Найханова Л.В., Дамбаева С.В. Методы и алгоритмы принятия решений в управлении учебным процессом в условиях неопределенности

Подождите немного. Документ загружается.

Кроме того, для формирования множества дисциплин – претендентов на включение в

семестр решаются задачи формирования уровней базовой таксономии и определения еще

одного признака дисциплины – возможности ее перемещения с одного уровня базовой

таксономии на другой.

На последнем этапе решения задачи формирования учебного плана решается задача

распределения дисциплин учебного плана по семестрам. Распределение должно

производиться в рамках требований, определенных регламентирующими документами.

Анализ требований показал, что их можно разделить на три группы: требования к

формированию учебного плана семестра, ограничения к перераспределению объемов часов

между дисциплинами и циклами и требования к учебному плану в целом. В соответствии с

выделенными группами требований выделяются три взаимосвязанные задачи, решение

которых осуществляется методами нечеткого регулирования. Диаграмма детализации

второго уровня иерархии для функции «Распределение дисциплин по семестрам» показана

на рисунок 3.10.

Рисунок 3.10 - Диаграмма детализации функции «Распределение дисциплин по семестрам»

Функциональная модель системы позволяет ответить на основные вопросы, что

должна делать система и из чего должна состоять. Общий вид построенной иерархии

показан на рисунке 3.11. Иерархия функциональных диаграмм, построенная в соответствии

со структурным подходом к проектированию системы, представляет собой компактное

описание системы в виде последовательной декомпозиции функций. Причем описание

каждой функции включает входные и выходные потоки данных, управляющие потоки и

механизм исполнения функции. Управляющие потоки показывают, на основе каких событий

осуществляется активизация функций. Входные и выходные потоки показывают, какая

информация обрабатывается, и что должно получиться в результате выполнения функции.

Механизм исполнения функции позволяет увидеть, какой метод используется для

выполнения функции. Таким образом, в системе автоматизированного формирования

учебного плана выделены три подсистемы: формирования дисциплин по циклам,

формирования базовой таксономии и распределения дисциплин по семестрам.

USED AT: AUTHOR: Dambaeva SV DATE:

REV:PROJECT: Формирование уч ебн о г о плана

специальности

20.08.2004

NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WORKING

DRAFT

RE COMMENDE D

PUBLICATION

READER DATE CONTEXT:

Регламентирующие документы

Подсистема распределения дисциплин по семестрам

Учебный план

специальности

Базовая таксономия

Список

лисциплин,

требующих

корректировки

объема часов

Список лисциплин,

требующих

корректировки

объема часов

Скорректированный

список дисциплин

Скорректированный

список дисциплин

Учебный план семестра

Требования к

формированию

уч е бног о плана

семестра

Ограничения к

перераспределению

объемов часов

между

дисциплинами

Требования к

уч е бном у плану

в целом

Ме то ды

нечеткого

регулирования

Ме то ды

нечеткого

регулирования

Ме то ды

нечеткого

регулирования

10р.

Форирование

уч е бног о плана

семестра

20р.

Перераспределение

часов меж ду дисциплинами

30р.

Формирование

уч е бног о плана

в целом

USED AT: AUTHOR: Da m b ae v a SV DA TE :

RE V:PROJ ECT: Формирование учебного плана специальности

20.08.2004

NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WORKING

DRAF T

RE COM M ENDED

PUBL ICATION

READER DA TE CONT EX T :

A-0

TOP

USED AT: AUTHOR: Da m b ae v a SV DA TE :

RE V:PROJ ECT: Формирование учебного плана специальности

20.08.2004

NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WORKING

DRAF T

RE COM M ENDED

PUBL ICATION

READER DA TE CONT EX T :

A-0

TOP

00р .

Формирование учебного плана

10р .

Формирование дисциплин

циклов

20р .

Формирование

базовой та кс о н оми и

30р .

Ра с п ре де л е ни е ди с ц ип лин

по семестрам

10р .

Фо рмиров ание

цикла ГСЭ

20р .

Формирование

цикла ЕН

30р .

