Способ управления учебным процессом на основе оценки компетенций обучающихся

Способ относится к области информационных технологий, используемых для управления учебным процессом на основании непрерывной текущей оценки знаний, умений и навыков по каждой из компетенций обучаемых, и может найти применение в образовательных учреждениях для приведения компетенций обучаемых в соответствие с требованиями федеральных государственных образовательных стандартов. Для увеличения количества обучаемых, которые приобрели необходимые компетенции на заданном интервале времени, и роста формируемого уровня знаний, умений и навыков обучаемых формируются сигналы, пропорциональные оценке компетенций обучающихся, и сравниваются с порогом, определенным заданиями фонда оценочных средств, проводится подсчет количества сигналов, превысивших уровень порога, затем определяются медианные значения сигналов, корректируются сигналы управления пропорционально количеству и медианным значениям сигналов, превысивших уровень порога. 2 ил.

 

Способ относится к области информационных технологий, используемых в учебном процессе для приведения компетенций обучающихся в соответствие с требованиями федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС).

Сущность технического решения заключается в систематической настройке образовательного процесса на основании непрерывной текущей оценки знаний, умений и навыков обучающихся по каждой из компетенций образовательной программы. Настройка образовательного процесса выражается в переработке учебно-методического обеспечения модулей образовательной программы и перераспределении образовательных ресурсов.

Из уровня техники известна система обучения, описанная в [3], с возможностью контроля усвоения пользователем учебного материала в процессе обучения посредством устройства тестирования с возможностью воздействия на пользователя при неправильном ответе разрядом электрического тока.

Способ, реализуемый данной системой обучения, затруднительно рекомендовать для массового формирования компетенций.

Известна концепция и методология управления разработкой образовательного процесса по подготовке компетентных выпускников средствами сетевой информационной системы, формализующая разработку образовательного процесса и процесс формирования компетенций у выпускников, представленные в [1].

К недостаткам указанного подхода следует отнести отсутствие инструмента оперативной коррекции образовательного процесса по результатам обучения, что снижает ее эффективность.

Наиболее близкой по типу решаемой задачи и по технической сущности к заявленной является способ, реализуемый автоматизированной системой тестирования и обучения учащихся в соответствии с учебной программой, описанный в [2] и выбранный в качестве прототипа. Способ включает анализ статистической информации результатов тестирования, формирование управляющей и аналитической информации, учитывающей результаты анализа.

Прототип декларирует повышение эффективности обучения и тестирования за счет осуществления обратной связи от результатов образовательной деятельности к формированию базы данных экзаменационного и учебного материала. Количественные оценки результатов образовательной деятельности не формализованы, отсутствует анализ отклонений в уровне компетенций на множестве признаков их детализации. Указанные обстоятельства затрудняют сравнение результатов действия обратной связи для различных вариантов формирования базы данных экзаменационного и учебного материала. Изложенный подход не реализует требования ФГОС к результатам освоения основной образовательной программы путем формирования компетенций у обучающихся.

Отмеченная авторами прототипа в 2008 году возможность применения указанной системы тестирования и дополнительного обучения сотрудников предприятия для организации начального, среднего и высшего образования в настоящее время входит в противоречие с положениями ФГОС.

Основной задачей учебного процесса является приведение компетенций обучающихся в соответствие с требованиями ФГОС. О степени эффективности управления учебным процессом (качестве решения основной задачи) можно судить по количеству обучающихся, освоивших компетенции (полноте охвата), и уровню формируемых компетенций у обучающихся за нормативное время.

Совокупность абсолютных и относительных показателей оценки эффективности работы системы управления учебным процессом составляет набор функций, зависящих от времени и заданного множества обучаемых.

