Галиновский Андрей Леонидович

кандидат технических наук,

доцент кафедры «Технологии ракетно-космического машиностроения»

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Лыгина Алла Алексеевна

методист высшей категории Молодежного учебно-методического центра

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Леонов Виктор Витальевич

студент 5 курса группы СМ1-102 факультета «Специальное машиностроение»

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Современные тенденции развития всех уровней инженерного образования связаны с широким и повсеместным внедрением в нее инновационных образовательных технологий. Одна из приоритетных задач, стоящая перед системой непрерывного научно-технического творчества молодежи, состоит в открытии для обучающихся путей для личностного и профессионального роста, решение которой невозможно рассматривать без внедрения современных компьютерных средств и телекоммуникаций.

Как показал предварительный анализ, весьма перспективным и современным направлением развития научного творчества молодежи является расширение образовательного пространства, в частности за счет совершенствования информационно-аналитических возможностей и повышение общей информационной культуры обучающихся. Эти вопросы напрямую связаны с рациональным использованием источников информации имеющих в своей структуре телекоммуникационную составляющую, а также электронные средства связи, которые в последние годы интенсивно развиваются и уже приняли всестороннее признание и поддержку во всех ступенях образования.

Необходимо отметить, что государство уделяет решению этих вопросов повышенное внимание. Так, одобренный Минобрнауки России проект Стратегии государственной молодежной политики в Российской Федерации, одной из своих целей ставит информирование молодых жителей страны о возможностях организации своей жизни в обществе. Данное положение закреплено в качестве приоритетного и носит название: «Информирование молодежи о потенциальных возможностях развития в России и ее вовлечение в социальную практику».

В соответствии с этим предлагается к реализации проект «Российская молодежная информационная сеть», основными работами в рамках которого станут:

1        Развитие систем информирования и программ социального просвещения по всему спектру вопросов жизни молодежи в обществе (здоровье, образование, жилье, досуг, труд, карьера, общественная и личная жизнь, семья, международные отношения и жизнь молодежи в других странах и др.).

2        Развитие информационно-консалтинговой помощи молодежи.

3        Развитие молодежных информационных проектов и программ.

Основными каналами трансляции информации выступят средства массовой коммуникации, признанные в молодежной среде, в частности Интернет ресурсы.

Правительство Москвы также уделяет высокое внимание вопросам молодежной политики. В апреле 2006 г. оно приняло программу «Молодежь Москвы» на ближайшие три года. Это не случайно, поскольку в столице на сегодняшний день проживает около 2,5 млн. человек в возрасте от 14 до 30 лет, что составляет 22,4% от населения города. И вопросам образования в программе уделяется далеко не последнее место. Так, по словам руководителя столичного Департамента семейной и молодежной политики Людмилы Гусевой в настоящее время обозначилась четкая тенденция в среде молодежи в получении качественного образования в нашей стране.[1]

Для научно-технических молодежных программ (МП) функционирующих в МГТУ им. Н.Э. Баумана («Космонавтика и ракетная техника», раздел «Шаг в будущее Москва» Российской научно-социальной программы для молодежи и школьников «Шаг в будущее», Всероссийская политехническая олимпиада школьников) с их спецификой и характерными особенностями, использование информационно-аналитических ресурсов является в высшей степени актуальным и значимым.

Следует отметить, что ключевой задачей данных программ является эффективное вовлечение творчески настроенных молодых людей в сферу научного творчества, создание благоприятных условий для их профессионально-ориентированного воспитания. Причем особую важность и значимость представляют предварительные и ранние этапы участия в МП, связанные, прежде всего, с формированием образовательной диады, состоящей из научного руководителя и представителя творческой молодежи - участника молодежной программы (УМП).

Уже на этапе обучения в старших классах средних учебных заведений у обучающихся появляется целая группа принципиально важных вопросов, связанных с выбором дальнейшего жизненного пути, при этом творческая компонента в образование играет немаловажную роль. С появлением достаточно большого количества МП у школьников и их родителей появилась еще одна задача, связанная с реализацией возможности участия в них. На этом этапе важнейшим вопросом стало нахождение молодому и творчески настроенному человеку научного руководителя из числа сотрудников университета.

Проведенный анализ текущего положения дел в системе функционирования МП показал, что в настоящее время практически отсутствует механизм эффективного взаимного поиска руководителей и консультантов с представителями научно-творческой молодежи. Этот факт значительно сужает перспективы и потенциальные возможности участия школьников в системе научно-технического творчества молодежи.

