4.6. Исследование образовательных систем с позиции самоорганизации

Исследуем систему образования (школа, техникум, вуз) СО с позиции теории самоорганизации сложных упорядоченных систем, применив так называемый синергетический подход.

Во-первых, СО следует относить к классу нелинейных систем, так как нелинейными являются такие, в которых хотя бы в одном звене нарушается линейность статистической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики звена. Нелинейные системы способны качественно изменять свое поведение при количественном изменении воздействия. Такой подход к рассмотрению управления сложными системами не является классическим.

Классический, традиционный подход к управлению сложными системами основывался на представлении, согласно которому результат внешнего управляющего воздействия есть линейное, предсказуемое следствие приложенных усилий, что соответствует схеме: управляющее воздействие – желаемый результат. Чем больше вкладываешь энергии, тем больше отдача. Однако на практике многие усилия оказываются тщетными или даже приносят вред, если они противостоят собственным тенденциям саморазвития сложноорганизованных систем. Один из господствующих по сей день мифов линейного мышления – это представление о том, что процессы бурного роста (возрастание народонаселения земного шара, рост знания, «экономическое чудо») происходят по экспоненте. На самом деле, большинство процессов лавинообразного роста происходит не по экспоненте, а в так называемом режиме с обострением, когда рассматриваемые величины хотя бы часть времени изменяются по закону неограниченного возрастания за конечное время. При этом становится очевидным, что сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути их развития. Скорее, необходимо понять, способствовать их собственным тенденциям развития выводу системы на эти пути. Проблема управляемого развития принимает, таким образом, форму проблемы самоуправляемого развития. Это один из постулатов синергетического подхода к управлению сложными упорядоченными системами.

Во-вторых, СО в нашей стране возникла как реакция на кризис в образовании, который характеризуется снижением качества образования, нарастанием разрыва между образованием и культурой, образованием и наукой, отчуждением обучающихся от процесса образования, выпуском специалистов по ряду специальностей, количество которых значительно превышает спрос на рынке труда. Таким образом, налицо так называемый хаос. Это второй постулат синергетического подхода, который демонстрирует нам, каким образом и почему хаос может выступать в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции и как из хаоса собственными силами может развиться новая организация. Хаотическое состояние содержит в себе неопределенность, вероятность и случайность, которые описываются при помощи понятий информации и энтропии. Через хаос осуществляется связь разных уровней организации. В соответствующие моменты (моменты неустойчивости) малые возмущения, флуктуации могут разрастаться в макроструктуры. Из этого общего представления следует, в частности, что усилия, действия отдельного человека не бесплодны, они отнюдь не всегда полностью растворены, нивелированы в общем движении социума. В особых состояниях неустойчивости социальной среды действия каждого отдельного индивидуума могут влиять на макросоциальные процессы.

Внутреннее производство энтропии за единицу времени в единице объема в открытых системах Пригожин И.Р. назвал функцией диссипации, а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, названы диссипативными. Поэтому, для описания процессов, происходящих в образовательных системах необходимо ввести понятие «образовательной» энтропии, которая так же, как и энтропия термодинамическая, отражала бы функцию состояния системы. Изменение энтропии не зависит от вида процесса, а определяется только начальными и конечными состояниями системы. Для образовательных систем можно ввести меру изменения «образовательной» энтропии:

Δ S_об = Δ G/Ф, (4.1)

где G – мера убыточности образовательной системы (обратная величина прибыли);

Ф – финансы, идущие на образовательный процесс.

Таким образом, система образования является диссипативной системой, а понятие диссипативности связано с понятием открытости системы. С позиции современного естествознания изолированной или замкнутой системой называют такую систему тел, на каждое из которых не действуют внешние силы, а система открытого образования – это система, которая в реальном режиме времени обменивается энергией, веществом и информацией с внешней средой, т.е. с обществом [17].

