АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ  МЕТОД  ФОРМИРОВАНИЯ  УЧЕБНЫХ  ПЛАНОВ  ВУЗА  С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ  МАССИВА  ДИДАКТИЧЕСКИХ  ЕДИНИЦ

Бронов  Сергей  Александрович

д-р  техн.  наук,  доцент  Сибирского  федерального  университета,  РФ,  г.  Красноярск

Е-mail:  SBronov@sfu-kras.ru

Лозицкая  Екатерина  Викторовна

магистрант  Сибирского  федерального  университета,  РФ,  г.  Красноярск

Е-mail:  kurmanchik@list.ru

AUTOMATED  METHOD  FOR  GENERATING  HIGH  SCHOOL  CURRICULUM  WITH  USING  THE  ARRAY  OF  DIDACTIC  UNITS

Sergey  Bronov

doctor  of  Technical  Sciences,  docent  of  the  Siberian  Federal  University,  Russia,  Krasnoyarsk 

Ekaterina  Lozitskaya

master  of  the  Siberian  Federal  University,  Russia,  Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Рассмотрен  новый  поход  к  автоматизированному  анализу  и  синтезу  учебных  планов  вуза,  основанный  на  использовании  массива  дидактических  единиц,  из  которых  выстраиваются  образовательные  цепочки,  которые  затем  оформляются  в  виде  учебных  дисциплин.  Таким  образом,  обеспечивается  процесс  «снизу  вверх»  —  от  дидактических  единиц  через  модули  и  учебные  дисциплины  к  учебному  плану.

ABSTRACT

A  new  automated  method  for  the  analysis  and  synthesis  of  high  school  curriculum  based  on  the  use  of  an  array  of  didactic  units  that  build  the  educational  chain,  which  are  then  presented  in  the  form  of  academic  disciplines.  Thus,  a  process  of  "bottom-up"  —  from  didactic  units  and  modules  across  disciplines  to  the  curriculum.

Ключевые  слова:  учебный  план;  синтез;  автоматизированное  проектирование.

Кeywords:  curriculum;  synthesis;  computer-aided  design.

Учебные  планы  (УП)  являются  основой  учебного  процесса  и  содержат  перечень  учебных  дисциплин  (УД)  с  указанием  временных  границ  их  преподавания  (количество  семестров),  видов  аудиторных  занятий  (лекции,  практические  и  лабораторные  занятия),  видов  самостоятельной  работы  студентов  (курсовые  проекты  и  работы),  выделяемых  для  этого  часов  и  зачётных  единиц,  видов  контроля  (экзамен,  зачёт).  На  основе  учебных  планов  разрабатываются  рабочие  программы  дисциплин  (РПД),  которые  содержат  исчерпывающий  перечень  дидактических  единиц  (ДЕ). 

В  настоящее  время  при  ручном  формировании  УП  вначале  создаётся  перечень  УД,  затем  на  основе  экспертных  оценок  они  распределяются  по  семестрам,  а  затем  уже  разрабатываются  соответствующие  РПД,  которые  наполняются  ДЕ.  Объективно  УД  связаны  между  собой  через  содержащиеся  в  них  ДЕ,  но  при  ручном  формировании  УП  часто  оказывается,  что  эти  связи  плохо  выстроены,  кроме  того,  слабо  учитывается  ограниченность  временных  ресурсов  и  необходимость  разделения  времени  между  параллельно  изучаемыми  УД.  Это  связано  с  тем,  что  РПД  разрабатываются  отдельными  преподавателями,  не  имеющими  возможности  учитывать  особенности  РПД  других  УД  [2,  с.  4].

В  то  же  время,  появление  новых  образовательных  стандартов  предъявляет  дополнительные  требования  к  качеству  и  скорости  разработки  УП.  Во-первых,  делается  упор  на  увеличение  учебных  дисциплин  по  выбору.  Во-вторых,  быстрое  развитие  всех  областей  знаний  предполагает  частую  коррекцию  УП.  В-третьих,  академическая  мобильность  в  сочетании  со  свободой  введения  учебных  дисциплин  по  решению  вуза  приводит  к  тому,  что  учащиеся  могут  учиться  в  течение  срока  обучения  по  нескольким  учебным  планам  различных  вузов.  В-четвёртых,  отчисление  и  восстановление  учащихся  приводит  к  тому,  что  им  приходится  восполнять  изученные  другими  учащимися  УД.  Всё  это  делает  очень  затруднительным  ручное  формирование  УП.

