений под мотивацией следует понимать генетическое стремление человека к самореализации в определенных видах деятельности в соответствии с его врожденными задатками _ способностями. Это активное и устойчивое стремление реализуется в конкретные достижения только тогда, когда создаются необходимые для этого условия. В этой связи будем считать, что весь объем учебной информации, транслируемой студентам, должен содержать информацию, способствующую развитию генетического стремления человека к обучению по данной дисциплине. Эта информация может быть различного характера: специально подобранный лекционный материал, практические или лабораторные занятия, специально разработанные тестовые задачи и т.п.

Полученную систему уравнений (1) можно назвать феноменологической математической моделью процесса усвоения знаний, поскольку она, с нашей точки зрения, описывает прежде всего психофизиологический феномен усвоения учебного материала студентами.

Рассмотрим собственные свойства системы (1), положив вместо управляющей функции функцию Хевисайда . Кроме того, будем рассматривать только апериодические решения системы (1): . Апериодичность усвоения учебного материала студентами вытекает из наблюдаемой траектории самого познавательного процесса.

Таким образом, при сделанных выше замечаниях общее решение системы (1) может быть проиллюстрировано рисунком 4, где по оси абсцисс отмечено время обучения, измеряемое в неделях, а по оси ординат - число нормированных усвоенных учебных элементов, представленное в долях единицы.

Рисунок 4 _ Зависимость функции усвоения знаний для различных значений постоянной времени ; пунктиром изображены кривые без учета мотивационной составляющей

Верхняя кривая на рисунке 4, построенная при является эталонной траекторией, поскольку при t=T она проходит через . Кривые, соответствующие постоянным времени 3.5; 4.0; 5.0, отражают процесс усвоения, отличный от эталонного. При этом остальные параметры системы (1) приняты следующими: ; [нормированные учебные элементы]; [нормированные учебные элементы]; [ед. времени].

Для дальнейшего важным является вопрос о том, какому числу учебных элементов конкретной учебной дисциплины соответствует значение ?

Рассмотрим с этой целью, например, курс линейной алгебры в высшем учебном заведении, где в соответствии с существующим ныне Государственным стандартом общее число учебных элементов, согласно предложенной структуризации, по всем четырем уровням сложности учебных задач составляет 1320 единиц. Из них 456 элементов соответствуют заданиям 1-го уровня; 496 - 2-го уровня; 288 _ 3-го уровня и 80 _ 4-го уровня. Таким образом в данном случае составляет 1320 учебных элементов.

Под внешней поддержкой познавательной деятельности студентов будем понимать дополнительную трансляцию или проработку учебного материала, которую требуется осуществить студентом в случае, когда по результатам квалиметрии (тестирования) его реальная кривая усвоения учебного материала расположена ниже эталонной траектории.

В модели (1) внешняя поддержка выражается функцией трансляции , , отвечающей j-му уровню учебных задач в соответствии с принятой структуризацией учебного материала. Таким образом, если кривая усвоения знаний студента по результатам квалиметрии не отличается от эталонной траектории усвоения, то .

В противном случае модальное управление позволяет отыскать внешнюю поддержку в системе (1) путем вычисления функции трансляции учебного материала

,

где Р₁, Р₂, Р₃ - коэффициенты модального управления.

Это выражение определяет ресурс внешней поддержки на интервале усвоения [0, T] и показывает, какое число учебных элементов на данном интервале должно быть усвоено, чтобы реальная траектория обучения студента совпадала с эталонной траекторией усвоения, определяемой соответствующим стандартом по данной дисциплине.

Первый вопрос, который подлежит решению в рамках адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, это формирование персонифицированной модели усвоения знаний студента, которая имела бы возможность корректироваться (уточняться) по мере продвижения обучаемого в изучении содержания учебной дисциплины, по мере использования различных средств внешней поддержки.

В рамках предложенного способа формализации процесса обучения формирование персонифицированной модели усвоения знаний (1) следует проводить на начальном этапе обучения по данной дисциплине и далее в каждый i-ый заданный момент квалиметрии путем определения коэффициентов модели ; , отвечающих как за потери учебной информации в процессе обучения, так и за ее частичное восстановление. Процедура определения этих коэффициентов с помощью привлечения модифицированных психолого-диагностических тестов представлена в диссертации.

