Моделирование образовательного процесса

Введение 4
1 Проблематика организации учебного процесса 12
1.1 Учебный процесс как объект исследования 12
1.2 Выбор инструментальных средств разработки 23
1.3 Постановка цели и задач исследования 28
Выводы по разделу 1 28
2 Имитационная модель учебного процесса 30
2.1 Использование GPSS World для моделирования учебного процесса 30
2.2 Программная реализация модулей модели 41
2.3 Параметризация 54
2.4 Универсальность модулей 56
2.5 Взаимодействие с программой 57
Выводы по разделу 2 58
3 Имитационное моделирование учебного процесса 60
3.1 Тестирование 60
Выводы по разделу 3 66
Заключение 67
Список сокращений 68
Список использованных источников 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А Листинг программы 74

Купить

Актуальность. Эффективность экономики и благосостояния общества во многом зависит от уровня общеобразовательной и профессионально¬квалификационной подготовки трудоспособного населения [24]. В связи с этим во всей образовательной сфере происходят постоянные различные изменения. Они необходимы для того, чтобы выпускник соответствовал требованиям изменяющегося современного мира. Прежде всего, такие перемены выражаются в изменении способов подготовки молодых специалистов, а затем в корректировке содержания получаемого материала.
Если такие изменения происходят постоянно, то они, безусловно, оказывают в своём большинстве негативное влияние на образовательный процесс и уровень образования выпускников вузов в целом. В работах Фридриха Энгельса, В. И. Вернадского и других есть очень много описанных идей по поводу ускоряющегося роста научного познания. Исходя из данной теории, существует необходимость в увеличении скорости внедрения новых методик с уменьшением времени на их апробацию.
Данный факт приводит к тому, что большинство вузов внедряют методики, которые по окончанию обучения не дают желаемый результат. Низкая эффективность проверки учебных планов обусловлена в первую очередь ограничением времени. Минимальное время на получение какого-либо объективного результата от внесения новых изменений в образовательный процесс затягивается на период обучения студента (например, четыре года для бакалавриата или пять для специалитета), а максимальное затраченное время может достигать времени обучения нескольких поколений выпущенных студентов в зависимости от вида внедрений [2].
Осознавая данную проблему, многие специалисты в области педагогики в качестве выхода из такой ситуации предлагают использовать различные методы автоматизированной проверки подготовленных методик обучения. Данное решение связано с тем, что оно помогло бы проводить тестирование не на самих студентах, а с помощью компьютера. Это так же ускорило бы время проверки учебных планов. Образовательный процесс считается очень сложной системой с множеством взаимосвязанных различных компонентов. Несмотря на это, для проверки его эффективности можно использовать методы моделирования.
Под эффективность образовательного процесса стоит понимать соотношение количества изученного материала к требуемым знаниям. Чем такое соотношение больше, тем студент полноценнее знает свое направление обучения. Для понимания способов улучшения образовательного процесса необходимо изучить объект со всех возможных сторон.
Одним из лучших способов оценки эффективности объекта является построение его модели и реализация процесса моделирования, который принадлежит к универсальным методам познания. Оно отлично походит для системного анализа при исследовании многоэлементных и полиструктурных динамических систем, функционирование которых происходит под воздействием огромного количества управляемых и неуправляемых внутренних и внешних факторов [3]. Это подтверждают исследования Л.Б. Ительсона в которых было изложено, что применение математических методов в педагогике продвигает познание изучаемого объекта на более высокие этапы, как количественных, так и качественных характеристик [5]. Данные сведения об изучаемом объекте будет приводить к тому, что взаимодействие с ним будет все точнее и качественней. Вышесказанное приводит к все более насущно необходимому моделированию образовательного процесса.