В общем виде относительная интегральная оценка: интегральный коэффициент эффективности управления учебным процессом К_эу множества обучаемых выражается формулой

где N - общее количество обучаемых заданного множества,

К - общее количество компетенций,

δ_ij(t)=1,

если j компетенция должна быть освоена обучаемым,

δ_ij(t)=0,

если j компетенция должна быть освоена обучаемым позже,

З_ij=1 для неотрицательного значения отклонений в уровне знаний от эталонного уровня, сформулированного заданиями фонда оценочных средств (ФОС),

З_ij=0 в противном случае,

У_ij=1 для неотрицательного значения отклонений в уровне умений от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС,

У_ij=0 в противном случае,

Н_ij - 1 для неотрицательного значения отклонений в уровне навыков от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС,

Н_ij=0 в противном случае.

Снижение текущего значения коэффициента К_эу(t) является основанием для принятия управленческих решений по доработке учебно-методического обеспечения модулей, рациональному распределению образовательных ресурсов, изменению методики обучения.

Уровни компетенций обучаемых выражаются оценками в шкале порядка, которую отличает принципиальная нелинейность. Документы Государственной системы обеспечения единства измерений рекомендуют в подобных случаях в качестве интегральной оценки использовать медиану или моду совокупности частных оценок, но не их среднее арифметическое. Введем переменные:

отклонению в уровне знаний от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС (для положительного значения),

в противном случае,

отклонению в уровне умений от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС (для положительного значения),

в противном случае,

отклонению в уровне навыков от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС (для положительного значения),

в противном случае.

Ранее введены:

N - общее количество обучаемых заданного множества,

К - общее количество компетенций,

δ_ij(t)=1,

если j компетенция должна быть освоена обучаемым,

δ_ij(t)=0,

если j компетенция должна быть освоена обучаемым позже.

В качестве дополнительных интегральных показателей оценки текущих уровней знаний, умений и навыков используются медианы произведений:

Анализ динамики изменения данных показателей позволяет систематически совершенствовать образовательный процесс.

Иными словами, управление учебным процессом на основе декомпозиции и обобщения оценки формируемых компетенций у обучающихся позволяет оценить текущий уровень каждой компетенции каждого обучаемого и создать условия, способствующие дальнейшему повышению уровня компетенций обучающихся.

Техническим результатом является увеличение количества обучаемых, которые приобрели необходимые компетенции на заданном интервале времени, и рост формируемого уровня знаний, умений и навыков обучаемых. Причем решение задачи повышения уровня знаний, умений и навыков обучаемых относительно нормативно заданного уровня базируется на выполнении требований ФГОС к результатам освоения основных образовательных программ.

Технический результат достигается за счет формирования сигналов, пропорциональных количественным характеристикам результатов освоения образовательной программы (количеству и медианным значениям сигналов, превысивших уровень порога), полученных на основе оценки компетенций обучающихся, а также использования сформированных сигналов для совершенствования форм использования образовательных ресурсов в соответствии с модульной структурой и учетом построения взаимосвязей между модулями и компетенциями образовательной программы. Указанная деятельность по координации работы отдельных подсистем системы управления учебным процессом направлена на достижение синергетического эффекта и может быть формализована на основе теории системного анализа. Один из реализуемых подходов к решению указанной задачи заключается в морфологическом анализе и сравнительной оценке вариантов обретения конкретных компетенций в процессе освоения образовательной программы на основе перебора комбинаций образовательных ресурсов и образовательных технологий. Таким образом реализуется систематический поиск путей совершенствования организации учебного процесса.

Указанное обстоятельство отличает предлагаемое техническое решение от наиболее близкого аналога, где отсутствуют контроль уровня сформированных компетенций и механизм управления учебным процессом на основе систематического контроля результатов освоения образовательной программы с использованием модульного подхода к формированию компетенций. Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций способа приводит к увеличению количества обучаемых, которые приобрели необходимые компетенции на заданном интервале времени, и росту формируемого уровня знаний, умений и навыков обучаемых.

Модульное построение образовательных программ позволяет осуществлять текущий контроль процессов формирования компетенций у обучающихся и, при необходимости, создает дополнительные возможности обучающимся, которые по личным причинам не сформировали набор необходимых компетенций.