Второй вопрос - это определение соотношения между объемом основного учебного материала дисциплины (инвариантного ядра) и объемом его мотивационной составляющей (коэффициенты и в (1)). Практика показывает, что для дисциплин математического цикла соотношение между этими объемами составляет приблизительно величину ; а для дисциплин общепрофессионального и специального циклов это соотношение может быть существенно иным, например, .

Необходимо отметить, что в результате применения предлагаемой адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов выявляется как количественная сторона процесса усвоения учебной информации, так и качественная, поскольку при решении задач j-го уровня, предъявленных в виде тестов, сразу становится ясным, какие именно учебные элементы из - матрицы не усвоены. При этом процедура определения внешней поддержки познавательной деятельности позволяет установить требуемый уровень этой поддержки, который будет действовать на интервале [t_i, t_i+1], то есть до момента времени t_i+1 новой квалиметрии. Далее этот процесс повторяется.

Таким образом, разработанная адаптивная система представляет собой многошаговую процедуру периодической квалиметрии успеваемости студентов по предмету и соответствующую измеренному отставанию оперативную корректировку учебного процесса путем вычисления внешней поддержки познавательной деятельности студента.

Вопрос близости фактической траектории усвоения знаний к эталонной траектории является для каждого конкретного студента самостоятельным, поскольку, строго говоря, каждый обучаемый имеет свою собственную эталонную траекторию усвоения, соответствующую его индивидуальным психолого-деятельностным параметрам. Отсюда следует, что для реализации идеи персонифицированного обучения необходимо знать эталонную (в данном случае предельную по психофизиологическим возможностям) траекторию обучения для каждого конкретного студента. Определение такой траектории составляет предмет специального исследования.

Далее мы будем исходить из предположения, что эталонная траектория будет задаваться, исходя из требований образовательного стандарта по дисциплине, а фактическая траектория обучения будет определяться в результате периодической квалиметрии.

В четвертой главе «Практическая реализация и опытно-экспериментальная проверка адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов» рассматриваются различные аспекты квалиметрии в профессиональном образовании и приводятся результаты практической реализации разработанной системы.

Учет инерционных свойств процесса усвоения знаний и свойства насыщения, обусловленных психофизиологическими особенностями человеческого организма, выполненный при разработке математической модели системы, указывает на тот факт, что собственно процесс усвоения учебной информации протекает с различной скоростью в разные временные отрезки внутри заданного периода обучения. Таким образом, представленная выше формализация обучения в виде процесса с переменной скоростью усвоения знаний, различной у каждого студента в процессе решения задач разной сложности, позволяет по сути дела перераспределить объем всего учебного массива информации внутри заданного временного интервала наиболее рациональным и приемлемым образом для усвоения.

Процедура создания персонифицированных моделей требует предварительного тестирования студентов по целому ряду признаков. В диссертации разработана интерактивная информационно-обучающая система IKT PROFF, использующая модифицированные психологические тесты, адаптированные к компьютерной процедуре опроса респондентов с автоматическим вычислением коэффициентов персонифицированных моделей усвоения учебного материала и последующим вычислением внешней поддержки учебного процесса. Система IKT PROFF в основе своей использует современную среду интеллектуальной САПР _ программный комплекс MVTU версии 3.0, предназначенный для детального анализа и исследования динамических процессов в технических, экономических и социальных системах (Рисунок 5).

Мониторинг усвоения учебного материала проводится таким образом, что информационно-обучающая система выдает из базы знаний необходимое количество задач, которые подлежат решению. На решение каждой задачи отводится определенное время. Результаты работы студента: количество успешно усвоенных и неусвоенных учебных элементов и их идентификация в рамках познавательно-деятельностной матрицы поступает в базу данных студентов и используется далее для формирования протокола мониторинга знаний и определения фактической оценки успеваемости. В том случае, когда фактическая траектория обучения отличается в меньшую сторону от эталонной, система IKT PROFF вычисляет необходимую внешнюю поддержку, персонифицированную по каждому студенту.