Созданная модель позволит находить оптимальные структуры процесса обучения. Средствами такой оптимизации получения знания являются: отбор содержания дисциплин и установление последовательности между ними, создание прочных связей и взаимоотношений между видами обучения. Чем теснее и глубже связь между материалом и дисциплинами (в частности, изучение одного предмета на основе знаний, полученных в другом), тем выше уровень научной и профессиональной подготовки специалистов после окончания вуза.
В учебный процесс помимо самого получение знаний входят контроль над качеством этих знаний, предоставление учебного материала, а так же разрешение различными способами конфликтных ситуаций, которые неизбежно возникают в процессе. Критерием эффективности учебного плана является его выполняемость. Для её проверки используют общее промежуточное, а также итоговое тестирование студента [4].
Конфликтные ситуации являются наиболее значимой проблемой реализации спланированного обучения студента. Обычно их можно разделить на два типа: объективные и субъективные. Каждое из них можно решить при помощи «корректировок» в процессе обучения, такими корректировками могут являться дополнительные занятия, предоставление доп. материала и многое другое. Полностью избавится от данных проблем и их негативного влияния невозможно, но стремление сгладить это, накладывает некоторые ограничение на планирование учебного процесса [20].
На текущий момент не существует четкой и объективной модели, которая обеспечила бы решение вышеперечисленных проблем. Эта ситуация возникает из-за того, что отсутствуют не только математические модели образовательного процесса, но и методология, с помощью которой они могли быть бы созданы.
Под методологией разработки такой модели понимается:
1) выбор математического аппарата для моделирования;
2) определение, какие элементы объекта какими математическими средствами могут быть представлены;
3) что является переменными состояния, параметрами, входными и выходными величинами;
4) какими математическими средствами модели могут быть представлены;
5) какие методы могут быть использованы для расчёта этих моделей;
6) с помощью каких программных средств (имеющихся или вновь разработанных) можно реализовать предложенные математические модели.
Проектирование и реализация образовательного процесса сводятся к следующим операциям:
1) выбор изучаемых дидактических единиц с учётом направления подготовки;
2) формирование последовательности изучения дидактических единиц с распределением их по учебным дисциплинам, семестрам, курсам, видам занятий;
3) создание учебно-методических комплексов, включая фонды оценочных средств, в том числе, в форме электронных образовательных ресурсов;
4) обеспечение образовательного процесса необходимыми ресурсами — квалифицированными преподавателями, помещениями, оборудованием;
5) составление расписание занятий;
6) реализация образовательного процесса путём проведения аудиторных занятий и организации самостоятельной работы студентов, а также проверки выполненной работы.
Последовательность реализации образовательной программы в целом соответствует приведённой выше. Но при этом некоторые пункты могут совмещаться. Например, создание УМКД часто совмещено с выбором ресурсов (прежде всего, преподавателей). Формирование последовательности изучения дидактических единиц совмещается с их распределением и т. д. [5].
В настоящее время все эти операции выполняются вручную, причём разными людьми и без взаимной связи. В результате возникают следующие проблемы:
1) преподаются не все дидактические единицы, которые необходимы для соответствующего направления подготовки, а те, которые преподаются, не всегда чётко сформулированы (особенно, в части умений и навыков);
2) последовательность преподавания дидактических единиц часто нарушена — дидактические единицы, базовые для изучения новой дидактической единицы, могут изучаться в последующих дисциплинах;
3) объём материала в рамках семестра (недели, лекции) больше или меньше допустимого для хорошего усвоения;
4) непродуманное (и неоптимальное) распределения дидактических единиц по видам занятий;
5) неполное преподавание запланированных дидактических единиц из-за различных сбоев в учебном процессе — срывов занятий, не посещения отдельных занятий обучающимися и др.
Все эти сложности частично преодолеваются преподавателями за счёт адаптации предлагаемого материала к условиям обучения, а студентами — за счёт дополнительного времени на изучение. Полностью компенсировать возникающие помехи невозможно [6]. Но и свести их к минимуму также оказывается сложно. В результате, качество обучения существенно страдает.
