Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 2, 2004 г.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

 

Рыбанов А.А., Шевчук В.П., Приходько Е.А.

(Волжский политехнический институт (филиал ВолгГТУ), rybalex@rambler.ru)

 

Главная задача российской образовательной политики – обеспечение современного качественного образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства как необходимое условие модернизации системы отечественного образования. В России на сегодняшний день система оценки качества образования только складывается. Качество высшего образования понимается как «соответствие норме» в подготовке бакалавров, специалистов и магистров, а норма – требуемый уровень знаний и навыков – зафиксирована, прежде всего, в государственных образовательных стандартах Министерства образования РФ и паспортах специальностей ВУЗов. Отметим при этом, что понятие нормы не является абсолютным и фиксированным. Происходит постоянная работа по определению и освобождению от субъективных суждений «качества нормы».

Оценка качества образования необходима не только для принятия управленческих решений, направленных на обеспечение функционирования образовательных учреждений, но и для осмысления и формулирования целей развития конкретного ВУЗа. Ценна сама система отслеживания, постоянного измерения качества (мониторинг качества), самоанализ деятельности на всех уровнях, что позволяет определить, где находится ВУЗ по сравнению с другими, выстроить перспективы развития.

Качество образования – многомерное понятие и лучше вообще говорить не о качестве, а о качествах различных сторон образовательного процесса (кадрового потенциала, методического обеспечения, учебно-воспитательного процесса, материально-технической базы, итоговой подготовки выпускников и т.д.).

Решение проблемы управления качеством образования показывает необходимость создания в ВУЗе автоматизированной системы для анализа качества учебного процесса, которая будет позволять  производить контроль учебного процесса не только по одному или двум предметам, а будет охватывать мониторинг качества по всем существующим дисциплинам в масштабах нескольких групп за период экзаменационной сессии, учебного года или всего курса обучения.

Разрабатываемая в Волжском политехническом институте (ВПИ) методика анализа качества учебного процесса основывается на том, что учебный процесс является частным случаем технологического процесса и ему свойственны такие же методы анализа, какие приняты для производственных процессов. Поэтому составляющие учебного процесса можно рассматривать как элементы процесса или функции. Объектом учебного процесса можно считать или отдельного студента или группу студентов. В ходе обучения студенты взаимодействуют с элементами процесса, т.е. слушают лекции, выполняют практические задания, курсовые проекты и т.д. Результатом взаимодействия студентов с элементами процесса является повышение уровня знаний.

 Одним из основных требований к системам качества является измерение параметров качества, т. е. речь идет об измерении уровня знаний студента. Традиционно уровень измеряется оценкой или баллом успеваемости. Классическая схема оценки успеваемости студентов основана на приеме контрольных работ, промежуточной аттестации, защите курсовых проектов (работ), сдаче зачетов и экзаменов в сессию. В применяемой в настоящее время в ВПИ рейтинговой системе, используется также промежуточная оценка успеваемости на уровне так называемых «контрольных недель».

В качестве причин, вызывающих нестабильность учебного процесса, можно выделить следующие: низкое качество преподавания дисциплины; некорректность методики рейтингового контроля; необъективная оценка знаний студента преподавателем; неудовлетворительная посещаемость занятий студентами; срыв занятий преподавателем; срыв занятий студентами; необеспеченность учебного процесса учебно-методической литературой и др. Все эти причины проявляются по окончании учебного семестра в оценках итоговых аттестаций студентов во время сессии.

Постановку задачи оценки качества процесса обучения по результатам экзаменационной сессии можно сформулировать следующим образом [2]:

Пусть –й семестр учебного процесса в группе , обучающейся по направлению  на –ом курсе, характеризуется реляционным отношением  со схемой , где  – номер зачетной книжки студента группы , ;  – результаты аттестаций по изученным за –ю сессию предметам, . Необходимо построить множество , где – наименования дисциплин, по которым произошло нарушение стабильности учебного процесса.

