Автоматизированная система управления процессом профессиональной подготовки

Актуальность работы. В настоящее время диверсификация экономики в Российской Федерации является неотъемлемым условием сохранения и усиления позиций РФ, что обуславливает необходимость повышенного внимания к развитию наукоемких, высокотехнологичных отраслей производства.

В результате требуется проведение активной профессиональной подготовки и переподготовки кадров. Наиболее ярко это можно наблюдать в крупных транснациональных корпорациях, таких например как Cisco, IBM, Microsoft и др. Компании такого класса проводят сертификацию как своих, так и чужих специалистов на право проведение технических или иных работ с оборудованием выпускаемым ими. Процесс обучения этих специалистов носит в основном дистанционный характер и никоем образом не связан с аттестационным испытанием, которое проводится в строго определенных центрах. Таким образом, возникает задача обеспечения самостоятельной качественной подготовки будущих сертифицированных специалистов, проживающих в различных регионах.

Эти же проблемы являются существенными и для менее крупных предприятий по различным отраслям хозяйства, где периодически проходит переаттестация специалистов на соответствие той или иной квалификации.

Одним из наиболее эффективных путей решение этой задачи является применение информационно-коммуникационных технологий и современных методик их построения.

Данные технологии предоставляют возможность идентичного проведения подготовки и повышения квалификации специалистов компании, несмотря на их территориальную удаленность, а также являются эффективным средством для централизованного контроля знаний.

Вопросам автоматизированного обучения на основе современных информационно-коммуникационных технологий посвящены работы многих российских и зарубежных ученых, таких как: В. И. Солдаткин, А. Н. Тихонов, А. Д. Иванников, Г. А. Краснова, И. С. Константинов, Mohamed Ally, Vincent Ambrock, David Annand, Terry Anderson, Fathi Elloumi, Dean Caplan и др.

Традиционно для этих целей применяются автоматизированные системы обучения. В настоящее время существует большое количество автоматизированных систем такого класса, таких как: «ОРОКС», «Прометей», «Гекадем», «Дизайнер курсов», PHOENIX Web, Quest Net+, ToolBook и др.

Однако, отнести эти системы к классу автоматизированных систем управления процессом профессиональной подготовки можно с большой натяжкой, поскольку ни одна из них автоматически не влияет на учебный график усвоения знаний, а просто предоставляет слушателям с тем или иным сервисом необходимый контент. Вопросы управления процессом обучения для этих систем возложены либо на преподавателя (тьютера), либо на самого обучаемого в ходе его самоподготовки. В первом случае обычно они предоставляют статичный план, который в отличии от очной формы обучения, никак не адаптируется к аудитории, тем более к конкретным слушателям. Во втором случае требуется высокая самоорганизованность и повышенный уровень интеллекта слушателя.

Таким образом, вопрос адаптации указанных систем к особенностям как самих обучающихся, так и к специфике изучаемой области и предмета, является открытым.

Если автоматизированные обучающие системы как класс имеют более чем сорокалетнюю историю, то в последние два десятилетия активно стало развиваться новое направление — образовательные порталы. Они позволяют значительно расширить возможности обучаемых в плане доступа к образовательным ресурсам, используя внешние глобальные сети. Однако, задачи управления процессом профессиональной подготовки и адаптации к особенностям слушателей в них также не решаются.

Таким образом, тематика диссертационной работы направлена на исследование подходов к построению автоматизированных систем управления процессом профессиональной подготовки кадров, является актуальным.

Диссертационное исследование проводилось в рамках НИР «Программно — методическое обеспечение построения лабораторнопрактических практикумов для дисциплин естественнонаучного цикла в образовательных технологиях дистанционного обучения» (код проекта 1.1.31, регистрационный номер 0120.0 404 424, 2004 г).

Объектом исследования в данной работе являются системы автоматизации процессов профессиональной подготовки, переподготовки и повышения квалификации кадров для производства.

В качестве предмета исследования рассматривались методы, способы и алгоритмы построения распределенных автоматизированных систем управления процессом профессиональной подготовки.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является повышение качества подготовки кадров на производстве и в корпоративных системах специального образования (подготовка сертифицированных специалистов), за счёт создания и внедрения автоматизированной распределенной системы управления адаптивным процессом профессионального обучения.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:

— анализ существующих подходов построения систем автоматизированного управления процессом профессиональной подготовки, использующих информационно образовательные ресурсы и базирующихся на современных информационно-коммуникационных технологиях;

— разработка и исследование математической модели управления адаптивным процессом подготовки, а также моделей представления информационного наполнения;

— исследование особенностей построения автоматизированных систем профессиональной подготовки на производстве и в корпоративных системах специального образования (подготовка сертифицированных специалистов);

— разработка и исследование структуры и алгоритмов функционирования системы подготовки и ее основных блоков;

— исследование возможностей реализации, создание и внедрение распределенной автоматизированной системы управления процессом профессиональной подготовки с использованием информационно-коммуникационных технологий.

