Автоматизация управления образовательными траекториями студентов на основе результатов освоения компетенций ФГОС ВПО

Актуальной задачей отечественной высшей школы является повышение качества и глобальной конкурентоспособности российского образования, обеспечение соответствия образовательных программ, реализуемых в вузах страны, международным критериям качества единого Европейского пространства высшего образования. Соответствие международным стандартам необходимо для интеграции России с мировым сообществом, адекватного позиционирования системы отечественного образования на международном рынке образовательных услуг, обеспечения мобильности студентов и выпускников.

Традиционно качество образовательных услуг оценивалось с позиции студентов, выпускников, преподавателей, представителей промышленности, науки, исходя из статуса, репутации и рейтинга высших учебных заведений. Национальные стандарты и требования к образовательным программам [1−24] определялись жестким набором дисциплин, определением содержания образования, объема часов, отводимого на их изучение, а также требованиями к оценке их освоения. Компетентностный подход [25−39] стал ключевой идеей реформирования национальных систем высшего образования с начала 90-х годов двадцатого века. Вместе с глобальными процессами интернационализации, диверсификации и коммерциализации системы высшего образования, компетентностный подход оказал существенное влияние на реформирование сферы высшего образования и систем обеспечения его качества, а также прозрачности и измеримости достигаемых результатов, и как результата — создания единого Европейского пространства высшего профессионального образования (ЕПВО).

Компетентностный подход в образовании предполагает постоянную обратную связь с требованиями рынка труда, который, в свою очередь, связан с индустрией и бизнесом, а также отражает текущую экономическую ситуацию. Постепенно в нашей стране формируются отдельные компоненты 5 такой системы: профессиональная рамка квалификаций, методики оценки качества образования, принимающие во внимание разработанные профессиональные стандарты, а также различные формы общественно-профессионального признания уровня квалификаций.

Основным этапом модернизации системы профессионального образования стало законодательное введение нового понятия и структуры государственного образовательного стандарта (309-ФЭ от 1 декабря 2007 года), а также уровней высшего профессионального образования (232-ФЭ от 29 октября 2007 года), обозначенных в программном документе правительства Российской федерации: «О приоритетных направлениях развития образовательной системы Российской Федерации» (одобрен 9 декабря 2004 года). Переход к стандартам третьего поколения открывает возможность для разработки образовательных программ, соответствующих требованиям как национальных, так и европейских стандартов, расширяя свободы образовательных учреждений при формировании основных образовательных программ.

Согласно стратегии образования и обучения Европы, единая цель всех реформ образования — создание гибкой системы непрерывного профессионального образования, куда бы вошли все формы обучения (формальные, неформальные и информальные), что поможет создать гибкую и индивидуальную систему повышения квалификации, признающую профессиональные компетенции независимо от пути их приобретения. Развитие системы квалификаций позволяет соединить потребности рынка труда с системой образования и обществом.

Сутью образовательной реформы в рамках Болонского процесса стало изменение общего подхода к обучению: ориентация на студента вместо преподавателязамена традиционной знаниевой модели компетентностной, сутью которой является обучение практическим формам профессиональной деятельности в различных потенциально возможных ситуациях. Одной из важнейших задач реализации данной реформы является индивидуализация 6 образовательных траекторий обучающихся и наличие в вузе соответствующих механизмов для успешного использования технологии асинхронного обучения. Необходимым является прежде всего введение системы зачетных единиц как инновационной формы организации учебного процесса, главными функциональными элементами которого являются модульные учебные планы и индивидуально-ориентированная организация учебного процесса. При этой форме реализации учебного процесса объектом планирования является не учебная группа, а каждый отдельный студент, и, соответственно, индивидуальные учебные планы и расписания учебных занятий могут иметь 100% студентов университета. Решение данной задачи не представляется возможным без разработки соответствующего математического, методического, алгоритмического, информационного и программного обеспечения для автоматизации синтеза и управления образовательными траекториями студентов в условиях перехода на новые федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования.

