Адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов

Актуальность исследования. Мировые тенденции развития современного общества порождают новые требования к качеству профессионального образования. Анализ научной литературы, посвященной вопросам профессиональной подготовки студентов технических вузов, показывает, что данная проблема исследуется в разных аспектах процесса обучения (целях, содержании, формах и средствах обучения) с опорой на результаты фундаментальных научных поисков в области педагогической теории и практики, идеи развития личности в деятельности.

Современная ситуация в образовании характеризуется, с одной стороны, широким выбором индивидуальных образовательных траекторий для каждой личности, с другой — неопределенностью требований со стороны общества и неустановившимся спросом на рынке труда к инженерным кадрам. Право выбора траектории своей образовательной деятельности с учётом личностных' интересов предполагает единство образованности, воспитанности, общей и профессиональной развитости. Каждый субъект при этом имеет право на персонифицированное образование, адаптивное к его изменяющимся психолого-деятельностным параметрам.

Модель адаптивной профессиональной подготовки ориентирована на приспособление саморегулирующейся системы обучения к индивидуальным особенностям обучающихся, дает возможность подстраиваться под личностные факторы индивидуума, создает и поддерживает условия для его продуктивной работы. Модель персонифицированного обучения обусловлена индивидуальными человеческими психолого-деятельностными параметрами: несовершенством механизма памяти, нарушением внимания и сосредоточенности, формированием умозаключений, уровнем притязания, свойствами инерционности и насыщения психофизиологических процессов индивидуума и т. д.

Именно поэтому на современном этапе образования приоритетным является развитие самостоятельной учебной деятельности студента, предусматривающей возможность мобилизовать свой личностный потенциал для решения различного рода проблем и разумного нравственно-целесообразного преобразования действительности (Ю.К. Бабанский, И .Я. Лернер, П.И. Пид-касистый, Е. С. Полат, Т. И. Шамова и др.) [23, 24, 151, 152, 191, 202, 283, 318].

Самостоятельная познавательная деятельность обучаемых организуется, как правило, с помощью дифференцированных учебных заданий (В.В. Гу-зеев, В .И. Крупич, И. П. Подласый, P.A. Утеева и др.) [74, 127, 136, 137, 205, 206, 291], в процессе выполнения которых происходит поэтапное усвоение учебной информации (П.Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн, Н. Ф. Талызина, Д. Б. Эльконин и др.) [65, 79, 80, 148, 149, 234, 280, 281]. Однако, в настоящее время не разработана познавателъно-деятелъностная матричная модель адаптивной персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов, связывающая умственные действия познавательного npoijecca с уровнями сложности учебных заданий по выполняемым видам деятельности. Структуризация учебного материала с помощью познавательно-деятельностной матрицы позволяет конструктивно подойти к организации самостоятельной работы студентов, квалиметрии и формированию математической модели учебного процесса.

Переход от традиционных методов преподавания к более динамичным средствам, основанным на применении информационных технологий в образовательном процессе, является одним из важнейших направлений модернизации российского образования. Информатизация является одним из значимых средств реализации таких приоритетов новой системы образования как фундаментальность, системность, целостность, ориентация на интересы развития личности. Актуальность внедрения новых информационных технологий и создания единого образовательного и информационного пространства нашла своё отражение в целом ряде научных работ известных учёных (Л.И.

Анцыферова, С .Я. Батышев, В. И. Богословский, Г. А. Бордовский, С. М. Вишняков, В. А. Извозчиков, М. В. Кларин, В. А. Козырев, В. В. Лаптев, М.П. Лап-чик, А. К. Маркова, Н. Ф. Радионова, И. В. Роберт, А. П. Тряпицына, Ю. Г. Фокин и др.) [17, 27, 40, 41, 45, 46, 62, 122, 123, 141, 142, 169, 217, 230, 299, 300].

Особое место в образовательном процессе среди автоматизированных систем занимают обучающие системы, реализующие гибкие сценарии со сложной и вариативной логикой предъявления материала и ориентированные на индивидуальные особенности студентов, и контролирующие системы, реализующие многоплановые функции: создание тестов (формирование банка вопросов, стратегий ведения опроса и оценивания) — проведение тестирования (предъявление вопросов, обработка ответов) — мониторинг качества знаний обучаемых на протяжении всего времени изучения учебной дисциплины на основе протоколирования хода и итогов тестирования в динамически обновляемой базе данных. Однако не достаточно полно разработана оперативная система мониторинга студентов, позволяющая квалиметриро-ватъ (определять количество и качество усвоенных учебных элементов) и на- > значатъ индивидуальный, необходимый для калсдого отдельного обучаемого объём дополнительной учебной информации, подлежащей усвоению с целью достижения качества обучения, соответствующего принятому стандарту.

Инновационность образования приводит к постепенной замене традиционных стратегий управления познавательной деятельностью студентов, сформировавшихся в условиях стабильно функционирующей среды, на более гибкие (адаптивные), способные подстраиваться под меняющиеся внешние и внутренние условия [30, 35, 52, 69, 97, 131, 143−145, 178, 180, 182, 188, 250, 256, 294, 307, 312, 331]. Инновационное обучение предполагает не только овладение знаниями, но и глубокое преобразование мыслительной деятельности. В приказе Рособрнадзора «Об утверждении показателей деятельности и критериев государственной аккредитации высших учебных заведений» (№ 1938 от 30 сентября 2005 г.) обязательное использование инновационных методов в образовательном процессе рассматривается в ряду критериев методической работы в университетах, без реализации которых государственная аккредитация вуза не может быть успешной.

