Исследование и разработка оптимальных структур образовательных систем на воздушном транспорте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Степанов, Сергей Михайлович

• Степанов, Сергей Михайлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Степанов, Сергей Михайлович

Глава 1. Анализ проблемы эффективности образовательных систем на воздушном транспорте. Классификация образовательных систем. Постановка задач

1.1. Качественный анализ требований к образовательным системам на воздушном транспорте

1.1.1. Классификация образовательных систем

1.1.2. Требования к образовательным системам на воздушном транспорте

1.1.3. Анализ действующего процесса теоретической подготовки курсантов

1.1.4. Анализ влияние показателей качества на образовательный процесс

1.2. Анализ существующих методик разработки структур образовательных систем

1.2.1. Методология функционального моделирования структур образовательных систем с All Fusion Process Modeler 4.

BPwin 4.1)

1.2.2. Концепция IDEFO

1.2.3. Методика разработки функциональных моделей в среде IDEF

1.2.4. Методология имитационного моделирования структур образовательных систем с «Rockwell Software Arena»

1.2.5. Создание модели

1.3. Анализ критериев эффективности образовательных систем

1.4. Постановка задач исследования

Глава 2. Методологические исследования структурной оптимизации образовательных систем

2.1. Основные понятия, связанные со структурной оптимизацией образовательных систем

2.2. Методика оптимизации структуры по критерию безопасности полетов

2.3. Методика оптимизации структуры по критерию экономической эффективности

2.4. Методика оптимизации структуры по критерию конкурентоспособности

Глава 3. Экспериментальные исследования эффективности образовательных систем

3.1. Разработка и исследование модели образовательной системы по направлениям (специальностям) при дневном обучении

3.1.1. Расчет коэффициентов значимости учебных дисциплин специализации

3.1.2. Разработка функциональной модели образовательного процесса на дневном обучении

3.1.3. Разработка имитационной модели образовательного процесса УВАУГА

3.1.4. Исследование модели образовательной системы при дневном обучении

3.2. Разработка и исследование модели дополнительного профессионального образования

3.2.1. Анализ требований к системе дополнительного профессионального образования

3.2.2. Анализ действующего процесса профессиональной подготовки

3.2.3. Конкурентный анализ АУЦ УВАУ ГА (И)

3.2.4. Предложения по совершенствованию подготовки авиационного персонала в системе ДПО '

3.3. Разработка и исследование модели образовательной системы по направлениям (специальностям) при заочном обучении

3.3.1. Анализ действующего процесса теоретической подготовки при заочном обучении

3.3.2. Предложения по совершенствованию подготовки авиационного персонала при заочном обучении

Глава 4. Результаты внедрения оптимальных структур образовательных систем в высшем учебном заведении на воздушном транспорте

4.1. Формализация методов совершенствования и управления образовательным процессом.

4.2. Анализ и оптимизация образовательных стратегий

4.3. Четырехфакторная модель образовательного процесса

4.4. Анализ и оптимизация четырехфакторной модели образовательного процесса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка оптимальных структур образовательных систем на воздушном транспорте»

Актуальность работы. Обеспечение безопасности полетов является главной проблемой авиационной транспортной системы (АТС) и предназначена осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей. Поэтому система подготовки летного состава является одним из важнейших направлений обеспечения безопасности полетов (БП) в системе гражданской авиации.

Анализ результатов расследования авиационных происшествий (АП) показывает, что большинство авиационных происшествий происходит по вине летного состава (J1C) [9, 15, 20, 32], что свидетельствует о его недостаточной профессиональной подготовленности. Решение проблемы обеспечения безопасности полетов в существенной мере определяется качеством профессиональной подготовленности авиационных специалистов, а существенную роль в структуре подготовки летного состава отводится процессу теоретического обучения.

Необходимость совершенствования системы профессиональной подготовки ЛС, методической базы и технических средств обучения (ТСО) отражена в «Концепции развития гражданской авиационной деятельности в Российской Федерации», одобренной на заседании Правительства Российской Федерации от 07.12.2000 [5], и Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы ' России» (Подпрограмма

Гражданская авиация») [31] и является одной из приоритетных задач государства в области регулирования авиационной деятельности.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования в данной работе является процесс учебно-летной подготовки курсантов - пилотов. Предметом исследования является структура образовательной системы на воздушном транспорте.