Таким образом, моделирование учебного процесса является не только желательным, но и необходимым. А так же для дальнейшего усовершенствования модели необходимо создать методику разработки модели, её параметризацию и другие возможные свойства. Без исследования структуры и содержания образования в современных условиях становится невозможной качественная подготовка специалистов.
Объектом исследования является образовательный процесс.
Предметом исследования является модель образовательного процесса в вузе.
Объектом разработки является математическое, методическое,алгоритмическое и программное обеспечение системы поддержки решений на основе моделирования образовательного процесса в учебном институте вуза.
Цель работы — разработка основ методологии моделирования образовательного процесса в институте.
Задачи работы:
1) Системный анализ образовательного процесса вуза.
2) Выбор математического аппарата для моделирования процесса в вузе.
3) Разработка математических моделей отдельных частей образовательного процесса.
4) Разработка алгоритмического и программного обеспечения для моделирования образовательного процесса в вузе.
5) Разработка технологии моделирования образовательного процесса в вузе с использованием существующего и оригинального программного обеспечения.
6) Разработка методического обеспечения по разработке моделей и выполнению моделирования образовательного процесса вуза.
Основная идея работы заключается в том, чтобы создать единую математическую модель различных частей образовательного процесса в учебном институте вуза с использованием различных технологий и построении на этой основе системы поддержки принятия решений для повышения эффективности учебного плана.
Методы, инструментальные средства и технологии разработки.
Используются методы моделирования на основе GPSS World , баз данных (автоматизированных информационных систем), а также собственного программного обеспечения.
Научная новизна работы заключается в том, что:
1) разработана методология моделирования процессов в учебном институте вуза, включающая обоснование выбора используемого математического аппарата с учётом разнородности элементов и процессов;
2) разработаны математические модели, алгоритмы и их программная реализация для моделирования образовательного процесса в Институте космических и информационных технологий СФУ;
3) предложены методика и процедуры параметрической идентификации разработанной модели;
4) исследованы характеристики образовательного процесса в Институте космических и информационных технологий.
Значение для теории заключается в том, что разработанная методология моделирования образовательного процесса в вузе создаёт научно обоснованную базу для создания оптимального учебного плана.
Значение для практики заключается в том, что создаваемые с использованием разработанной методологии учебные планы обеспечивают повышение эффективности образовательного процесса, снижая шанс принятия неправильный решений.
Особенности работы заключаются в том, что работа имеет не только теоретический, но и прикладной характер, так как направлена на решение реальных проблем образовательного процесса в СФУ.
Личный вклад и сотрудничество. Все основные результаты получены лично автором. В работе в качестве исходных данных использовались материалы, полученные коллегами в рамках выполнения ими своих магистерских диссертаций.
В разделе 1 рассмотрена проблематика организации учебного процесса, выполнен литературный обзор по теме диссертации, сформулированы и обоснованы цель и задачи работы, а так же обоснован выбор инструментальных средств.
В разделе 2 выполнен системный анализ образовательного процесса с выделением элементов, связей между ними, входных и выходных переменных, переменных состояния и параметров. Разработаны математические основы моделирования образовательного процесса, выбраны математический аппарат для представления образовательного процесса, предложены конкретные рекомендации по представлению элементов моделируемого объекта соответствующими математическими средствами, рассмотрены методические рекомендации по параметрической идентификации моделей. Определены технологические цепочки совместной работы выбранных и разработанных программных средств, разработаны алгоритмы и их программная реализация.
В разделе 3 представлены результаты моделирования образовательного процесса, доказывающих работоспособность созданных моделей.
Список использованных источников содержит 25 наименования.
В приложении А приведен листинг программы, реализующий модель лекционного занятия.
Использование результатов работы. Практическая составляющая работы в части разработанного программного обеспечения использована в Институте космических и информационных технологий СФУ при решении некоторых реальных задач управления.
Купить