В диссертации обобщены материалы зарубежных, российских ученых, а также результаты исследований автора в таких научных областях, как теория управления в технических, социальных и экономических системах, теория графов и гиперграфов, теория вероятности и математической статистики, теория систем, теория баз данных, методы проектирования и разработки баз данных и информационных систем, технологии объектно-ориентированного программирования и т. д. научные исследования и результаты, изложенные в диссертации, основаны на работах A.B. Байденко, В. А. Богословского, В. А. Болотова, Н. Ф. Ефремовой, И. А. Зимней, A.A. Зыкова, Е. В. Караваевой, JI.C. Лисицыной, H.A. Селезневой, А. И. Субетто, A.A. Шехонина, Р. Эшби и других ученых. Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю, доценту, доктору технических наук, Лисицыной Любови Сергеевне за ее неоценимую помощь в подготовке диссертации.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы

исследования. Проблема разработки образовательных траекторий студентов связана, прежде всего, с отбором и структурированием содержания основных образовательных программ (ООП), с созданием учебных планов, определяющих порядок и трудоемкость изучения дисциплин ООП, в том числе вариативных. С 2011 года все университеты России перешли на новые ООП, реализующие федеральные государственные стандарты высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) для уровневой подготовки выпускников. Характерной особенностью ФГОС ВПО (далее — стандартов), построенных на основе компетентностного подхода к образованию, является требование к формированию результатов освоения перечисленных в стандарте компетенций. Поэтому для разработки образовательных траекторий студентов необходимы новые концептуальные модели для извлечения конкретных результатов освоения компетенций стандартов из избыточного содержания образования (для извлечения сверху вниз). В качестве такой концептуальной модели в данной работе взята за основу модель, разработанная в НИУ ИТМО [40] незадолго до ввода новых стандартов. Данная модель предназначена для извлечения результатов обучения (РО) и их компетенций из избыточного содержания образования снизу вверх. Ее применение для автоматизации управления образовательными траекториями студентов требует нового подхода к планированию и оцениванию результатов освоения компетенций стандартов в ООП. На который прошел в МГУ 16−18 мая 2012 г., были доложены основные результаты мониторинга новых ООП ряда ведущих университетов России, проведенных АКУР по заданию Минобрнауки РФ в период с октября 2011 г. по март 2012 г. Основная проблема, выявленная в этом исследовании — отсутствие логики между компетенциями ФГОС ВПО и результатами их освоения в дисциплинах ООП. Важным принципом современного образования является принцип междисциплинарности обучения, направленный в контексте новых стандартов на формирование результатов освоения различных по природе компетенций стандарта на едином содержании в дисциплинах ООП. Поэтому разработка новых моделей и методов для планирования результатов освоения компетенций стандартов, обеспечивающих логику связей между компетенциями стандартов и их конкретными результатами освоения на основе принципа междисциплинарности обучения, и их использование для автоматизации управления образовательными траекториями студентов на основе оценок фактически достигнутых ими результатов освоения компетенций стандарта в процессе реализации ООП является весьма актуальной темой.

Целью диссертационной работы является разработка математического, методического, алгоритмического, информационного и программного обеспечения для автоматизации управления образовательными траекториями студентов на основе результатов освоения компетенций ФГОС ВПО.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие основные задачи: а) анализ ФГОС ВПО и доработка концептуальной модели для извлечения результатов освоения компетенций стандарта из избыточного содержания образованияб) разработка математической модели, устанавливающей связь между компетенциями стандарта и конкретными результатами их освоения в дисциплинах (модулях) ООП на основе принципа междисциплинарности обученияв) анализ имеющегося опыта оценивания результатов обучения студентов и разработка новой методики для автоматизации оценивания запланированных результатов освоения компетенций ФГОС ВПО в ООПг) анализ имеющегося опыта управления образовательными траекториями студентов и разработка новой методики для автоматизации управления образовательными траекториями студентов, обеспечивающей достижение о ПОП пезультатов освоения компетенций оценки запланированных в ООН результат.

ФГОС ВПО не ниже, чем установленный вузом минимальный уровеньд) разработка алгоритмов автоматизации планирования результатов освоения компетенций ФГОС ВПО в дисциплинах (модулях) различных ООП вуза на основе принципа междисциплинарное&tradeобученияе) разработка модели управления проектами компетентностноориентированных ООП, реализующих ФГОСВПО или собственный Образовательный стандарт (ОС) вуза, и создание информационной системы (ИС) для сетевого взаимодействия разработчиков компетентность" моделей выпускников вуза;

Ж) апробация результатов диссертационного исследования на практике.