Формирование

цикла ОПД

40р .

Фо рмиров ание

цикла СД

10р .

Фо рмиров ание взвеш.

гр а фа межпредметных

связей

20р .

Оп ти ми за ц и я гр а фа

межпредметных связей

30р .

Фо рмиров ание уровней

базовой такс он омии

40р .

Оп р е д е л е н и е признака

переноса дисциплины

с одного уровня

БТ на другой

10р .

Фо р и р о в а н и е

учебного плана

семестра

20р .

Перерасп ре деление

часов ме жд у дисциплинами

30р .

Фо рмиров ание

учебного плана

в целом

10р .

Фо рмиров ание

ди сцип ли н ФК ГСЭ

20р .

Фо рмиров ание дисциплин

НР К ГСЭ

10р .

Фо рмиров ание дисциплин ФК ЕН

20р .

Формирование дисциплин

НР К ЕН

10р .

Фо рмиров ание дисциплин

ФК ОПД

20р .

Фо рмиров ание

дисцип ли н НР К ОПД

10р .

Фо рмиров ание

дисцип ли н ФК СД

20р .

Фо рмиров ание

дисцип ли н НР К СД

Фо р м и р о в а н и е списка

дисцип ли н НР К цикла ГСЭ

Ра с п ре де ле н и е выделе нно го

объема часов

Формиров ание списка

дисцип лин НР К ЕН

Ра с п р е де ле н и е выделенно го

объема часов НР К ЕН

Фо рмиров ание списка

дисцип ли н ФК ОП Д

Ра с п ре де ле ни е выделенного

объема часов НР К ОП Д

Формиров ание списка

дисцип ли н ФК СД

Ра сп ре де ле ни е выделенного

объема часов НР К СД

Рисунок 3.11 - Иерархия диаграмм функциональной модели системы формирования учебного плана специальности

3.1.3 Определение свойств объектов проблемной среды

При проектировании любой системы необходимо рассмотреть взаимосвязь между

различными элементами системы, а также особенности влияния внешней среды на систему.

Для этого необходимо изучить свойства объекта проектирования. Свойством называется

характерная особенность объекта, которая может быть замечена и оценена субъектом. Для

оценки исследуемого свойства необходимо установить определенную меру, называемую

показателем свойства. Для каждого показателя определяется множество значений (уровней,

или градаций меры свойства), которые присваиваются ему в результате оценивания

свойства. Следовательно, свойство объекта является реальностью, а показатель -

субъективной мерой этой реальности [81].

С точки зрения субъекта свойства делятся на внутренние (собственные) свойства

объектов, показатели которых называются параметрами, и внешние, представляющие собой

свойства среды, связанные некоторыми отношениями с параметрами данного объекта.

Показатели свойств внешней среды, влияющих на параметры исследуемого объекта,

называются факторами. Свойства объектов выявляются только при их взаимодействии или

при сопоставлении объектов друг с другом, как в случае выбора приемлемого варианта

учебного плана.

Объектом исследования рассматриваемой задачи является учебный план

специальности/направления. Выявление внутренних и внешних свойств объекта

исследования будем производить методами системного анализа [66,81].

3.1.3.1 Определение множества факторов

К свойствам внешней среды, влияющим на формирование учебного плана, следует

отнести государственную, региональную и вузовскую образовательную политики, а также

квалификационные требования к специалисту определенной сферы деятельности.

Квалификационные требования к специалисту исследуются и изучаются на стадии

формирования ГОС ВПО и на момент формирования учебного плана прописаны в ГОС ВПО.