В этой связи, реальным и перспективным вариантом решения поставленной проблемы является создание информационно-поисковой компьютерной системы, позволяющей расширить возможности в установлении взаимных контактов между представителями творческой молодежи и потенциальными научными руководителями (ПНР).

Как показал анализ, проблема эффективного формирования образовательной диады научный руководитель – учащийся присутствует на  ряде этапов непрерывного образовательного процесса (научного творчества): молодежные программы, магистратура, аспирантура (рис.1).

Данные подходы соответствуют как отечественным, так и общеевропейским тенденциям, согласуясь с содержанием документов Европейского союза, в частности резолюцией Европейского совета «Об электронном обучении» в которой говорится о приглашении государств-участников продолжать их усилия в отношении достижения эффективной интеграции информационно-коммуникационной технологии  в системы образования и подготовки.

Как показывает практика, многие из участников МП хотели бы иметь в качестве руководителей своих научно-творческих работ представителей научно-педагогической общественности МГТУ им. Н.Э. Баумана [5]. Однако, достаточно доступных возможностей для этого на настоящий момент у них к сожалению нет.

Рис. 1. Динамическая модель непрерывного научного творчества с ключевыми этапами формирования образовательных диад

Следовательно, можно говорить о том, что УМП зачастую находятся в условиях частичного или полного нарушения информационно-аналитических связей, вызванных целым рядом объективных причин. В таком формате функционирования система МП в недостаточной степени обеспечивает ключевые составляющие образовательного процесса, такие как академическую мобильность, гибкость и доступность. Очевидно, что разработка новых механизмов установления научно-творческих контактов между потенциальными научными руководителями и УМП будет совершенно оправданной [2].

Учитывая достаточно высокий уровень развития компьютерных технологий, электронных средств связи, телекоммуникационной и информационной среды, построение современных технологий взаимного поиска УМП и ПНР необходимо строить, базируясь именно на их основе. Хотя телекоммуникационные технологии уже серьезно охватили многие образовательные процессы, их применение в решении вопроса взаимного поиска участников научно-образовательных диад (УМП и ПНР) до сих пор не было реализовано.

Для решения проблемы взаимной информационной доступности была предложена схема информационно-аналитического центра (ИАЦ), ключевым функциональным элементом которой призвана стать информационная поисковая система (ИПС), функционирующая с использованием баз данных ПНР и УМП и непосредственно осуществляющая ранжированный поиск будущих образовательных диад. В случае ее реализации на федерально-региональном уровне, ИАЦ будет способен постоянно отслеживать динамику потребностей общества в направлениях и специальностях высшего профессионального образования, что имеет большую практическую значимость и позволит более взвешенно подходить к вопросам планирования и финансирования системы профессионального образования в целом [3].

Основная задача ИПС заключается в помощи широкому контингенту учащихся старших классов, будущим абитуриентам, другим представителям творческой молодежи и их потенциальным научным руководителям и консультантам находить друг друга исходя из выбранной группы индивидуализируемых критериев и факторов отбора. Причем система обоюдного подбора, в предложенном алгоритме и методике функционирования, построена таким образом, что учитывает как научно-тематическую направленность предполагаемого будущего исследования, так и обоюдную заинтересованность, личностно-психологическую совместимость будущей образовательной диады.

Отличительная черта данной ИПС состоит в том, что каждый ее пользователь - научный руководитель или УМП формулируя свои индивидуальные требования к партнеру по научно- творческой работе имеет возможность получить необходимые сведения о группе контрагентов, наиболее близко удовлетворяющих этим требованиям. Наполнение индивидуальных баз данных ИПС происходит путем внесения информации из заполненных НР и УМП анкет.

Таким образом, ИПС состоит из постоянно обновляющейся, но инвариантной части (базы данных о научном руководителе и УМП) и адаптируемой индивидуализированной структуры поиска наиболее результативных контактов между ними. Однако начальным этапом работы ИПС является сопоставление предлагаемой для исследования тематики УМП с направлениями научной работы конкретного ПНР. В случае отсутствия предложения по тематике со стороны участника ИПС переходит ко второму этапу функционирования, связанному с формированием и последующим автоматизированным определением и взаимной оценкой рейтинга УМП и ПНР.