В  настоящее  время  автоматизированное  формирование  УП  встречается  редко,  о  чём  свидетельствует  обилие  методических  материалов,  представленных  на  сайтах  вузов,  которые  содержат  рекомендации  именно  по  ручному  формированию  УП  [1,  с.  5].

Это  означает,  что  проблема  автоматизации  синтеза  УП  остаётся  актуальной  и  требует  развития  новых  идей.

Предполагается,  что  для  каждого  профиля  бакалавриата  или  специальности  можно  сформировать  общий  массив  ДЕ,  указав  связи  между  ними.

Дидактическая  единица  —  элемент  компетенций,  неделимый  в  рамках  рассматриваемого  учебного  процесса.  Поскольку  компетенция  есть  единство  знаний,  умений  и  навыков,  то  и  ДЕ  могут  быть  разного  рода:  ДЕ  знаний,  ДЕ  умений,  ДЕ  навыков.  В  рамках  компетенций  ДЕ  знаний,  умений  и  навыков  соединяются  в  систему  и  получают  свойство  эмерджентности,  т.  е.  их  совместное  использование  обладает  дополнительными  свойствами  по  сравнению  со  свойствами  отдельных  составляющих,  что  и  порождает  определённую  компетенцию  [3,  с.  8].

Обычно  при  автоматизации  анализа  и  синтеза  УП  учитываются  только  ДЕ  знаний,  которые  легко  получаются  из  содержания  УД.  ДЕ  умений  и  навыков  практически  не  встречаются.

Существует  тесная  связь  между  ДЕ  знаний,  умений  и  навыков:  ДЕ  знаний  являются  основой  для  ДЕ  умений,  которые,  в  свою  очередь,  являются  базой  для  ДЕ  навыков.  Одна  и  та  же  ДЕ  знаний  может  порождать  несколько  ДЕ  умений  (например,  применение  одного  и  того  же  общего  метода  для  различных  объектов).  Также  и  одна  ДЕ  умений  может  отражаться  в  практической  области  через  несколько  ДЕ  навыков  (например,  навыки  подготовки  текста  в  различных  версиях  программы  MS  Word).

Основой  общего  массива  ДЕ  является  массив  ДЕ  знаний.

Этот  массив  задаётся  в  виде  орграфа,  в  котором  ДЕ  представляются  вершинами.  Рёбра  такого  орграфа  не  имеют  информационного  смысла,  кроме  обозначения  связи  одних  ДЕ  с  другими.  Такой  орграф  может  быть  представлен  матрицей  (наглядная,  но  громоздкая  форма)  или  списком  (компактная,  но  менее  наглядная  форма).

При  матричном  представлении  массива  ДЕ  формируется  Таблица  1.

Таблица  1.

Матричное  представление  массива  ДЕ  в  общем  виде

По  строкам  и  столбцам  располагаются  ДЕ  с  соответствующими  номерами  в  одной  и  той  же  последовательности.  В  ячейках  располагаются  указатели  на  связь  выходов  ДЕ  по  строкам  (в  левом  столбце)  с  ДЕ  по  столбцам  (в  верхней  строке):  если  связь  есть,  то  проставляется  1,  если  связи  нет,  то  проставляется  0  (Таблица  2).

Матрица  является  квадратной,  поэтому  имеет  главную  диагональ:  все  1  выше  главной  диагонали  показывают,  что  связь  между  ДЕ  направлена  слева  вверх.  А  все  1  ниже  главной  диагонали  показывают,  что  связь  между  ДЕ  направлена  сверху  влево  и  является  обратной.

Таблица  2.

Пример  матричного  представления  массива  ДЕ

В  корректно  построенных  УП  обратных  связей  не  должно  быть,  так  как  они  означают  изучение  ДЕ  на  основе  ДЕ,  которая  сама  будет  изучаться  позже:  это  соответствует  контуру.  Таким  образом,  изучение  вида  матрицы  в  таблице  2  может  дать  много  информации  о  структуре  отдельных  УД  или  всего  УП.

