Концепция интеграции программных приложений и автоматизация управления образовательным контентом в отраслевой системе подготовки кадров

Подготовка квалифицированных кадров и постоянное повышение квалификации специалистов является одной из приоритетных задач развития отраслевой системы подготовки кадров, которая в настоящее время включает в себя систему профессиональной подготовки, систему дополнительного профессионального образования, а также аттестацию и сертификацию специалистов. Следует отметить, что система дополнительного профессионального образования имеет значительно меньшую степень инерции, так как не базируется на фундаментальном комплексе государственных образовательных стандартов. Она может служить механизмом оперативного обеспечения отрасли кадрами востребованным в текущий период. Учитывая факт относительной непродолжительности производственного обучения (6−11 месяцев) и необходимость оперативного реагирования на текущие потребности в обеспечении кадрами, система профессиональной переподготовки может осуществлять функцию «опережающей» подготовки кадров.

Так, например, учебные центры Газпрома готовят специалистов различных категорий, в том числе диспетчеров, сменных инженеров/операторов компрессорных цехов, специалистов по контрольно-измерительным приборам и автоматике. Именно данные специалисты играют одну из ключевых ролей в обеспечении бесперебойной работы газотранспортной системы и газовых промыслов. От уровня подготовки данных специалистов, их умения эффективно использовать средства автоматизации, анализировать обстановку и принимать в сложных ситуациях правильные решения зависит и экономическая эффективность работы предприятий, обеспечение высокого уровня безопасности эксплуатации критически важных производственных комплексов и оперативность ликвидации возможных аварийных и чрезвычайных ситуаций.

Подготовка специалистов в современных условиях невозможна без современных технических средств обучения. Тренажеры, имитирующие работу по управлению реальными машинами и механизмами, давно и широко применяются в учебном процессе. Развитие информационных технологий привело к распространению новых технологий обучения, в том числе: мультимедийных обучающих программ, социальных сетей, компьютерных тренажеров, применяемых при обучении, как устройства технологических и т. п.

Однако, как показал анализ, все еще недостаточное внимание уделяется разработке формальных моделей структуризации учебной информации, что необходимо для рациональной организации, как самого процесса обучения, так и аттестации сотрудников. Особую важность при этом приобретают задачи, связанные с интеграцией существующих и вновь вводимых в эксплуатацию информационных систем или отдельных приложений, включенных в систему отраслевой подготовки кадров. Это связано с необходимостью непрерывной работы самих информационных систем на предприятии и отсутствием возможности единовременного обновления компонентов информационной системы и образовательного контента. Данная работа направлена как на развитие концепции интеграции разнородных приложений, так и на автоматизацию управления образовательным I контентом, включая тестовый материал для проведения аттестации и сертификации персонала в отраслевой системе подготовки кадров.

Объектом исследования является отраслевая система подготовки кадров для предприятий различных отраслей народного хозяйства.

Предметом исследования является информационная и программная поддержка отраслевой системы подготовки кадров, включая инструментальные средства создания тестов, методик оценки и сертификации квалификаций, посредством которых подтверждается уровень квалификаций и компетентность персонала.

Целью работы является повышение эффективности отраслевой системы подготовки кадров за счет автоматизации управления образовательным контентом, разработки и внедрения методов интеграции программных приложений и создания процедур поддержки управленческих решений в области сертификации.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• системный анализ проблем, методов моделирования и организации процессов обучения и тестового контроля в отраслевой системе подготовки кадров;

• разработка механизмов интеграции разнородных программных приложений формирования образовательного контента;

• разработка инструментальных средств формирования и шкалирования результатов выполнения тестовых заданий;

• разработка методики управления электронными образовательными ресурсами и оптимизации образовательного контента в системе отраслевой подготовки и аттестации персонала;

• разработка системы мониторинга результатов аттестации и сертификации квалификаций персонала;

При разработке методов и моделей в диссертации использовались методы общей теории систем, имитационного моделирования, теории автоматов, сетей Петри, многомерного статистического анализа и др.

Научную новизну составляют механизмы интеграции программных приложений, а также методы, модели, алгоритмы и методики автоматизации управления образовательным контентом в отраслевой системе подготовки кадров. На защиту выносятся:

• модели взаимодействия пользовательских процессов и программных приложений управления образовательным контентом;

• механизмы интеграции программных приложений и расширения системного функционала в системе управления образовательным контентом;

• автоматная схема представления сценария выполнения и шкалирования результатов выполнения тестовых заданий в непрерывной оценочной шкале;

• процессная модель сети Петри в задаче идентификации блокировок тестового задания;

• иерархическая структура приложений реализации методики формирования, оптимизации и управления терм-связанным образовательным контентом;

• имитационная модель расчета эффективности теста, метод и критерий ошибочных классификаций в оценке компетенций;

• функциональная декомпозиция информационного обмена и анализа результатов сертификации квалификаций в отраслевой системе мониторинга подготовки кадров.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.