Рис. 2. Международный блок информационно- аналитического центра

Для решения поставленных проблем был разработан и апробирован, на базе раздела «Шаг в будущее, Москва», пилотный вариант информационно-поисковой системы (ИПС).

Предложенная схема функционирования ИПС была успешно реализована и апробирована в виде соответствующего программного продукта (компьютерная программа - «Entrant»). Работа программы на начальном этапе была выполнена для функционирования в форме локального доступа, но предложенная структура позволит в ближайшей перспективе расширить область ее применения, в частности для условий работы в режиме on-lineInternet [1]. Это позволит обеспечить информационную доступность контингента НР для представителей творческой молодежи стран СНГ и других государств, желающих обучаться в отечественной системе инженерного образования.

Для этого предполагается создание специализированного многоязычного модуля ИАЦ отвечающего за международное сотрудничество в рамках рассматриваемых молодежных программ. Перспективная модель такого модуля представлена на рис. 2.

В качестве примера на рис. 3-5 предложены фрагменты (screenshots) программы «Entrant». Работа поисковой системы рассчитана для трех потенциальных пользователей: УМП, ПНР, администратора и сведена, в частности, в отношении УМП к следующей процедуре:   

1.      Личные данные УМП, контактная информация;

2.      Анкетные данные УМП на основе которых формируется его рейтинг;

3.       В случае если у УМП имеется собственная, интересующая его тема исследования, она заносится в соответствующее поле. А в случае ее отсутствия, УМП предлагается ввести от 3 до 5 ключевых слов, отражающих его научно-творческие интересы (рис.3);

4.      Пожелания к ПНР на основе которых формируется его рейтинг.

Укрупненный алгоритм функционирования программы представлен на рис. 6. После осуществления заполнения всех необходимых граф программы производится перестройка баз данных ПНР в соответствии с пожеланиями УМП. Основой для этого, во-первых, служит тема и ключевые слова интересующей его научно-творческой работы, во-вторых, значения рассчитанного рейтинга каждого из ПНР. Данные сортируются и выстраиваются в соответствии с результатом лингвистического анализа темы и ключевых слов и словосочетаний, а также с учетом значения рейтинга по нисходящей, т.е. от наиболее соответствующей требованиям УМП кандидатуры контрагента к менее соответствующим.

Рис.3. Фрагмент программы с заполнением личных и анкетных данных, включая тему исследования и ключевые слова

Рис.4. Фрагмент программы с заполнением требований (пожеланий) к ПНР

Рис.5. Фрагмент программы с результатом поиска ПНР

по индивидуальному запросу УМП

В перспективе планируется модернизации работы программы и расширения поисковых возможностей. Так, например, предполагается включить в «тело» программы модуль, позволяющий самостоятельно просматривать имеющуюся базу данных о профильной тематике научных исследований проводимых ПНР. Это представляется необходимым, для того чтобы дать возможность УМП не имеющим собственной, интересной им тематики научно-творческой работы и затрудняются по тем или иным причинам сформировать ключевые слова.

С целью обеспечения доступности и открытости к информационно-поисковой системе «Entrant» в рамках функционирования раздела «Шаг в будущее, Москва» был разработан Интернет-сайт.[2] Помимо этого сайт содержит обширный объем научных и учебно-методических вспомогательных материалов, статистические данные, фотогалерею, архив журналов и другие материалы, полезные для потенциальных пользователей.

Имеющиеся на сайте анкеты, аналогичные тем, что используются в программе «Entrant», доступны для всех желающих молодых творчески настроенных людей - потенциальных участников молодежной научно-социальной программы. Предложенная схема ИПС, при условии ее реализации на федерально-региональном уровне, будет способна постоянно отслеживать динамику потребностей общества и социальный заказ конкретных специализаций и областей знаний и направлений, что имеет большую практическую значимость и позволит более взвешенно подходить к вопросам планирования и финансирования системы профессионального образования [6].

Развитие различных молодежных программ и олимпиад в сочетании с реализацией предложенной ИПС является делом крайне своевременным, поскольку в условиях демографического спада в ближайшие годы ожидается острая конкуренция среди вузов за талантливую, творчески настроенную молодежь.