Решение поставленной задачи заключается в построении ,, –контрольных карт, гистограмм распределения оценок по предметам и последующей их интерпретации (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Алгоритм решения задачи оценки качества учебного процесса

 

Контрольные карты учебного процесса – специальный вид диаграммы. Они имеют вид, представленный на рис. 2 и отображают характер изменения показателя качества обучения по предметам.

На рис. 2 следующие обозначения: -й предмет; – среднеквадратичное отклонение показателя качества обучения по предметам; – верхняя контрольная граница ();  – нижняя контрольная граница (); – средняя линия процесса обучения; ,– минимальное (максимальное) количество баллов, которое можно получить по предмету ( и ).

 

 

Рис. 2. Общий вид контрольной карты учебного процесса

 

Таким образом, для хранения в Базе данных «Контрольные карты и гистограммы» контрольная карта может быть описана следующим множеством атрибутов:

(1)

где  – тип контрольной карты;  – множество значений показателей качества для предметов .

После того, как контрольные карты построены, их можно использовать для управления качеством обучения. Можно выделить следующие основные правила интерпретации контрольных карт учебного процесса:

: Если на контрольной карте точки располагаются в допустимой зоне симметрично центральной линии, то учебный процесс протекает нормально;

: Если на контрольной карте точки располагаются в допустимой зоне по одну сторону от центральной линии, то стабильность учебного процесса незначительно смещена. Вмешательства не требуется;

: Если на контрольной карте точки располагаются вблизи двусторонних границ, с большим разбросом, то учебный процесс протекает нестабильно. Причины нестабильности по возможности следует устранить;

: Если на контрольной карте точки длительное время располагаются вблизи одной из границ, то требуется регулировка учебного процесса;

: Если точка вышла за установленные допуски, то требуется устранение нестабильности учебного процесса.

Рассмотрим алгоритм решения задачи оценки качества учебного процесса (рис. 1). После выбора периода учебного процесса – экзаменационной сессии и групп , где  – группы одного курса   и направления обучения  (рис. 1–A), на основе БД «Результаты экзаменационных сессий» строятся -,-,–контрольные карты и гистограммы распределения оценок по предметам.

контрольная карта строится для мониторинга отклонения от среднего значения баллов по предметам (рис. 1–B). Средний балл – по каждому –ому  предмету определим как:

,

(2)

где ,  –количество студентов в группе; , – количество дисциплин, сданных в –ю сессию.

Среднюю линию  учебного процесса в –ю сессию определим как:

.

(3)

Средеквадратичное отклонение средних  определим следующим образом:

.

(4)

Тогда вычисление границ регулирования для  –карты можно задать как:

,

(5)

.

(6)

контрольная карта строится для мониторинга степени изменчивости баллов по предметам (рис. 1–B). Cреднеквадратичное отклонение по каждому -му предмету определим как:

.

(7)

Среднее среднеквадратичных отклонений определим как:

.

(8)

Тогда вычисление координат границ регулирования для –карты можно задать как:

,

(9)

,

(10)

где  – верхняя контрольная граница регулирования;  – нижняя контрольная граница регулирования;,– коэффициенты, зависящие от величины выборки и вероятности риска.

контрольная карта строится для мониторинга числа неудовлетворительных оценок по предметам (рис. 1–B).

Среднего количество неудовлетворительных оценок  по каждому -му предмету определим как:

,

(11)

где  - число неудовлетворительных оценок по -му предмету.

Долю неудовлетворительных оценок  определи как:

,

(12)

где  –количество студентов в группе.                                                                 

Тогда вычисление координат границ регулирования для –карты можно определить как:

,

(13)

,

(14)

где  – верхняя контрольная граница регулирования;  – нижняя контрольная граница регулирования.

- ,- ,–контрольные карты позволяют вести мониторинг за учебным процессом в целом.

Для анализа успеваемости студентов в группе по каждому предмету целесообразно построить гистограммы (рис.1–B). О нормальности процесса будет говорить симметричный круглообразный  характер гистограммы. Построение гистограммы основано на построении интервальной таблицы частот.