На заключительном этапе работы системы на печать выводятся входные данные студента и преподавателя, результаты предварительного познавательно-деятельностного тестирования, коэффициенты персонифицированных моделей усвоения знаний по четырем уровням сложности решаемых задач, прогнозируемые и фактические траектории усвоения учебного материала и массив внешней поддержки познавательной деятельности студента.

В качестве тестируемого массива студентов были выбраны группы первого и второго курсов электротехнического факультета Самарского государственного технического университета, группы третьего и четвертого курсов факультета летательных аппаратов и группы четвертого курса факультета инженеров воздушно транспорта Самарского государственного аэрокосмического университета средней общей успеваемости численным составом соответственно 587, 148 и 218 человек.

Применение тестов проводилось дифференцированно по четырем уровням предлагаемых учебных задач, соответствующих разной степени сложности осваиваемого учебного материала. Их состоятельность определяется достаточной надежностью и приемлемой валидностью, проверенных в результате многочисленных применений этих тестов в психологических исследованиях. По результатам предварительного тестирования студентов строятся прогнозируемые траектории усвоения учебного материала для каждого студента.

Рисунок 5 _ Структурная схема информационно-обучающей системы IKT PROFF

Центральная идея, излагаемая в настоящей работе, состоит в том, что процесс усвоения знаний, персонифицированный по каждому студенту на основе математической модели, должен подвергаться периодической квалиметрии с последующей корректировкой путем вычисления необходимого уровня внешней поддержки познавательной деятельности студентов. И в этом процессе главным звеном являются измерения количества усвоенного и неусвоенного учебного материала, причем для последнего необходимо знать прежде всего его качественный состав, то есть что именно студент не понимает, а, следовательно, не усваивает из предложенного ему структурированного учебного материала и где конкретно находятся начала его непонимания в изучении предмета.

Кроме этого, в рассматриваемой адаптивной системе важным является и количественная сторона внешней поддержки. Сколько необходимо решить дополнительно к транслируемому учебному материалу задач или примеров с тем, чтобы фактическая траектория усвоения для данного конкретного студента совпадала бы с эталонной траекторией обучения, соответствующей государственному стандарту по изучаемой дисциплине? При этом необходимое количество задач или примеров должно быть логически обосновано, и оно должно быть, разумеется, разным для учащихся, обладающих различной исходной подготовкой к усвоению учебной дисциплины.

Алгоритм определения персонифицированной внешней поддержки познавательной деятельности студентов используется как обязательная процедура рассматриваемой адаптивной системы в тех случаях, когда в процессе квалиметрии обучаемый не вышел на эталонную траекторию обучения, соответствующую рассматриваемому уровню сложности тестовых заданий.

Ниже на рисунках 6, 7 иллюстрируется потребное число задач внешней поддержки и их распределение по неделям учебного семестра для успешного усвоения задач 1 и 3 -го уровней сложности.

Рисунок 6 _ Число задач внешней поддержки при усвоении учебного материала 1-го уровня сложности (выход из области «отлично» на эталонную траекторию)

Рисунок 7 _ Число задач внешней поддержки при усвоении учебного материала 3-го уровня сложности (переход из области «хорошо» на эталонную траекторию усвоения)

Из рисунка 6 следует, что для того, чтобы студент вышел на заданный стандарт обучения, ему необходимо, например, усвоить 14 задач 1-го уровня сложности дополнительной внешней поддержки и 30 задач 3-го уровня сложности (рисунок 7). При этом дробные числа на рисунках 6, 7 соответствуют фактическому числу задач ресурса внешней поддержки, рассчитанному методом модального управления; сплошная жирная ступенчатая линия ограничивает целое число задач ресурса внешней поддержки.

Таким образом, разработанная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов позволяет для каждого конкретного студента указать индивидуальные пути достижения наилучших учебных результатов, оставляя при этом и альтернативные варианты усвоения учебного материала, сообразные с имеющимися возможностями и потребностями обучаемого. Инновационный характер этой технологии состоит в том, что она является с точки зрения фиксации результатов усвоения учебной дисциплины эффективной и понятной как для преподавателя, так и для обучаемого, поскольку на всех этапах усвоения учебного материала она однозначно показывает какие конкретно учебные элементы не усвоены из изучаемого курса и какая в данном случае требуется внешняя поддержка познавательной деятельности студента.