ДЕ  могут  быть  разделены  на  два  типа:

1.  элементарные  ДЕ,  вводимые  в  процессе  изучения;

2.  составные  ДЕ,  формируемые  на  основе  предыдущих  ДЕ.

Первоначальные  ДЕ  получаются  учащимися  на  предыдущем  уровне  обучения  (например,  в  средней  школе).  Комбинация  этих  исходных  элементарных  ДЕ  порождает  новые  ДЕ  более  сложной  структуры  —  составные  ДЕ.  Например,  ДЕ  из  курса  элементарной  физики  и  алгебры  порождают  законы  электрических  цепей  Кирхгофа  в  электротехнике.

В  процессе  обучения  преподавателями  привносятся  также  новые  элементарные  ДЕ,  которые  не  были  получены  в  школе  и  не  являются  результатом  комбинирования  уже  изученных  ДЕ.  Например,  в  электронике  изучаются  транзисторы,  которые,  возможно,  не  изучались  в  школе.

На  самом  деле,  любое  новое  знание  формируется  на  основе  уже  полученных  ранее  элементов  знания.  Но  в  некоторых  случаях  для  освоения  новых  ДЕ  используется  общая  культурная  подготовка  учащегося,  и  в  этом  случае  ДЕ  считается  элементарной.

При  формировании  составных  ДЕ  используются  как  элементарные  ДЕ,  так  и  составные,  полученные  на  более  ранних  стадиях  изучения.

Каждой  ДЕ  может  быть  приписано  время  её  формирования  на  основе  других  ДЕ.  Элементарные  ДЕ  не  имеют  входных  ДЕ,  а  потому  время  их  изучения  определяется  самой  ДЕ.  Составные  ДЕ  имеют  входные  ДЕ,  поэтому  время  на  их  изучение  обусловлено  взаимодействием  всех  входных  ДЕ.

Основой  общего  массива  ДЕ  являются  ДЕ  знаний.  Из  них  получают  массив  ДЕ  умений,  связанных  с  соответствующими  ДЕ  знаний.  Каждая  ДЕ  умений  может  порождать  одну  или  несколько  ДЕ  навыков.  Эти  ДЕ  также  могут  быть  элементарными  или  составными.  Целесообразно  делать  пометки  для  ДЕ  соответствующего  вида.  Тогда  при  автоматизированном  анализе  можно  выявить,  связаны  ли  получаемые  знания  с  умениями  и  навыками.  Комбинация  этих  элементов  может  трактоваться  как  определённая  компетенция,  что  открывает  возможность  автоматизированного  выявления  реализуемых  в  той  или  иной  дисциплине  компетенций.  Но  для  этого  нужно  связать  компетенции  с  определённым  сочетанием  знаний,  умений  и  навыков.

На  основе  матрицы  ДЕ  формируются  граф  ДЕ  в  виде  параллельных  ветвей.  Каждая  такая  ветвь  может  выделяться  в  виде  учебной  дисциплины.  Зная  время  на  изучение  каждой  ДЕ,  можно  определить  общее  время,  требующееся  для  освоения  соответствующей  цепочки  ДЕ.  В  процессе  анализа  можно  сформулировать  рекомендации,  какие  ДЕ  следует  изучать  аудиторно  с  преподавателем,  а  какие  —  в  рамках  самостоятельной  работы  студентов.  При  построении  цепочек  ДЕ  может  оказаться,  что  имеется  несколько  параллельных  цепочек,  которые  нецелесообразно  представлять  в  виде  отдельных  дисциплин:  тогда  одна  из  цепочек  становится  аудиторной,  а  остальные  —  для  самостоятельного  изучения.

Зная  время  изучения  каждой  ДЕ,  можно  определить  время,  необходимое  для  изучения  каждой  цепочки,  и  разместить  её  в  том  или  ином  семестре.  Может  оказаться,  что  после  размещения  УД  остаётся  свободное  время  —  следовательно,  можно  добавить  ДЕ.  Если  же  цепочка  ДЕ  выходит  за  пределы  семестра,  необходимо  исключить  некоторые  ДЕ.  Если  на  стадии  формирования  массива  ДЕ  указать  их  приоритет,  то  можно  выполнить  эту  операцию  автоматизировано:  ДЕ  будут  убраны,  но  затем  проектировщик  УП  должен  будет  проверить  корректность  работы  программы.