Поэтому множество факторов будем формировать на основе анализа государственной,

региональной и вузовской образовательных политик и требований ГОС ВПО

[20,38,48,73,75,78,82,47,67,25]. При разработке учебного плана ГОС ВПО является основным

регламентирующим документом, поэтому его требования должны составлять множество

параметров системы. Для формирования множества факторов будем применять

текстологические методы извлечения знаний. К первой группе отнесем множество факторов,

выявляющихся на основе анализа принципов государственной образовательной политики

[20,38,48,73,75,78,82] (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Группа факторов, выявленных на основе анализа принципов государственной

образовательной политики

№

п/п

Принципы государственной образовательной

политики

Аспекты принципов государственной

образовательной политики

Гуманитаризация обучения и воспитания 1. Гуманизация образования как процесс и

результат переориентации его на личность и

как средство ее устойчивости и социальной

защиты в рыночных условиях

Фундаментализация обучения

Продолжение таблицы 3.1

№

п/п

Принципы государственной образовательной

политики

Аспекты принципов государственной

образовательной политики

Обеспечение равных возможностей в

получении образования и его бесплатный

характер

Обеспечение открытости и многообразия

образовательных учреждений

Обеспечение сотрудничества обучающих и

обучаемых

Обеспечение студенческого самоуправления

Обеспечение регионализации образования

Обеспечение международной интеграции и

сотрудничества

Обеспечение негосударственных форм

получения образования и частных

образовательных учреждений

Обеспечение общественно-

государственного управления в системе

образования

2. Демократизация образования как средство

демократизации всего общества

Поддержка демократического механизма

руководства и контроля за качеством

образования с учетом расширения

имеющихся на всех уровнях полномочий

Создание многоуровневости

образовательных учреждений

Обеспечение преемственности и

маневренности образовательных программ

Обеспечение гибкости организационных

форм обучения

Интеграция образовательных структур

3. Построение системы непрерывного

профессионального образования как

основное условие развития и

реформирования образования России

Переподготовка профессиональных кадров

Обеспечение многообразия образовательных

учреждений и программ, квалификаций и

документов об образовании

Обеспечение разнообразия уровней и

подуровней образования, базы и сроков

подготовки и переподготовки

4. Широкая диверсификация образования как

один из путей развития образовательной

системы России и вхождения ее в мировое

образовательное пространство

Обеспечение многоканального

финансирования и многообразие в

управлении образованием

Интеграция науки и образования

Повышение уровня образованности

населения

Мониторинг рынка труда

5. Опережающий характер образования как

условие будущего устойчивого развития

страны, ее экономики и социальной сферы

Подготовка кадров по перспективным

направлениям

Продолжение таблицы 3.1

№

п/п

Принципы государственной образовательной

политики

Аспекты принципов государственной

образовательной политики

Формирование системы многоканального

финансирования учреждений образования

всех уровней

Организация общественно-государственной

системы управления, самоуправления и

контроля за качеством обучения;

Оптимизация рынка образовательных услуг,

расширение баз переподготовки,

перепрофилирования и повышения

квалификации кадров; оптимизация спектра

специальностей с учетом потребностей

хозяйственной и социокультурной сферы

6. Управление процессами реструктуризации

образовательной системы на современном

этапе развития

Обеспечение национально-региональной

адаптации государственных стандартов

Развитие территориальных сетей передачи

данных, предназначенных для обеспечения

доступа организаций образования, науки и

культуры в российские и международные

информационные сети

7. Развитие современных информационных

технологий и появление высокоскоростных

каналов связи сделали актуальной задачу

использования возможностей этих

технологий в обучении и научных

исследованиях

Совершенствование сетевой

инфраструктуры и информационного

наполнения; создание условий для доступа

широкого круга граждан к мировым

информационным ресурсам

Большая часть аспектов государственной образовательной политики влияет на

формирование Государственных образовательных стандартов или на номенклатуру

направлений подготовки. Поэтому выделим из выявленных факторов множество

существенных факторов F

, влияющих на формирование учебного плана (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Существенные факторы, влияющие на формирование учебного плана и

выявленных на основе анализа принципов государственной образовательной политики

№

п/п

Принципы государственной

образовательной политики

Аспекты принципов государственной

образовательной политики

Множество

существенных

факторов F

Гуманитаризация обучения и

воспитания

1 Гуманизация образования как

процесс и результат

переориентации его на личность и

как средство ее устойчивости и

социальной защиты в рыночных

условиях

Фундаментализация обучения

2 Демократизация образования Регионализация образования

3 Управление процессами

реструктуризации образовательной

системы на современном этапе

развития

Обеспечение национально-

региональной адаптации

государственных стандартов

Множества существенных факторов F

, влияющих на формирование учебного

плана, сформируем на основе анализа региональной и вузовской образовательных политик

[47,48,66,67] (таблицы 3.3 и 3.4 соответственно).