Методь, исследования. Методы теории множеств, теории графов и гиперграфов, теории вероятности и математической статистики, меТОды проектирования и разработки баз данных и информационных систем, технологии объектно-ориентированного программирования.

Предметом исследования являются процессы разработки.

ППП пеализующих ФГОСВПО или компетентностно-ориентированных ООП, реализующ собственный ОС вуза.

Объектами исследования является математическое, методическое, алгоритмическое, информационное и программное обеспечение для автоматизации управления образовательными траекториями студентов на основе результатов освоения компетенций ФГОС ВПО или ОС вуза в ООП.

Научная новизна. На запилу &bdquo-выносятся следующие результаты, обладающие научной новизной: а) Математическая модель иерархии результатов освоения компетенции.

ФГОСВПО для структуризации содержания образования ООП на основе принципа междисциплинарности обучения, обеспечивающая связь компетенций ФГОСВПО с конкр— результатами их освоения через составные и составляющие компетенции ФГОСВПО, дескрипторы уровнен знаниевых, функциональных и мотивационно-личностных компонентов компетенций. б) Методика автоматизации управления образовательными траекториями студентов, обеспечивающей достижение оценки запланированных в ООП результатов освоения компетенций ФГОС ВПО не ниже, чем установленный вузом минимальный уровень. в) Модель управления проектами компетентностно-ориентированных ООП, реализующих ФГОС ВПО или собственный ОС вуза, которая обеспечивает формирование и систематическую модернизацию компетентностных моделей выпускников вуза.

Практическая значимость работы подтверждается результатами создания сетевой многопользовательской ИС для управления проектами компетентностно-ориентированных ООП, реализующих ФГОС ВПО или собственный ОС вуза, и ее использования на практике для разработки компетентностных моделей выпускников ряда новых ООП в НИУ ИТМО.

Первая глава диссертации посвящена обзору и анализу состояния проблемы автоматизации управления образовательными траекториями студентов в условиях перехода на новые ООП, реализующие ФГОС ВПО. Анализ показал, что формулировки общекультурных и профессиональных компетенций (ОК и ПК) в стандартах являются рамочными, что дает большую свободу в разработке результатов их освоения в ООП. Показано, что с точки зрения автоматизации процесса извлечения конкретных результатов освоения компетенции стандарта наиболее перспективным является подход, в котором разработчики ООП вначале выделяют составные компетенции стандарта, устанавливают для них минимальные (ожидаемые) уровни формирования результатов их освоения, а затем определяют на основе принципа междисциплинарности составляющие компетенции стандарта в дисциплинах ч модулях) ООП. Требования к ожидаемым уровням формирования составных компетенций стандарта задаются в виде дескрипторов знаний, умений и личностных качеств, определяющих дифференциацию понятий «должен знать»,.

11 должен уметь делать" и «должен относиться к осуществляемой деятельности» соответственно. В работе проводится анализ известных подходов к дифференциации знаний, умений и навыков в профессиональных стандартах, в европейских рамках квалификаций, а также в международных стандартах ABET, CDIO, EUR-ACE и т. д. Показано, что действующий в НИУ ИТМО тарификатор результатов обучения (компетенций) хорошо согласуется с требованиями к уровням формирования компетенций и может быть взят за основу в данном исследовании.

Проведен анализ существующих автоматизированных балльно-рейтинговых систем вузов для планирования и оценивания результатов обучения студентов. Анализ выявил основной недостаток систем: на текущий момент в системах оценивается лишь результативность студентов по дисциплине (модулю) в целом, без привязки этих оценок к компетенциям стандарта. Поэтому ближайшей задачей модернизации таких систем станет доработка технологии, обеспечивающей накопление и обработку оценок не только по дисциплине (модулю), но и по компетенциям стандарта по всем дисциплинам (модулям) ООП. Это позволит в дальнейшем решить задачу автоматизации управления образовательными траекториями студентов в новой постановке. Управляющее воздействие в системе должно быть направлено на достижение оценок результатов освоения компетенций стандарта в ходе обучения и к моменту завершения ООП должно быть не ниже, чем установленный вузом минимальный уровень.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей управления образовательными траекториями студентов. Доработана концептуальная модель для извлечения результатов освоения компетенций стандарта. Модель иерархии результатов освоения компетенции ФГОС представлена в виде корневого дерева высотой равной 3. Корень дерева моделирует совокупный результат освоения компетенции стандарта по завершении ООП. Подмножество вершин первого уровня дерева моделирует результаты освоения составных компетенций стандарта, подмножество вершин.

