Опережающая подготовка специалистов с использованием моделирующих комплексов

Министерство образования и науки Российской Федерации
Опережающая подготовка 
специалистов с использованием
моделирующих комплексов

УДК 330
ББК 72
 
О-60
Авторы:
А.А. Александров, Г.И. Джанджгава, К.А. Неусыпин, А.В. Пролетарский
Рецензенты:
д-р пед. наук, профессор  Н.А. Рачковская;
полковник, д-р техн. наук, профессор С.Л. Сторчак
	
 
 
Опережающая подготовка специалистов с использованием 
О-60
моделирующих комплексов  / [А. А. Александров и др.] — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 115, [1] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5219-4
Исследованы составляющие системы опережающего обучения, модернизация системы управления национальным образовательным комплексом, 
развитие общеобразовательных учреждений, применение информационных 
технологий и использование геймификации при подготовке специалистов 
ОПК. Разработана модель подготовки в научно-образовательных центрах 
с использованием исследовательской кабины-тренажера, стендов полунатурного моделирования и систем авионики. Опережающая подготовка проводится  на всех этапах непрерывного обучения «школа — университет — 
дополнительное образование — аспирантура». Большое внимание уделено 
алгоритмам моделирующего комплекса — идентификации и построения 
моделей систем авионики, процессу экспериментальных исследований в 
Инжиниринговом научно-образовательном центре «Авионика».
Для педагогического персонала, студентов и молодых специалистов ОПК.
УДК	330
ББК	 72
© Оформление. Издательство
     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
ISBN 978-5-7038-5219-4

Оглавление
Предисловие.........................................................................................  4
1. Исследование методов и форм реализации 
образовательного процесса.
............................................................  6
2. Перспективы модернизации системы управления
национальным образовательным комплексом.
.............................10
3. Программа развития общеобразовательного учреждения.
..........14
4. Опережающее образование при подготовке 
IT-специалистов...............................................................................19
5. Высокие информационные технологии в образовании...............21
6. Геймификация в опережающем высшем 
профессиональном образовании....................................................26
7. Использование комплекса полунатурного моделирования
в системе опережающей подготовки  специалистов....................35
8. Комплексы полунатурного моделирования..................................38
9. Кабины-тренажеры летательных аппаратов.................................50
10. Методы идентификации и построения моделей..
.......................62
10.1. Идентификация моделей в форме полинома 
Вольтерра..............................................................................69
10.2. Идентификация методом разложения функционалов
Винера..
..................................................................................74
10.3. Искусственные нейронные сети.
.........................................79
10.4. Генетический алгоритм.
.......................................................83
10.5. Алгоритм самоорганизации.
................................................87
11. Экспериментальные исследования..............................................91
12. Экспериментальная база...............................................................95
13. Методика оценки точности идентифицированной модели.....100
14. Реализация инновационной образовательной 
концепции в Инжиниринговом центре «Авионика»..
.............104
Литература.
.........................................................................................114

Предисловие
В настоящем издании представлены исследования по разработке 
и реализации опережающего обучения военных и гражданских специалистов с использованием исследовательских комплексов полунатурного моделирования. Особенности реализации опережающей 
подготовки заключаются в использовании в процессе обучения новых 
образовательных технологий и оборудования научно-образовательных 
центров (НОЦ), в частности НОЦ «Авионика». В рамках системы 
комплексной непрерывной подготовки школьников, студентов, 
специалистов, а также послевузовской подготовки специалистов по 
военным и инженерным специальностям разработаны инновационные образовательные компоненты.
Подготовка проводится с использованием инновационных информационных технологий и геймификации, что позволяет мотивировать 
обучающихся, обеспечить существенное повышение интенсивности 
обучения благодаря сокращению времени на освоение заданного объема знаний, увеличению объема знаний при установленном времени 
на их освоение. 
Использование исследовательских тренажеров позволяет встроить 
«русский метод» в каждый этап обучения. 
Представлены направления модернизации системы управления 
национальным образовательным комплексом, программа развития 
общеобразовательного учреждения. Детально исследован процесс 
подготовки обучающихся в НОЦ с использованием исследовательских 
тренажеров и полунатурного моделирования с системами авионики. Рассмотрено алгоритмическое обеспечение кабины-тренажера 
летательного аппарата (ЛА). Обучающиеся имеют возможность изменять алгоритмическое обеспечение исследовательского тренажера, 
подключать дополнительные программные модули, тестировать 
разработанные алгоритмы и проводить полунатурные эксперименты. Для реализации этих возможностей предусмотрено освоение 
обучающимися базовых алгоритмов и программных модулей и структуры моделирующего комплекса кабины-тренажера. В настоящей 

Предисловие
монографии представлены алгоритмы идентификации и построения 
моделей, которые реализованы в виде модулей и использованы для 
формирования динамических моделей комплекса. Также рассмотрена методика оценки точности построенных моделей, позволяющая 
обучающимся анализировать результаты своих исследований и выделять лучшие модели для формирования базы данных комплекса 
полунатурного моделирования.   
Успешность деятельности обучаемого на всех этапах подготовки 
определяется не только высоким уровнем знаний, продуктивным 
владением методами познания и деятельности, но и комплексной 
подготовкой к профессиональной работе, глубоким проникновением в суть происходящих процессов при работе с оборудованием 
кабины-тренажера. 
В МГТУ им. Н.Э. Баумана на базе комплекса НОЦ ведется опережающая подготовка  специалистов для ОПК, которые способны 
самостоятельно ставить и решать не только современные задачи, но 
и теоретические и практические задачи будущего, работать на предприятиях пятого и шестого технологических укладов.
Система опережающей подготовки предусматривает интеграцию 
образования, науки и инновационной деятельности, эффективное 
взаимодействие и кооперацию с предприятиями ОПК и военными 
научными организациями.