Наличие подобной информации в каждый заданный момент квалиметрии позволяет студенту самому корректировать свой индивидуальный процесс усвоения содержания учебной дисциплины, перенося тем самым центр тяжести своего обучения на самостоятельную работу. Необходимо также подчеркнуть, что корректировка персонифицированной модели усвоения учебного материала в данной технологии может также выполняться студентом самостоятельно в процессе интерактивного общения с компьютерной программой. В этом состоит одно из неоспоримых положительных качеств рассматриваемой обучающей системы, поскольку эта процедура позволяет непрерывно адаптировать персонифицированный учебный процесс к изменяющимся возможностям усвоения знаний обучаемого и тем самым определять наиболее эффективный режим усвоения учебного материала.

Реальный учебный процесс отличается от прогнозируемого прежде всего тем, что фактическая траектория обучения не является гладкой функцией. Каждый раз, когда проводится квалиметрия студентов и определяется фактическое усвоение транслируемого учебного материала, функции усвоения знаний и претерпевают скачкообразные изменения либо в сторону увеличения, если студент успешно усваивает учебный материал, либо в сторону уменьшения, если ситуация становится противоположной.

На рисунке 8 представлены траектории реального учебного процесса усвоения задач 1-го уровня сложности.

Индивидуальная корректировка процесса обучения дает свои плоды только в том случае, когда студент строго и последовательно придерживается указаниям внешней поддержки познавательной деятельности, осваивает весь объем учебного материала, предписанный этой внешней поддержкой, чётко при этом соблюдая график учебы и осваивая одновременно как основной транслируемый учебный материал, так и дополнительный, вытекающий из ресурса внешней поддержки.

Рисунок 8 _ Траектории реального учебного процесса усвоения задач 1-го уровня сложности (студент №5 первой учебной группы)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенная опытно-экспериментальная апробация адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов подтверждает правильность выдвинутой гипотезы, верность ее концептуальных положений и позволяет сделать выводы, раскрывающие положения, выносимые на защиту, которые можно представить следующими тремя группами.

Первая группа выводов выявляет теоретические основы построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки:

_ созданная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов в полной мере удовлетворяет всем системным свойствам: целостности, членимости, наличию организации и связей, интегративным качествам;

_ матричная модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки обеспечивает механизм систематизации учебных заданий; содержание учебного предмета можно рассматривать как систему учебных заданий, имеющих свою структуру, что означает проникновение в сущность изучаемых объектов; структурный анализ систем учебных заданий в разных дисциплинах выявил нарушение процентного соотношения задач по уровням сложности: с повышением сложности резко снижается число соответствующих задач; в системах задач нарушается их иерархия по сложности; указанные недостатки препятствуют эффективному формированию системности знаний учащихся, что в конечном счёте приводит к осложнениям в реализации принципа развивающего обучения;

_ разработанные тесты для периодической квалиметрии уровня усвоения учебной информации представляют собой взаимосвязанную последовательность учебных элементов познавательно-деятельностной матрицы, которая определяется не только алгоритмом и логикой решения учебной задачи конкретного уровня, но и зависимостью получения правильного ответа при усвоении последующего учебного элемента познавательно-деятельностной матрицы от верного выполнения предыдущего; организация квалиметрии следует принципу последовательного восхождения по уровням сложности учебного материала, отражающему иерархию возможностей деятельности человека;

_ матричная модель познавательного процесса является инвариантной относительно содержания изучаемой учебной дисциплины, и в равной степени может быть применена как к общим математическим и естественнонаучным дисциплинам, так и к общепрофессиональным и специальным дисциплинам, а также к дисциплинам гуманитарного и социально-экономического циклов.