Методы и средства исследований. При решении указанных задач использовались методы: теории вычислительных процессов, теории сетей Петри, теории сетевого планирования, объектно-ориентированного программирования и построения графических человеко-машинных интерфейсов.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью математических выкладок, согласованностью основных теоретических решений и их практической реализацией, а также результатами достаточно обширных вычислительных экспериментов по тестированию созданных алгоритмов, которые подтверждают непротиворечивость основных теоретических результатов и выводов.

Научная новизна работы заключается в:

— разработанной новой модели управления процессом профессиональной подготовки, отличительной чертой которой, является свойство динамической адаптации процесса обучения к особенностям восприятия и усвоения материала каждым конкретным слушателем;

— предложенной модели представления комплекса электронных учебно-методических материалов, базирующейся на семантической сети, отражающей специфику изучаемой области;

— созданной методике формирования комплекса электронных учебно-методических материалов, обеспечивающей реализацию предложенного модельного представления;

— структуре автоматизированной системы профессиональной подготовки и реализующих её алгоритмах, в основе которых лежат предложенные в работе модели.

Практическая значимость работы заключается в:

1. программном комплексе, реализующем автоматизированную систему управления адаптивным процессом профессиональной подготовки, позволяющую повысить качество процесса усвоения знаний;

2. внедрении разработанной автоматизированной системы профессиональной подготовки в Орловском региональном центре Интернет образования, что позволило повысить качество подготовки и добиться повышения эффективности обучения;

3. использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе кафедры «Информационные системы» Орловского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в г. Орле 2004 г., на второй международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в г. Орле 2006 г., на пятой международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника — 2006» в г. Тула 2006 г., на XV международной научной конференции молодых ученых «Наука и высшее образование» в г. Запорожье 2007 г., а также на научно-практических семинарах кафедры: «Информационные системы» ОрёлГТУ (г. Орёл).

Положения, выносимые на защиту:

1. модель управления процессом профессиональной подготовки;

2. модель комплекса электронных учебно-методических материалов, базирующаяся на семантической сети;

3. методика наполнения комплекса электронных учебно-методических материалов, базирующаяся на разработанной модели;

4. алгоритмы управления адаптивным процессом профессиональной подготовки и формирования комплекса учебно-методических материалов;

5. структура автоматизированной системы управления адаптивным процессом профессиональной подготовки.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, включающего 33 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 108 наименований, 6 приложений.

1. Н. Технология дистанцнонного обучения в системезаочного экономического образования Текст. / А. Н. Романов, B.C.Торопцов, Д. Б. Григорович. — М.: ЮНИТИ — ДАНА, 2000. — 303 с.

2. Интернет — порталы: содержание и технологии Текст.: сб. науч. Ст. / Редкол.: А. Н. Тихонов (пред.) и др.- ГНИЙ ИТТ «Информика». — М.:Просвещение, 2003. — Вып. 1 — 720 с.

3. Интернет — порталы: содержание и технологии Текст.: сб. науч. Ст. / Редкол.: А. Н. Тихонов (пред.) и др.- ГНИЙ ИТТ «Информика». — М.:Просвещение, 2004. — Вып. 2 — 499 с.

4. Кулагин В. Н. Информационные технологии в сфере образования Текст. / В. П. Кулагин, В. В. Найханов, Б. Б. Овезов, И. В. Роберт, Г. В. Кольцова, В. Г. Юрасов.- М.: Янус-К, 2004. — 248 с.

5. Российский портал открытого образования: обучение, опыт, организация / Отв. ред. В. И. Солдаткин. — М.: МГИУ, 2003. — 508 с.

6. Лобачев Л. Российский портал открытого образования OPENET.RU: проблемы и перспективы. — Российский государственныйинститут открытого образования Текст. / Л. Лобачев, В. И. Солдаткин — М.:МГИУ, 2002.-148с.

7. О Федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001;2005 годы)» Текст.:постановление Правительства Российской Федерации № 630 от 28 августа2001.-м.: 2001.

8. Рыженков Д. В. Систематизация структуры и содержания системы программно — методического обеспечения построения электронныхпрактикумов. // «Известия" — Орел: ОрелГТУ. Сер. «Информационныесистемы и технологии», 2005 Х21(7). — с. 43 — 49.