Цель исследования. Главная цель исследования заключается в повышении уровня профессиональной подготовленности курсантов -пилотов на основе совершенствования структуры образовательной системы.

Задачи исследования. Для достижения главной цели исследования разработаны функциональная и имитационная модели образовательного процесса, сформулированы следующие задачи, подлежащие решению:

1) Провести качественный анализ требований к образовательным системам.

2) Провести системный анализ существующей структуры образовательной системы обучения летного состава.

3) Провести анализ факторов, влияющих на качество подготовленности авиаспециалистов.

4) По результатам анализа разработать информационное и программное обеспечение модели образовательной системы.

5) Провести модельные эксперименты, а результаты при разработке оптимальной структуры образовательной системы.

Для решения перечисленных задач были использованы: общая теория систем; системный подход; теория педагогических систем; теория квалиметрии; теория прогнозирования и принятия решений; теория моделирования сложных систем; теория проблемного обучения.

Исходные теоретические положения базируются на:

- системном подходе как направлении методологии научного познания, в основе которого лежит рассмотрение объекта как системы (П.К. Анохин, А.Н. Аверьянов, В.Г. Афанасьев, Т.А. Ильина);

- личностно - деятельном подходе к организации учебного процесса (Л.П Буева, J1.C. Выготский, A.M. Леонтьев, и др.);

- теории цели образования и целеполагания при организации деятельности (Н.Ф. Наумова, O.K. Тихомиров);

- теории структуры и содержания образования (М.М. Скаткин, B.C. Леднев, И .Я. Лернер и др);

- теории проблемного обучения (М.И Махмутов, B.C. Ильин, Ю.К. Бабанский, Ю.М. Кулюткин).

Методы исследований. Для решения перечисленных задач были использованы: общая теория систем; системный подход; процессный подход; теория экспертных систем; теория прогнозирования и принятия решений; теория моделирования сложных систем; теория педагогических систем; теория проблемного обучения.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в:

1) разработке структуры образовательной системы с использованием процессного подхода, задекларированного в стандарте ISO 9000:2000;

2) построении модели образовательной системы, на принципах, сформулированных нотацией функционального моделирования IDEF0 и IDEF3;

3) имитационном моделировании образовательной системы с позиций требуемого уровня подготовленности курсанта - пилота и с учетом основных факторов, влияющих на уровень его подготовленности;

4) разработке методики оптимизации структуры образовательной системы на воздушном транспорте.

Практическая значимость работы: г

За время работы над диссертацией автор принял участие в научно-исследовательской работе, проводимой в Ульяновском высшем авиационном училище гражданской авиации (УВАУ ГА), по тематике связанной с разработкой и внедрением системы менеджмента качества УВАУ ГА (И).

Полученные в диссертации результаты к настоящему времени были использованы при разработке:

- плана - программы стратегического развития УВАУ ГА;

- учебно-методического пособия «Исследование систем методами функционального и имитационного моделирования с использованием программного обеспечения «BPwin 4.1 и Arena».

Апробация результатов исследования.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

- II Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта России». Ульяновск: УВАУ ГА, 2002.

- Международная научно-техническая конференция, посвященная 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники, общества». Москва: МГТУ ГА, 2003.

- Всероссийская конференция «Современные ' проблемы машиностроения и транспорта». Ульяновск: УлГТУ. 2003

- Пятая международная НТК «Чкаловские чтения». Егорьевск: ЕАТК ГА имени В.П. Чкалова, 2004

- Международная научно-практическая конференция. «Проблемы подготовки специалистов для ГА». Ульяновск: УВАУ ГА, 2004.

- III Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта». Ульяновск: УВАУ ГА, 2005.

- Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» Ульяновск: УлГТУ, 2006.

- Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для ГА». Ульяновск, УВАУГА, 2006.

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 26 печатных работ, написанных как самостоятельно, так и совместно с другими авторами в период с 2002 по 2007гг.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих печатных работах:

1. Шмаков Ю.И. Индивидуальный метод непрерывного обучения с постоянным контролем требуемого уровня знаний / Ю.И. Шмаков, В.Н Довгопят, С.М. Степанов // II международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта России», 28-30 марта 2002г.: сб. трудов - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002.

2. Мехоношин В,С. Структурный анализ процесса дополнительного образования авиаспециалистов / B.C. Мехоношин, A.M. Лебедев, С.М. Степанов // II международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта России». 28-30 марта 2002г.: сб. материалов - Ульяновск: УВАУ ГА, 2002.

