Моделирование процесса обучения и возможности статистической обработки результатов на примере модульной системы «Производство и экология»

Большинство программ профессионально-технического обучения было разработано во времена, когда изменения в новых технологиях, производственных процессах, оборудовании и материалах происходили гораздо медленнее, чем в настоящий период. Методики и учебный материал, используемые в таких программах, требуют наличия опытных, хорошо подготовленных технических и педагогически кадров. В силу жесткой и фиксированной по времени структуры учебных программ и материалов для практического обучения, их изменение и приспособление к новым изменившимся потребностям в большинстве случаев затруднительно и требует много времени.

Осознание того факта, что новое поколение гибких концепций профессионально-технического обучения, основанных на модульном подходе, позволит системе профессиональной подготовки и промышленности удовлетворить быстро меняющиеся нужды подготовки кадров, привело во многих странах к разработке соответствующих научно-исследовательских работ.

Предметом рассмотрения в данной статье является модульная система профессионального образования. Главное отличие модульной системы от традиционного профессионального обучения заключается в системном подходе к анализу изучения конкретной производственной деятельности, что исключает подготовку по отдельным дисциплинам и предметам тематического плана.

Модульная система позволяет решать, в том числе, следующие задачи:

• -    анализ работы, заданий и квалификации, который приводит к точному определению необходимых практических и теоретических навыков, обеспечивая таким образом связь обучения с потребностями промышленности;

• -    контроль выполнения каждого задания в конкретном виде работы;

  • -    возможность гибкого применения учебных программ и обмена учебными элементами между учебными заведениями и отделами профессионального обучения на предприятиях;

  • -    создание учебных элементов с соответствующими тестами для каждого отдельного практического навыка, что позволяет вести обучение с учетом индивидуального темпа изучения материала;

  • -    использование или адаптирование других имеющихся учебно-методических материалов;

  • -    применение механизмов четкого контроля и обратной связи, которые позволяют быстро реагировать на изменения в потребностях обучения и которые включают в себя систематическую процедуру оценки эффективности выполнения учебных программ;

  • -    возможность сокращения времени обучения и повышения рентабельности учебных программ.

  Практическое применение модульных систем образования возможно в различных областях профессиональной деятельности. В данной статье анализируется модульная система, предназначенная для подготовки работников экологических служб предприятий. В настоящее время постоянно увеличиваются требования к уровню знаний работников экологических служб предприятий и организаций, поэтому разрабатываются новые обучающие комплексы по экологической тематике. В связи с этим возникает проблема объективной оценки качества всех этих комплексов.

  Задача получения объективной оценки качества системы образования может быть решена путем создания формализованной математической модели этой системы, что дает возможность выделить группу параметров, с помощью которой можно количественно сравнивать характеристики различных систем образования.

  
  

При моделировании сложных экологоэкономических систем должны использоваться положения теории систем. Теория систем применяется на этапе обобщения для исследования законов динамики различных систем и абстрактного выделения из реальных систем отдельных характеристик, являющихся общими для всех или хотя бы для одного класса систем. Это позволяет приступить к созданию кибернетических систем, которые поддаются управлению, то есть целенаправленному воздействию. Вместе с тем полученные математические модели можно использовать для получения дополнительной информации о реальных системах, на основе которых они построены.

Все методы, предусматриваемые таким подходом, составляют системный анализ. Основные этапы системного анализа включают:

• 1.    Определение реальной системы, на основе которой строится математическая модель.

• 2.    Изучение реальной системы.

• 3.    Идеализация системы, получение вербальной модели.

• 4.    Формализация вербальной модели, получение математической модели.

• 5.    Имитационное моделирование.

• 6.    Испытание модели.

• 7.    Анализ модели.

Этапы 1—3 отражают деятельность специалиста, занимающегося тем или иным классом систем. Статистические и теоретические методы абстракции данных исследования реальной действительности приводят к идеализации системы, определяемой как вербальная модель. Конкретная форма модели обычно обусловлена результатом объединения теоретических концепций с экспериментальными (эмпирическими) данными.

Вербальная модель формализуется посредством математических методов, в результате чего мы получаем математическую модель. Формализованная теория позволяет выполнить описание большинства явлений на основе лишь небольшого количества фундаментальных закономерностей. Модель обеспечивает обозримость объекта путем сокращения его. Модели используются для замены реальных процессов и систем, однако их поведение должно быть сравнимо с поведением реальных объектов. Вычислительный алгоритм модели, реализуемый на ЭВМ, делает возможной имитацию явления с помощью модели. Полученные в результате имитации данные можно использовать для сравнения с результатами наблюдений, а также с имеющейся информацией о поведении реальных систем.

При упрощении в математической модели допускается искажение действительности (погрешность оценки отношений). Сравнение модели и объекта с целью оценки погрешности дает возможность улучшить согласование модели с реальной системой. Такое испытание позволяет усовершенствовать вербальную и математическую модель или же расширить наши знания о реальной системе. Эта процедура может выполняться многократно. По завершении испытания математическую модель можно применять для изучения других состояний той же системы и даже иных систем.

В данном конкретном случае реальной системой, подлежащей описанию, является образовательная система «Производство и экология». Был проведен сбор статистических данных при проведении обучения работников нескольких предприятий экологических служб, преподавателей и студентов, а именно: сотрудников завода «Химпром» г. Волгограда; завода «Оргсинтез» г. Волжского; ОАО «Волгоград-ЛУКойл-Нефтепереработка»; студентов Светлоярско-го экологического техникума; кафедры экономики природопользования ВолГУ.

Однако, возможно, понадобится проведение дополнительного сбора данных (с целью проверки и корректировки параметров модели) с последующим их анализом на ЭВМ.

