CC BY
46
Адаптивная образовательная система: формальная модель
Ю. ШМАРИОН, доцент
Многие ученые-педагоги и практические работники отмечают, что приложение принципов и методов адаптации к конструированию оптимальных образовательных систем (ОС) открывает широкие перспективы их проектирования и эффективного управления. Между тем систематизированное изложение теоретических основ адаптивных ОС в настоящее время отсутствует.
Опираясь на идеи системного подхода [1] и реинжиниринга бизнеса [2], нами предложен принцип процессной декомпозиции образовательной системы, с помощью которого она представляется совокупностью логически завершенных элементов - процессов (основных и вспомогательных), отражающих динамику ОС и имеющих выход на конечный результат - качество образовательных услуг. Основные процессы базируются на функциональных связях первого порядка, их сущность определяется оптимальной структурой системы познавательных действий, позволяющих достичь наивысшей эффективности обучения людей. Алгоритмический характер познавательных действий предоставляет возможность их формализации и моделирования. В.П. Беспалько [3] представляет алгоритм функционирования учащегося при усвоении им знаний в виде следующих этапов: ориентировочный, исполнительский, контролирующий и корректирующий. На этапе ориентировочных действий выполняется процедура согласования и сонаправленности целевых векторов всех агентов, участвующих в образовательном процессе. Этапу исполнения предшествуют процедура социально-объектного проектирования, где происходит системная увязка педагогичес-
ких и социальных аспектов управления дидактическим процессом. С помощью контроля организуется система обратных связей, обеспечивающая пооперационное отслеживание уровня усвоения учебных элементов. Контролирующие действия совместно с этапом коррекции снабжают систему управления дидактическим процессом эмпирическими данными, необходимыми для реализации на процессном уровне параметрической, структурной и целевой адаптации.
Социальное проектирование и управление адаптивными образовательными системами базируется на анализе социологических и педагогических данных, характеризующих: внутреннюю структуру объекта; социальные взаимодействия участников образовательного процесса; входные и выходные информационные потоки ОС, определяющие ее связь с динамично развивающейся социально-экономической средой.
Реализация принципов адаптации в ОС требует оптимального сочетания содержательных и формальных моделей. Современное состояние развития социологии, педагогики таково, что большая часть прикладных задач слабо структурирована и описывается в лучшем случае на качественном уровне. Хотя построение содержательных моделей является важным этапом познания, необходим переход к формальным моделям, что объясняется конкретностью социального проектирования ОС на региональном уровне. Потребители ждут социально значимых для них образовательных услуг, им не интересны общие тенденции совершенствования образования, они нацелены на конкретный результат. Потому и
Редакционная почта
149
возрастает роль формальных моделей, которые позволяют использовать математический аппарат для решения оптимизационных задач. Как показывает опыт, на первом этапе создания математической модели объекта чаще всего строят линейную регрессионную модель; при этом редко указывается, в каком диапазоне изменений параметров объекта она строится. Для ОС последнее очень важно, так как активный эксперимент недоступен, и модель надо строить на данных, отражающих режим нормального функционирования системы с взаимодействующими функциональными связями всех уровней. Наш опыт моделирования ОС подтверждает корректность применения линейных моделей в реальных технологических коридорах функционирования ее основных процессов.
Образовательная система будет адаптивной, если она адаптивна по входам, по выходам и процессам, а также использует для управления модели, описывающие основные и вспомогательные процессы. Функционирование такой системы осуществляется оптимально в соответствии с комплексным критерием F(X, Y, Pr, SV, SW, E) extremum - показателем эффективности деятельности системы (где X — входы, Y — выходы, Pr — процессы, SV — свойства элементов, SW - связи, E - экономические показатели).
Выбор механизма адаптации осуществляется по отклонениям выходов от требуемых целевых значений. При проектировании конкретной адаптивной ОС исследуют возможности реализации различных механизмов адаптации. Прежде необходимо рассмотреть задачу отождествления переменных X, Yфункций F(..) с основными психо-лого-педагогическими, социальными и иными характеристиками проектируемой системы.