9. Рыженков Д. В. Систематизация компонентов системы программно — методического обеспечения построения электронных практикумов. //"Известия" — Орел: ОрелГТУ. Сер. «Информационные системы итехнологии» 2005. .№ 2(8). 159−164.155

10. Рыженков Д. В. Блочно-модульная модель дистанционного обучения // «Известия" — Орел: ОрелГТУ. Сер. «Информационные системы итехнологии» 2006.

11. Рыженков Д. В. Основные варианты разработки автоматизированных электронных лабораторных практикумов для системдистанционного обучения и проблемы их внедрения // «Известия" — Орел: ОрелГТУ. Сер. «Информационные системы и технологии» 2006.

12. Агеев В. Н. Электронные учебники и автоматизированные обучающие систем Текст. / В. Н. Агеев.- М.: 2001. — 79 с.

13. Александров Г. Н. Программированное обучение и новые информационные технологии обучения. Текст. // Информатика иобразование, 1993, JY25. — с. 7−19.

14. Березин Н. В. Перспективы создания системы адаптивного тестирования как элемента централизованного тестирования Текст. /Паучный вестник МГТУ ГА, серия «Информатика», 2001, JST" 38. — с. 26−30.

15. Беркгаут В. В. Интернет: первые шаги. Текст. / В. В. Берктаут, И. С. Чардин — М.: Паука, 1999. — с.66−69.

16. Беспалько В. П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. Текст. / В. П. Беспалько — М.: 1995.

17. Брусиловский П. Л., Зырянов М. И. Интеллектуальная учебная среда «Остров». Текст. / П. Л. Брусиловский, М. И. Зырянов // 3-я Конференция поискусственному интеллекту. — Тверь: Ассоциация искусственногоинтеллекта, 1992.-с.33−35.

18. Владимирский Б. М. Роль и место когнитивной машинной графики в обучении Текст./ Б. М. Владимирский // Тезисы докладов уч.-мет.конференции «Современные информационные технологии в учебномнроцессе» — Ростов: РГУ, 25−26 анреля 2000.

19. Домрачев В. Г. О классификации образовательных информационных технологий Текст. / В. Г. Домрачев, И. В. Ретинская //Информационные технологии, 1996, № 2. — с. 10−13.

20. Зайцева Ж. Н. Генезис виртуальной образовательной среды на основе интенсификации информационных процессов современного обш, естваТекст./ Ж. Н. Зайцева, В. И. Солдаткин // Информационные технологии, 2000,

21. Зенкин А. А. Когнитивная компьютерная графика Текст. / А. А. Зенкин / Под ред. Д. А. Поспелова. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. -192 с.

22. Кривицкий Б. Х. О систематизации учебных компьютерных средств Электронный ресурс./ Б. Х. Кривицкий // Кафедра педагогики, психологии иметодики преподавания в высшей школе МГУ. — Режим доступа: http://ifets.ieee.org/russian/depository/v3_i3/html/3.html

23. Кривошеев А. О. Компьютерные обучаюш, ие программы. Состояние и перспективы развития Текст. / А. О. Кривошеев // Мат-лы научно-технич.конференции «Перспективные информационные технологии в высшейшколе». Самара, 1993.-е. 18−20.

24. Лекции по теории графов Текст. / Емеличев В. А., Мельников О. И. Сарванов В.И., Тышкевич Р. И. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -384 с.

25. Лозинский Л. Д. Математические пакеты в высшей школе Текст. // Мир ПК, 1992, No 9. — с. 89−97.

26. Лорьер Ж. Л. Системы искусственного интеллекта. Текст./ Ж. Л. Лорьер / Пер. с франц. — М.: Мир, 1991. — 568 с. (Алгоритм унификации — с.116−161.)

27. Лукас В. А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. Текст./ В.А. Лукас- 2-е изд. — М.: Педра, 1990. — 416 с.

28. Мазурина СМ. Разработка моделей представления и обработки знаний в продукционных экспертно-обучаюш-их системах Текст./ СМ. Мазурина // Диссертация на соискание звания канд. техн. наук поспециальности 05.13.11. — М.: МГИЭМ, 1995.

29. Морозевич А. И. Стратегия автоматизации управления познавательной деятельностью на основе информационной моделиобразовательного процесса Текст./ А. И. Морозевич, В. П. Комличенко, В. В. Гедранович // Информационные технологии, 2000, JVr2 5. с. 47−52.158

30. Нетушил А. В. О методе синтеза учебных программ Текст./ А. В. Нетушил, А. В. Никитин // Проблемы нейрокибернетики. — Ростов-на-Дону:Из-во Ростов, ун-та, 1969. — с. 236−243.