Модульная система «Производство и экология» подготовлена коллективом авторов ВО РАЕН (Г.К. Лобачева, И.Ж. Гучано-ва, И. Гучанов). Модульная система образования является наиболее эффективной по уровню усвоения информации системой образования. Благодаря этому подобные системы обучения широко распространены в Европе и США. Использование модульных систем позволяет в кратчайшие сроки и на высоком уровне провести переподготовку или повышение квалификации специалистов. Разработанный комплекс «Производство и экология» является первым в России обучающим комплексом, по тематике в области охраны окружающей среды, который включал бы в себя всю информацию и был выполнен в соответствии с международными стандартами.

Обучающий комплекс содержит 10 модулей (около 400 страниц), которые охватывают весь спектр знаний в области эко- логии. Данная система предназначена для широкого круга специалистов: сотрудников экологических служб предприятий, преподавателей и студентов вузов и техникумов.

Проверка знаний осуществляется с помощью компьютерных тестов. Программа TESTEC написана на языке Turbo C, включает в себя 54 самостоятельных теста по каждой главе модуля. Процесс тестирования возможен как по всему курсу в целом, так и по любому отдельному модулю. После того как обучаемый выбрал тест, ему необходимо ввести свой идентификатор. Далее следует ответить на вопросы. Каждый модуль содержит разное количество вопросов (от 8 до 12 вопросов). Для ответа необходимо выбрать и пометить правильные варианты. На ответ на каждый вопрос теста дается фиксированное время. Промежуток времени устанавливает экзаменатор до проведения тестов, при настройке системы TESTEC. В проведенных тестах с группами студентов обычно использовался промежуток в 20 с между вопросами. В тестах с группами работников экологических служб предприятий этот промежуток равнялся 30 с. В случае если не был зафиксирован ответ в отведенное время, программа обнуляет выбранные варианты и считает, что пользователь не смог ответить на вопрос. На экране дисплея постоянно ведется обратный отчет оставшегося времени на текущий вопрос.

Сразу по окончании теста программа выдает результат, содержащий:

• -    количество баллов, набранное обучаемым;

• -    процент времени, затраченного на ответы от общего количества времени, положенного на все вопросы данного теста;

• -    в какой интервал оценок попадает данная сумма баллов, то есть оценка обучаемого за этот тест. При этом выдаются граничные значения данного интервала оценок и его характеристика.

Установить граничные значения каждого интервала оценок и количество самих интервалов должен экзаменатор на этапе настройки системы TESTEC. При этом существует возможность записать не только цифровые значения для каждого интервала, но и словесные характеристики, которые будут выдаваться после каждого теста вместе с результатами. Экзаменатор может выделить до пяти различных интервалов оценок.

Этап настройки параметров системы TESTEC включает в себя также и заполнение таблицы оценок вариантов по каждому тесту. Экзаменатор имеет большую степень свободы определения конкретного весового значения каждого варианта ответа, а также и самого количества вариантов ответов на каждый вопрос. В последней версии системы TESTEC существуют только следующие ограничения: оценка каждого варианта ответа должна быть в пределах от -99 до 99, количество вариантов — не более пяти.

В ходе проведения тестов была разработана следующая система оценок:

• -    все правильные варианты ответов имели положительную оценку, все неправильные — отрицательную;

• -    значения оценок могли быть различными для разных вопросов, но все правильные варианты ответов имели обычно одинаковую оценку. И это же правило действовало для неправильных вариантов; накладывалось одно только ограничение на значения оценок:

Sa. = Sb, i             j, где ai — оценки для правильных ответов, Ь. — оценки для неправильных вариантов.

При этой системе обучаемый всегда получал 0 баллов, если не смог ответить ни на один вопрос. А также получал 0 баллов, если отвечал утвердительно на все варианты, в том числе и неправильные.

Эта система оценок не является обязательной. Экзаменатор может изменить параметры на этапе настройки. Например, выбрать наиболее важные вопросы в модуле и закрепить за ответами на эти вопросы большие значения как положительных оценок, так и отрицательных, для придания им большего веса в итоговой сумме баллов.

Были введены следующие граничные значения интервалов оценок:

• -    все оценки от 0 и менее считались «неудовлетворительными»;

• -    суммы набранных баллов в интервале более 0 и до / максимальной суммы баллов включительно — «удовлетворительными»;

• -    и суммы баллов более / максимальной суммы — «хорошими».

При тестировании студентов вводился также еще один интервал — «отлично». Это были значения очень близкие к максимальной сумме баллов.

В программе TESTEC предусмотрено подсчет баллов по так называемым «локальным характеристикам». При этом сумма баллов считается не по всем вопросам, а по набору вопросов, указанному на этапе на- стройки. Можно выделить до трех групп вопросов по локальным характеристикам.

Все параметры системы TESTEC (количество тестов, количество вопросов на каждый тест, число вариантов ответов на каждый вопрос, временной интервал между вопросами теста, оценки за каждый вариант ответа, количество и граничные значения интервалов оценок, характеристики интервалов, данные о локальных характеристиках) может ввести экзаменатор в специальном окне настройки. Настройка сопровождается подсказками и проверкой характеристик. Чтобы войти в окно настройки необходимо ввести пароль.

Результаты тестов (выбранные варианты ответов, время, затраченное на от вет на каждый вопрос теста, дата и время проведения опроса) сохраняются в базе данных. Одна из программ системы TESTEC позволяет просмотреть эти данные в любой момент времени и заново пересчитать результаты тестов. Полученные результаты пригодны для статистического анализа. Это позволяет построить математическую модель учебного процесса, использующего модульную систему. На основе этой модели можно будет сделать вывод об эффективности данной обучающей системы. Если это получится, то наработанные алгоритмы оценки обучающей системы и саму тестовую программу можно будет использовать и для оценки других обучающих систем.