Высшее учебное заведение, позиционирующее себя инновационным, будет конкурентоспособным, если кроме реализации высшего профессионального образования по уникальным программам двухуровневого дневного обучения, будет иметь экстернат, очно-заочное дистанционное и дополнительное образование, систему непрерывной профессиональной подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов (A.JI. Бусыгина, М. А. Евдокимов, В. Г. Кинелёв, К. Г. Кречетников, И. Э. Куликовская, H.H. Черненко и др.) [50, 57−59, 76, 87, 104, 109, 120, 125, 135, 139, 189, 196, 210 212, 308]. А это значит, что потребуется научное обоснование и учебно-методическое обеспечение, позволяющее создавать и реализовывать вариативные профессионально-образовательные программы, индивидуализировать систему профессиональной подготовки студентов. Индивид, имеющий все возможности самостоятельного достижения нужного уровня квалификации будет способен к пополнению знаний и осуществлению своего образовательного проекта без информационной поддержки специально обученных для этих целей людейсамообразование приобретёт непрерывный характерширота базового образования позволит достаточно быстро переключаться на смежные области профессиональной деятельности.

Качество образования в условиях реформирования высшей школы является одним из ключевых направлений российской образовательной политики (В.И. Байденко, Г. А. Бордовский, O.A. Граничина, И. А. Зимняя, Б. К. Коломиец, H.A. Селезнёва, А. И. Субетто, Ю. Г. Татур, С. Ю. Трапицын и др.) [25, 46, 102, 251, 276, 282, 290]. В решении проблемы повышения качества образования важное место занимает задача совершенствования его содержания. Противоречие между интегрированным характером профессиональной инженерной деятельности и узкодисциплинарной дидактической моделью обучения в вузе является одним из основных в системе подготовки инженеров. Перспективным направлением совершенствования содержания образования является его педагогическая интеграция (В.В. Лаптев, Н. Ф. Радионова, Ю. Н. Семин, А. П. Тряпицына и др.) [141, 217, 226, 252, 323].

Проведённые нами ранее исследования по совершенствованию непрерывной математической подготовки студентов технических вузов с участием сотрудников НИИ проблем высшей школы (М.Г. Гарунов, В. И. Гроздева и др.), выявили, что при изучении специальных дисциплин на старших курсах многие студенты плохо владеют математическим аппаратом, так как общий курс математики был воспринят ими неосознанно: не усвоена методология и логика решения задач. При изучении любой дисциплины в вузе необходимо учитывать междисциплинар! iyio, внутридисциплинарную интеграцию и профессионально-личностное развитие студентов через профессионально-ориентированную информацию, которая должна составлять определенную часть учебного материала наряду с инвариантным ядром. В полной мере реализовать эти идеи возможно лишь при наличии математизации процессов обучения (в частности, математического моделирования).

Цель математического моделирования дидактических процессов в самом обобщенном виде заключается в том, чтобы прояснить неподдающиеся наблюдению и эксперименту явления, процессы и закономерности обучения студентов и использовать далее эти результаты для разработки эффективной системы профессиональной подготовки студентов. К настоящему времени проблеме математического моделирования дидактических процессов посвящено достаточно большое число отечественных и зарубежных работ (Р. Ат-кинсон, Г. Бауэр, Р. Буш, О. Г. Гохман, П. Ф. Зибров, Л. Б. Ительсон, Э. Кро-терс, Л. П. Леонтьев, Д. Ллойд, Ф. Мостеллер, С. А. Пиявский, М. И. Потеев, X. Франк и др.). Тем не менее, до настоящего времени не разработана математическая модель процесса фунщионирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, учитывающая мотивационную составляющую как профессионально-ориентированную часть учебной дисциплины и изменяющиеся психолого-деятельностные параметры обучаемых.

Анализ ранее выполненных исследований, связанных с профессиональной подготовкой студентов технических вузов (В.В. Андреева, С.Е. Кап-лина, В. В. Кондратьев, З. А. Магомеддибарова, Л. П. Меркулова, В. В. Фадеева, Ю. А. Шихов, О. Н. Ярыгин и др.), также показал неразработанность указанных аспектов проблемы исследования [14, 16, 20, 28, 31, 32, 108, 116, 175, 186, 199, 293,322,332,333].

