Управление МСС

УДК 1:005 + 51-77 ББК 22.1

УПРАВЛЕНИЕ СЕТЕВЫМИ МЕТОДИЧЕСКИМИ СООБЩЕСТВАМИ

НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

Фролов И.Н.1

(Липецкий государственный педагогический университет)

В работе предпринята попытка описать теорию управления сетевыми сообществами посредством модели искусственных нейронных сетей (ИНС). Вводится понятие сетевого методического сообщества (СМС), детализируются его состав и структура, определяются объекты управления и перечисляются основные функции и механизмы управления. Анализируется математическая составляющая возможности обучения СМС.

Ключевые слова: информатизация образования, сетевое сообщество, искусственные нейронные сети, образовательное пространство.

1. Введение

Парадигму современной науки можно, на наш взгляд, определить как взаимное движение двух, на первый взгляд, противоположных процессов.

С одной стороны, главенство антропоцентризма в отрасли гуманитарного знания, в том числе в педагогике, позволяет говорить об индивидуальном подходе не только к каждому учащемуся, но и к педагогу, как важнейшему субъекту педагогического процесса. Этим во многом объясняется появление

1 Илья Николаевич Фролов, кандидат педагогических наук, доцент

([e-mail])

1

большого числа педагогических объединений и организаций, целью которых является методическая поддержка учителей, воплощение их педагогического, научного и творческого потенциала.

С другой стороны, реальностью современной науки стала повсеместная информатизация и алгоритмизация, не только охватившая все точные науки, но все более настойчиво проникающая в отрасль гуманитарного знания, подчиняющая социальные сферы математической логике и законам.

Столкновение этих тенденций неизбежно. И, может быть, одна из важнейших задач современной науки – устранение их возможного противостояния и создание условий и базы для взаимного обогащения и взаимопроникновения.

Целью данной работы является анализ подобного взаимопроникновения, обоснование синтетической теории, объединяющей в себе инженерный и социальный подходы. Основой данного предположения стал перенос теории управления искусственными нейронными сетями на сравнительно новое явление социальной педагогики – сетевое сообщество педагогов.

2.Сетевое сообщество как организационная структура

Организации – пожалуй, самая сложная, разнообразная, изменчивая и, как следствие, наименее изученная из известных в настоящее время «форм жизни».

Разнообразие типов, видов, форм организаций растет непрерывно и ускоренно. Даже наиболее постоянные из известных типов организаций, такие как семья, этнос, государство, претерпевают в последние десятилетия столь значительные изменения, что описывающие их теории часто противоположны.

Изменение организаций, связанных с образовательной деятельностью [3], является прямым следствием их существования в изменяющихся условиях, точнее – необходимостью опережающего формирования и удовлетворения образовательных потребностей общества и личности.

2

Стремительно развивающиеся в последние десятилетия глобальные сетевые (в том числе, виртуальные) организации, объединяющиеся в интернет-сообщества, создающие интернетэкономику и интернет-культуру, то есть – глобальный интернетсоциум, служат ярким примером сказанного [4].

Всвязи с этим, современное общество все более интенсивно использует социальные сети (т.е. сообщества людей, связанных общими интересами, общим делом или имеющих другие причины для общения между собой [6]), существующие в Интернете (использующие специализированные программные сервисы, интернет-сайты и порталы для обеспечения взаимодействия людей в группе или группах).

Стремительному развитию социальных сетей способствовало появление бесплатного, свободно-распространяемого программного обеспечения, позволяющего любому желающему создать собственное интернет-сообщество, простые и понятные правила вступления в существующие сообщества, а также значительное увеличение количества Интернет-пользователей и начало распространения широкополосных сетей как в официальных учреждениях, так и в домашних хозяйствах. В настоящее время механизм социальных сетей успешно используется в бизнесе, в политике, в сфере развлечений и т.д., приводя к формированию устойчивых сетевых сообществ.

Впоследние годы сетевые сообщества стали появляться в области науки и образования, что дало новый виток в модернизации образования последнего десятилетия. Возникновение научно-образовательных сообществ свидетельствует о том, что многие существующие проблемы не могут быть решены в рамках имеющейся парадигмы управления образовательными ресурсами. Все более необходимой является разработка таких моделей управления, которые позволят рассматривать образовательную систему не как совокупность изолированных групп образовательных учреждений с обособленными, негибкими образовательными программами, а как целостную систему, способную концентрировать ресурсы в интересах удовлетворения разнообразных образовательных потребностей населения, с

3

одной стороны, и обеспечивать развитие экономики и социальной сферы своей территории – с другой [5].