Естественно, различие в формах обучения требует разнообразия в технологиях передачи знаний обучающемуся контингенту. При выборе технологии передачи знаний должны учитываться многие факторы: «учебная дисциплина», ее требования к усвоению («знать», «уметь», «понимать»), сочетание «учебных дисциплин» и т.д. Следовательно, анализ и синтез любой образовательной системы необходимо осуществлять или с функциональных или с временных позиций. В первом случае выделяется одна или несколько функциональных переменных, остальные фиксируются, но изучается поведение выделенной группы. Во втором – сравниваются в определенных интервалах времени некоторые описательные характеристики и делается вывод об их тенденциях.

В отличие от «чисто» функционального подхода структурно-функциональный подход дает возможность интегрировать разнообразные внутренние и внешние факторы по отношению к изучаемой системе. Этот логический по своей сути подход следует применять при анализе и синтезе образовательного процесса, ибо кооперация (сочетание) различных «учебных дисциплин» в целях формирования в конкретном направлении специалистов, отвечающих все возрастающим экономическим требованиям современного общества, необходимо рассматривать как органическое целое.

Таким образом, СО являются диссипативными системами, и, следовательно, открытыми. Для возникновения диссипативных структур необходимо соблюдение определенных условий:

• Они могут образовываться только в открытых системах. В них возможен приток энергии, компенсирующий потери и обеспечивающий существование упорядоченных состояний. Благодаря этому, наряду с производством энтропии, существует поток «отрицательной энтропии» извне. И здесь необходимо отметить одно из основных свойств сложных самоорганизующихся систем – это ускоренное производство энтропии, т.е. при возникновении новой упорядоченной структуры скорость производства энтропии в занимаемой ею области пространства скачкообразно возрастает.

• Диссипативные структуры возникают в макроскопических системах, т.е. в системах, состоящих из большого числа элементов. Упорядоченное движение в таких системах всегда носит кооперативный характер, так как в него вовлекается большое число объектов.

• Диссипативные структуры возникают лишь в системах, описываемых нелинейными уравнениями. Нелинейность является важной и общей чертой процессов, происходящих вдали от равновесия. Самоорганизация не связана с каким-либо особым классов веществ. Она существует лишь при особых внутренних и внешних условиях системы и окружающей среды. Диссипативные структуры являются устойчивыми (стационарными) образованиями. Однако их устойчивость определяется устойчивостью источников энергии и зависит от времени их существования.

• Если в результате самоорганизации возникает несколько конкурирующих диссипативных структур, то, в конечном счете, выживает та из них, которая производит энтропию с наибольшей скоростью. Таким образом, зная энтропию системы образования (для чего, собственно, и была сделана попытка введения «образовательной» энтропии), можно определить скорость ее изменения, что даст возможность оценить с наибольшей долей вероятности живучесть возникшей сложной самоорганизующей системы, т.е. системы образования.

• Система должна быть крайне неравновесной в условиях, когда возможны возникновения неоднородностей, что и наблюдалось в последние годы для всей системы традиционного образования в России.

• Возникновение новых упорядоченных структур, как правило, происходит по бифуркационному сценарию. В момент кризиса в образовании может быть точка бифуркации, из которой возможно два и более путей развития. Путей эволюции (стратегий развития) много, но с выбором пути в точках разветвления (точках бифуркации), т.е. на определенных стадиях эволюции, проявляет себя некая предопределенность развертывания процессов. Настоящее состояние системы определяется не только ее прошлым, но строится, формируется будущим состоянием, в соответствии с наступающим порядком.

Отличительными особенностями описанных выше структур являются:

• их когерентность (взаимосвязанность): они ведут себя как единое целое;

• происходящие в системе отклонения вместо того, чтобы затухать, могут усиливаться, и система эволюционирует в направлении «спонтанной» самоорганизации;

• хаос является конструктивным механизмом самоорганизации сложных систем, так как рождение нового связано с нарушением привычной системы упорядоченности;

• способность «запоминать» начальные условия своего формирования и, проходя через точки бифуркации, «выбирать» одно из нескольких направлений дальнейшей эволюции;

• эволюция содержит как детерминистические, так и стохастические элементы, представляя собой смесь необходимости и случайности;

• неравновесность как исходное состояние представляет собой источник самодвижения системы;

• время является внутренней характеристикой системы, выражающей необратимость процессов в данной системе.

