CC BY
48особенности подготовки специалистов по техническим специальностям
Захарова А.А., Лазарева А.Н.
поддержка выбора образовательной траектории индивидуума на основе онтологии
Одной из важнейших задач в эпоху научно-технического прогресса становится организация соответствия профессионально-квалификационной структуры кадров быстро меняющемуся материально-техническому базису производства. Отставание профессиональных знаний от требований производства вызывает необходимость дополнительного кадрового вовлечения в производство, снижает эффективность использования оборудования и трудовых ресурсов. усовершенствование ее качества при помощи системы непрерывного профессионального обучения кадров представляется одним из центральных резервов повышения эффективности производства.
Необходимость получения знаний, навыков и умений для успешной трудовой деятельности вынуждает индивидуума получать соответствующее образование [4]. При этом существует достаточно большое количество альтернатив, которыми человек может воспользоваться: он может сначала получить образование, затем вступить в трудовую деятельность; может остановиться на одном из уровней образования или пройти их все; может сразу включиться в трудовую деятельность, а затем получать образование в заочной форме или на различных курсах повышения квалификации и т.п.
Особенно актуальна эта проблема для молодых людей, только начинающих трудовой путь. Нельзя забывать о том, что для них выбор чаще всего связан с мнением родителей (семьи) или работодателя, поскольку вчерашнему школьнику сложно представить себе всю свою будущую профессиональную карьеру, выделить плюсы и минусы. таким образом, его решение чаще всего лишь частично принято исходя из его собственных целей.
Не только сам потребитель образовательной услуги, но и работодатель становится прямым получателем результата процесса образования. Оценки качества
образования, данные работодателями и учебными заведениями, могут различаться.
учебные заведения оценивают качество образования как степень соответствия содержания и уровня подготовки выпускников федеральным государственным образовательным стандартам (ФгОС). Как следствие государственная аккредитация учебных заведений и образовательных программ в России ориентирована только на контроль знаний выпускника, ее критерии не связаны с требованиями работодателей и рынка труда и не оценивают готовность выпускника к профессиональной деятельности. Необходимо отметить, что в последнее время стали проводиться работы, направленные на взаимодействие работодателей и учебных заведений.
Оценка образования работодателями и учащимися отличается от оценки учебных заведений, так как они оценивают качество образования как потребители. Если образование позволяет успешно конкурировать на рынке труда и развивать карьеру, то выпускник считает его качественным. Работодателей при приеме выпускников на работу в первую очередь интересует не соответствие их подготовки требованиям ФгОС, а их профессиональная компетентность, способность ориентироваться в производственной обстановке, решать нестандартные задачи, принимать самостоятельные решения в пределах своей компетенции и отвечать за них.
Несмотря на то, что органы власти и управления, работодатели, учебные заведения, индивидуум в процессе оценки образовательных траекторий ставят перед собой разные задачи, все они оказывают влияние на выбор друг друга. для индивидуума и учебных заведений при выборе образовательной программы одним из решающих факторов является востребованность выпускников данного направления на рынке труда. Работодатели отдают предпочтения выпускникам зарекомендовавших себя учебных заведений. учебные заведения заинтересованы в том, чтобы их студенты после окончания реализации образовательной программы сразу же начинали свою трудовую карьеру.
таким образом, актуальна разработка информационной среды и методов поддержки принятия решений о выборе образовательной траектории, обеспечивающей инструментами для оценки образовательных программ всех заинтересованных в этом выборе субъектов. В данной работе под образовательной траекторией понимается последовательность форм образовательной деятельности в течение всей жизни человека. Следует отметить, что эта задача является слабоструктурированной, существуют трудности в её формализации, решения принимаются в условиях высокой неопределенности среды принятия решений, неполноты информации для анализа.
Отдельные аспекты этой задачи широко обсуждаются исследователями различных стран. Например, анализ взаимосвязи качества образования и состояния рынка труда [6], оценка качества образовательных программ [3, 7], выбор программ повышения квалификации на основе оценки уровня профессиональной компетентности и собственных предпочтений обучаемого [9]; формирование критериев оценки образовательных программ [1], формирование оптимальной
траектории при изучении отдельных курсов (в т.ч. электронных) [10] и другие.