Формирование  общего  массива  ДЕ  в  едином  процессе  затруднительно,  так  как  предполагает  наличие  экспертов,  одинаково  компетентных  во  всех  областях  знаний,  предлагаемых  учащимся.  Поэтому  реально  такая  работа  может  осуществляться  постепенно  —  путём  объединения  частных  массивов  ДЕ,  подготовленных  для  отдельных  областей  знаний  соответствующими  экспертами  (как  правило,  преподавателями).

Анализ  учебного  плана  выполняется  «сверху  вниз».  Эту  работу  можно  проделать,  начав  с  традиционной  технологии,  при  которой  выполняется  предварительное  структурирование  учебного  процесса  с  выделением  укрупнённых  учебных  дисциплин  (областей  знаний).  Затем  для  каждой  учебной  дисциплины  соответствующие  эксперты  (например,  преподаватели)  формируют  локальный  массив  ДЕ.  Правила  формирования  локальных  массивов  должны  быть  едиными  для  всех  учебных  дисциплин.  В  результате  появляются  локальные  матрицы  связей  ДЕ,  которые  затем  объединяются  в  общую  матрицу  по  профилю  подготовки.

Объединение  частных  массивов  ДЕ  предусматривает  выявление  одинаковых  ДЕ  и  сведение  их  к  одной  ДЕ  с  несколькими  входами  и  выходами.  Это  позволит  определить  наличие  контуров,  которые  следует  затем  преобразовать  в  линейную  структуру.

Коррекция  учебных  планов  в  данном  случае  заключается  в  том,  чтобы  заменить  часть  ДЕ  новыми:  возможно,  в  рамках  новой  области  знаний  или  с  учётом  изменения  уже  существующей  в  УП.  После  этого  заново  переформировывается  общий  массив  ДЕ,  выстраиваются  новые  цепочки  ДЕ  и,  возможно,  меняется  содержание  отдельных  УД.

При  этом  появляется  возможность  автоматически  получить  состав  ДЕ  для  каждой  изменённой  УД,  что  существенно  упрощает  переработку  РПД  с  возможностью  последующей  автоматизации  и  этого  процесса.

Предлагаемый  подход  в  настоящее  время  реализуется  в  направлении  детального  анализа  проблем,  обозначенных  в  статье,  с  применением  рассмотренных  способов  их  решения.

Новизна  предложенного  подхода  заключается  в  том,  что  предложено  использовать  в  качестве  основы  для  синтеза  учебного  плана  массив  дидактических  единиц,  формировать  общий  массив  дидактических  единиц  из  частных  массивов  дидактических  единиц  по  областям  знаний,  формировать  цепочки  дидактических  единиц,  распределение  их  во  времени  и  выделять  на  этой  основе  учебные  дисциплины  (возможно,  с  нетрадиционными  содержанием  и  названием),  автоматически  формировать  массив  дидактических  единиц  для  контрольно-измерительных  материалов.

Создание  на  этой  основе  алгоритмов  и  их  программная  реализация  позволит  автоматизировать  синтез  учебных  планов,  включая  их  корректировку  при  изменении  состава  дидактических  единиц.

Список  литературы:

1. Лавлинская  О.Ю.  Модели,  методы  и  алгоритмы  управления  процессом  оптимального  формирования  учебного  плана  с  учётом  внешних  требований:  Автореф.  дис.  канд.  техн.  наук  Воронеж,  2008.  —  17  с.
2. Наумова  С.В.  Модели  и  методы  автоматизированного  синтеза  учебных  планов  высшего  образования:  Автореф.  дис.  канд.  техн.  наук  Саратов,  2005.  —  20  с.
3. Темралиева  А.Я.  Автоматизированная  система  формирования  учебных  планов  с  процедурой  вычисления  кредитов:  Автореф.  дис.  канд.  техн.  наук  Астрахань,  2004.  —  28  с.