31. Петрушин В. А. Экспертно-обучаюш-ие системы. Текст. / В.А. Нетрушин-Киев:Наукова думка, 1991. — 196 с.

32. Применение ЭВМ в учебном процессе Текст. / Сборник докладов научно-технич. семинара под ред. А. И. Берга. — М.: Сов. радио, 1969. — 248 с.

33. Приобретение знаний: Пер. с япон. / Под ред. Осуги, Ю. Саэки. — М.: Мир, 1990.-304 с.

34. Разработка и исследование системных средств и прикладных программ для автоматизации обучения и научных исследований на базе ЭВМТекст.: Отчет по НИР / Х" гос. per. 1 860 022 813 — Мн.: БГУ, НИИ ПФП, 1990.

35. Ретинская И. В. Отечественные системы для создания компьютерных учебных курсов. Текст./ И. В. Ретинская, М. В. Шугрина //Мир ПК, 1993, № 7. — с. 55−62.

36. Савельев А. Я. Автоматизированные обучающие системы на базе ЭВМ Текст./ А. Я. Савельев / вып.1./ М.: Знание, 1977. — 36 с.

37. Соловов А. В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие. Текст. / А.В. СолововСамара: СГАУ, 1995.-137 с.

38. Толингерова Д. Программирование и управление обучением / В сб.: «Кибернетика и проблемы обучения» Текст./ Д. Толингерова / Редакция ипредисловие А. И. Берга. — М.: Прогресс, 1970. — с. 236−254.159

39. Трапезников Н. УРОК — универсальный редактор обучающих курсов Текст./ Н, Трапезников /В кн. «Компьютерные технологии ввысшем образовании» / Ред. кол.: А. Н. Тихонов, В. А. Садовничий и др. — М.:Изд-во Моск. ун-та., 1994. — с. 23−32.

40. Убейко В. М. Экспертные системы в технике и экономике. Текст. / В. М. Убейко, В. В. Убейко — М.: Изд-во МАИ, 1992. — 240 с.

41. Уотермен Д, Руководство по экспертным системам: Пер. с англ, Текст./ Д. Уотермен — М: Мир, 1989, — 388 с.

42. Чубров Е, В, Компьютер и изучение математики, Текст./ Е. В, Чубров, Н, А, Сливина, А, С, Демушкин // ИНФО, 1992, № 3−4. — с. 96−97.

43. Patrick W. Thompson. Mathematical Microworids and Intelligent Computerassisted Instruction. In: «Artificial Intelligence and Instruction» .Text.Ed:Kearsly, 1987.-p. 83−109,

44. Ronald G. Ragsdale. Effective computing in education: tools and training Text.//Education and computing, 1991, v.7. — p. 157−166.

45. Zaitseva L., John D. Zakis. Course Development for Tutoring and Training Systems in Engineering Education Text. / Global J, of Engng, Educ, 1991, vol, 1, № 3, Printed in Australia.

46. Филлиповский, Ю. А. Разработка территориально-распределенной информационной системы управления материально-техническимобеспечением нефтяной Компании Текст.: дис. … канд. техн. наук: 05.13.13/ Филлиповский Юрий Анатольевич. — М.: МГИЭМ, 2004. — 248 с.

47. Дунаев, Intranet-технологии Текст. / Дунаев. — М.: Изд-во «Диалог-Мифи», 1997. — 280 с.

48. Кондратьев, В. К. Профиль виртуальной лаборатории Текст. / В. К. Кондратьев, Е. Н. Филинов, А. В. Бойченко // Труды Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2003». — СПб., 2003. — Т2. — 470−472.

49. Джексон, Питер.

Введение

в экспертные системы. Текст. / Питер Джексон // Пер. с англ.: Уч. Пос. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. -624 с.161

50. Funy, J.W. An axiomatic approach to rational decision making in a fuzzy Текст. / J.W. Funny, K.S. Fu // «Fuzzy Sets and Their Application to Cognitiveand environment. Decision Processes». New York, 1975, p.227−257.

51. Гультяев, А. К. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. Текст. / А. К. Гультяев, В. А. Машин. — Корона Принт, ISBN: 5−7931−0092-Х, 2000.

52. Торрес, Р. Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса. Текст. / Р. Дж. Торрес. -Вильяме: Серия института качества программного обеспечения, ISBN 5−8459−0367-Х, 2002.-400с.

53. Фролов А. В. Управление процессами информационного обмена в распределенной информационной среде предприятия Текст.: дис. … канд.техн. наук: 05.13.06 / А. В. Фролов — Орел: ОрелГТУ, 2005. — 159 с.