В первой главе диссертации проведен системный анализ проблем отраслевой системы подготовки кадров и технологий внедрения новых информационных систем поддержки образовательного процесса, что приводит к необходимости интеграции разнородных программных приложений.

В диссертации проведен анализ педагогических принципов формирования системы подготовки кадров, поскольку в их основе лежат идеи максимально возможной управляемости учебным процессом, проектирования и воспроизводимости обучающего цикла. Педагогические принципы предусматривают ориентацию всех компонентов и процедур на гарантированное достижение учебных целей и объективную оценку текущих и итоговых результатов учебной деятельности, а также целенаправленного педагогического воздействия на познавательную деятельность обучаемого.

Рассмотрены подходы к моделированию процесса обучения. Проведенный анализ показал, что для формирования качественных учебнометодических материалов необходимо использование формальных методов структуризации учебных планов и рабочих программ подготовки, переподготовки и аттестации специалистов отрасли, которые основаны на терм-анализе связности учебных материалов и моделях научения-забывания. Кроме того, данные модели могут выступать в качестве критериев эффективности образовательного контента.

Рассмотрены модели тестового контроля. Приведены основные принципы классической теории тестового контроля, основанной на обработке статистических данных результатов тестирования, и выполнен сравнительный анализ принципов конструирования тестовых заданий и тестов. Для моделирования процедур тестового контроля используются основные принципы ШТ-теории.

Во второй главе диссертации, на основе проведенного анализа принципов организации системы обучения, формируется концепция интеграции разнородных приложений подготовки и управления образовательным контентом в отраслевой системе подготовки кадров. Так в нефтегазоперерабатывающей отрасли предполагается создание единой информационной базы, обеспечивающей открытость и достоверность информации о деятельности системы сертификации квалификаций и возможность проведения мониторинга с последующим формированием управленческих решений, направленных на повышение эффективности отраслевой системы подготовки кадров.

Интеграция этих подсистем вместе с программными компонентами системы «СОТА» позволяет на основе включения модельных составляющих процессов обучения и тестового контроля повысить эффективность подготовки учебных материалов за счет возможности количественного оценивания качества учебно-методических материалов. Для реализации модельных составляющих системы управления образовательным контентом выполнена систематизация функционала всех приложений системы «СОТА», определены управляющие и информационные связи, что позволяет сделать систему открытой для включения новых методов, моделей и данных.

В диссертации проведена параметризация исполняемых приложений на основании универсальной схемы описания компонентов системы с использованием принципа «вход-выход-параметризация». Система описаний повторяет принципы теории управления, где каждое приложение выступает в качестве некоторого преобразователя данных.

На основе формального аппарата процессно-ориентированного описания поведения имитационных моделей предлагается процедура моделирования поведения пользователей и пользовательских приложений, позволяющая реализовать механизмы декомпозиции и взаимной сцепленности модельных процессов обучения и тестового контроля, направленные на создание интегрированного программно-моделирующего комплекса.

В третьей главе диссертации представлено описание инструментальной среды разработки и шкалирования результатов выполнения тренировочных тестовых заданий. Построенные в данной среде игровые задания и тренировочные упражнения составляют базовые фрагменты сценария представления учебных и тестовых материалов.

Одной из важнейших задач нефтегазодобывающей отрасли является обеспечение безопасности, включая пожарную и газовую. Однако, специалисты и операторы, особенно в районах крайнего севера, зачастую работают вахтовым методом. Естественно, что перерывы в работе могут сказаться на способности к оперативному приему правильных управленческих решений. Для устранения этих ситуаций разрабатываются тренажерные комплексы, которые моделируют поведение основных объектов управления транспортом газа, а именно: газотранспортную сеть в зоне ответственности газотранспортного дочернего общества или его филиала (управление потоками газа и согласованное управление газокомпрессорными цехами и линейной частью), газоперекачивающую станцию и газоперекачивающий агрегат, линейную телемеханику для контроля и управления на уровне крановых узлов и др.

Созданные в данной инструментальной среде тестовые задания (тренажеры) являются первичными в системе аттестации при формировании теста. Помимо графического редактора формирования сценария задания среда включает схему разбора ответа, компоненту параметризации задания и подсистему генерации тестового задания.