3. Степанов С.М. О разработке структуры образовательного процесса тезисы / С.М. Степанов // Международная научно-техническая конференция, посвященная 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники, общества», 17-18 апреля 2003г. Москва: МГТУ ГА, 2003.

4. Степанов С.М. О разработке модели образовательного процесса тезисы / С.М. Степанов // Всероссийская конференция "Современные проблемы машиностроения и транспорта" 8-10 октября 2003 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2003.

5. Лебедев A.M. Представление процесса обучения как системы с переменной структурой (тезисы) / A.M. Лебедев, В.С Мехоношин, С.М. Степанов, Н.А. Юганова // V международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения» 4-6 февраля 2004г.: сборник материалов - Егорьевск: ЕАТК ГА имени В.П. Чкалова, 2004.

6. Степанов С.М. Организация внутренних проверок (аудита) системы менеджмента качества вуза / С.М. Степанов // «Улучшение качества проектов и процессов»: Материалы научно-технической конференции. -Ульяновск: УВАУ ГА, 2004.

7. Зубков Б.В. Некоторые закономерности процесса обучения курсантов УВАУ ГА / Б.В. Зубков, А.Г. Антипова, С.М. Степанов // Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для ГА». 25-26 ноября 2004г.: сборник трудов - Ульяновск: УВАУ ГА, 2004.

8. Разработка руководства по качеству и организации УВП в училище: отчет о НИР /Рук. B.C. Мехоношин; исполн.: А.М. Рошнов, Л.М Тараканов, Е.П

Кожендаев, С.Г. Косачевский., СЛ. Костин, С.М. Степанов, Е.Р. Мананова // Ульяновск: УВАУ ГА, 2004.

9. Зубков Б.В. Разработка функциональной и имитационной моделей образовательного процесса. / Б.В. Зубков, В.С Мехоношин, А.Ю Дятлов, С.М. Степанов, Д.С. Степанов // международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для ГА» 25-26 ноября 2004г.: сборник трудов - Ульяновск: УВАУ ГА, 2004.

10. Степанов С.М. Анализ основных факторов, влияющих на качество обучения. / С.М Степанов, A.M. Лебедев, H.A. Юганова // Современные научно-технические проблемы транспорта: материалы III Международной научно-технической конференции 20-22 октября 2005г.- Ульяновск: УлГТУ, 2005.

11. Степанов С.М. Использование программных комплексов «BPWTN» и « ARENA» для анализа учебного процесса ВУЗа. / С.М Степанов, Д.С Степанов, Т.Н. Липатова, В.П. Козлов // Международная конференция «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», 16-18 мая 2006г. - Ульяновск: УлГТУ, 2006.

12. Липатова Т.Н. Современные концепции управления персоналом. / Т.Н Липатова, С.М. Степанов // Международная научно-техническая конференция, посвященная 35-летию со дня основания Университета «ГА на современном этапе развития науки, техники и общества», 18-19 мая 2006г.-Москва: МГТУ ГА, 2006.

13. Липатова Т.Н. Модернизация производственной деятельности АУЦ. / Т.Н. Липатова, С.М Степанов // Международная научно-техническая конференция, посвященная 35-летию со дня основания Университета «ГА на современном этапе развития науки, техники и общества», 18-19 мая 2006г.-Москва: МГТУ ГА, 2006.

14. Степанов С.М. Совершенствование структуры образовательного процесса по критерию конкурентоспособности. / Степанов С.М., Степанов Д.С., Басманова Т.Н // Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для ГА». 23-24 ноября 2006г.: Сборник трудов. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2006.

15. Степанов С.М. Использование программных комплексов «BPWIN» и «ARENA» для анализа ОП ВУЗа. / С.М. Степанов, Д.С. Степанов // Международная научно-техническая конференция, посвященная 35-летию со дня основания Университета «ГА на современном этапе развития науки, техники и общества». 18-19 мая 2006г.- Москва: МГТУ ГА, 2006.

16. Мехоношин B.C. Совершенствование структуры образовательного процесса с использованием функционального и имитационного моделирования. / В.С Мехоношин, С.М Степанов, Д.С. Степанов // Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для ГА» 23-24 ноября 2006г.: сборник трудов. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2006.

17. Разработка информационно-поисковой системы производственной деятельности АУЦ: отчет о НИР / Рук. С.М. Степанов; исполн.: Мирошин А.Н., Коротких Г.Ю. //. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2006.