Рис.6. Укрупненный алгоритм функционирования программы «ENTRANT»

Так, на заседании педагогического совета в Астрахани 18 августа 2006 г. министр образования и науки РФ Андрей Фурсенко говорил о сокращении в ближайшее время числа школьников. По его словам: «Если в 2000 году их было 20 млн., то к 2008 году останется только 13 млн. учеников. Это несет огромные проблемы и для экономики, и для школ». Министр также сообщил, что: «К 2008 году количество выпускников школ уменьшится на 20%, к 2010 году - более чем на 30%», добавив: «поэтому, я прогнозирую спад желающих поступать в вузы – к 2010 году их количество может уменьшиться в 2 раза».[3]

Необходимо отметить, что вероятность установления предварительного виртуального контакта посредством предложенной ИПС «Entrant» напрямую зависит от объема соответствующих баз данных, т.е. определяется масштабным фактором, непосредственно характеризующим процесс изменения количественных показателей системы (объема базы данных) в качество ее функционирования - число установления эффективных контактов между ПНР и УМП.

Однако, уже на этапе проведения предварительной апробации ИПС появилась проблема, связанная с оценкой эффективности функционирования предложенной ИПС. В практической ситуации значимость предложенной системы установления успешных научно-творческих контактов может быть оценена лишь по окончании срока подготовки, т.е. после прохождения конкурсного отбора. Таким образом, появилась необходимость оценки эффективности и результативности работы ИПС уже на этапе ее первоначальной апробации.

Данная проблема была изучена с позиции оценки некоторых функционально-технических характеристик поисковой системы, таких как минимально необходимый объем баз данных, требуемый для эффективного взаимного поиска контрагентов образовательной диады. Ведь, как показал предварительный анализ, объем баз данных УМП-ПНР в превалирующей степени влияет на работоспособность, эффективность и качество установления успешных научно-творческих контактов. Для решения этих вопросов были сформулированы подходы, позволяющие с вероятностных позиций оценить такой базовый критерий эффективной работы ИПС как успешность научно-творческих контактов между УМП-ПНР. Следует отметить, что под успешным контактом будем понимать присвоения звания лауреат конференции УМП.

Заметим, что трудноформализуемый характер исходных данных потребовал для осуществления прогнозирования работоспособности ИПС применения вероятностного подхода, что вполне соответствует итерационной сути процесса установления контактов.

Допустим, что  означает вероятность наличия общего фактора или критерия в некотором анализируемом объеме базы данных . Этот фактор или критерий являются общими для всего массива анализируемой базы данных. Пусть  означает вероятность совпадения (наличия) данного общего фактора (критерия) в базе данных , отличной от .

Исходя из этих предположений и учитывая, что успешность и «не успешность» или точнее не реальность установления контакта образуют полную группу событий и их суммарная вероятность равна единице, а также в результате ряда математических преобразований было получено, что вероятностную оценку возможности установления успешного контакта можно проводить исходя из соотношения:

                   (1)

где:  - вероятностная оценка «не успеха» установления контакта между участниками образовательного процесса (НР и ПА).

Очевидно, что результативность установления успешных контактов между УМП-ПНР определяется объемом взаимных предложений (баз данных) и концентрацией в рассматриваемых по отдельности баз данных общих критериев рейтинговой оценки, т.е. параметром  в (1). Перспективным с практической точки зрения является обращение внимания на параметр C. В частности, учет психологических и личностных особенностей участников путем введения дополнительных критериев сравнительной оценки рейтингов увеличивает значение P*(x) в (1).

Рис.7. Аналитическая зависимость вероятности нахождения успешного научно-творческого контакта между НР и ПА от объема базы данных

В качестве иллюстрации на рис. 7 представлена аналитическая зависимость (1). Из графики становится видно, что для того чтобы вероятность установления успешного контакта для одного из участников образовательной диады (УМП-ПНР) была бы близкой к единице необходимо, что бы база данных контрагента (УМП или ПНР) по своему объему приближалась к 25 участникам.

Для того чтобы повысить уровень восприятия предложенных элементов вероятностно-математической модели, построим аналитические зависимости для различных коэффициентов С. Физический смысл коэффициента концентрации С представляет собой значение, полученное на базе статистических исследований и соответствует числу успешных контактов между УМП-ПНР.

Так для раздела «Шаг в Будущее, Москва» в среднем лишь 45 из 100 контактов являются успешными. Этот факт позволил принять за базовое значение С равное 0,45. Для сравнения на рис. 8 представлены графики для четырех различных значений концентрации С (0,25;  0,35;  0,45;  0,7).

