Классификация моделей в педагогике

Сапронов Виталий Александрович старший преподаватель, кафедра педагогики учебно-научного комплекса психологии служебной деятельности, Московский университет Министерства Внутренних Дел Российской Федерации имени В.Я. КИКОТЯ 143040, Россия, Московская область, г. Голицыно, ул. Советская, 52, корпус 10, кв. 46 Sapronov Vitalii Aleksandrovich Senior Lecturer, Department of Pedagogy of the Educational and Scientific Complex of Psychology of Official Activity, Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation named after V.Ya. KIKOT 52 Sovetskaya str. 10, office 46, Golitsyno, Moscow region, 143040, Russia poligraf-sharikov88@yandex.ru

Введение в проблему

Быстрое развитие научно-технической отрасли, “информатизация” и “цифровизация” общества, выражающаяся в необходимости обработки больших объемов информации, использование возможностей в процессе ее получения, анализа и хранения автоматизированных технических средств и специализированного программного обеспечения, предъявляет возросшие требования к технической грамотности специалистов в области управления, стимулируют проведение мероприятий по оптимизации образовательного процесса в вузах с целью повышения его эффективности.

Предваряет качественные изменения в обучении и воспитании подготовительный этап, включающий в себя анализ ситуации, поиск вариантов решения задачи и формирование замысла предстоящих изменений, реализуемый в виде модели. При построении модели исследуемого процесса у исследователей могут возникнуть вопросы: “какой должна быть модель и какими свойствами обладать?”, “какую информацию в себе нести и в каком виде отображаться?”, “как охарактеризовать предложенную модель, не раскрывая ее содержания и особенностей?”, “нужна ли вообще модель при изучении педагогического процесса или можно обойтись без нее?”. Попытаемся разобраться в этих вопросах и ответить на них.

Краткий обзор исследований

В необходимости предварительного исследования свойств процесса (объекта, системы) именно на модели нас убеждают Ф.И. Перегудов и Ф.П. Тарасенко: “Важнейшим организующим элементом профессиональной деятельности является цель–образ желаемого будущего, т.е. модель состояния, на реализацию которого и направлена деятельность. Моделирование является обязательным, неизбежным действием во всякой целесообразной деятельности, пронизывает и организует ее, представляет собой не часть, а аспект этой деятельности” ^{[8, С. 36]}; разъясняют их значимость Ю.В. Курносов и П.Ю. Конотопов: “Модели используются в качестве систем, замещающих заданные фрагменты реальности – на них проводятся вычислительные и логические операции, выражающие выявленные на предшествующих этапах отношения и зависимости, определяются значения критериев выбора, обеспечивающие возможность сопоставления альтернативных стратегий” ^{[5, С. 140]}.

Размышления над требованиями, предъявляемыми к разрабатываемой модели, привели к пониманию того, что модель должна быть:

- адекватной целям и условиям функционирования;

- эффективней действующей модели фрагмента реальности;

- адаптационно мобильной, гибкой, с эффективными обратными связями.

Классифицировать модели будет проще, если сузить область поиска и рассматривать только те, которые целесообразно применять в педагогике при оценке эффективности образовательного процесса, отраженной в:

- уровне сформированности личностных качеств обучающихся, их знаний, умений, навыков (компетенций);

- применении новейших технологий и методик обучения, возможностей современных средств обучения, телекоммуникации и связи;

- непрерывном профессиональном совершенствовании педагогических работников;

- оценке эффективности вспомогательных систем сопровождения педагогического процесса (мониторинга и контроля за деятельностью педагогов, управления качеством образования и т.д.).

В процессе поиска “истинной” классификации моделей важно избежать повторных “открытий”, ошибочных толкований и определений, подмены устоявшихся понятий “авторскими”. В работе использованы субъективно нейтральные, без явной специфики деятельности, но максимально точные и исчерпывающие толкования. Способствует формированию материала анализ научных работ, посвященных моделям и моделированию в педагогике.

“Модель – это некоторая промежуточная вспомогательная система (естественная или искусственная, материальная или абстрактная), обладающая следующими основными свойствами:

- пребывает в объективном соответствии с познаваемым (изучаемым) объектом;

- замещает в определенном отношении данный объект;

- дает при этом информацию об объекте, получаемую на основе исследования данной модели и соответствующих правил перехода модель – объект (прототип)” ^{[5, С. 144]}.

“Модель – это совокупность логических, математических или иных объектов, связей и соотношений, отображающих с необходимой или предельно достижимой степенью подобия некоторый фрагмент реальности, подлежащий изучению, а также описание всех существенных свойств моделируемого объекта” ^{[7, С. 360]}.