18. Рогов В.Н. Алгоритм оценки конкурентоспособности вуза. / В.Н. Рогов, С.М. Степанов, Т.Н. Липатова, Д.С. Степанов // Международная конференция «Конференция по логике, информатике, науковедению (КЛИН-2007)» 17-18 мая 2007г.- Ульяновск: УлГТУ, 2007.

19. Рогов В.Н. Применение коэффициентов значимости блоков учебных дисциплин для разработки оптимальной модели образовательного процесса. / В.Н. Рогов, С.М. Степанов, Т.Н. Липатова, Д.С. Степанов // Международная конференция «Конференция по логике, информатике, науковедению (КЛИН-2007)» 17-18 мая 2007г. - Ульяновск: УлГТУ, 2007.

20. Степанов С.М. Профессиональная подготовленность лётного состава и её влияние на БП. / С.М. Степанов, Д.С. Степанов // Международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения» 7-9 июня 2007г.: сборник материалов - Егорьевск: ЕАТК ГА имени В.П. Чкалова, 2007.

21. Степанов С.М. Исследование систем управления методами функционального и имитационного моделирования с использованием программного обеспечения «BPwin 4.1» и «Arena». / С.М. Степанов, B.C. Мехоношин, Д.С. Степанов// Ульяновск: УВАУ ГА, 2006.

22. Формализация методов совершенствования организации и управления образовательным процессом в училище средствами компьютерной математики: отчет о НИР / Рук. В.П. Махитько; исполн.: С.М. Степанов, Д.С. Степанов // Ульяновск: УВАУ ГА, 2007.

23. С.М. Степанов, В.В. Митюков, Д.С. Степанов, Т.Н. Степанова. Математическая модель оптимизации образовательного процесса // IV Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта», 11-13 октября 2007 г.: сб. материалов. -Ульяновск: УВАУ ГА, 2007.

24. С.М. Степанов, В.П. Козлов, A.C. Степанов. Как распределить ресурсы // IV Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта», 11-13 октября 2007 г.: сб. материалов. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2007.

25. Степанов С.М. К вопросу практической реализации модели образовательного процесса методами функционального имитационного моделирования // Научный Вестник МГТУ ГА № 122, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. - Москва: МГТУ ГА, 2007.

26. Степанов С.М. формализация методов совершенствования и управления образовательным процессом// Научный Вестник МГТУ ГА № 122, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. - Москва: МГТУ ГА, 2007.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы приложений и компакт диска, содержащего демонстрационную версию имитационной модели образовательного процесса.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Степанов, Сергей Михайлович

Выводы

Как известно одним из существенных недостатков традиционной системы обучения является то, что преподаватель часто не имеет возможности контролировать весьма важные компоненты учебой деятельности. Работая с группой, он практически не в состоянии проверить правильность выполнения всех заданий студентами. Как известно, вовремя не исправленная ошибка закрепляет неверные представления и способы деятельности. Компьютер же позволяет проверить все ответы и не только зафиксировать ошибку, но и вовремя устранить причину, обусловившую ее появление.

Одним из средств, обеспечивающих повышение эффективности учебного процесса. Развитие познавательной активности обучаемых (т.е. мотивация), является наглядность обучения. Реализация этого принципа дидактики предполагает применение современных компьютерных технологий в учебном процессе.

Современная трактовка принципа наглядности требует не только адекватной презентации содержания, но также организации деятельности обучаемых по его усвоению. Наличие машинной графики дает возможность улучшить понимание и запоминание учебного материала. Особенно эффективно использование компьютера не только как средства иллюстрации. Но и как средства самостоятельной работы студентов с учебной информацией, представленной в графической форме.

В связи с внедрением в учебный процесс средств СИТ открываются принципиально новые возможности для развития мышления и повышения мотивации у студентов к обучению.

При анализе образовательного процесса преподаватель и сам может рассматриваться как средство достижения целей обучения. Поэтому, для повышения эффективности осуществления ряда своих функций он может использовать средства обучения, реализующие часть его педагогических функций. В частности, при использовании средств СИТ в учебном процессе приводит к тому, что такие функции преподавателя как контроль, коррекция, тренинг и др. передаются компьютеру. Однако учебный процесс в этом случае принципиально не изменяется. По существу процесс обучения изменяется по двум параметрам: параметру времени (сокращается время, затрачиваемое на составление контрольных заданий их тиражирование и предъявление студентам, обработку результатов контроля и др.) и параметру «фронтальная работа с обучаемыми (при массовом обучении практически невозможно проведение индивидуального тренинга по отработке важнейших предметных и общеучебных умений и навыков у каждого обучаемого). Включение в учебный процесс компьютера эффективно там, где возможности преподавателя ограничены - в одновременном удовлетворении индивидуального запроса каждого студента.