В четвертой главе диссертации решается задача разработки методики управления образовательным контентом. Для формирования сценария представления и автоматизации управления образовательным контентом предлагается иерархическая структура приложений. КСЭ создает алгоритмическую структуру фрагментов. На втором уровне КУК формирует вложенную иерархическую схему описания структурных элементов. Обе эти структуры воспроизводятся соответствующими приложениями ПУМ. На третьем уровне АУЛ объединяет учебно-методические материалы отдельных дисциплин с единую базу учебных материалов по направлению подготовки персонала.

В целом, разработанный программно-моделирующий комплекс направлен не формирование образовательного контента, но и для решения задач оптимизации учебного плана по критериям, построенным на понятиях функций научения-забывания термов, которые объединяются в компетентностном подходе формирования профессиональных отраслевых образовательных стандартов. Далее на основе разработанной системы приложений в диссертации разработана методика формирования и управления образовательным контентом. Основной задачей методики является создание терм-связного учебного контента, построенного на основе оптимизации функций научения.

На первом этапе в базу заносятся квалификационные требования (профессиональные стандарты) с описанием знаний, умений, навыков и компетенций необходимых для выбранных направлений. По каждой компетенции формируется паспорт с детальным описанием знаний, умений и навыков (ЗУНов). Далее формируются учебные модули, которые закрепляются за методистами, которые формируют рабочую программу модуля (дисциплины) с указанием объемов занятий по видам, а также входных и выходных термов (понятий) по каждому модулю. Имеется возможность редактирования модулей в локальной среде, после чего материалы экспортируются в БД учебного плана, где в последующем старший методист проводит синтаксический анализ термов и устанавливает связи с ЗУНами и компетенциями указанными в квалификационных требованиях.

В пятой главе диссертации рассматриваются вопросы построения системы мониторинга квалификационных характеристик персонала.

Выбор состава пользователей системы мониторинга определен схемой сертификации квалификаций. Непосредственно процедурой сертификации в ЦОСК занимается экспертная (сертификационная) комиссия, поэтому чрезвычайно важным является процесс ее формирования, который регулируется специальным Положением. В их состав включаются эксперты, завершившие подготовку в экспертно-методическом центре и имеющие: соответствующее образование, подтвержденное документом установленного образцавысокий уровень профессиональной компетентности в направлении деятельностиопыт работы (практический, научный и управленческий) в близких областях деятельности и т. д.

Для процесса сертификации в рамках ЦОСК определён следующий регламент. При этом ответственным за процесс являются руководители административного и организационно-методического отделов. Рассматриваемый регламент сертификации предполагает проведение следующих мероприятий: собеседование с соискателем с целью определения графика оценкиоценка квалификации соискателя в составе экзаменационной комиссии центра оценки и сертификации квалификацийпринятие решения о сертификации в составе сертификационной комиссии центра оценки и сертификации квалификаций и др.

В заключении представлены основные результаты работы.

В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием формальных методов и моделей, а также предварительным анализом учебных планов и программ подготовки кадров. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области автоматизации управления подготовкой и аттестацией персонала. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде предприятий, а также используются при организации учебного процесса в МАДИ и МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Апробация работы.

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (1998;2013гг.);

• на заседаниях кафедр «Системы обработки информации и управления» МГТУ им. Н. Э. Баумана и «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований направлено на повышение эффективности отраслевой системы подготовки кадров за счет развития теоретических основ интеграции программных приложений формирования образовательного контента, автоматизации управления процессами подготовки и аттестации персонала, а также практических подходов в области сертификации квалификаций персонала в отраслевой системе подготовки кадров.

По результатам выполненных исследований опубликовано 60 печатных работ.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, опубликованных на 306 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 39 таблиц, список литературы из 135 наименований и приложения.

Выводы по главе 5.

1. Показано, что выбор состава пользователей системы мониторинга определен схемой сертификации квалификаций. Непосредственно процедурой сертификации в ЦОСК занимается экспертная (сертификационная) комиссия, поэтому чрезвычайно важным является процесс ее формирования, который регулируется специальным Положением. В их состав включаются эксперты, завершившие подготовку в экспертно-методическом центре и имеющие: соответствующее образование, подтвержденное документом установленного образцавысокий уровень профессиональной компетентности в направлении деятельностиопыт работы (практический, научный и управленческий) в близких областях деятельности и т. д.

2. Основная задача системы оценки и сертификации квалификаций состоит в объективной признаваемой всем профессиональным сообществом (работодателями) оценке соответствия квалификаций работника (его знаний, умений и компетенций) требованиям производства и бизнеса, установленным соответствующими профессиональными стандартами, и подтверждении права работника выполнять конкретные виды трудовой деятельности вне зависимости от места, времени и способа получения квалификаций.