Параметрическая адаптация на процессном уровне выполняет текущую идентификацию, уточняет параметры модели в
связи с текущими изменениями объекта и внешними воздействиями. Например, набор студентов первого курса в контрактные и бюджетные группы сталкивается с проблемой значительных колебаний уровня их врожденных способностей и образования, что затрудняет организацию дидактического процесса. Проблема разрешается с помощью адаптивного алгоритма формирования технологически однородных студенческих групп, адаптации к ним содержания образования и педагогической технологии при удовлетворении всех имеющихся ограничений. Структурная адаптация ОС связана с решением задач стратегической идентификации: построением концептуальной модели, выбором информативных переменных, оценкой степени стационарности объекта, выбором структуры и параметров модели. Например, создание при факультетах подразделений дополнительного образования позволяет осуществить набор абитуриентов в соответствии с их врожденными способностями, т.е. получить более качественный вход в систему. Целевая адаптация обслуживает высший иерархический уровень управления активными объектами, которые могут формировать свою целевую функцию.
Принципы построения алгоритмов адаптации
Дискретность процессов ОС (недельное расписание учебных занятий) такова, что при их описании время можно не учитывать. Достигнутый уровень формализации ее основных и вспомогательных процессов позволяет описывать их с приемлемой точностью линейными статическими моделями [4], адекватными в технологически разумных интервалах. При недельном цикле управления алгоритм параметрической адаптации будет иметь рекуррентный характер и обеспечивать уточнение параметров модели по мере получения информации о функционировании ОС. Пусть структура модели фиксирована. На г-той учебной неделе
значения параметров модели были равны С . На следующей г+1 неделе получена информация о входах, выходах и управлениях ОС. Информация о поведении объекта сопоставляется с реакцией модели, и при наличии рассогласования параметры модели Ci уточняются на некоторую величину БС1+1 одним из методов вычислительной математики.
Параметрическая адаптация на структурном уровне предполагает, что организационная и функциональная структуры ОС остаются неизменными, а коррекция осуществляется изменениями в ролевой структуре, определяющей состав и распределение творческих, коммуникативных и поведенческих ролей между участниками образовательного процесса. Для определения ролевых характеристик субъектов используются социально-психологические методы, тестирование, наблюдение, анализ кадровых данных, материалы аттестации, результаты проведения ролевых игр [5].
Если параметрическая адаптация оказывается недостаточно эффективной, то включается механизм структурной адаптации, которая предполагает наличие в ОС резервов ресурсов. Не все из возможных структур и систем управления ими актуализируются. Как правило, реализуется лишь одна, остальные существуют виртуально. Инициация перехода структуры из виртуального состояния в реальное осуществляется при наличии отклонения на выходе системы (на очередном шаге управления). Должна быть отработана технология «схлопывания» одной структуры и «развертывания» другой без остановки основного технологического процесса. Она включает процессную декомпозицию ОС, анализ основного и вспомогательных процессов ОС с целью выявления узких мест,
генерирование новой структуры, обеспечение структуры ресурсами.
Говоря о природе структурной адаптации, следует отметить, что одной из причин изменения структуры модели объекта являются ограничения. Ограничения, накладываемые на управление и переменные состояния, могут изменить структуру модели объекта и структуру целевых функций. Это происходит в том случае, если управление U выходит за технологически разумный предел. Тогда в модели U заменяется постоянной величиной, равной этому пределу, и в связи с этим оно исключается из модели и целевой функции, что приводит к изменению структуры модели объекта и его целевой функции.
В комплексах непрерывного профессионального образования параллельно реализуется нескольких однотипных дидактических процессов и соответствующих им структур. Из соображений мобильности каждая из структур имеет 10-20-процентный резерв по пропускной способности. В этой ситуации решение проблемы оптимального распределения входов возможно за счет адаптации структуры входных потоков ОС к структуре дидактических процессов.
Литература
1. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа: Учеб. пособие. - СПб., 2000.
2. Ойхман Е.Г. Реинжиниринг бизнеса: Реинжиниринг организаций и информационные технологии. - М., 1997.
3. Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия) - М., 2002.
4. Шмарион Ю.В. Проектирование образовательных систем (системно-контекстный подход). - Белгород, 2003.
5. Менеджмент, маркетинг и экономика образования: Учебное пособие / Под ред. А.П. Егоршина. - Н. Новгород, 2001.