Таким образом, в системе профессиональной подготовки специалистов технического профиля выявляются противоречия между:

— возрастающими требованиями к инженерному образованию, к личности специалиста технического профиля и недостаточным уровнем его подготовки к решению профессиональных задач в условиях рыночной экономики;

— запросом производственной сферы на специалиста, готового к решению профессиональных задач в динамично изменяющихся условиях профессиональной деятельности, и недостаточным уровнем адаптированности выпускников технического вуза к условиям конкурентного взаимодействия;

— современной стратегией профессиональной подготовки студентов в техническом вузе и недооценкой их личностного потенциала в ходе освоения способов профессиональной деятельности;

— интегрированным характером профессиональной инженерной деятельности и узкодисциплинарной дидактической моделью реализации его содержания при обучении в вузе;

— существующими подходами к проблеме определения качества образования и необходимостью применения принципиально новых содержательных критериев контроля образовательного процесса средствами самого образования;

— потребностью развития самостоятельной учебной деятельности студента, системного мышления, творческих способностей, саморазвития и существующим традиционным образованием, ориентированным на трансляцию готового знания;

— необходимостью развития и осуществления двухуровневого очного обучения, экстерната, очно-заочного дистанционного и дополнительного образования, системы непрерывной профессиональной подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов и отсутствием учебно-научно-методического обеспечения, позволяющего создавать и реализовы-вать вариативные профессионально-образовательные программы, индивидуализировать систему профессиональной подготовки студентов.

Отмеченные противоречия определили проблему исследования: выявление условий создания адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов и определение её результативности в учебном процессе.

Работа выполнялась в рамках тематического плана фундаментальных исследований Российской академии образования по направлению «Научное обеспечение модернизации профессионального образования Российской Федерации» по теме «Функционально-ориентированная подготовка специалистов широкого профиля в технических вузах».

Цель исследования: разработка, научное обоснование и апробирование адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов.

Объект исследования: профессиональная подготовка студентов технических вузов в современных условиях.

Предмет исследования: содержание, структура, формы, методы и средства организации адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов, ориентированной на качество обучения.

Гипотеза исследования включает в себя совокупность взаимосвязанных предположений об адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки студентов в техническом вузе, приводящей к гарантированному уровню обучения для каждого студента, если:

— матричная модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки будет выступать в роли системообразующего фактора при структуризации учебного материала любой дисциплины в систему учебных заданий с различными уровнями сложности;

— в основу математического моделирования процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов с учетом фактора мотивации будет положена идея измеримости и управляемости процесса обучения как системы, построенной на общих принципах теории управления и учитывающей основные психолого-деятельностные параметры обучаемых;

— реализация адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов в учебном процессе технических вузов будет основана на периодической квалиметрии студентов и определении на этой базе необходимой внешней поддержки при изучении содержания учебной дисциплины, показывающей на качественном и количественном уровнях какие конкретно учебные элементы познавательнодеятельностной матрицы должны быть проработаны с заданным качеством в определенные временные интервалы.

Проблема исследования, его цель, объект и предмет, а также сформулированная гипотеза обусловили постановку трех групп задач исследования.

Первая группа задач ориентирована на выявление теоретических основ построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки, ее структуры и связанную с ней квалиметрию знаний, полученных в результате обучения:

— проанализировать ведущие современные парадигмы профессионального образования и изучить методологические подходы к познавательному процессу в высшей профессиональной школе;

— выявить и обосновать основные составляющие психологической и деятельностной структур познавательного процесса;

— разработать метод структуризации учебного материала, позволяющий представлять процесс обучения студентов как движение по познавательно-деятельностным уровням матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки;

— систематизировать и структурировать содержание учебной дисциплины с помощью познавательно-деятельностной матрицы как систему учебных заданий с разным уровнем сложности;

— разработать тесты для периодической квалиметрии уровня усвоения учебной информации студентами, позволяющие как с количественной, так и с качественной сторон оценить результаты обучения.

Вторая группа задач связана с математическим моделированием процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, учитывающим мотивационную составляющую как профессионально-ориентированную часть учебной дисциплины и психолого-деятельностные параметры обучаемых, что делает систему персонифицированной и адаптивной:

— разработать систему взаимосвязанных математических моделей процесса усвоения студентами базового (инвариантного) учебного материала и его мотивационной составляющей в профессиональном обучении, содержащих формализованные факторы психолого-деятельностных параметров обучаемых, что делает эти модели персонифицированными;

— обосновать определение психолого-деятельностных параметров студентов, используя систему психологических тестов, отражающих уровни объемов кратковременной и оперативной памяти, свойства избирательности, концентрации, устойчивости и распределения внимания, уровни самоорганизации и самостоятельной интеллектуальной деятельности студентапоскольку коэффициенты персонифицированных математических моделей, учитывающие эти параметры, периодически уточняются, то модели становятся адаптивными;

— учесть в разработанной математической модели процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов инерционность психофизиологических процессов в организме человека, что является глобальным свойством природы, и наличие физиологических пределов информационного насыщения человеческого организма.

Третья группа задач связана с апробацией адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов: квалиметрией и созданием методики внешней поддержки познавательного процесса обучаемого, которая определяется строго рассчитанной дополнительной проработкой учебного материала студентом:

— проанализировать траектории обучения студентов с учетом психофизиологических свойств человека и определить эталонную траекторию обучения, заданную требованиями образовательного стандарта по дисциплине;

— перераспределить объём всего массива учебной информации дисциплины внутри заданного временного интервала (семестра) наиболее рациональным и приемлемым для усвоения образом с учетом эталонной траектории обучения и структурирования содержания учебной дисциплины с помощью познавательно-деятельностной матрицы в систему учебных заданий с разным уровнем сложности;

— разработать алгоритм реализации адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов в образовательном процессе, представляющий многошаговую процедуру периодической квалимет-рии текущей успеваемости обучающихся по предмету и оперативную корректировку познавательного процесса путем вычисления необходимого ресурса внешней поддержки, соответствующей измеренному отставанию в усвоении необходимой учебной информации студентом;

— создать методику вычисления внешней поддержки познавательной деятельности студентов при изучении содержания учебной дисциплины, основанную на применении теории модального управления сложными динамическими системами.

