Интеллектуальная модель обучающегося как многоуровневая система управления

 

Прошин Иван Александрович,

доктор технических наук, профессор,

Прошин Дмитрий Иванович,

кандидат технических наук, доцент,

Прошина Раиса Дмитриевна,

соискатель.

Пензенская государственная технологическая академия.

 

Обучающийся как многоуровневая система управления.

В структуре интеллектуальной системы обучающегося с позиций управления обучением выделим две укрупнённых части: управляющую часть и блок, отражающий динамические свойства обучающегося как объекта управления [1]. В управляющей части сосредоточены все функции по управлению, то есть в этом блоке сконцентрированы управляющие функции, как синтеза, так и реализации цели (рис.1).

Источник возмущающих воздействий интеллектуальной системы – окружающая среда. Функционирование системы в конечном итоге направлено на достижение цели посредством компенсации этих возмущающих воздействий. И.П. Павлов писал: «Вся жизнь – от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд всё усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний внешней среды. Придёт время, пусть отдалённое, когда математический анализ, опираясь на естественнонаучный, осветит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них и самого себя» (И.П. Павлов. Полн. Собр. Соч. Т.3. С. 124 – 125).

С точки зрения управления процессом обучения выделим и распределим по уровням в управляющей части функции самоуправления обучающимся :

·                    мотивацией ;

 

Рис. 1. Обучающийся как многоуровневая система управления.

 

·                    критериями оценки знаний ;

·                    целями и задачами ;

·                    методологией познавательной деятельности ;

·                    предметно-содержательной компонентой (ПСК) знаний  и представим обучающегося как многоуровневую (многослойную) систему управления (см. рис. 1).

 

Управление предметно-содержательной компонентой знаний.

Нижний уровень управления – управление предметно-содержательной составляющей знаний включает замкнутый контур самообучения и самоконтроля уровня знаний в соответствии с множеством состояний  прогнозируемых результатов познавательной деятельности  обучающимся по предметно-содержательной составляющей знания  (рис. 2).

 

Рис. 2. Диаграмма управления предметно-содержательной составляющей знаний.

 

Переменные на выше приведенной диаграмме представлены векторами состояния , выхода , управления  и воздействия окружающей среды . Операторы преобразования переменных обозначены:

¾                 – интеллектуальный оператор управления;

¾                 – оператор, отражающий динамические процессы управления познавательной деятельностью;

¾                 – оператор, отражающий взаимосвязь обучающегося с окружающей средой.

Двойные стрелки использованы для обозначения выходов операторов.

Механизм управления с использованием интеллектуального оператора обучающегося  в нулевом слое описывается выражением

                                                                  (1)

Уравнение (1) не отражает динамические свойства обучающегося.

Динамическая часть, обозначенная , задаётся в пространстве состояний уравнениями

                                                          (2)

Основная задача на этом уровне управления процессом познавательной деятельности – обеспечить посредством вектора управляющих воздействий  при заданной методологии обучения требуемый спектр знаний обучающимся предметной области. Обучающийся воздействует на окружающую среду с целью получения необходимой информации по предметной области, оценивает уровень и качество получаемых предметных знаний, корректирует управление. Воздействие окружающей среды на процесс управления в этом слое отражается множеством состояний окружающей среды , объединяющих компоненту, инициированную самим обучающимся  и внешнее управление .

 

Управление механизмом познавательной деятельности.

Первый уровень управления – управление механизмом познавательной деятельности – совокупность методов, методик, приёмов, способов познавательной деятельности, которыми владеет обучающийся. Управление механизмом познавательной деятельности на этом уровне сосредоточено во втором слое управления и задаётся интеллектуальным оператором обучающегося  (рис. 3).

Управляющее воздействие  с выхода оператора  обеспечивает изменение структуры и параметров внутреннего оператора . Механизм управления  во втором слое направлен на приспособление, с одной стороны, обучающегося к методологии обучения, с другой, на адаптацию методов и методик учебного процесса к уровню знаний обучающегося. Корректирующее самоуправление в этом слое вырабатывается на основе анализа обучающимся результатов обучения и внешней среды, вариации, известных обучающемуся способов обучения и может быть определёно выражением

                                                                         (3)

 

Рис. 3. Диаграмма управления механизмом познавательной деятельности.