“Модель есть отображение: целевое; абстрактное или реальное, статическое или динамическое; ингерентное; конечное, упрощенное, приближенное; имеющее наряду с безусловно-истинным условно-истинное и ложное содержание; проявляющееся и развивающееся в процессе его создания и практического использования” ^{[8, С. 62]}.

“Модель есть системное отображение оригинала” ^{[8, С. 62]}.

Предложенные авторами формулировки в совокупности дают четкое представление о объекте рассуждений, исчерпывающи по содержанию и избавляют от необходимости их уточнять или предлагать свой вариант.

Для понимания сути классификации моделей, формирования и обоснования своей точки зрения, обратимся к научным трудам педагогов-исследователей, посвященные данной теме.

А.М. Новиков и Д.А. Новиков предлагают рассмотреть типологию моделей, построенную по следующим принципам:

- соответствия свойствам исследуемого объекта (модели физические, функциональные, динамические, топологические и иные);

- особенности реализации (модели теоретические, натурные, полунатурные, имитационные) (рисунок 1).

В процессе разработки модели фрагмента реальности необходимо четкое понимание ее назначения – формирование характеристик модели осуществляется в соответствии с целями моделирования с выражением специфики в виде детальной реализации необходимых функций. Структурное построение, содержание и операциональная составляющая модели, ее визуализация и степень формализации в совокупности с индивидуальными, отражающими особенности применения модели, свойствами, должны соответствовать определенным нормам или правилам построения моделей, быть адаптированы для комфортной и эффективной работы с ней специалиста-человека или специализированного тандема – оператора и автоматизированной системы.

1. Функции модели:

- дескриптивная функция, позволяющая за счет абстрагирования от внешних воздействий описать и объяснить с допустимыми упрощениями наблюдаемые явления и процессы, ответить на вопрос “почему происходит именно так?”;

- прогностическая функция, реализуемая для предсказания будущих свойств и условий эффективного функционирования моделируемых объектов, процессов, систем, отвечает на вопрос “что будет, если …?”;

- нормативная (регулирующая) функция, задающая конечный результат моделирования и допустимые рамки коррекции изучаемого фрагмента реальности или самой реальности для достижения необходимого результата. При условии грамотной реализации функции можем получить ответ на вопрос “как должно быть?” (рисунок 2).

2. Требования к свойствам модели:

- ингерентность. Характеризует необходимую и достаточную степень согласованности создаваемой модели со средой, в которой ей предстоит функционировать. Модель должна иметь механизм взаимосвязей с данной средой (условиями функционирования), позволяющий оценить характер и динамику воздействий на исследуемый фрагмент реальности, проверить адекватность поведения его модели в оговоренных условиях и, при необходимости, внести изменения либо в модель, либо в оговоренные условия;

- простота. Модель в педагогике, как правило, разрабатывается под конкретные цели и задачи, для описания функционирования объекта или процесса в определенных условиях. Учесть всю вариативность реальных ситуаций и пытаться реализовать в модели исследуемого педагогического процесса универсальный функционал, подходящий под “все случаи жизни” крайне сложно, ресурсозатратно и в целом нецелесообразно (если речь не идет о моделировании системы с искусственным интеллектом или виртуальной средой обучения). Степень простоты модели определяет человеческий фактор: важна простота восприятия заказчиком описательной и операциональной составляющих модели, ее функциональная гибкость, однозначная и понятная реакция на внешние воздействия, а также удобство получения и обработки результатов исследований фрагмента реальности;

- адекватность. Если модель достаточно полна, точна и истинна, то она считается адекватной. Достаточно не вообще, а именно в той мере, которая позволяет достичь поставленной цели ^{[6, С. 198]}.

Альтернативен мнению большинства изыскателей подход к классификации моделей Ю.М. Плотинского, основанный на их различении по последовательности и периодизации построения (рисунок 3). Автор предположил, что жизненный цикл модели и, соответственно, первый этап моделирования, начинается в ходе наблюдения за объектом, когда человек формирует в голове некий мысленный образ – когнитивную модель данного объекта. В процессе формирования модели исследователь ставит перед собой вполне определенные, наиболее актуальные для него в тот момент вопросы, на которые и будет стремится получить ответы, а знания, приобретенные попутно, останутся незамеченными и восприняты им не будут, поэтому на этапе мысленного формирования модели от бесконечно сложной реальности преднамеренно отсекается все ненужное с целью получения более компактного и лаконичного описания объекта ^{[9, С. 88]}.