Однако, вопросам последовательной смены форм образовательной деятельности в течение всей жизни человека и разработкам методов поддержки принятия решений о выборе образовательной траектории в условиях учета мнения всех заинтересованных субъектов практически не уделяется большого внимания [11].
В [12] предлагается система универсальных моделей поддержки принятия решений, которые могут применяться в стратегическом управлении социально-экономическими системами (СЭС) различного вида. Принятие решений о выборе образовательной траектории принимается на личностном уровне СэС, а сами решения можно отнести к стратегическим, поскольку они имеют долгосрочные последствия. В [2, 12] представлены результаты использования двух универсальных моделей (оценки проектов стратегического развития и оценки выполнения стратегии) для поддержки выбора образовательной траектории индивидуумом.
Но при использовании этих универсальных моделей, был сделан вывод о том, что сложность предметной области, наличие большого числа акторов, действующих во внешней среде, определяет необходимость предварительного моделирования взаимосвязей объектов рассматриваемой предметной области. то есть система поддержки принятия решений в данной предметной области должна содержать специализированные модели, обеспечивающие этап стратегического выбора.
В настоящее время разработано множество моделей представления знаний. Наибольшую известность получили следующие модели:
• продукционная модель - модель, основанная на правилах, позволяет представить знание в виде предложений типа: «ЕСЛИ условие, ТО действие». Продукционная модель обладает тем недостатком, что при накоплении достаточно большого числа продукций они начинают противоречить друг другу;
• сетевая модель (или семантическая сеть) - в инженерии знаний под ней подразумевается граф, отображающий смысл целостного образа. узлы графа соответствуют понятиям и объектам, а дуги - отношениям между объектами. Обладает тем недостатком, что не содержит ясного представления о структуре предметной области, а также существует сложность поиска вывода;
• фреймовая модель - основывается на таком понятии как фрейм. Фрейм - структура данных для представления некоторого концептуального объекта. Основным недостатком фреймовых моделей является отсутствие механизмов управления выводом.
Онтология - это попытка всеобъемлющей и детальной формализации некоторой области знаний с помощью концептуальной схемы. Интеллектуальные системы, использующие онтологии в качестве баз знаний, легко поддаются модификации при наличии такой необходимости.
В ходе процесса проектирования и разработки онтологии достигаются следующие цели:
• выполнение имитационного моделирования процессов с целью их оптимизации;
• быстрое получение логических выводов на основании большого количества информации, с целью поддержки принятия решений;
• обеспечение доступности для восприятия пользователей больших объемов сложно структурированной информации, обмен знаниями между людьми.
для построения онтологии предметной области выбора образовательной траектории использовался редактор Protege 4.2, который является локальной, свободно распространяемой Java-программой. С помощью этого редактора можно создавать, изменять, просматривать, объединять, расширять, а также адаптировать онтологии под разные форматы данных (текстовый, XML, RDF(S), OWL и др.). Protege 4.2 имеет богатый набор операторов, основан на логической модели данных, позволяющей создавать определения, которые соответствуют неформальному описанию [5, 8]. Следовательно, определения сложных понятий могут быть построены на определениях более простых понятий. Кроме того, логическая модель позволяет использовать рассуждения, способные проверять взаимную согласованность утверждений и определений в онтологии, а также соответствие концепций заданным определениям.
Процесс создания онтологии при помощи редактора Protege 4.2 начинается с выделения основных понятий (классов) предметной области и отношений между ними, создание непротиворечивых определений для основных понятий и определения терминов, связанных с ними.
Классы — это абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, а также их сочетания. Обычно классы в онтологиях организованы в иерархическую классификацию понятий по отношению включения. Например, классы Образовательные программы и Студенты и выпускники являются подклассами класса учебные заведения.
Классы (owl:Class) являются основными компонентами онтологии, которые описываются с помощью формальных конструкций. Созданная иерархия классов предметной области представлена на рисунке 1.
В качестве основных классов были выбраны субъекты, которые заинтересованы в выборе образовательной траектории и оказывают на него влияние:
• индивидуум (основной субъект, который принимает решение о выборе той или иной образовательной траектории);
• учебные заведения (предлагают образовательные программы для реализации образовательной траектории);
• работодатель (предоставляет информацию о востребованности компетенций определенной образовательной программы);
• органы власти и управления (влияют на формирование образовательных программ и условия их реализации).