Таблица 3.3 - Группа факторов, выявленных на основе анализа принципов региональной

образовательной политики

№

п/п

Принципы

региональной

образовательной

политики

Аспекты (факторы), влияющие на ООП Множество

существенны

х факторов F

Подготовка специалистов востребуе-мых

производственными предприятия-ми и

научными учреждениями региона

1 Ориентация на

перспективные

потребности

социально-

экономического

развития региона

Подготовка специалистов перспективных

направлений отраслей народного хозяйства

региона

2 Регионализация

образования

Изучение краеведения, истории и культуры

региона

Таблица 3.4 - Группа факторов, выявленных на основе анализа принципов образовательной

политики вуза

Принципы

образовательной

политики вуза

Аспекты (факторы), влияющие на ООП Множество

существен-

ных

факторов F

Углубленное изучение дисциплин теоретической подготовки

по специализациям региональной направленности

Углубленное изучение дисциплин теоретической подготовки

по специализациям перспективной направленности

Углубленное изучение дисциплин практической подготовки по

специализациям региональной направленности

Развитие и

дополнение

федеральных

компонентов

образовательных

программ

Углубленное изучение дисциплин практической подготовки по

специализациям перспективной направленности

Углубленное изучение современных теорий и технологий по

профилю специальности

Углубленное изучение профессиональных знаний, умений и

навыков в различных областях деятельности по профилю

специальности и согласно научным и производственным

направлениям кафедры

Внедрение

результатов

научно-

технических

исследований

ученых вуза

Использование материального потенциала кафедры (все циклы)

Максимально возможное удовлетворение интересов учащихся

Индивидуализаци

я обучения

Развитие творческой составляющей образовательного процесса

Оптимизация

учебно-

воспитательного

процесса

Уменьшение аудиторной нагрузки

Рациональная

загрузка студентов

Требования к количеству аттестаций, к/р, к/п

Таким образом, анализ, проведенный над проблемной областью, позволил выделить

три множества факторов F

, F

, влияющих на формирование учебного плана.

3.1.3.2 Определение множества ограничений учебного плана

Множество требований, предъявляемых к разработке учебного плана, выявляются из

документов, регламентирующих разработку учебного плана, основным из которых является

ГОС ВПО [48,66,67,70,75]. Анализ требований показал, что их можно разбить на четыре

группы в зависимости от того, на какой объект учебного плана накладывается требование.

Так, выделяются следующие группы требований: логичной последовательности изучения

дисциплин, обеспечивающей преемственность получения знаний; требования,

предъявляемые к учебному плану в целом; требования, предъявляемые к формированию

учебного плана семестра; требования, ограничивающие перераспределение объемов часов

между дисциплинами цикла и объемов часов между циклами. Требование построения

логичной последовательности изучения дисциплин является основным требованием к

формированию учебного плана и, соответственно, основным параметром системы.

Требования остальных групп образуют семейство множеств параметров задачи: P

–

множество параметров, характеризующих учебный план в целом, P

– множество

параметров, характеризующих учебный план семестра, P

– множество параметров,

ограничивающих возможность перераспределения объема часов дисциплин. В таблицах 3.6 –

3.8 приведены ограничения, выявленные в результате анализа регламентирующих

документов. Во вторых столбцах таблиц приведены типы параметров. В дальнейшем по типу

параметра будем выбирать метод решения подзадачи, входящей в структуру задач

формирования учебного плана.