При этом надо констатировать тот факт, что количество сетевых сообществ, объединяющих представителей педагогической общественности, еще недостаточно велико для того, чтобы можно было считать эту практику устойчивой. Также вызывает опасение то, что значительная часть педагогических работников, обладающих навыками использования компьютеров в профессиональных целях, нуждается в специальных мероприятиях (курсовой подготовке, семинарах и т.д.) по освоению новых инструментов, цифровых образовательных ресурсов и средств, появляющихся в образовательных учреждениях. Это говорит, с одной стороны, о несовершенстве существующих программ повышения квалификации, не ориентирующих слушателей на самообразование в данной области, с другой стороны, об отсутствии механизма, который позволил бы получать консультационную поддержку и методическую помощь, быть источником учебных материалов, знакомства с опытом коллег.

Развитие и постоянная поддержка профессионального взаимодействия педагогической общественности посредством развития педагогически ориентированных сообществ в сети Интернет (сетевых методических сообществ), очевидно, может помочь в решении сформулированных проблем.

Тем не менее, в теории управления такая форма организации, как интернет-сообщества, оказывается малоизученной. Однако, на наш взгляд, перспективность этого направления в эпоху модернизации системы образования очень высока. Насущной потребностью оказывается интеграция теории управления Интернет-сообществом в современную науку, а решение проблемы организации сетевого методического сообщества приведет к повышению доступности качественного образования для всех участников образовательного процесса [10].

В связи с этим, в работе проанализирована специфика сетевых сообществ в образовании, как организационных систем, а также представлены основные принципы и механизмы управления ими. Для этого с позиций современной теории управления

4

вводится понятие сетевого методического сообщества, дета-

лизируются его состав и структура, определяются объекты управления и перечисляются основные функции и механизмы управления.

Под сетевым методическим сообществом (СMС) мы бу-

дем понимать сообщество учителей-предметников и методистов системы образования, объединённых телекоммуникационной связью.

Согласно модели образовательной системы [4], сетевое методическое сообщество (СМС), как и образовательная система в целом, характеризуется: составом (совокупность элементов),

структурой (связи между элементами), целями и функциями.

Кроме того, подобно любой системе, СМС функционирует в некоторой внешней среде и описывается ограничениями, накладываемыми внешней средой, например, государственными образовательными стандартами, требованием доступности образования и т.д.

Единицей СМС с позиции управления следует считать учи- теля-предметника.

В состав СМС входят: учителя-предметники, сетевые методисты, координатор сетевого сообщества методистов региона, координатор регионального методического центра, куратор методической службы региона [9].

Целью СМС является оказание поддержки профессиональной деятельности учителя.

Основными функциями СМС можно считать:

•предоставление возможности самореализации и самоутверждения через совместную сетевую практическую деятельность,

•организация практической деятельности учителей в сети,

•развитие и реализация творческих способностей участников проектов,

•создание инновационного образовательного пространства,

5

•разработка и реализация механизма мотивации учителей к образовательной сетевой деятельности,

•создание и поддержка новых образовательных инициатив.

Детализировав компоненты методического сообщества, получаем возможность перечислить предметы управления:

•состав участников СМС;

•структура образовательного пространства (в целом, включая СМС, органы управления образованием и инфраструктуру);

•ограничения деятельности СМС (кадровые, финансовые и т.д.);

•ресурсное обеспечение: мотивационное, кадровое, научно-методическое, финансовое, материальнотехническое, нормативно-правовое, информацион-

ное.

Вслед за предметами управления можно выделить общий принцип эффективного функционирования сетевого методиче-

ского сообщества: целью сетевого методического сообщества является оказание поддержки профессиональной деятельности учителя через совместную сетевую практическую деятельность в рамках заданных требований к качеству образования, институциональных ограничений и существующего ресурсного обеспечения в территориальном и уровневом аспектах.

Представленная модель сетевого методического сообщества дает возможность проанализировать работу СМС с точки зрения организации искусственных нейронных сетей.

3.Архитектура искусственных нейронных сетей

Вобщем случае понятие «искусственная нейронная сеть» охватывает ансамбли нейронов любой структуры, однако практическое применение нашли только некоторые из них. Это объясняется тем, что архитектура ИНС непосредственно связана

сметодом ее обучения. Даже различные этапы развития ИНС

6

определялись появлением новых архитектур сетей и специально разработанных для них методов обучения.

Искусственный нейрон является элементарным функциональным модулем, из множества которых строятся ИНС. Он представляет собой, в нашем понимании, отдельно взятую личность сообщества, однако, лишь в смысле осуществляемых ею преобразований, а не способа функционирования. Взаимодействие отдельных членов представляет собой сетевое сообщество.

Функционалом отдельного члена сообщества (формального нейрона) можно считать (рис.1):

1.Накопление данных (адаптивный сумматор).