 

Управляющее воздействие  (3), формируемое в этом слое, направлено на коррекцию структуры и параметров управляющего интеллектуального оператора , поэтому выражение, описывающее формирование управляющего воздействия во внутреннем контуре , дополняется составляющей

                                                        (4)

Двухслойная система самоуправления обучающимся описывается выражениями (2) – (4).

 

Управление критериями оценки знаний обучающегося.

Второй слой управления познавательной деятельностью обучающегося направлен на формирование критериев оценки знаний обучающегося. В зависимости от выбранного критерия оценки знаний производится коррекция, как предметно-содержательной составляющей знания, так и методологии познавательной деятельности. Диаграмма, отражающая второй слой управления (рис. 4), содержит три контура управления.

 

 

Рис. 4. Диаграмма управления критериями оценки знаний.

 

Управление критериями оценки знаний сосредоточено во внешнем контуре управления с интеллектуальным оператором , на выходе которого формируются два управляющих воздействия:

  – управление предметно-содержательной компонентой обучения;

  – управление методологией познавательной деятельности обучения.

С помощью этих воздействий и производится коррекция внутренних контуров управления.

Механизм интеллектуального управления  во втором слое описывается выражением

                                                                     (5)

Формула (5) совместно с выражениями для внутренних контуров

образует математическую модель обучающегося как трёхслойную обучающуюся систему.

 

Управление целями и задачами познавательной деятельности обучающегося.

Третий слой системы направлен на синтез целей и задач управления познавательной деятельностью обучающегося (рисунок 5).

 

Рис. 5. Диаграмма управления целями и задачами.

 

Интеллектуальное управление целями и задачами познавательной деятельности обучающегося может быть описано выражением

Диаграмма, отражающая управление целями и задачами включает дополнительный, внешний по отношению к контурам управления предметно-содержательной составляющей знания, методологической частью и критериями оценки знаний, четвёртый контур интеллектуального управления целями и задачами.

Интеллектуальное управляющее воздействие , формируемое в четвёртом контуре интеллектуального управления, направлено на управление третьим контуром посредством воздействия на интеллектуальный оператор . Поэтому математическая модель управляющей части обучающегося как четырёхслойной обучающейся системы может быть задана так:

 

Управление мотивацией обучающегося.

Выбор целей и задач из множества вариантов интеллектуального управления производится посредством множества управляющих воздействий , формируемых в пятом контуре интеллектуального управления. Основная задача этого контура – управление мотивацией обучающегося. Математическая модель пятислойной структуры обучающегося с учётом его динамических особенностей описывается следующей системой выражений:

 

а её обобщённая диаграмма принимает вид, показанный на рис. 6.

 

Заключение.

Совокупность интеллектуальных операторов управления  образует единую управляющую часть в структуре интеллектуального управления обучающимся. Все управляющие воздействия нижнего уровня наблюдаемы с более высоких уровней управления. Так, на нулевом уровне доступна информация об управляющем воздействии предметно-содержательной компонентой . В принятии решения по управлению на первом уровне используется информация об управляющих воздействиях первого  и нулевого уровней , второго – информация о векторах , , . В третьем слое управления используется информация об управляющих воздействия предыдущих слоёв управления – , , , . Управляющее воздействие в четвёртом слое интеллектуального управления формируется на основе информации об управляющих воздействиях – , , , , . Таким образом, управляющая часть обучающегося как многослойная интеллектуальная система представляет собой целостную многослойно распределённую интеллектуально управляемую систему, а совокупность управляющих воздействий различных слоёв образует единый внутренний вектор управляющих воздействий  Воздействия со стороны окружающей среды определяются векторами , объединяющими компоненту, инициированную самим обучающимся , и внешнее управление .

 

Рис. 6. Диаграмма управления мотивацией обучающегося.

 

Литература

 

1. Прошин И.А., Прошин Д.И., Прошина Р.Д. Обучающийся как многоуровневая система управления / Академия профессионального образования. – Санкт- Петербург. – 2007. – № 3 – 4. – С. 2 – 4.

 

Поступила в редакцию 23.12.2008 г.