12 второго уровня — результаты освоения составляющих компетенций стандарта в дисциплинах ООП, а подмножество вершин третьего уровня (листья дерева) -результаты освоения, ожидаемые после завершения ООП, сформулированные в виде дескрипторов знаний, умений и личностных качеств. Разработана математическая модель, устанавливающая связь между компетенциями стандарта и конкретными результатами их освоения в дисциплинах (модулях) ООП на основе принципа междисциплинарности обучения. Модель представляет собой орграф, полученный в результате композиции моделей иерархии пакета компетенций стандарта. В соответствии с принципом междисциплинарности в модели присутствуют общие составляющие для различных компетенций стандарта, моделирующие различные результаты освоения этих компетенций, а соответствующие им состояния в образовательном пространстве предложено соединять в модели образовательного процесса бинарной дугой с нулевым весом, что обеспечит в дальнейшем при синтезе образовательной траектории по план-графу включение всех соответствующих состояний для формирования результатов освоения общей составляющей компетенции. При разработке модели образовательного процесса ООП в виде план-графа была установлена новая особенность: множество вершин истока гиперребра может содержать подмножества альтернативных вершин. Для управления образовательной траекторией студента требуется установить в качестве критерия отбора набор тех навыков в результатах компетенций стандарта, которые отражают предпочтения потенциальных работодателей выпускников ООП.

Третья глава посвящена разработке методик и алгоритмов для управления образовательными траекториями студентов на основе результатов освоения компетенций ФГОС ВПО. В главе описывается методика для автоматизации оценивания запланированных результатов освоения компетенций стандарта в ходе реализации ООП. Методика может быть положена в основу технологии модернизации автоматизированных балльнорейтинговых систем университета, поскольку учитывает связь компетенций.

13 т стандарта и конкретных результатов их освоения в ходе изучения дисциплины (модуля). Сформулирован критерий управления образовательными траекториями студентов: формирование результатов освоения компетенций стандарта на ожидаемом (минимальном) уровне и выше. Разработана методика автоматизации управления образовательными траекториями студентов на основе прогнозирования тенденций процесса накопления фактических оценок и результатов освоения компетенции стандарта и устранении угрозы недостижения их минимальных (пороговых) оценок на момент завершения ООП. Разработаны алгоритмы планирования и оценивания результатов освоения компетенций стандарта с учетом принципа междисциплинарности обучения.

Четвертая глава посвящена созданию сетевой многопользовательской ИС для управления проектами компетентностно-ориентированных ООП вуза. Система разработана на основе базовых Интернет-технологий и доступна по адресу http://competenceoop.dce.ifmo.ru. Размещение системы в сети Интернет обеспечивает прозрачность и доступность для обсуждения результатов обучения ООП, отвечая требованиям построения единого общеевропейского образовательного пространства.

Система позволяет создавать новые учетные записи пользователей и управлять правами их доступа к ресурсам системы, создавать новые и модифицировать существующие проекты ООП, управлять версиями проекта ООП, диагностировать текущую версию проекта ООП на непротиворечивость, документировать проект ООП на различных уровнях представления КМВ.

В системе реализована многоуровневая модель управления проектом.

ООП вуза, обеспечивающая систематический пересмотр конкретных результатов освоения компетенций соответствующего ФГОС ВПО. В системе предусмотрены следующие роли пользователей: администратор системы, главный разработчик ООП, разработчик рабочей программы дисциплины, работодатель, выпускник, гость. В диссертации описаны права доступа и основные функции данных ролей пользователей. Реализованный в системе.