Реализация поставленных задач потребовала привлечение различных методов исследования: изучения и анализа научно-педагогической, психологической, методической, математической и логистической литературыизучения учебных программ и учебных пособий по ряду общепрофессиональных и специальных дисциплинанализа структурно-логических схем профессионально-направленных межпредметных связей изучаемых курсовизучения методов современной теории управления применительно к исследованиям дидактических системпсихологического тестирования с целью определения личностного потенциала каждого конкретного студентаквали-метрии как количественной оценки качества усвоения учебного материала студентами в профессиональном обучениипедагогического эксперимента с целью проверки эффективности разработанной адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов.

Методологическую основу исследования составляют: диалектический метод познания, теория системного и личностно-деятельностного подходов к изучению педагогических явлений и процессов, психологическое тестирование, теория квалиметрии образования, общая теория управления динамическими процессами и системами.

В основу настоящей работы положены:

— труды, раскрывающие сущность системного подхода, его применение в исследованиях педагогических систем, в том числе высшего профессионального образования (В.И. Андреев, С. И. Архангельский, В. А. Болотов, Н. В. Бордовская, В. Г. Виненко, Т. А. Ильина, В. В. Краевский, Н. В. Кузьмина, B.C. Леднев, Б. Ф. Ломов, В. А. Скакун, В. А. Сластенин, Д. И. Фельдштейн, В. Д. Шадриков, Г. П. Щедровицкий, Э. Г. Юдин и др.);

— теория развивающегося образования, основанная на системном подходе и опирающаяся на личностно-деятельностную концепцию человека (Б.Г. Ананьев, Д. А. Белухин, П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, A.B. Занков, Э. Ф. Зеер, А. Н. Леонтьев, А. К. Маркова, A.B. Петровский, Л. С. Рубинштейн, В. В. Сериков, Г. Н. Сериков, С. Д. Смирнов, A.B. Хуторской, Д. В. Эльконин И.С. Якиманская и др.);

— современные концептуальные идеи разработки и применения инновационных педагогических технологий, в том числе технологий открытого образования (В.И. Богословский, В. А. Бордовский, Г. А. Бордовский, A.A. Вербицкий, Б. С. Гершунский, В. И. Загвязинский, М. В. Кларин, A.M. Матюшкин, М. И. Махмутов, В. М. Нестеренко, Н. Д. Никандров, Е. С. Полат, Н. Ф. Радионова, Г. К. Селевко, М. П. Сибирская, В. Д. Симоненко, С. Д. Смирнов, Ю. Г. Татур, А. П. Тряпицына, R. Ebel, R. Koller, J.D.Russell, A. Schelton, R. Buhlmann, G. Hofstede, G. Neuer, M. Prokop, U. Tornberg и др.);

— психологическая теория познания и психология памяти и мышления (Р. Арнхейм, Э. Блейлер, Д. Бом, Д. Брунер, Е. Галантер, В. В. Зейгарник, П. И. Зинченко, А. Р. Лурия, Я. Л. Ляудис, A.C. Майданов, Дж. Миллер, Б. П. Невельский, P.C. Немов, Ж. Пиаже, К. Прибрам, Б. М. Теплов, Д. Н. Узнадзе и др-);

— теория развития мотивации учения (Б.Г. Ананьев, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, А. П. Леонтьев, А. К. Маркова, А. Маслоу, Ж. Пиаже, В. А. Якунин и др.);

— теория формирования содержания непрерывного профессионального образования и идеи взаимосвязи общего и профессионального образования (П.Р. Атутов, Г. В. Ахметжанова, Ю. К. Бабанский, С. Я. Батышев, А. П. Беляева, С. М. Вишняков, М. Г. Громкова, И. Д. Зверев, О. Б. Епишева, В. Н. Максимова, М. И. Махмутов, В. В. Сериков и др.);

— интегрированные процессы в образовании (Е.В. Бондаревская, А. Л. Бусыгина, В. И. Загвязинский, Ю. Н. Кулюткин, М. И. Махмутов, Г. Н. Сериков, А. П. Тряпицына и др.);

— дифференцированный подход к обучению (В.В. Гузеев, В. И. Крупич, А. К. Маркова, И. П. Подласый, P.A. Утеева, В. Д. Шадриков, Т. И. Шамова и др-);

— труды, обращенные к вопросам качества общего и профессионального образования (В.И. Байденко, В. А. Болотов, Г. А. Бордовский, A.A. Вербицкий, М. М. Поташник, H.A. Селезнева, А. И. Субетто, Ю. Г. Татур, С.Ю. Тра-пицын, М. Б. Челышкова, Ю. К. Чернова, В. В. Щипанов, D. Chlebiez, В. Chrestmann, W.J. Clancy, P. Dietz, U. Thomas и др.);