Рис. 8. Зависимости вероятности нахождения успешного научно-творческого контакта между УМП-ПНР от объема их баз данных и концентрации С

Возвращаясь к анализу вероятностного уравнения (1), заметим, что по физическому смыслу в общем случае С=f(t), т.е. средняя концентрация успешных (результативных) контактов изменяется во времени из-за каких либо внешних или внутренних факторов, например из-за демографического спада, отмены системы поощрений и т.д.

Однако, мы будем пренебрегать этим фактом, поскольку предположим, что мы сможем заблаговременно знать об этих фактах и предпринять соответствующие корректирующие меры. Это позволяет предположить, что С~constanta в (1) и в первом приближении не содержит кинетическую (временную) компоненту. Таким образом, вероятностное уравнение (1) позволяет давать количественную оценку появления успешных научно-творческих контактов, в зависимости от масштабного фактора наполнения баз данных УМП-ПНР при условии определенности параметра «С».

В общем случае для определения вероятности появления интересующего события «k» раз в «n» испытаниях, являющихся функцией «k»,«n» и «Р» - вероятности наступления интересующего события в одном испытании целесообразно проводить, используя формулу Бернулли.

В нашем случае формула Бернулли с учетом того, что C = var  позволяет определить вероятность установления успешного, результативного научно-творческого контакта между УМП-ПНР при наличии нескольких (k):

        (2)

Соотношение (2) позволяет в аналитическом виде представить математическое ожидание и дисперсию вероятности появления успешного контакта:

                                  (3)

                 (4)

Таким образом, определив  по (2) можно вычислить по (3) и (4) основные статистические параметры успешного контактирования и после этого смоделировать процесс образования успешных контактов, например методом Монте-Карло.

На рис. 9 проиллюстрированы результаты имитационного моделирования проведенного методом Монте-Карло. Как видно из рисунка результаты имитационного моделирования совпадают с аналитической функцией, представленной на рис. 7. Этот факт подтверждает правильность и достоверность заключений, сделанных в данной работе.

Рис. 9. Результаты численного моделирования методом Монте-Карло по определению вероятности установления успешного контакта между УМП-ПНР в зависимости от объема базы данных

Следует заметить, что количественные оценки входящих в (2) значений, в первую очередь C(X) можно достаточно легко получить статистическими методами для конкретных молодежных программ.

В заключение следует отметить, что для установления одного успешного предварительного научно-творческого контакта между УМП-ПНР с вероятностью равной 0,5 необходимо, чтобы их база данных состояла из матрицы с минимальным размером 22 человека, а для осуществления успешного контакта с вероятностью близкой к максимальной размер матрицы должен составлять 77 человек.

Предложенные подходы обладают значительной общностью и достоверностью результатов, что было доказано при их использовании в решении ряда научных задач, как в области образования, так и в технике и технологии.

Список литературы:

1.      Барзов А.А., Галиновский А.Л., Майорова В.И., Моисеев В.А. Информационно-поисковые системы сопровождения молодежных программ в технических университетах // Открытое образование. - 2006. -╧4(57). - С. 82-86.

2.      Барзов А.А., Галиновский А.Л., Ульянов В.В. Информационно-поисковые системы сопровождения ранних этапов функционирования молодежных программ.                 // Инженер – профессия творческая: Цикл научно-методических семинаров. Выпуск 3. - М.: Издательство МГОУ, 2006. - С. 52-60.

3.      Барзов А.А., Галиновский А.Л., Моисеев В.А. Оценка подобия научно-исследовательской деятельности творческой молодежи на ключевых этапах непрерывного физико-технического образования // Инженер – профессия творческая: Цикл научно-методических семинаров. Выпуск 3. - М.: Издательство МГОУ, 2006. - С.46-52

4.      Всероссийская политехническая олимпиада школьников в 2006 г. / В.А. Моисеев; научн. ред. Э.М. Никитин. - М.: АПК и ППРО, 2006. -124 с.

5.      Галиновский А.Л., Лыгина А.А., Сахарова Н.А. Моделирование результативности внедрения нововведений в образовательный процесс // Материалы XIV Международной научно-методической конференции. Том 1. 14-15 февраля 2007 года. Санкт-Петербург.-СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007. - С. 127-128

6.      Галиновский А.Л. Информационно-аналитические системы сопровождения профессионального образования физико-технического профиля // Системы управления и информационные технологии, 2006. - N4.1(26). - С. 140-144.