Следующий этап моделирования – визуализация сформированного мысленного образа. Для сбора и анализа информации о функционировании объекта, выявления взаимосвязей с внешней средой и другими объектами, когнитивная модель из мысленного образа в виде текста, специальных знаков, рисунков, схем и т.д. переносится на носитель информации в качестве содержательной модели.

Содержательную модель, при разработке которой используются теоретические концепты, конструкты или точки зрения данной предметной области знания, Ю.М. Плотинский предлагает называть концептуальной моделью. Концептуальные модели воплощаются либо в чисто вербальной форме, либо в смешанном вербально-визуальном представлении и в зависимости от функциональных особенностей делятся на логико-семантические, структурно-функциональные и причинно-следственные. Элементами логико-семантической модели в данном случае являются все утверждения и факты, включенные в вербальное описание объекта (визуализируются модели в виде формального описания системы концептов, характерных для области знаний); структурно-функциональные модели рассматривают объект как систему, включающую функциональные компоненты, элементы и подсистемы, связанные между собой структурными отношениями, описывающими взаимозависимость и подчиненность объектов, логическую и временную последовательность процессов их взаимодействия (визуализируются в виде схем, алгоритмов, диаграмм и т.д.); причинно-следственные модели используются для объяснения и прогнозирования поведения объекта, ориентированы на описание динамики исследуемых процессов, при этом взаимодействующие процессы могут быть разнесены во времени друг относительно друга (представлены в основном в вербальном виде).

Под третьим этапом моделирования понимается создание формальной модели, которая дает возможность постичь сущность исследуемых явлений, процессов, выявить и подтвердить предполагаемые взаимосвязи и закономерности. Использование формальных средств анализа позволит получить максимально точные данные о модели, получить новые, неочевидные результаты, уточнить ранее сформированные содержательную и когнитивную модели. Формализация модели осуществляется применением математического описательного аппарата (математические модели) или с помощью специализированного программного обеспечения (компьютерные модели).

А.И. Пономарева и А.В. Суворова систематизировали представления об отличительных свойствах различных моделей замещения фрагментов реальности и предложили упрощенную схему типологии моделей (рисунок 4).

Авторы отмечают, что различия между типами моделей имеют определенную степень условности: каждая конкретная модель, характеризующая реальный объект или направления его изменения, может быть комплексной и объединять в себе различные форматы представления тех взаимосвязей и тенденций, которые субъект моделирования считает необходимым отобразить с ее помощью. Сложную систему зачастую невозможно описать с помощью моделей только одного типа, более того, может возникнуть потребность в формировании целого набора моделей (в том числе относящихся к различным группам, выделяемым в рамках предложенной типологии), каждая из которых описывает только один из элементов системы ^{[11, с. 233]}.

Ф.И. Перегудов и Ф.П. Тарасенко акцентируют наше внимание на важности моделей в организации любой деятельности человека и упоминают об отсутствии единого, пригодного для всех случаев, алгоритма работы с моделями, ссылаясь на специфику моделирования:

- модель функционирует в культурной среде, и конкретное окружение каждой модели может настолько отличаться, что опыт работы с моделью не может без изменений переноситься на другую;

- требования, предъявляемые к модели, противоречивы: полнота модели противоречит ее простоте, точность модели – ее размерности, эффективность – затратам на реализацию. Многое в модели зависит от того, какой именно компромисс выбран между этими противоречащими критериями;

- с самого начала невозможно предусмотреть все детали того, что произойдет в будущем с любой моделью. Моделирование призвано устранить неопределенность, но существует неопределенность в том, что именно надо устранять. Начальные цели впоследствии могут оказаться неполными ^{[8, С. 56]}.

Авторы не приводят единой типологии или классификации моделей, а различают их по признакам:

- по направленности основных потоков информации, циркулирующих между субъектом и окружающим его миром – на познавательные и прагматические;

- по способу воплощения – на абстрактные (идеальные) и материальные (вещественные);

- по отображению изменения состояния фрагмента реальности – на статические и динамические;

- по сходству модели с оригиналом – на модели прямого, косвенного и условного подобия (рисунок 5).

Суть исследований в педагогике, в большинстве своем, заключаются в поиске и анализе противоречий между желаемым и действительным, выдвижении и проверке гипотез о предполагаемых формах и методах разрешения противоречий с целью повышения эффективности функционирования объекта, процесса, системы.