3. При разработке структуры программного комплекса основной задачей было создание открытой системы с адаптивным интерфейсом и возможностью организации информационных связей с другими инструментальными средствами формирования учебных планов и курсов лекций.

4. Мониторинг результатов группового гетерогенного тестового контроля предназначена для графического отображения в реальном времени динамики изменения результатов одновременного выполнения гетерогенного теста группой обучаемых, а также для сравнительного графического анализа результатов одного/нескольких обучаемых за несколько/один сеанс тестирования.

5. Среда Администратора позволяет регистрировать обучаемых и методистов, изменять их личные данные и сведения результате прохождения аттестаций. Администратор также управляет взаимодействием обучаемых, консультантов, методистов между собой и их привязкой к учебному материалу.

6. Среда обучаемого обеспечивает все необходимые функции доступа к учебным материалам и взаимодействия с консультантами. Обучающая система предназначена для осуществления процесса обучения по мультимедийным учебным курсам, созданным в инструментальных средствах «СОТА». Система может быть легко настроена на работу с любым учебным курсом, созданным в «СОТА» и установленном на компьютере обучаемого или на сервере. Однако за сеанс работы в системе возможно обучение только по одному учебному курсу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведен системный анализ проблем, методов и моделей в процессе обучения и тестового контроля в отраслевой системе подготовки кадров. Выделен круг моделей оценки согласованности учебного материала, направленных на получение количественных оценок эффективности образовательного контента, и информационных технологий интеграции разнородных программных приложений, которые являются базовыми при разработке системы управления образовательным контентом.

2. Сформированы требования к информационной системе ЦОСК и ЭМЦ в нефтегазоперерабатывающей отрасли, выполнена классификация пользователей по отношению к образовательным ресурсам, а также параметризация функционала программных приложений, направленные на формализованное описание отраслевой системы подготовки кадров.

3. На основе формального аппарата процессно-ориентированного описания поведения имитационных моделей предложена процедура моделирования поведения пользователей и пользовательских приложений, позволяющая реализовать механизмы декомпозиции и взаимной сцепленности модельных процессов обучения и тестового контроля, направленные на создание интегрированного программно-моделирующего комплекса.

4. Реализованы механизмы интеграции программных приложений и формализованного представления фрагмента, который является гибким средством расширения инвариантной составляющей системы, а также предметно-ориентированного функционала за счет алгоритмической структуры сценария пользовательских процессов в системе управления образовательным контентом.

5. Разработана инструментальная среда формирования тестовых, тренировочных и игровых заданий, которые являются базовыми фрагментами сценария представления тестовых материалов. Для произвольной схемы поведения пользователя разработана автоматная схема представления произвольного сценария выполнения и шкалирования результатов выполнения тестовых заданий в непрерывной оценочной шкале.

6. Для моделирования поведения пользователя в работе предлагается использование аппарата сетей Петри, который согласуется с формальным процессно-ориентированным описанием поведения пользовательских приложений и может быть использован как схема генерации процессов выполнения тестовых заданий для моделирования блокировок и достижимости состояний в заданном сценарии представления образовательного контента.

7. Для формирования сценария представления и автоматизации управления образовательным контентом предлагается иерархическая структура приложений, позволяющая сформировать терм-связный учебный материал и реализовать процедуры оптимизации с точки зрения функций научения-забывания. КСЭ создает алгоритмическую структуру фрагментов (структурный элемент). На втором уровне КУК формирует вложенную иерархическую схему описания структурных элементов. Обе эти структуры воспроизводятся соответствующими приложениями ПУМ. На третьем уровне АУП объединяет учебно-методические материалы отдельных дисциплин с единую базу учебных материалов по направлению подготовки персонала.

8. Для формального обоснования положений и нормативов на тесты в системе сертификации квалификации разработана имитационная модель, основанная на критерии вероятностей ошибочных классификаций и логистической функции вероятности правильного ответа, позволяющая получить оценки эффективности механизмов предъявления и процедур оценивания уровня знаний тестового контроля.

9. На основе формальной функциональной и организационной декомпозиции информационного обмена, выбора состава пользователей системы управления образовательным контентом и разработанных методов анализа результатов аттестации персонала разработана структура системы мониторинга, предложена процедура и определен регламент сертификации квалификаций, направленный на конструктивные мероприятия повышения эффективности отраслевой системы подготовки кадров.

10. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде предприятий, а также используются на кафедре АСУ МАДИ.