173

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены следующие практические результаты, а именно:

1) разработан подход к построению системы оценки влияния на квалификацию выпускника параметров образовательного процесса, регламентированного ГОС. В качестве основы системы заложен механизм построения функциональной модели на принципах, сформулированных нотацией функционального моделирования IDEF0;

2) разработана методика оптимизации структуры образовательной системы на воздушном транспорте;

3) разработана функциональная и имитационная модели образовательного процесса;

4) концепции моделирования с помощью ПО «Bpwin 4.1» и «Arena», правила и методы создания, функциональных и имитационных моделей используются при проведении практических занятий по дисциплине «Исследование систем управления»;

5) полученные результаты модельных экспериментов использованы при разработке «Плана-программы стратегического развития УВАУ ГА», главная цель которого обеспечить - подготовку летных специалистов для гражданской авиации РФ и стран СНГ.

Разработанная модель позволяет:

- повысить эффективность управленческой деятельности;

- осуществлять проблемный анализ учебного заведения;

- моделировать и анализировать различные образовательные стратегии. Таким образом, совокупность выполненных в рамках диссертационного исследования, полученные научные и научно-прикладные результаты в комплексе представляют собой целостное, законченное научное решение, которые могут быть использованы при разработке планов стратегического развития ВУЗа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Степанов, Сергей Михайлович, 2007 год

1. Воздушный кодекс Российской Федерации от 19.03.97 № 60-ФЗ. М: Федеральная авиационная служба России, 1997. - 98: с.

2. Государственный образовательный стандарт высшего: профессионального образования от 05.04.2000, per: № 299 тех/дс по напр. подг. дипл. спец-та 658100 «Аэронавигация».

3. Документ ИКАО 7300. Приложение: 1. Выдача свидетельств авиационному персоналу. 8-е изд. - Монреаль, Канада: ИКАО, 1988.

4. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран-членов СЭВ (ЕНЛГС-С). М.: ЦАГИ, 1985.

5. Концепция развития гражданской авиационной деятельности в Российской Федерации: Одобрена на заседании Правительства РФ 07.12.2000, протокол №.41, пункт 1.

6. Курс учебно-летной подготовки на: самолете Як-18Т курсантов высших летных училищ гражданской: авиации. — М.: Воздушный транспорт, 1981.-240 с.

7. Курс учебно-летной подготовки пилота в УВАУ ГА по: самолету Як-18Т. Ульяновск: УВАУ ГА, 1996.

8. Курс учебно-летной подготовки по самолету Як-40. -Ульяновск: УВАУ ГА, 1996.

9. Материалы: совещания по вопросу: «Совершенствования системы подготовки авиационных специалистов гражданской авиации государствучастников соглашения о гражданской авиации и использовании воздушного пространства». М.: МАК, 2001.

10. Наставление по производству полетов в гражданской авиации: СССР (НППТА-85). -М.: Воздушный транспорт, 1985.

11. Нормы летной годности гражданских легких самолетов. Часть 23 АП. -Жуковский: ЛИИ им. М.М. Громова, 1993.

12. Объединенные авиационные правила. JAR-147. «Обучение и экзамены по ТО и Р AT в образовательных учреждениях, имеющих одобрительный сертификат авиационной администрации». CAA, England. 1997.

13. Подготовка руководства по производству полетов: (Doc 9376-AN/914). -2-е изд. Монреаль, Канада: ИКАО, 1997.

14. Положение о классификации специалистов гражданской авиации: СССР. -М.: Министерство гражданской авиации СССР, 1989. — 114с.

15. Постановление: совета ГСГА Минтранса России от 11.07.2001 №9 «О состоянии безопасности полетов в гражданской: авиации Российской Федерации». М., 2001.

16. Приказ ДВТ Минтранса России от 25.09.1992 № ДВ-99 «Об изменении сроков и порядка проведения курсов повышения квалификации летного и диспетчерского состава гражданской авиации».