2.Анализ (функция активации).

3.Передача опыта другим членам сообщества (точка ветвления).

Рисунок 1. Формальный нейрон

Из отдельных личностей сообщества можно составлять объединения по различным направлениям, которые в свою очередь можно связывать в многослойные сетевые сообщества

(рис.2).

7

Рисунок 2. Искусственная нейронная сеть

Учителя-предметники изучают некоторые методы обучения - х, анализируют их и сообщают сетевым методистам о своих доводах. Далее срабатывает следующий слой вплоть до выходного, который выдает результаты для куратора методической службы региона. Каждый вывод нейронов любого слоя подается на вход всех нейронов следующего слоя. Число нейронов в слое может быть любым, однако за результат на выходном слое отвечает Управление образования региона [9].

4. Обучение искусственных нейронных сетей

Одной из идей обучения ИНС выступает предположение о том, что изначально нейронная сеть никакими знаниями не обладает.

Исходя из положения Болонской конвенции, которую РФ подписала в 2003 году, бакалавриат дает законченное высшее образование, и выпускник с дипломом бакалавра может претендовать на штатные должности, для которых, согласно существующей нормативно-правовой базе, предусмотрено законченное высшее образование. Однако, согласно этой конвенции, только магистрант ориентируется на научно-исследовательскую и/или преподавательскую работу. А, соответственно, только выпуск-

8

ник магистратуры будет иметь более полное представление о методах обучения.

Более того, реформа российского образования предполагает отказ от подготовки учителей-предметников. По словам главы государства, педагогические вузы будут постепенно преобразованы либо в базовые центры подготовки учителей, либо в факультеты классических университетов. К преподаванию в школах планируется привлекать высококвалифицированных специалистов, способных обеспечить более качественное профильное образование для старшеклассников, даже если они не имеют педагогического образования.

Следовательно, можем предположить, что организуемое сетевое сообщество изначально никакими знаниями в области методологии обучения не владеет, что соответствует общей теории ИНС.

Всвязи с этим, можем сопоставить понятия «обучение» ИНС и «обучение» сетевого сообщества.

Врамках нашего исследования под «обучением» мы будем понимать процесс повышения квалификации учителей региона.

ИНС могут обучаться, то есть улучшать свою работу под воздействием окружающей среды, изменяющей ее параметры. Существует множество определений термина «обучение», однако применительно к ИНС наиболее подходит следующее, данное Менделем и Маклареном: обучение - это процесс, при котором свободные параметры нейронной сети адаптируются в результате ее непрерывной стимуляции внешним окружением

[7].

Выделяют несколько видов обучения ИНС. Рассмотрим на примере только контролируемое обучение, как наиболее приближенное к реальному образовательному процессу.

Для контролируемого обучения сетевого сообщества, на наш взгляд, необходимо комбинировать алгоритмы для решения задач классификации обучения ИНС с учителем с обучением без учителя. Для этого, например, возможно использовать одну из версий нейронных сетей Кохонена — cети векторного квантова-

9

ния, обучаемые с «учителем», который наблюдает реакцию сети

инаправляет изменения ее параметров.

Вэтом случае, решается задача классификации, в которой имеется множество объектов (методов обучения), разделённых некоторым образом на классы (педагогические технологии) и имеющие определённый вектор (методологию обучения). Задано конечное множество объектов, для которых известно, к каким классам они относятся. Это множество называется выборкой. Требуется построить алгоритм [8], способный классифицировать произвольный объект из исходного множества.

Число классов может быть любым. Изложим алгоритм для двух классов, A и B. Исходно для обучения системы поступают данные, класс которых известен.

Задача: найти для класса A некоторое количество kA кодовых векторов WjA, а для класса B некоторое (возможно другое) количество kB кодовых векторов WiB таким образом, чтобы итоговая сеть Кохонена с kA + kB кодовыми векторами WjA, WiB (объединяем оба семейства) осуществляла классификацию по следующему решающему правилу:

если для вектора входных сигналов x ближайший кодовый

вектор («победитель», который в слое Кохонена «забирает всё») принадлежит семейству {WjA}, то x принадлежит классу A; если же ближайший к x кодовый вектор принадлежит семейству {WiB}, то x принадлежит классу B.

С каждым кодовым вектором объединённого семейства

{WjA}U{WiB} связан многогранник Вороного-Дирихле. Обозначим эти многогранники VjA, ViB соответственно. Класс A пространстве сигналов, согласно решающему правилу, соответству-

ет объединению UjVjA, а класс B соответствует объединению UiViB. Геометрия таких объединений многогранников может быть весьма сложной (рис 3).

10