— тестирование и педагогические измерения (B.C. Аванесов, А. Анаста-зи, В. П. Беспалько, К. Ингенкамп, А. Н. Майоров, Ю. М. Нейман, М. И. Потев, М. Б. Челышкова, D.S. Adkins, J. Algina, R.A. Berk, A. Birnbaum, N. Gronlund, J. Keeves, F. Lord, G. Rasch и др.);

— теория психодиагностики и конструирования психологических тестов (Г. Айзенк, А. Анастази, Дж. Брунер, Л.Ф., Бурлачук, Дж. Глас, О. П. Елисеев, О. Н. Истратова, A.A. Карелин, A.A. Крылов, Д. Кэмпбелл, С. А. Маничев, Е. И. Рогов, Дж. Стенли С. Урбина, D.C. Brown, H.H. Harman, P. Kline, T. Millov, N. Sheehy, W. Walsh и др.);

— математическое моделирование дидактических процессов и кибернетические методы в педагогике (Р.Э. Авчухова, Р. Аткинсон, Г. Бауэр, Р. Буш, О. Г. Гохман, П. Ф. Зибров, Л. Б. Ительсон, Э. Кротерс, Л. П. Леонтьев, В. И. Михеев, Ф. Мостеллер, С. А. Пиявский, Д. Пойа, М. И. Потеев, Н. Frank, D. Lloyd и др.).

Этапы исследования:

Первый этап (2003 — 2004 гг.)

Изучение философской, психолого-педагогической, научно-методической литературынормативно-программной и учебно-методической документации. Осмысление многолетнего опыта преподавательской работы в техническом вузе, апробирование первых вариантов адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов. Применение методов теоретико-методологического анализа к решению научной проблемы и конкретизации научных идей исследуемой проблемы позволили построить гипотезу и определить цель, задачи, предмет, объект, методику экспериментальной работы.

Второй этап (2004 — 2006 гг.)

Уточнение основной гипотезы исследования, изучение разнообразных аспектов проблемы, формирование адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов. Апробация основных положений разработанной системы, обобщение полученных результатов, изучение и анализ комплекса условий, при которых адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов дает гарантированный результат.

Третий этап (2006 — 2008 гг.)

Продолжение теоретических исследований, связанных с созданием персонифицированных математических моделей адаптивной системы профессиональной подготовки студентов, и их апробация. Организация и проведение психологического тестирования с целью определения коэффициентов математической модели процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, учитывающих личностный потенциал каждого конкретного студента. Создание методики систематического мониторинга знаний и проведение периодической инвариантной квалиметрии студентов.

Опытно-экспериментальная работа по реализации разработанной адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов в рамках электротехнического факультета Самарского государственного технического университета, на факультетах летательных аппаратов и инженеров воздушного транспорта Самарского государственного аэрокосмического университета, а также внедрение в другие образовательные учреждения и определение ее эффективности. Проведение сравнительных экспериментов.

Четвертый этап (2008; 2009 гг.)

Систематизация, обобщение, обработка результатов экспериментальной работы, изложение результатов исследования, внедрение их в практику, структурирование содержания диссертации. Текстовое оформление и публикация основных результатов исследования и накопленных научных фактов в виде монографий и статей, корректирование и оформление диссертационной работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся три группы результатов.

I. Первая группа представляет собой матричную модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки.

II. Вторая группа результатов связана с математическим моделированием процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов с учетом фактора мотивации.

III. Третья группа результатов связана с апробацией адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов: квалиметрией и созданием методики определения ресурса внешней поддержки познавательного процесса обучаемого, которая определяется строго рассчитанной дополнительной проработкой учебного материала студентом.

I. Матричная модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки позволяет получить целостное представление о структуре изучаемой учебной дисциплины.

1. В познавательном процессе выделены определяющие деятельност-ные уровни: узнавание, воспроизведение, применение, творчество, которые в свою очередь определяют уровни сложности подлежащих усвоению учебных задач. Таким образом, учебной материал любой дисциплины может быть декомпозирован по выделенным выше четырем деятельностным уровням, соответствующим различной сложности усвоения учебной информации с точки зрения познавательной деятельности.

2. Проведенный всесторонний анализ познавательной деятельности студентов позволил выделить определяющие познавательные уровни: отражение, осмысление, алгоритмирование, контролирование, которые поэтапно выполняются при решении учебных заданий любой сложности.

3. Объединение познавательных и деятельностных уровней усвоения учебной информации образует познавательно-деятельностную матрицу адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов размера 4×4. Полученная матричная модель позволяет представить познавательную деятельность студентов как движение по элементам позна-вательно-деятельностной матрицы. При этом каждому из элементов этой матрицы соответствует вполне определенное количество усвоенного учебного материала, представляющего собой некую структурную единицу учебного задания, называемую учебным элементом познавательно-деятельностной матрицы. Согласно принятой матричной модели схема решения задач первого уровня сложности состоит из четырех учебных элементовсоответственно схемы решения задач второго, третьего и четвертого уровней сложности состоят из восьми, двенадцати и шестнадцати учебных элементов.

4. Матричная модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки является системообразующим фактором при структуризации учебного материала любой дисциплины в систему учебных заданий с различными уровнями сложности.