Причем планируется не ограничиваться формированием компетенций у обучающихся в процессе освоения предметных областей знаний, а перейти к систематическому мониторингу уровня формируемых компетенций, определяемых ФГОС. В основе мониторинга необходимо использовать основной критерий овладения компетенциями: обучающийся может продемонстрировать способность применения приобретенных знаний, умений и навыков для профессиональной деятельности. Выполнение логико-аналитических и других типов заданий ФОС свидетельствует о его готовности к самостоятельной работе и принятию практических решений.

Причинно-следственная связь между признаками формулы и техническим результатом подтверждается применением фондов оценочных средств, построенных по модульному принципу, для оценки компетенций обучающихся на всех формах обучения Университета-заявителя, в том числе, с применением дистанционных образовательных технологий. Указанный факт демонстрирует возможность достижения технического результата.

В процессе обучения широко используются интерактивные формы обучения (семинары, тренинги, мастер-классы, круглые столы). Указанный подход предполагает расширение форм консультационной деятельности преподавателей, а также стимулирование практической, общественной и научной деятельности обучающихся. Кроме того, увеличивается объем учебных материалов, который обучающийся осваивает самостоятельно.

Источниками информации о фактических проявлениях компетенций является работа с фондами оценочных средств специальной структуры, различающихся типом заданий, а также анкеты, которые в электронном виде регулярно заполняют все участники учебного процесса. Оценочные средства включают три типа заданий, позволяющих раздельно оценить уровни знаний, умений и навыков обучающихся. Результаты и динамика формирования компетенций анализируются с использованием банка данных результатов выполнения заданий ФОС и результатов анкетирования. Приняты специальные меры, исключающие потерю или искажение данных, а также несанкционированный доступ к данным. В то же время обеспечена прозрачность системы для обучающихся: каждый может видеть свои недоработки и использовать рекомендации по их устранению.

Учебное заведение имеет возможность предложить различные пути повышения уровня необходимых компетенций обучающихся. Один из них обусловлен пересечением возможностей преподавателей различных учебных дисциплин по формированию компетенций. Преподаватели используют различные методики обучения, которые, в свою очередь, предполагают привлечение различных образовательных ресурсов со стороны учебного заведения и различные затраты времени и сил со стороны обучающихся. Возникает многокритериальная задача выбора приемлемого решения, которая может быть формализована на основе аппарата нечетких множеств. На практике, текущие возможности участников процесса выбора по привлечению дополнительных ресурсов ограничиваются количеством возможных вариантов. Критерий выбора: обеспечение требований ФГОС на основе доступных ресурсов с минимальными затратами.

Система управления учебным процессом, реализующая способ управления учебным процессом, представленная на Фиг. 1, является информационно-аналитической системой. Система включает блок управления 1, блок распределения образовательных ресурсов 2, блок контроля 3, блок мониторинга хода учебного процесса 4. Серым цветом отображены процессы накопления обучающимися знаний, умений и навыков в ходе учебного процесса.

Разделение системы на блоки реализовано по функциональному принципу. Необходимость разнесения блоков в пространстве может возникнуть только из организационных соображений: создания хранилищ информационных носителей в непосредственной близости от мест их использования, широкая доступность устройств ввода или отображения информации и т.д. Имеется возможность реализации перечисленных выше блоков в виде вычислительного кластера с детерминированными функциями его узлов. Однако существует возможность использовать более дешевые аппаратные решения. Все необходимые вычисления могут выполнить контроллеры или еще более простые компоненты радиоэлектронной аппаратуры. Каналы связи локальной сети между блоками системы реализуются на основе простых и надежных стандартных интерфейсов. В зависимости от организационного решения о компактном или распределенном размещении блоков системы выбирается тип указанного интерфейса. Здесь можно указать UART(USART), реализованный на физическом уровне в виде RS-232 или RS-485, I2C, CAN.

Блок управления 1 выполняется на базе считывающего устройства с машинных носителей для чтения управляющих кодов, логического устройства, реализованного на базе контроллера для корректировки управляющих кодов по результатам мониторинга учебного процесса с блока 4. Контроллер также поддерживает прием и передачу данных по локальной сети.