14 сценарий взаимодействия различных ролей пользователей обеспечивает функционирование данной модели управления проектами различных ООП вуза, реализующих ФГОС ВПО или ОС вуза.

В диссертации разработана методика развертывания системы в информационно-образовательной среде вуза.

Пятая глава посвящена использованию на практике результатов диссертационного исследования. Сетевая многопользовательская ИС для управления проектами компетентностно-ориентированных ООП вуза была использована на курсах повышения квалификации преподавателей вузов Санкт-Петербурга в 2011 году в рамках выполнения проекта «Подготовка и переподготовка профильных специалистов на базе центров образования и разработок в сфере информационных технологий в Северо-Западном федеральном округе». В настоящее время каталог ФГОС ВПО в системе содержит 26 наименований. В системе имеются также два ОС НИУ ИТМО по подготовке магистров, установлено соответствие между их компетенциями и компетенциями соответствующих ФГОС ВПО. Количество различных проектов ООП в системе — 69, количество проектов различных рабочих программ дисциплин — 189. В диссертации приведены сведения об использовании результатов исследования в учебном процессе НИУ ИТМО по подготовке специалистов и магистров направления «Информационные системы».

5.3. Выводы по главе 5.

1. Использование сетевой многопользовательско й системы управления проектами компетентностно-ориентированных ООП обеспечивает возможность профессиональному сообществу вести разработку КМВ ООП, отслеживать состояние ООП, выдавать задания на разработку РПД и разрабатывать их проекты. Включение проекта РПД в КМВ ООП в системе автоматически устанавливает связь между компетенциями стандарта и результатами их освоения в дисциплине в соответствии с разработанной математической моделью иерархии результатов освоения компетенций ФГОС ВПО. Механизмы контроля, реализованные в системе, обеспечивают соответствие проекта ООП требованиям нормативно-правовой базы и требованиям, налагаемым на ООП компетентностным подходом.

2. Сетевая многопользовательская система управления проектами компетентностно-ориентированных ООП была использована для разработки КМВ ряда новых ООП, реализующих ФГОС ВПО в рамках курсов повышения квалификации преподавателей вузов Санкт-Петербурга в 2011 году, для обучения магистрантов и специалистов в дисциплинах аналогичного содержания.

3. В настоящее время каталог ФГОС ВПО в системе содержит 26 наименований.

4. В системе имеются также два ОС НИУ ИТМО по подготовке магистров, установлено соответствие между их компетенциями и компетенциями соответствующих ФГОС ВПО.

5. Количество различных проектов ООП в системе — 69, количество проектов различных рабочих программ дисциплин — 189.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В рамках проведенного диссертационного исследования были получены следующие результаты, обладающие научной и практической значимостью.

1. Разработана математическая модель иерархии результатов освоения компетенций ФГОС ВПО для структуризации содержания образования ООП на основе принципа междисциплинарности обучения, обеспечивающая связь компетенций ФГОС ВПО с конкретными результатами их освоения через составные и составляющие компетенции ФГОС ВПО, дескрипторы уровней знаниевых, функциональных и мотивационно-личностных компонентов компетенций.

2. Разработана методика автоматизации управления образовательными траекториями студентов, обеспечивающая достижение оценки запланированных в ООП результатов освоения компетенций ФГОС ВПО не ниже, чем установленный вузом минимальный уровень.

3. Разработана модель управления проектами компетентностно-ориентированных ООП, реализующих ФГОС ВПО или собственный ОС вуза, которая обеспечивает формирование и систематическую модернизацию компетентностных моделей выпускников вуза.

4. Создана сетевая многопользовательская информационная система для управления проектами компетентностно-ориентированных образовательных программ, реализующих ФГОС ВПО или собственный ОС вуза.

5. Созданная система использована в 2011 году на курсах повышения квалификации преподавателей вузов Санкт-Петербургав ее среде разработаны 69 проектов ООП, реализующих ФГОС ВПО или ОС НИУ ИТМО.

6. Разработана методика развертывания системы в информационно-образовательной среде вуза.

7. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедры «Компьютерные образовательные технологии» НИУ ИТМО при подготовке специалистов и магистров направления «Информационные системы».