Таблица 3.6 - Параметры учебного плана

№

п/п

Параметры Типы параметров

Элементы

множества

1. Всего часов теоретического обучения

четкий,

численный

2. Срок освоения ООП, заданному в ГОС ВПО

нечеткий,

численный

Соответствие ГОС ВПО и учебного плана по перечню

дисциплин федерального компонента в каждом цикле

четкий,

логический

Соответствие ГОС ВПО и учебного плана по перечню

циклов дисциплин

четкий,

логический

Соответствие ГОС ВПО и учебного плана по объему часов

циклов

нечеткий,

численный

Соответствие ГОС ВПО и учебного плана по объему часов

дисциплин федерального компонента в каждом цикле

нечеткий,

численный

Соответствие процентного соотношения часов

федерального и национально-регионального компонентов

ГОС ВПО и учебного плана

нечеткий,

процентный

Соответствие ГОС ВПО объема часов национально-

регионального компонента по циклам

нечеткий,

численный

Таблица 3.7 - Параметры учебного плана семестра

№ Параметры Типы параметров

Элементы

множества Р

1 Процент аудиторных часов нечеткий, численный p

2 Средне-недельная аудиторная нагрузка нечеткий, численный p

3 Количество дисциплин M, изучаемых в семестре нечеткий, численный p

Начало и окончание изучения любой дисциплины

должно находиться "внутри" какого-либо семестра

четкий, логический p

5 Интенсивность изучения дисциплины нечеткий, численный p

Дисциплина, изучаемая более чем в одном семестре,

должна изучаться «непрерывно»

четкий, логический p

Таблица 3.8 - Параметры, ограничивающие возможность перераспределения объема часов

дисциплин

№ Параметры Типы параметров

Элементы

множества P

Количество часов между дисциплинами цикла

можно варьировать в пределах 10%

нечеткий, численный p

Количество часов между циклами можно изменять в

пределах 5%

нечеткий, численный p

Формированием множеств P

, P

определяется семейство параметров системы.

3.1.4 Модель системы формирования учебного плана специальности

Построенная функциональная модель задачи и выделенные множества параметров и

факторов системы позволяют представить движение потоков информации между тремя

подсистемами (рисунок 3.12) и разработать структуру системы формирования учебного

плана специальности/направления (рисунок 3.13).

Рисунок 3.12 - Схема движения основных потоков информации между подсистемами

Компоненты подсистем «Формирование дисциплин циклов» и «Распределение

дисциплин по семестрам» решаются как задачи принятия решений и могут быть

представлены обобщенной моделью принятия решений (рисунок 2.1).

Вторая подсистема «Построение базовой таксономии» представляет собой

функциональную процедуру, осуществляющую анализ межпредметных связей дисциплин

ГОС ВПО (параметры)

Образовательные политики, предпочтения ЛПР

(факторы)

Подсистема формирования дисциплин по циклам

Подсистема формирования базовой таксономии

Подсистема распределения дисциплин по семестрам

Учебный план

специальности

Базовая

таксономия

Дисциплины

НРК

Объем часов

НРК циклов

Федеральный

компонент

учебного плана и построение его графовой модели. При этом полученные перечни

дисциплин являются частью входа для второй подсистемы, а на основе графовой модели,

построенной второй подсистемой, осуществляется распределение дисциплин по семестрам.

Рисунок 3.13 - Функционально-структурная модель системы формирования учебного плана

специальности

Рассмотрим алгоритмы решения задачи, реализующие методы, рассмотренные во

второй главе и необходимые для реализации подсистем.

3.2 Алгоритмы решения задачи формирования национально-

регионального компонента учебного плана специальности

В соответствии с функциональной моделью и архитектурой разрабатываемой

системы на первом этапе необходимо решить задачу формирования национально-

регионального компонента.

Национально-региональный компонент учебного плана формируется вузом и в него

включаются дисциплины, отражающие принципы государственной и региональной

образовательной политики, касающиеся регионализации образования. Отсюда следует, что

решение задачи формирования национально-регионального компонента сильно зависит от

внешних факторов, поэтому она относится к информационно сложным задачам принятия

решения [24].