С точки зрения синергетического подхода развитие инновационных образовательных технологий в образовательной структуре нельзя рассматривать автономно, в отрыве от существующих традиционных форм обучения, от научно-технического и экономического уровня региона. ИОТ целесообразно исследовать как одно из перспективных направлений развития традиционных технологий. В этом случае, главным параметром вектора развития образовательных систем предлагается рассматривать экономический аспект, который в работе играет роль источника «энергии» системы. На рисунке представлена многоконтурная система управления образовательным процессом в динамике с так называемой самонастройкой по качеству.

Рис. 4.1. Система управления образовательным процессом

Рассматриваемая на входе системы «энергия» представляет наличные ресурсы (материальные, людские и финансы: денежные средства, получаемые за обучение). Для исследования поведения системы во времени в блоках выделены экономические параметры (1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2). Исследуем общее функционирование системы по блокам.

На вход системы управления поступают параметры, характеризующие все планируемые направления учебного процесса (специальности и уровни подготовки, количество студентов, результаты вступительных испытаний, параметры и качество обучения, сроки обучения, образовательные стандарты) и экономические показатели (плановая прибыль, стоимость обучения и др.).

Все входные параметры из блока 1 поступают в блок 2, где происходит детализация входных параметров. Этот блок состоит из организационной структуры образовательного процесса и материально-технических средств, определяющих экономическое воздействие на образовательный процесс. В блоке 2 формируются управляющие воздействия для блока 3 – объекта управления, который представляет собой реально действующий образовательный процесс.

В нем осуществляются функции группового и индивидуального образовательного процесса по всем предметам, контроль знаний, проведение практических и лабораторных работ, написание и защита дипломных проектов.

Функционированием блоков 1, 2, 3 завершается основной цикл системы управления, которым полностью описываются традиционные образовательные процессы. На выходе системы – учащиеся или дипломированные специалисты и экономические показатели учебного процесса. Блоки 4, 5, 6 превращают обычную систему управления с традиционным образовательным процессом в систему с обратной связью и с элементами самонастройки, которые характеризуют СОО.

Блок 4, осуществляя сбор и сохранность всей информации об обучении конкретных студентов, деятельности преподавателей, качестве методического материала, позволяет проводить «сравнение» плана с фактом и «улучшать», следовательно, систему. В этом же блоке рекомендуется постоянно отслеживать рынок труда, выявляя конкурентоспособные специальности или отдельные направления, которые могут оказывать прямое воздействие на конкурентоспособность выпускаемых специалистов. Результаты «сравнения», осуществляемые в блоке сравнения, попадают в блок 2, где вырабатываются корректирующие воздействия на объект управления. Это могут быть изменения учебных планов (в связи с изменившимися потребностями на рынке труда), введение новых специальностей или отдельных дисциплин, повышение требований к качеству преподавания, к состоянию информационного обеспечения процесса.

Особое место в предлагаемой системе управления образовательным процессом отводится блоку 5, где должны производиться самонастройка, анализ и оптимизация системы на основе оценки всех параметров качества. Наличие элементов самонастройки, коррекции в учебном процессе позволяют максимально развивать индивидуальные формы обучения, применять формы дистанционного образования.

Таким образом, систему управления образовательным процессом можно рассматривать как систему с двумя замкнутыми контурами регулирования.

Первый контур – обычный, характерный для замкнутых систем управления, в которых существует отрицательная обратная связь. Отрицательная обратная связь необходима для получения требуемых параметров на выходе системы, что задается блоком входящих параметров. Обратная связь осуществляет подачу выходных параметров на блок сравнения, в котором сравниваются входные и выходные параметры и по результатам сравнения вырабатывается сигнал управления для блока управления – регулирования и коррекции, причем этот сигнал управления ведет к снижению отклонения выходных параметров от входных. Этому контуру соответствует структурная схема: блок 1 – блок 2 – блок 3 – блок 4.