Структурный анализ систем учебных заданий в разных дисциплинах выявил нарушение процентного соотношения задач по уровням сложности: с повышением сложности учебных заданий соответственно снижается их количествов системах задач нарушается иерархия по сложности. Указанные недостатки препятствуют эффективному формированию системности знаний студентов, что в конечном счёте приводит к осложнениям в реализации принципа развивающего обучения. Разработанная матричная модель обеспечивает механизм систематизации учебных заданий и организацию самостоятельной познавательной деятельности студентов с помощью дифференцированных учебных заданий, в процессе выполнения которых происходит поэтапное усвоение не только знаний, умений и навыков, но и видов деятельности.

5. Разработанные тесты для периодической квалиметрии уровня усвоения учебной информации студентами представляют собой взаимосвязанную последовательность учебных элементов познавательно-деятельностной матрицы. При этом взаимосвязь учебных элементов определяется не только алгоритмом и логикой решения учебной задачи конкретного уровня, но и заложенной в них зависимостью выполнения последующего учебного элемента познавательно-деятельностной матрицы от качества выполнения предыдущего. Организация квалиметрии должна руководствоваться ведущим принципом в усвоении учебной информации — последовательного восхождения по уровням сложности учебного материала, отражающим иерархию возможностей деятельности человека.

II. Математическая модель процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов с учетом фактора мотивации отражает совокупность следующих позиций.

1. Познавательную деятельность студентов можно рассматривать как управляемый динамический процесс. Одной из фазовых переменных управляемого процесса усвоения учебного материала студентом является величина усвоенной учебной информации, другой — скорость усвоения учебного материала. Для управляемости процессом усвоения учебной информации студентами требуется измеримость соответствующих фазовых переменных этого процесса. Это условие выдвигает вполне определенные требования к структуризации содержания учебной дисциплины. Учебная информация должна быть дискретизирована таким образом, чтобы в каждый данный момент измерения (квалиметрии) совершенно определенно было известно, какое количество учебной информации усвоено и с каким качеством. Именно такую структуризацию учебного материала обеспечивает разработанная познава-тельно-деятельностная матрица.

2. Построена математическая модель процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, учитывающая мотивационную составляющую как профессионально-ориентированную часть учебной дисциплины и основные психолого-деятельностные параметры обучаемого — несовершенство механизма памяти, нарушение концентрации и устойчивости внимания, восстановление учебной информации за счет формирования умозаключений в соответствии с имеющимся уровнем логики мышления студента, самоорганизацию и самостоятельную интеллектуальную деятельность, свойствами инерционности и насыщения психофизиологических процессов индивидуума, что делает модель персонифицированной.

3. В разработанной математической модели процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов в диалектической взаимосвязи находятся три ее составных компонента: содержательный, уровневый и организационный.

Содержательный компонент определяется целями обучения в техническом вузе, зафиксированными в государственном стандарте обучения, который в свою очередь определяется системой дидактических задач, адекватных содержанию обучения. В настоящем исследовании содержательный компонент определяется разделением объема изучаемой учебной информации на две составные части: инвариантное ядро и мотивационную составляющую, соотношение между объемами которых может варьироваться для различных циклов изучаемых дисциплин в техническом вузе — общих математических и естественно-научных, общепрофессиональных, специальных, гуманитарных и социально-экономических.

Уровневый компонент модели определяется системой знаний и умений по дисциплинам, адекватным содержанию обучения и четырем уровням усвоения учебной информации, которые вытекают из познавательно-деятельностной матрицы.

Организационный компонент модели раскрывается через систему форм познавательной деятельности студентов в рамках адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки, наглядно представленной в информационно-обучающей системе 1КТ РКОРБ.

4. Системная диагностика психолого-деятельностных параметров студентов, основанная на модифицированных под компьютерную технологию тестирования психологических тестах, позволяет оперативно в ходе периодического мониторинга адаптировать параметры персонифицированных математических моделей обучения и тем самым уточнять сам процесс усвоения как инвариантного ядра учебной информации, так и ее мотивационной составляющей каждым отдельным студентом. Эта диагностика включает в себя тесты по определению объемов кратковременной и оперативной памяти студентовконцентрации, устойчивости, избирательности, распределения и переключения вниманиясклонности студентов к самоорганизации и самостоятельной учебной деятельностиинерционных свойств процесса усвоения учебного материала, а также свойства физиологического насыщения индивидуума.

III. Апробация адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов, состоит из следующих составляющих.

1. Учет психолого-деятельностных параметров человека приводит к нелинейному характеру усвоения учебного материала. Реальная траектория обучения характеризуется как наличием инерционного участка, так и выходом познавательного процесса на насыщение, определяемым приближением кривой обучения к своему асимптотическому значению. Подобное представление процесса усвоения учебной информации студентами существенно отличается от традиционного (линейного), которое не учитывает указанные свойства инерционности и насыщения.

Эталонная траектория обучения задается требованиями образовательного стандарта по дисциплине и соответствует полному усвоению всех учебных элементов, соответствующих содержанию изучаемого предмета. Фактические траектории обучения для каждого студента определяются в результате квалиметрии.

2. Построение прогнозируемых персонифицированных траекторий усвоения знаний для каждого студента в соответствии с разработанной математической моделью процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки по результатам предварительного психологического тестирования обучаемых перед началом учебного семестра, что может быть использовано для формирования гомогенных учебных групп, и выявление потенциально слабо подготовленных для процесса усвоения учебной информации студентов, дальнейшее обучение которых требует определенного необходимого ресурса внешней поддержки.