Блок распределения образовательных ресурсов 2 решает классическую задачу исследования операций - транспортную задачу, решение которой симплекс-методом сводится к конечному объему вычислений и может быть реализовано на контроллере общего применения с необходимым размером памяти. Контроллер управляет запоминающим устройством, хранящим информацию о доступных ресурсах и их потребителях, а также поддерживает прием и передачу данных по локальной сети.

Блок контроля 3, внутренняя структура которого представлена на Фиг. 2, в свою очередь, включает:

- блок 3А текущего контроля знаний в рамках компетенции,

- блок 3Б анализа отклонений в уровне знаний от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС,

- блок 3В текущего контроля умений в рамках компетенции,

- блок 3Г анализа отклонений в уровне умений от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС,

- блок 3Д текущего контроля навыков в рамках компетенции,

- блок 3Е анализа отклонений в уровне навыков от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС,

- блок 3Ж формирования оценки уровня компетенции по результатам промежуточной аттестации,

- блок 3И хранения и отображения результатов контроля,

- блок 3К хранения фондов оценочных средств.

Блоки 3А, 3В и 3Д, реализованные на базе многоканального контроллера с настроечными коэффициентами, выделяют в закодированных входных данных информацию о приобретении обучающимися конкретного уровня знаний, умений и навыков в рамках компетенций.

Блоки 3Б, 3Г и 3Е на базе схем сравнения анализируют отклонения в уровне знаний, умений и навыков от эталонного уровня, сформулированного заданиями ФОС, что позволяет оценить целостность формируемых компетенций.

Блок 3Ж преобразует коды результатов промежуточной аттестации в оценки уровня компетенции с помощью дешифратора.

Блок 3И включает запоминающее устройство с защитой от несанкционированного доступа. Блок содержит также устройство резервного копирования на сменный энергонезависимый носитель, например Flash память.

Блок 3К включает устройство чтения, которое позволяет считывать информацию с защищенных от записи цифровых носителей долговременного хранения типа оптических дисков (CD, DVD).

Перечисленные компоненты блока 3 работают под управлением контроллера. Контроллер также поддерживает отображение данных, прием и передачу данных по локальной сети.

Результаты работы блока 3 передаются на блок 4 в виде закодированных данных о фактическом использовании образовательных ресурсов и приобретении обучающимися конкретного уровня знаний, умений и навыков. Результаты работы блока 3 также доступны для отображения и ознакомления студентам и преподавателям.

Запоминающее устройство блока 4 накапливает информацию о фактическом выполнении учебного плана всеми участниками учебного процесса и формирует интегральные оценки по таблицам соответствия блока 3: сигналы обратной связи, пропорциональные количеству и медианным значениям сигналов, превысивших уровень порога. Указанные результаты передаются на блок 1 и используются для адаптации и разработки учебно-методического обеспечения модулей образовательной программы на основе накопленных данных о результатах различных вариантов использования образовательных ресурсов во взаимосвязи с уровнем приобретаемых компетенций.

Блок 4 реализован на основе контроллера и запоминающего устройства. Контроллер также поддерживает прием и передачу данных по локальной сети.

Система не требует введения специальных цепей управления и синхронизации работы блоков. По мере готовности результатов работы отдельных блоков результаты передаются далее. Поступление полного набора входных данных инициализирует начало работы очередного блока. Известные технические и программные средства, которые могут быть использованы для реализации предлагаемого технического решения, подтверждают применимость предлагаемого технического решения.

Рассмотрим работу системы управления учебным процессом.

Блок 1 управления учебным процессом получает на вход закодированные оператором ввода руководящие и нормативные документы, которые преобразует в исходные данные задачи оперативного планирования для блока распределения образовательных ресурсов 2 в виде совокупности скорректированных управляющих кодов, отражающих накопленные результаты управления учебным процессом с блока 4. Тем самым блок 1 формирует совокупность образовательных траекторий: наборы модулей, соответствующих зачетным единицам (ЗЕТ) и заданным наборам компетенций ФГОС. Результатом работы блока 1 является файл данных об учебно-методическом обеспечении модулей на заданный период времени: сводная таблица, ставящая в соответствие требованиям ФГОС совокупность условных обозначений модулей, компетенций и критериев их освоения. Блок 1 также выполняет информационные функции: предоставляет информацию о структуре и составе учебно-методического обеспечения модулей (теоретические разделы, вебинары, кейс-задания, лабораторные комплексы и т.д.), а также информацию о текущих задачах в рамках сформированной образовательной траектории. Эта информация в закодированном виде передается блоку контроля 3.