Содержательная постановка задачи. На основе факторов региональной и вузовской

образовательной политики, влияющих на формирование НРК, и выделенного ГОС ВПО

объема часов на дисциплины национально-регионального компонента цикла необходимо

сформировать множество дисциплин национально-регионального компонента учебного

плана специальности и распределить между ними объем часов НРК цикла.

3.2.1 Алгоритмы функционирования подсистемы формирования

национально-регионального компонента учебного плана

3.2.1.1 Формирование исходных данных

Исходными данными задачи формирования национально-регионального компонента

являются множество дисциплин-претендентов на включение в НРК

{

}

d,...,d,dD =

множество критериев отбора дисциплин в НРК

}k,...,k,k{K

и множество экспертов,

Формирование дисциплин

циклов

Построение базовой

таксономии

Распределение дисциплин по

семестрам

Формирование учебного плана специальности/направления

Построение взвешенного

графа межпредметных

связей

Формирование дисциплин

федерального компонента

каждого цикла

Оптимизация графа

межпредметных связей

Формирование уровней

базовой таксономии

Формирование признака

переноса вершин с одного

уровня на другой

Формирование учебного

плана семестра

Перераспределение часов

между дисциплинами

Формирование учебного

плана

Формирование дисциплин

вузовского компонента

каждого цикла

Распределение часов по

дисциплинам цикла

Формирование списка

дисциплин цикла

осуществляющих генерацию и оценку альтернатив Е= {e

, e

, …, e

}. Множество дисциплин-

претендентов

{

}

d,...,d,dD =

, где i ∈{ГСЭ, ЕН, ОПД, СД}, формирует ЛПР исходя из

квалификационных требований к специалисту. Пример сформированного множества

дисциплин-претендентов НРК учебного плана специальности 351500 «Математическое

обеспечение и администрирование информационных систем» приведен в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Дисциплины-претенденты для включения в НРК учебного плана

Циклы Дисциплины-претенденты Элементы множеств D

Деловой английский

ГСЭ

Технический перевод

ГСЭ

Семиотика и синтактика

ГСЭ

Риторика

ГСЭ

Право на интеллектуальную собственность

ГСЭ

История Бурятии

ГСЭ

Краеведение

ГСЭ

Философия буддизма

ГСЭ

Основы теории управления

ОПД

Архитектура ЭВМ

ОПД

Основы микропроцессоров

ОПД

Машинные языки программирования

ОПД

Инженерная графика

ОПД

Обработка экспериментальных данных

ОПД

Нечеткая логика

ЕН

Реляционные исчисления

ЕН

Методы оптимизации

ЕН

Лямбда-исчисления

ЕН

Основы теории систем

ЕН

СИИ

СД

Нейрокомпьютерные системы

СД

ЕЯ-системы

СД

Методы и алгоритмы принятия решений

СД

Системы цифровой обработки изображений

СД

Web-технологии

СД

Распознавание образов

СД

Методы извлечения и представления знаний

СД

Модели представления знаний

СД

Экспертные системы

СД

Формирование НРК цикла зависит от региональной и вузовской образовательной

политики, поэтому множество критериев отбора дисциплин в НРК цикла будем формировать

из множеств F

– факторов региональной образовательной политики и F

– факторов

образовательной политики вуза. Для этого зададим на множестве F

отношение K

–

«факторы региональной образовательной политики, влияющие на формирование НРК i-го

цикла», а на множестве F

– отношение K

– «факторы образовательной политики вуза,

влияющие на формирование НРК i-го цикла», формируя тем самым множества факторов,

влияющих на формирование НРК i-го цикла. Сформируем множество критериев отбора

дисциплин в НРК i-го цикла K

путем объединения множеств K

и K

: K

= K

∪ K

. На

рисунке 3.14 приведены элементы множества К

– критериев отбора дисциплин-

претендентов в НРК.

Отметим, что мощность сформированных множеств критериев отбора дисциплин в

НРК циклов K

практически всегда больше 1. Критерии отбора, включенные в них, не

являются равноважными, поэтому для дальнейшего решения задачи необходимо определить

их степень значимости относительно друг друга.