54. Терещенко Л. Я. Управление обучением спомощью ЭВМ. Текст. / Л. Я. Терещенко, В. П. Панов, Г. Майоркин-Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. — 143 с.

55. Бобровски, Oracle: вычисления клиент/серверТекст. / Бобровски. — М.: Изд-во «Лори», 1996. — 651 с.

56. Файнберг, В. Базы данных типа «клиент-сервер» Текст. / В. Файнберг // Компьютер пресс, 1991. — № 7. — 49−54.

57. Андреев Л. А. Дистанционное обучение: сущность, технология, организация. Текст./Л.А.Андреев, В. И. Солдаткин—М.: МЭСИ, 1999.

58. Балыкина Е. Н. Слагаемые эффективности педагогических программных средств учебного назначения по историческим дисциплинамТекст./ Е. Н. Балыкина // Компьютерные учебные программы. 2000, № 1.

59. Вострокнутов И. Е. Как выбирать программные средства Текст./ И. Е. Вострокнутов // Компьютерные учебные программы. 2000, № 2.

60. Дистанционное образование: открытые и виртуальные среды. Текст. Материалы Седьмой международной конференции подистанционному образованию (Россия, Москва, 17—18 июня 1999 г.) / Подред. В. П. Тихомирова, В. И. Солдаткина, Д. Э. Колосова. — М.- МЭСИ, 1999.

61. Липаев В. В. Сертификация систем качества на соответствие стандартам серии ISO 9000 для предприятий Текст./ В.В. Липаев—разработчиков программных средств. Методическое руководство. — М.-МГТУ «Станкин», 2000.

62. Милославская Н. Г. Интрасети: доступ в Интернет, защита (учебное пособие). Текст. / Н. Г. Милославская — М.: ЮПИТИ-ДАНА, 2000.

63. СанПиН 2.2.2.542−96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительныммашинам и организации работы. Текст. Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

64. Сапунцов В. Д. Компьютер в экономическом образовании. Текст. / 164 В.Д. Сапунцов—М.: Издательский дом «НОВЫЙ ВЕК», 1999.

65. Тихомиров В. П. Дистанционное обучение: история, экономика и тенденции Текст./ В. П. Тихомиров //Дистанционное образование. 1997, Х"2.

66. Тихомиров В. П. Виртуальная образовательная среда: предпосылки, принципы, организация. Текст. / В. П. Тихомиров, В. И. Солдаткин, Л.Лобачев. Международная Академия Открытого Образования. — М.: МЭСИ, 1999.

67. Тихонов А. М. Управление современным образованием: социальные и экономические аспекты. Текст./ А. М. Тихонов, А. Д. Иванников и др. — М.: Бита-Пресс, 1998.

68. Успенский И. В. Интернет как инструмент маркетинга. Текст./ И. В. Успенский.СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1999.

69. Учебно-практические пособие для системы дистанционного обучения «Социальная психология и этика делового общения» Текст. /Подред. B.C. Торопцова, В. Ю. Дорошенко. ВЗФЭИ. — М.: Экономическоеобразование, 1998.

70. Учебные материалы, кейсы, технологии. Информационный бюллетень. Текст. Международный центр учебных материалов, Димитрэйд165График Груп, 2000, вып. 1.

71. Франклин Дж, Flash 4. Анимация в Интернете. Текст./ Франклин Дж. /М.: Символ-Плюс, 2000.

72. Шмелев А. Г. Адаптивное тестирование знаний в системе «Телетестинг». Текст./ А. Г. Шмелев. IX международная конференция-выставка «Информационные технологаи в образовании». Сборник трудовучастников конференции. Часть П. — М.: МИФИ, 1999. 405−407.

73. CoUis В. Tele-leaming in, а digital world: the future of distance learning. Text. London: International Thomson Computer Press, 1996.

74. Hobbs Vicki M., Christianson Scott. Virtual classrooms: educational opportunity through two-way interactive television. Lancaster: Technomic Pub.Co., 1997.

76. Moore Michael G., Kearsley Greg. Distance education: a system view. Text. Edited by Terry Evans and Daryl Nation. London — New York: Routledge, 1996.

77. Porter Lynnette R. Creating the virtual classroom: distance learning with the Internet. Text. New York, J. Wiley&Sons, 1997.

78. Snyder Carolyn A. Role of libraries in distance education. Text. Washington: Association of Research Libraries, Office of Management Services, 1996.

79. Terry A. Theory and practicle of online learning. Text. Terry A., Fathi E. // Athabasca University, 2004.166