Класс «Индивидуум» содержит следующие подклассы:
• результаты испытаний, которые являются ограничениями при рассмотрении индивидуума учебным заведением в качестве обучающегося;
• уровень образования, имеющийся на данный момент у индивидуума. этот параметр является ограничением при выборе следующего шага при формировании
образовательной траектории.
• предпочтения. Индивидуум описывает критерии, по которым он выбирает образовательную траекторию. Например, желаемая стоимость обучения, профиль обучения, компетенции. Данный список может быть расширен.
• резюме - документ, содержащий информацию об опыте работы, навыках, образовании и другую информацию, обычно требуемую при рассмотрении кандидатуры человека для найма на работу.
' •ТЫгщ Т 1 ИнД«ВЦД*ун
Рслглыл |ы_мспытанин Т •11ре.Ц1Ц>чт1гинч
Желаеная_стоин{ктъ ИТ ппг1гииг_111111патпщ|«1 ЖГЛ.^'НЫН профиль Ihmm
• УрО("1Ч1г ЮВвНЧЯ
•ощ
* й|нлны_11плы||_н_упра||л1!11н]|
* ri-p-оф-о-с сиочлпьиые стандарты
• ФГОС
t 1'лЬа сил<з srjiri Т # Н-лклигии
Т ■ Требования
Сил |Л(й[н
Г)и Г [I I Fiji IНЦ»
Т I Учгйны|'_ 1ЛГ<-Л«Ч1НИ
* Контактная j мфорнэцяп *ИчД
Нммнннм
■OHKRIipi 1 ЩккКиЛь
Срам_[]£ учении СпНРНСГЬ ■ Уровень Фчэриа обучения
* Сг^№МТи_Н_1ЫПуСП|НКИ лбигуриемпи
Выпустит СЩСЙШ Фсрнл_с:п&с|ьемнпс1и
Рисунок 1 - Иерархия классов предметной области выбора образовательной траектории
Класс «Органы власти и управления» содержит следующие подклассы:
• контрольные цифры приема устанавливают приоритетные направления исходя из потребностей экономики в квалифицированных кадрах;
• профессиональные стандарты - это характеристики квалификации, необходимой работнику для осуществления определенного вида профессиональной деятельности;
• ФГОС устанавливает правила реализации образовательной программы. Следующим этапом разработки онтологии является описание свойств. Свойства (rdf: Property) в OWL представляют отношения, которыми связаны
между собой классы или индивиды. В данном языке описания онтологии существует два основных типа свойств:
На рисунке 2 представлен фрагмент описания свойств объектов
(owl:ObjectProperty).
t -etopObjcrtPrapcftt
■ Ai'.wr JH^rMlfildlb
m мйпрймлнк»чсл_11й_[чикгнкг
• -Ч1С4Ы UHArb
^рт'ЛПН IV4"3
Ш р^гуЛнр^П
т yi I.M.III ЛИВЛ101 NO"l НЧ'Ч Ello
■ ЕЯПНПГ1 н
Рисунок 2 - Свойства объектов предметной области
Например, свойство «направляются на практику» связывает класс «Студенты» и «Вакансии», а «желает реализовать» - классы «Абитуриенты» и «Образовательные программы».
Индивиды (экземпляры классов или свойств) определяются при помощи аксиом индивидов (фактов).
Индивиды - это отдельные представители класса сущностей или явлений, то есть конкретные элементы какой-либо категории. Например, индивидом класса Профиль является Прикладная информатика.
Пример аксиомы представлен на рисунке 3. Данная аксиома устанавливает сразу два факта: индивид класса «Абитуриенты» имеет имя «Иванов Иван Иванович»; этот индивид связан свойством «желает_реализовать» с индивидом «Прикладная информатика», определённым в классе «Профиль».
ННЛЛК1ТСЯ WJflW Ай-Ш-урИ'ЧПЫ ■ жслдп р^алнишди»
Принллднаи инфорнлгакл
Рисунок 3 - Пример аксиомы
В качестве ещё одного примера можно рассмотреть аксиому, описывающую требование работодателя к индивидууму, чтобы он соответствовал уровню образования для определенной вакансии.