Второй контур – блок самонастройки. Здесь задача повышения качества обучаемых студентов решается не путем изменения параметров блока управления (регулятора), а путем изменения самой структуры регулятора. Как правило, в самоорганизующуюся систему закладывается тот или иной определенный критерий качества работы системы (в данном случае – качество выпускаемых специалистов) для внешних условий работы системы. Система сама выбирает такую структуру, при которой удовлетворяется заданный критерий качества работы всей системы. Это делается путем подключения или отключения различных звеньев в блоке управления в некоторой логической последовательности с фиксированием более удачных структур. Этому контуру соответствует структурная схема: блок 2 – блок 3 – блок 5 – блок 6.

В работе особое значение придается блоку самонастройки. Здесь задача повышения качества обучаемых студентов решается не путем изменения параметров регулятора (блока управления), имеющего определенную структуру, а путем изменения самой структуры регулятора. Говоря о самонастройке структуры или, что аналогично, о самоорганизации, необходимо подчеркнуть, что имеется в виду структуры по параметрам, не заданным ранее.

Как правило, в самоорганизующуюся систему закладывается тот или иной определенный критерий качества работы системы (в данном случае – качество выпускаемых специалистов) для внешних условий работы системы. Система сама выбирает такую структуру, при которой удовлетворяется заданный критерий качества работы всей системы. Это делается путем подключения или отключения различных звеньев в блоке управления в некоторой логической последовательности с фиксированием (запоминанием) более удачных структур.

В самоорганизующейся системе должен быть анализатор или оптимизатор качества. Анализатор включается, когда нужно обеспечить просто заданное в определенных пределах качество. В качестве анализатора может применяться, в частности, математическая эталонная модель специалиста с желаемыми профессиональными качествами. Оптимизатор предназначается для отыскания и осуществления максимально возможного в данной системе (при данных реальных условиях ее работы) качества.

Очевидно, что при прочих равных условиях самоорганизация поиск оптимальной структуры системы по результатам анализатора или оптимизатора является процессом более сложным и более длительным, чем самонастройка параметров блока управления. Поэтому речь может идти об объектах, работающих в более или менее стационарных условиях.

Рассмотренные два контура системы являются как бы начальными этапами развития образовательного процесса. Этапы развития образовательной системы, совершенствование всех ее традиционных направлений и создание на их основе ИОТ приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Основные этапы управления образовательным процессом

Этапы	Описание
1.1, 2.1, 3.1, 6	Соответствует образовательному процессу при организации или при наличии ограничений по ресурсам
1.1, 2.1, 3, 4.1, 6, 5.1	Незначительное накопление денежных средств. Сбор информации в блоке самонастройки по всем направлениям учебного процесса и анализ в блоке обратной связи, измерение параметров рынка труда
1, 2.1, 3, 4, 6, 5.1	Развитие и полноценное функционирование образовательного процесса преимущественно в традиционных формах. Максимальное использование всех имеющихся ресурсов. Нормальный баланс между доходами и расходами. Накопление средств. Начальное внедрение СОО
1, 2, 3, 4, 5, 6	Этап полноценного функционирования системы управления образовательным процессом. Развитие всех традиционных форм образовательного процесса в полном объеме. Расширение границ ИОТ. При стабильной государственной политической и экономической ситуации циклическое функционирование системы управления образовательным процессом и его развитием, накопление средств и экономическое воздействие на дальнейшее расширение образовательных систем (2.2)

Как видно из таблицы, ресурсы в полном объеме будут образовываться в системе только после полноценного этапного функционирования системы (постоянной работы блоков 5-самонастройки, 4-обратной связи и 2.2), которое является результатом экономического развития всей системы и состоит из постепенно образуемой региональной сети, современных технических средств дистанционного образования и др.

Таким образом, преимущество предлагаемого подхода к анализу и синтезу системы образовательных услуг, прежде всего, в гибкости, модульности построения функционально-предметной информационной области, а это, в свою очередь, напрямую зависит от «энергии», которая должна поступать на орган управления в виде достаточных финансовых ресурсов и инвестиций.