3. Организация периодической квалиметрии согласно принципа последовательного восхождения по уровням сложности учебного материала, отражающего иерархию возможностей деятельности человека, и построение фактических траекторий усвоения учебной информации студентами, наглядно показывающих и обучающимся, и преподавателям объективные знания по учебной дисциплине на момент квалиметрии.

Перед каждым сеансом квалиметрии возможна корректировка коэффициентов персонифицированных моделей с использованием модифицированных психологических тестов, которая позволяет выполнить адаптацию моделей под изменяющиеся психолого-деятельностные параметры студентов.

4. Определение необходимого ресурса внешней поддержки познавательной деятельности, под которым понимается дополнительная проработка учебного материала студентом, необходимая в том случае, если по результатам квалиметрии (тестирования) реальная кривая усвоения учебного материала для обучаемого расположена ниже эталонной траектории. Величина внешней поддержки в количественном плане определяется методом модального управления, применяемым к исходной математической модели процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов как к управляемой динамической системе.

Научная новизна исследования состоит в том, что в нём впервые получены следующие результаты.

1. Выявлены методологические основы построения адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов. Показано, что она в полной мере удовлетворяет всем системным свойствам:

— рассматриваемая система г{елостна, поскольку она обладает внутренним единством, ориентированным на изучение объекта исследования — профессиональную подготовку студентов технических вузов — как единого целого и разработку метода такого изученияпри этом все понятия, специфические для системного подхода (система, структура, связь, организация, управление и т. п.), служат тому, чтобы с разных сторон охарактеризовать и конструктивно выразить именно целостные свойства объекта исследования;

— членимость системы связана с её персонифицированностью: в рамках этой системы каждый студент имеет свою персонифицированную по собственным психолого-деятельностным параметрам модель усвоения учебного материала (система подготовки расчленяется на то количество подсистем, сколько студентов участвует в процессе обучения);

— внутренние связи системы определяются структурами познавательно-деятельностных матриц учебных заданий изучаемой дисциплины (имеющиеся связи внутри каждой матрицы определяют алгоритм решения задач, который не может быть иным);

— система подготовки имеет ярко выраженную организацию, в основе которой лежит процесс усвоения учебной информации студентами, определяемый соответствующими персонифицированными моделями и набором коэффициентов, формируемых в результате предварительного тестирования обучаемых (в нашем случае организация системы является детерминированной);

— интегративные качества системы состоят в том, что будучи расчленённой, например, на подсистему усвоения инвариантного ядра учебной информации и подсистему усвоения мотивационной составляющей учебной информации, она не будет в состоянии решать свою основную задачу — осуществлять профессиональную подготовку в высшей школе.

2. Рассмотрены теоретические основы построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки. Основные принципы построения и структура матричной модели позволяют представить любой связанный массив учебной информации в виде конечного числа элементарных порций информации, освоение которых студентами осуществляется как движение по элементам познавательно-деятельностной матрицы. Подобная структуризация учебного материала делает процесс усвоения измеримым, при этом понятие «измеримости» становится разрешимым как в количественном плане (сколько структурированных элементов усвоено с заданным качеством), так и в качественном (какие именно из предъявленных к усвоению познаватель-но-деятельностные элементы усвоены и какие не усвоены).

3. Доказаны принципы управляемости и наблюдаемости (измеримости) дидактического процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, как непрерывной динамической системы, подчиняющейся основным принципам общей теории управления.

4. С целью обеспечения мотивационной направленности учебного процесса предложен принцип выделения из общего объема транслируемой учебной информации мотивационной составляющей, включающей в себя специально подготовленный профессионально ориентированный учебный материал.

5. Создан комплекс взаимосвязанных моделей адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов и алгоритмов обучения, в совокупности обеспечивающих выбор и принятие решений по коррекции процесса усвоения знаний с целью получения заданного качества обучения. Для определения психолого-деятельностных параметров студентов, входящих в состав математических моделей процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, разработана система модифицированных психологических тестов, адаптированная к современным информационным процедурам тестирования.

6. Разработан алгоритм внешней поддержки познавательной деятельности студентов при изучении содержания учебной дисциплины, использующий теорию модального управления многомерными динамическими системами, на основе которого как с количественной, так и с качественной сторон в результате периодической квалиметрии определяется необходимый объем учебной информации, подлежащей усвоению, корректирующий процесс обучения по изучаемому учебному предмету до требуемого качества.