Семантическая сеть является сетевой моделью предметной области, имеющей вид ориентированного графа, вершинами (узлами) которой являются классы, а дугами (рёбрами) - направленные отношения или связи, соединяющие эти узлы. В семантической сети отображены типы отношений. На рисунке 4 представлена семантическая сеть, построенная в результате онтологического моделирования предметной области выбора образовательной траектории в редакторе Protege 4.2 [13, 14].
Рисунок 4 - Семантическая сеть взаимоотношения субъектов, участвующих в выборе образовательной траектории
Разработанная онтология дает возможность отразить все отношения между субъектами. Она позволяет формировать запросы для индивидуума, которые отбирают образовательные программы, исходя из предпочтений индивидуума. Применяя данную онтологию, работодатель сможет создавать запросы, содержащие набор требуемых компетенций, и получать направления образовательных программ, которые им соответствуют. В свою очередь образовательные учреждения смогут производить мониторинг вакансий и потенциальных потребителей их услуг, тем самым обеспечивая предоставление самых востребованных из них, корректируя свои образовательные программы. таким образом, весь поток информации, объединяющий индивидуума, работодателя и учебные заведения, будет происходить внутри данной онтологии, а не разрозненно.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-07-00299а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заграй, Н.П. Критерии и показатели качества образования / Н.П. Заграй, В.Н. Пуховский // Инженерное образование. - 2005. - №3. - С. 36-43.
2. Лазарева, А.Н. Математическое и программное обеспечение поддержки выбора образовательной траектории индивидуума / А.Н.Лазарева, О.Ю.Зорина, А.А. Захарова // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - № ОВ4. - C. 34-39
3. Лоренц, В.В. Проектирование индивидуально-образовательного маршрута как условие подготовки будущего учителя к профессиональной деятельности [Текст]: дис... канд. пед. наук: 13.00.08. - Омск, 2001. - 250 с.
4. Рядовой Н.Н. Непрерывное профессиональное образование как фактор инновационного развития производства : автореф. дис. канд. эк. наук : 08.00.05 /
Рядовой Николай Николаевич ; Науч.-исслед. ин-т труда и соц. страхования. - М. : 2011 - 22 с.
5. Шустова, Д.В. Подход к разработке семантических основ информационных систем для проектирования и производства авиационной техники / Д.В. Шустова // Онтология проектирования. - 2015. - № 1 (15). -С. 70-82.
6. Boccanfuso D., Larouche A., Trandafir M., "Quality of Higher Education and the Labor Market in Developing Countries: Evidence from an Education Reform in Senegal," World development vol. 74, pp. 412-424.
7. Chen I., Chen J., Padró F., "Critical quality indicators of higher education," Total Quality Management and Business Excellence, 10 June 2015, pp. 17
8. Gruber, T. Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing // International Journal Human-Computer Studies. - 1995. - Vol. 43. - P. 907-928.
9. Ivashnova S., "The model of projection of a fuzzy individual professional educational trajectory," New Educational Review, vol. 40, Issue 2, pp. 69-80, 28 August 2015
10. Yang Y., Chuang P., Huang C., Hou T., Yang C., "An efficient adaptive fuzzy learning diagnosis method for e-Learning," Journal of Internet Technology, vol. 16, Issue 3, pp. 391-401, 2015.
11. Zakharova, A. A.; Lazareva, A. N.; Aleksandrov, A. A. "Mathematical Software For Evaluating And Supporting The Selection Decision On Academic Programs," Proceedings of the 2016 conference on information technologies in science, management, social sphere and medicine (ITSMSSM) ACSR-Advances in Comptuer Science Research, vol.: 51, pp.: 554-559, 2016
12. Zakharova, A.A. Developing the structure and structural patterns for a system to support strategic decision making using expert knowledge / A.A.Zakharova, E.V.Telipenko, V.V.Ostanin // 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST - 2016): Proceedings: in 2 vol., Novosibirsk, June 1-3, 2016. - Novosibirsk: NSTU, 2016. - V.2 - PP. 497-501