Ю.В. Курносов, П.Ю. Конотопов классифицируют модели по уровню формализации и поэтапного продвижения в иерархии знаний об исследуемом фрагменте реальности, и относят гипотезу – предвестник пути к получению новых знаний – к начальному уровню иерархии, которому соответствуют вербальные (понятийные) модели (рисунок 6). Исходя из этого можно предположить, что в педагогике основным типом разрабатываемых моделей являются именно вербальные, что объясняется вполне понятными причинами:

- формализм вербальной модели легко воспринимается широким классом потребителей;

- синтез вербальной модели может быть осуществлен и специалистом, не обладающим специальными навыками в области построения формальных моделей;

- вербальные модели обладают наивысшей выразительной способностью и часто используются как инструмент интеграции формальных моделей и результатов их применения.

При этом вербальная модель – это не обязательно исключительно текстовый документ, она может содержать количественные характеристики, элементы структуризации (таблицы, схемы и графики) и т.д. ^{[5, С. 152-154]}.

Дополнительно авторы рекомендуют различать модели по специфическим признакам:

1. Подобию модели фрагментам реального мира (физическому, функциональному, динамическому и топологическому).

2. По степени формализации (модель фрагмента реальности может рассматриваться как совокупность помещенных одна в другую моделей, при этом модель интерпретации, служащая неким интерфейсом между фрагментом реальности и потребителем, представляет собой внешнюю оболочку, а сущностная модель исследуемого объекта заключена внутрь). В данном случае модель интерпретации значима как инструмент формализации знаний об объекте с целью преобразования в вид, пригодный для обработки человеком или программными средствами, а степень формализации знаний будет зависеть от назначения модели.

3. По степени детализации. Детализация модели с одной стороны определяется спецификой задачи, а с другой – спецификой исследуемого фрагмента реальности и зависит от степени влияния сопутствующих факторов:

- назначения модели и цели исследования;

- избирательности исследования (исследуется система или процесс в целом или их отдельные аспекты);

- полноты знаний о фрагменте реальности, подлежащем моделированию;

- условий наблюдаемости (непрерывное, дискретное);

- характеристик среды функционирования исследуемого объекта (процесса) и параметров возмущающих воздействий;

- времени, доступного для синтеза модели и производства вычислений;

- точностных характеристик средств и методов, используемых для сбора и обработки данных, построения и реализации модели ^{[5, С. 144-152]}.

Завершая анализ работ, посвященных моделям и моделированию, отметим, что построить единую типологию моделей сложно, а учесть все классификационные признаки моделей в единой схеме не представляется возможным. Одним из вариантов решения проблемы видится отказ от разработки единой типологии моделей в пользу многоуровневой описательной классификации по основным признакам (таблица 1).

Результаты работы и их обсуждение

Поводом к написанию статьи явилась потребность охарактеризовать разработанную модель формирования личностных качеств у обучающихся, используя в качестве основы общепринятую классификацию моделей. Поиски единой общепринятой классификации успехом не увенчались, но подтолкнули к проведению анализа и обобщению имеющейся по данной проблематике информации, нашедшей отражение в предлагаемом варианте классификации. В этом качестве видится довольно жизнеспособной его версия, выполненная по принципу универсального десятичного классификатора и объединяющая модели в группы по специфическим признакам с сопутствующим понятийным аппаратом, приведенным для понимания особенностей каждого типа модели. Подобная форма представления позволяет вводить, менять и дополнять классификационные категории в соответствии с решаемыми задачами и спецификой деятельности.

Table 1 – Classification of mofels in pedagogy

В качестве примера применения данной классификации дадим характеристику модели педагогического процесса, представленную в работе “Формирование профессионально важных качеств у обучающихся вузов гуманитарного профиля средствами обучения технических дисциплин” двумя способами:

1. Словесным:

- по отношению к оригиналу в процессе деятельности – познавательная;

- по способу воплощения – идеальная, описательная;

- по форме представления (степени формализации) – вербальная;

- по отражению состояния моделируемого объекта – статическая.

2. Цифровым кодом: 11.211.31.41.

Таким образом модель получает характеристику: “познавательная, идеальная, описательная, вербальная, статическая модель педагогического процесса” или “модель педагогического процесса 11.211.31.41”.

Упоминаются в работах, но по причине функционального сходства с другими моделями (или скорее явного отсутствия оригинальности), наличия спорных моментов в вопросах применения в педагогике, не нашли отражение в предложенном классификаторе следующие типы моделей:

Аналоговая модель – выполненная по аналогии (подобию) с чем-либо. Любая модель есть аналог и определяется как системное отображение оригинала, являющееся аналогом рассматриваемого процесса (объекта). Аналогичность или схожесть с оригиналом в классификаторе охарактеризовано термином “подобие”, имеющем градации схожести: прямого подобия, косвенного подобия и условного подобия.