Вторая группа выводов связана с математическим моделированием процесса функционирования в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов:

_ персонифицированная профессиональная подготовка, включающая содержательный, уровневый и организационный аспекты, учитывает психолого-деятельностные параметры каждого студента в процессе усвоения учебной информации: несовершенство механизма человеческой памяти, нарушение концентрации и устойчивости внимания, инерционность и физиологическое насыщение процесса усвоения знаний, самоорганизацию и мотивацию учения;

_ предложенная системная диагностика психолого-деятельностных параметров студентов содержит модифицированные под компьютерную технологию психологические тесты по определению объемов кратковременной и оперативной памяти обучаемых; концентрации, устойчивости, избирательности, распределения и переключения внимания; склонности студентов к самоорганизации и самостоятельной учебной деятельности, а также свойств инерции психофизиологического насыщения индивидуума в процессе обучения;

_ системная диагностика психолого-деятельностных параметров студентов позволяет в ходе оперативного тестирования корректировать коэффициенты математических моделей процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки и тем самым уточнять сам процесс усвоения знаний как инвариантного ядра учебной дисциплины, так и ее мотивационной составляющей каждым отдельным обучающимся; корректировка коэффициентов персонифицированных математических моделей означает адаптацию последних к изменяющимся психолого-деятельностным параметрам студентов в процессе обучения.

Третья группа выводов отражает апробацию адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов:

_ анализ влияния психолого-деятельностных параметров студентов на процесс усвоения учебной информации показывает на существенную нелинейность последнего; фактическая траектория усвоения учебного материала обладает инерционным участком и участком насыщения, которые определяются психофизиологическими свойствами человеческого организма; эталонная траектория обучения задается требованиями образовательного стандарта по дисциплине и соответствует полному усвоению всех учебных элементов, отражающих содержание изучаемого предмета;

_ разработанная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов позволяет построить прогнозируемые траектории усвоения знаний для каждого обучаемого, что может быть использовано для формирования гомогенных учебных групп;

_ необходимый ресурс внешней поддержки в рассматриваемой адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки студентов определяется по результатам квалиметрии с использованием метода модального управления и представляет собой набор дополнительных задач, необходимых для проработки в том случае, если по результатам квалиметрии реальная кривая усвоения учебного материала для студента расположена ниже эталонной траектории.

Проведенное исследование не может претендовать на исчерпывающее изучение всех аспектов такого сложного процесса, каким является разработка адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов. К числу проблем, нуждающихся в дальнейшей разработке, следует отнести:

_ определение обоснованных объёмов инвариантного ядра транслируемой учебной информации и ее мотивационной составляющей для дисциплин различных учебных циклов;

_ совершенствование программных средств для проведения диагностики качества применения разработанной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов;

_ разработку сборников специального тестирующего материала, позволяющих применять разработанную систему подготовки студентов по отдельным конкретным учебным дисциплинам;

_ подготовку учебных задач различного уровня сложности для самостоятельного изучения в рамках развивающегося дистанционного образования.

Основное содержание и результаты исследования
отражены в следующих публикациях

Монографии

Рябинова, Е.Н. Адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов [Текст]: Монография. /Е.Н. Рябинова. _ М.: Машиностроение, 2009. - 258 с. (15,1 п.л.)

Рябинова, Е.Н. Разработка и реализация индивидуально-корректируемой технологии профессионального обучения [Текст]: Монография. /Е.Н. Рябинова. - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. - 238 с. (13,8 п.л.)

Рябинова, Е.Н. Формирование познавательно-деятельностной матрицы усвоения учебного материала в высшей профессиональной школе [Текст]: Монография. /Е.Н. Рябинова. - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. - 245 с. (14 п.л.)

Публикации в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России

Рябинова, Е.Н. Квалиметрия в профессиональном образовании [Текст] /Е.Н. Рябинова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Том 11 №4 (30) (6) «Педагогика и психология». «Филология и искусствоведение». - 2009. - С.1447-1452. (0,4 п.л.)

Рябинова, Е.Н. Формирование эталонной траектории усвоения учебной информации студентами [Текст] /Е.Н. Рябинова // Образование и саморазвитие. - №5 (15). - 2009. - С. 73-80. (0,5 п.л.)

Рябинова, Е.Н. Познавательно-деятельностная матрица как основа структуризации учебного материала [Текст] /Е.Н. Рябинова // Образование и саморазвитие. - №4 (14). - 2009. - С.192-198. (0,43 п.л.)

Рябинова, Е.Н. Технология обучения на основе синергетического подхода [Текст] /Е.Н. Рябинова // Известия Южного федерального университета. Педагогические науки. - №5. - 2009. - С. 22_29. (0,5 п.л.)