Строя горизонтальную шкалу возможных значений баллов по заданной дисциплине, отметим на ней максимальное  и минимальное  значения и вычислим размах . Разделим весь диапазон баллов по предмету на  равных интервалов, где   – ближайшее целое к  (– число студентов в группе) и отметим границы интервалов . Подсчитаем количество значений , попавших на каждый интервал, и составим интервальную таблицу частот. Вычислим длину интервала .  Над каждым интервалом построим прямоугольник высотой .

Можно выделить следующие основные правила интерпретации гистограмм:

 : Если гистограмма смещена от «идеальной» вправо, то происходит завышение оценок по предмету (рис. 6);

 : Если гистограмма смещена от «идеальной» влево, то происходит занижение оценок по предмету, нарушена стабильность в процессе преподавания предмета (рис. 7);

: Если гистограмма схожа с «идеальной», то учебный процесс протекает нормально, вмешательство не требуется.

Для анализа учебного процесса выделим, во-первых, критерий качества обучения, а, во-вторых, проследим его изменение во времени.

В качестве количественного показателя оценки учебного процесса в [1] рекомендуется индекс воспроизводимости (рис. 1–C). Известно, что индекс воспроизводимости определяется следующим образом:

(15)

 где  - допуск на показатель качества обучения.

При рейтинговой системе обучения по 100 бальной шкале в ВПИ принят допуск , где , – минимальное (максимальное) количество баллов, которые можно получить по предмету после итоговой аттестации в конце семестра.

Индекс воспроизводимости процесса обучения:

,

(16)

(17)

(18)

где ,– верхняя и нижняя границы допуска соответственно.

При этом, если  – процесс воспроизводимый;  – процесс управляемый при жестком контроле; – процесс неуправляемый.

Поскольку для учебного процесса имеет смысл выделять только нижнюю границу поля допуска, то индекс воспроизводимости можно определить по формуле (17). Причем, в качестве среднеквадратичного отклонения необходимо использовать . Для вышеприведенного примера он определится следующим образом.

На основе базы правил (рис. 1) осуществляется интерпретация построенных контрольных карт, гистограмм распределения оценок и индекса вопроизводимости с целью оценки учебного процесса и формирование множества предметов, вызывающих нестабильность учебного процесса. Для каждого предмета из множества  формируется «образ качества»:

,

(19)

где – логические дескрипторы ,, –контрольных карт и гистограммы распределения баллов по предмету. Для всех значений дескрипторов. Если значение логического дескриптора , то предмету сопоставляется множество причин, соответствующих типу контрольной карты.

На основе представленных алгоритмов реализована  система SADEP (System Analysis of Education Process), позволяющая выполнять:

- предварительную подготовку данных для оценки качества учебного процесса;

- построение - ,- ,–контрольных карт для заданного интервала (сессия, учебный год, весь период обучения);

- построение гистограмм распределения оценок по предметам;

- формирование отчетов.

В качестве экспериментальной проверки предлагаемого метода оценки качества процесса обучения нами были построены контрольные карты по результатам зимней сессии 2002/2003 учебного года для направлений 521600 «Экономика» и 552800 «Информатика и вычислительная техника» инженерно-экономического факультета ВПИ.

В настоящее время продолжается разработка базы правил интерпретации контрольных карт и гистограмм распределения оценок по предметам.

Учебный процесс как и любая производственная деятельность, требует вмешательства в части координации действий участников этого процесса: преподавателей, кафедр, деканатов, учебного отдела. Предложенная методика анализа качества учебного процесса позволяет оперативно выявить «слабое звено» и произвести коррекцию методики преподавания, изменить содержание или последовательность изложения учебного материала и т.д. Наряду с этим представленный анализ позволяет дать более объективную оценку работы преподавателя, кафедры, деканата.

 

Список литературы

 

  1. Елисеев О.Н. Применение статистических методов для оценки успеваемости. – МГТУ «СТАНКИН», Россия - http://tqm.stankin.ru/arch/n02/articles/10.htm
  2. Рыбанов А.А., Шевчук В.П., Приходько Е.А. Интеллектуальная система оценки качества учебного процесса / Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий./ Материалы Международной конференции и Российской научной школы. Часть 4. – М.: Радио и связь, 2003, С. 6-7.

Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 2, 2004 г.