Иерархическая, сетевая, реляционная модели – модели представления данных, их связей в виде графов или отношений, поддерживаемые системами управления базами данных. Применение для описания объектов (субъектов) в педагогике, процессов обучения и воспитания в образовательных организациях видится сомнительным.

Масштабная модель – особенность реализации материальной модели какого-либо объекта. В образовательном процессе применима в качестве средства обучения.

Натурная, полунатурная, квазинатурная модели – разновидности материальных моделей, в моделировании характеризуются разной степенью задействования исследуемых реальных объектов. Как правило, применяются при моделировании физических процессов и определении возможностей действующей аппаратуры с применением устройств-имитаторов (заместителей) и специализированного программного обеспечения. Характеризовать подобным образом модель педагогического процесса, как открытую систему, затруднительно из-за структурной сложности, динамичности и обилия прямых, косвенных и обратных меж объектных связей оригинала.

Опытная модель – это уменьшенная или увеличенная копия проектируемого объекта, изготовленная с целью определения его свойств. Относится к материальным моделям, в образовательном процессе применима при проведении исследований в качестве средства обучения.

Педагогическая модель – общая характеристика модели по области применения, не раскрывает особенностей построения и свойств модели, не обладает классификационными признаками.

Содержательная, структурная и функциональная модели – условное деление моделей по предмету моделирования: содержанию педагогического объекта, его структуре и педагогически значимым функциям соответственно. Модель педагогического процесса (объекта) априори имеет структуру, содержание и предполагает его функционирование, поэтому модели в предлагаемой классификации будут иметь лишь смысловой акцент в описании и отображении.

Учебная модель – модель процесса или объекта, используемая в образовательных целях для работы с ней обучающихся. Данные модели целесообразно отнести к средствам обучения, а не к средствам моделирования.

Факторная модель – модель, содержащая два основных понятия факторного анализа: фактор (скрытую переменную) и нагрузку (корреляцию между исходной переменной и фактором). Факторы должны быть независимыми и однозначными, непосредственно воздействовать на параметр оптимизации, определяться операционально. Применяется для определения взаимосвязей между переменными и сокращения числа переменных необходимых для описания данных.

Формальная модель – общее название формализованных моделей,является результатом эволюции знаний о системе, формализацией (организацией, упорядочиванием) сведений об изучаемом объекте, обеспечивает прогнозируемую точность и высокую объективность результатов исследования. К формальным моделям относят математические (аналитические, статистические), логико-лингвистические (логические, семиотические) и прочие модели.

Хроматическая модель – полноцветная модель изображения, выраженная на естественном языке понятий, с фиксированными отношениями между понятиями и отображающая их содержательно-смысловые связи. Модель является визуализированным представлением знаний и находит применение в качестве средства обучения.

Выводы

Моделирование является обязательным, неизбежным процессом во всякой целесообразной деятельности, модели используются в качестве систем, замещающих заданные фрагменты реальности – на них проводятся вычислительные и логические операции, выражающие выявленные на предшествующих этапах отношения и зависимости, определяются значения критериев выбора, обеспечивающие возможность сопоставления альтернативных стратегий.

Моделирование в педагогике ориентировано на модели-цели, модели-идеалы, к которым стремится педагогическая практика. Такая операционально заданная (смоделированная) цель нуждается в системе управляющего воздействия и корректировке промежуточных результатов. Для этого строят модели-срезы педагогической действительности, которые дают возможность определить динамику результатов образовательного процесса и помогают выработке корректирующих решений. При исследовании эффективности педагогического процесса как открытой системы, такого рода контролирующие и корректирующие мероприятия особенно важны, как и важна корректная формализация моделируемой реальности.

Модель, характеризующая реальный объект или направления его изменения, может быть комплексной и объединять в себе различные форматы представления тех взаимосвязей и тенденций, которые субъект моделирования считает необходимым отобразить с ее помощью. Сложную систему зачастую невозможно описать с помощью моделей только одного типа, более того, может возникнуть потребность в формировании целого набора моделей, каждая из которых описывает только один из элементов системы.

В силу структурной сложности, динамичности, обилия взаимосвязей исследуемых объектов (процессов), отсутствия единого комплексного подхода к классификации моделей и многообразия их характеристик, единую универсальную классификацию моделей, удовлетворяющую запросы всех педагогов-исследователей возможно создать только при условии применения нормативного регулирования (создания единой обоснованно пополняемой базы данных) в данной области знаний.