Теоретическая значимость исследования состоит в: методологическом обосновании построения адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов, матричной модели познавательной деятельности студентов в рассматриваемой системе и разработке на этой основе принципа структуризации учебного материала на учебные элементы различной сложности, что делает процесс усвоения учебной информации измеримым, а, следовательно, управляемымпредставлении дидактического процесса усвоения учебного материала в виде динамического процесса, обладающего фундаментальными принципами управляемости и наблюдаемости и поддающегося коррекции в рамках заданного стандарта обучения посредством определяемых специальным образом управляющих воздействийсущность и содержание этих воздействий состоят в том, что они отражают собой как качественный, так и количественный состав подлежащих проработке познавательно-деятельностных единиц учебного материала, успешное усвоение которых гарантирует получение требуемого качества обучения в заданные временные интервалыиспользовании системы модифицированных психологических тестов, которая в процессе периодического тестирования студентов определяет их психолого-деятельностные параметры и тем самым позволяет адаптировать персонифицированные математические модели усвоения знаний в соответствии с изменяющимися способностями обучаемыхуказанная адаптация позволяет в полной мере реализовать на практике принципы личност-но-ориентированного обученияосуществлении научного решения проблемы разработки системы персонифицированных математических моделей усвоения учебного материала различного уровня сложности, которые позволили применить формализм теории модального управления для количественного определения величины внешней поддержки при изучении содержания учебной дисциплины и тем самым вычислить требуемую индивидуальную корректировку процесса усвоения учебной информации каждого отдельного студентасоздании целостной методики личностно-ориентированного обучения, базирующейся на использование широкой компьютеризации процесса усвоения знаний и открывающей путь к реализации принципа персонализа-ции учебного процесса в профессиональной высшей школе.

Практическая значимость исследования определяется тем, что в нем представлены апробированные и используемые на практике следующие результаты.

1. Разработанная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов, учитывающая психолого-деятельностные параметры личности и гарантирующая в случае выполнения предложенных заданий результат с требуемым качеством, использована в качестве интерактивной обучающей системы при самостоятельном изучении учебных дисциплин, что приобретает особую значимость в рамках развивающегося дистанционного образования.

2. Адекватность разработанной адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов требованиям личностно-ориентированного подхода и диалектический характер обучения с мотиваци-онным обеспечением (принцип выделения мотивационной составляющей) позволили превратить учебный процесс в учебно-исследовательский с элементами развития познавательных навыков творческого мышления и личностного потенциала студентов.

3. Разработана система модифицированных психологических тестов, позволяющая определить психолого-деятельностные параметры студентов.

4. Созданная математическая модель процесса функционирования адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки, учитывающая психолого-деятельностные параметры студентов, дает возможность построить прогнозируемые персонифицированные траектории обучения.

5. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки адаптивной системы обучения для вузовских дисциплин — математики и логистики. Однако, основные теоретические положения и выводы, представленные в диссертации будут весьма полезны и учителям, и преподавателям лицеев, колледжей, общеобразовательных школ, а также факультетов повышения квалификации преподавателей для обучения различным учебным дисциплинам.

6. Изданные монографии «Формирование познавательно-деятельностной матрицы усвоения учебного материала в высшей профессиональной школе», «Разработка и реализация индивидуально-корректируемой технологии профессионального обучения», «Адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов», а также представленные методики, тесты и опросники могут быть использованы специалистами учреждений высшего профессионального образования, системы дополнительного образования и повышения квалификации работников образования.

7. Результаты исследования позволяют обогатить разделы курсов «Теория обучения», «Инновационная педагогика», «Педагогические измерения», «Технология обучения» и др. Материалы диссертации могут быть использованы при разработке проблем общей педагогики, дидактики и педагогической прогностики, при осмыслении инновационных педагогических технологий контроля в педагогической практике, ориентированной на реализацию парадигмы лично-ориентированного и персонифицированного обучения.

Достоверность и научная обоснованность результатов работы обусловлены методологическим доказательством теоретических позиций, системностью и целостностью теоретико-методологических построений, реализующих личностный, деятельностный, комплексный, квалиметрический подходы к решению поставленной проблемыразработкой диагностических методик, адекватных задачам, предмету и объекту исследованиярепрезентативностью выборки экспериментального материала, количественным и качественным анализом экспериментальных данныхдлительным характером исследовательской работы, позволившим провести ее тщательный количественный и качественный анализ как с теоретических, так и экспериментальных позицийбольшим массивом анализируемых материалов и разнообразием источников по всем ключевым областям исследованияиспользованием результатов исследования в педагогической практике.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись посредством проверки промежуточных гипотез, выводов и рекомендаций, которые нашли отражение в монографиях, научно-методических и учебных пособиях, научных статьях и докладах. Основные положения и результаты исследования обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях в городах России и стран СНГ: Алма-Ата, Биробиджан, Волгоград, Дмитровград, Ижевск, Иркутск, Казань, Комсомольскна-Амуре, Минск, Москва, Пенза, Самара, Саратов, Санкт-Петербурге, Саранск, Сызрань, Тольятти, Ульяновск, Челябинск, Хабаровск и др.

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.

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 заданийсодержание учебного предмета можно рассматривать как систему учебных заданий, имеющих свою структуру, что означает проникновение в сущность изучаемых объектовструктурный анализ систем учебных заданий в разных дисциплинах выявил нарушение процентного соотношения задач по уровням сложности: с повышением сложности резко снижается число соответствующих задачв системах задач нарушается их иерархия по сложностиуказанные 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 предыдущегоорганизация 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 психоло-го-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 обучаемыхконцентрации, устойчивости, избирательности, распределения и переключения вниманиясклонности 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 обучающимсякорректировка 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 последнегофактическая траектория усвоения учебного материала обладает инерционным участком и участком насыщения, которые определяются психофизиологическими свойствами человеческого организмаэталонная 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.