Блок 2 распределения образовательных ресурсов формирует таблицы расписания, включающие данные о времени, месте, продолжительности и направленности занятий, а также привлекаемых ресурсах. Так, в частности, задаются методики обучения, используемые информационные ресурсы и лабораторное оборудование. Основой для составления таблиц расписаний являются соответственно учебно-методическое обеспечение модулей образовательной программы, базы данных студентов, преподавателей и образовательных ресурсов.

По результатам работы блока 2 участники учебного процесса получают информацию об образовательных ресурсах, которые они могут использовать, а блок контроля 3 получает информацию о ресурсах и методиках, планируемых к использованию для обретения конкретных компетенций.

Блок 3 получает таблицы блоков 1 и 2, а также оценочную информацию, позволяющую контролировать текущий уровень знаний, умений и навыков обучаемых. В силу того, что одна и та же информация может быть полезна для формирования оценок в каждой из трех параллельных цепей внутренней структуры блока 3, входная информация не проходит предварительный отбор. Участникам учебного процесса важно знать не только достигнутый уровень компетенций, но и динамику его формирования, зависимость роста компетенций от методики обучения, структуры и содержания образовательных ресурсов. Результатом работы блока 3 является банк данных результатов выполнения заданий ФОС и результатов анкетирования, результаты анализа динамики изменения оценок компонентов компетенций и, наконец, таблицы соответствия достигнутых уровней знаний, умений и навыков обучающихся эталонным значениям.

Количественные результаты контроля выполнения намеченных действий из блока 3 и степень участия каждого обучающегося в учебном процессе фиксируются в блоке 4 мониторинга хода учебного процесса. Здесь происходит сопоставление использованных вариантов распределения образовательных ресурсов и результатов освоения компетенций. Итоговые результаты мониторинга передаются на блок управления 1 и используются для корректировки хода учебного процесса в целом или для отдельных групп обучающихся путем изменения состава и содержания учебно-методического обеспечения модулей образовательной программы.

Источники информации, принятые во внимание

1. Лисицына Л.С. Концепция и методология управления разработкой образовательного процесса по подготовке компетентных выпускников средствами сетевой информационной системы. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Санкт-Петербург, 2008 г.

2. Патент №: 85720 от 10.08.2009. Автоматизированная система тестирования и обучения.

3. Патент №: 133645 от 20.10.2013. Система обучения.

4. Бродунов А.Н., Руденко Ю.С. Создание фондов оценочных средств по учебной дисциплине как условие компетентностно-ориентированной модели обучения. Мир образования - образование в мире. 2014. №2. С. 140-148.

5. Быков А.К., Руденко Ю.С. Компетентностный подход в научно-исследовательской работе магистрантов. Образовательные ресурсы и технологии. 2013. №1(2). С. 04-11.

6. Руденко Ю.С. О проблемах реализации компетентностного подхода в высшей школе. Образовательные ресурсы и технологии. 2012. №1(1). С. 4-8.

Способ управления учебным процессом на основе оценки компетенций обучающихся, включающий формирование сигналов управления, сигналов выбора и распределения образовательных ресурсов, сигналов результата мониторинга хода учебного процесса,

отличающийся тем, что с целью увеличения количества обучаемых, которые приобрели необходимые компетенции на заданном интервале времени, и роста формируемого уровня знаний, умений и навыков обучаемых,

формируются сигналы, пропорциональные оценке компетенций обучающихся,

сформированные сигналы сравниваются с порогом, определенным заданиями фонда оценочных средств (ФОС),

проводится подсчет количества сигналов, превысивших уровень порога,

определяются медианные значения сигналов, превысивших уровень порога,

корректируются сигналы управления пропорционально количеству и медианным значениям сигналов, превысивших уровень порога.