Исследование методов и форм реализации 
образовательного процесса
Необходимым условием устойчивого поступательного социальноэкономического развития Российской Федерации, обеспечения ее 
конкурентоспособности является инновационное развитие всех 
отраслей народного хозяйства страны, отдельных хозяйствующих 
субъектов и их объединений как способ их существования посредством целенаправленного изменения качественного состояния в 
результате инновационной деятельности в условиях изменяющихся факторов внешней среды и/или их внутренних свойств. Для 
всех сложных социально-экономических систем главным новым 
фактором внешней среды является формирование глобального 
информационного общества. Основным условием благополучия 
каждого человека, каждой организации и каждого государства в информационном обществе становится знание, полученное благодаря 
беспрепятственному доступу к информации и умению работать 
с ней. Происходит переход от «информатизации управления» к 
«информатизации жизни». Отказ от использования возможностей, 
предоставляемых информационным обществом, ведет к стагнации 
и деградации личности и снижению профессионального уровня 
работника.
Инновационная направленность современных процессов в 
сфере образования предъявляет особые требования к содержанию, 
организации, формам и методам обучения и системам управления 
образовательными организациями, учитывающие возрастающее 
значение невещественных форм и качественных нетрадиционных 
факторов экономического роста.
Сложные политические и социально-экономические процессы, происходящие в России, связанные с переходом к рыночным 
отношениям, со структурной перестройкой производства, развитием региональных экономик, с реструктуризацией  российского 

1. Исследование методов и форм реализации образовательного процесса
оборонного комплекса и интеграцией национальной экономики 
в мировое экономическое сообщество, а также резкая смена самих условий и стереотипов жизни, высокие интеллектуальные и 
психоэмоциональные нагрузки вносят определенное своеобразие 
в реформирование системы образования и усложняют становление 
новых социально-экономических отношений в образовательной 
системе страны.     
В основу концепции, кроме факторов, указанных выше, положен зарубежный опыт зарубежных технических университетов 
и анализ лучших традиций российских университетов и высшей 
инженерной школы.
Подготовка инженеров в технических вузах России строилась 
на сочетании высокого теоретического уровня преподавания и 
значительного практического обучения, в то же время высшее 
техническое образование в Германии, США носило ремесленнопрактический характер.
Развитие отечественной высшей технической школы проходило 
в тесной связи с естественными факультетами университетов, что 
позволяло повысить теоретический уровень обучения и избежать 
узкопрактического подхода к подготовке инженеров, выпускать 
энциклопедически образованных специалистов.
Важнейшей традицией высшей технической школы России 
является органичное включение в учебный процесс системы производственной практики, основанной на развитии сети учебных 
мастерских, лабораторно-экспериментальной  базы, а также на 
оригинальных педагогических идеях.
Многоуровневая система образования в университетах позволяет реализовать гибкую систему подготовки специалистов и 
оказания образовательных услуг, управляемую  рынком, потребителями. В рамках многоуровневой образовательной системы 
каждый потребитель имеет возможность сформировать личную 
образовательную траекторию с учетом своего представления о 
развитии будущих потребностей рынка интеллектуального труда, 
будущих планов самореализации, представления о мире и отношениях в нем.
Реализация многоуровневой системы предъявляет определенные требования к структуре и организации профессионально-образовательного процесса в техническом университете, которые на 
основе анализа отечественного и зарубежного опыта могут быть 
сведены к следующему:
•
• модульность и беступиковость профессионально-образовательной системы, что обеспечивает реализацию непрерывной и 

Опережающая подготовка специалистов с использованием МК
многоальтернативной структуры подготовки специалистов, а также 
позволяет избежать фрустрирующих ситуаций;
•
• модульность структуры учебных курсов, наличие обязательных модулей свободного и ограниченного выбора, что обеспечивает реализацию личной образовательной траектории каждым 
студентом;
•
• динамизм, систематическое обновление содержания модулей учебных курсов и гибкость при стабильной их структуре 
(лаконичной формы);
•
• индивидуальность форм обучения (традиционная, экстернат, 
включенное обучение, продолженное обучение, сэндвич-технология, информационная технология и т. д.);
•
• рейтинговая система оценки и аттестации результатов обучения;
•
• организация специальных служб, способствующих реализации функции абилитации.
Современный этап развития образовательных программ предусматривает использование интенсивных технологий обучения 
(ИТО).
ИТО обеспечивают при заданном уровне подачи и освоения 
научных знаний существенное повышение интенсивности обучения за счет сокращения времени на освоение заданного объема 
знаний или увеличения объема знаний при заданном времени на 
их освоение либо с помощью этих двух факторов одновременно.
Перечислим лишь некоторые из интенсивных технологий, 
характерных  для технических университетов:
•
• компьютерные технологии;
•
• технологии, базирующиеся на графических и матричных 
методах сжатия информации (например, опорные конспекты В.Ф. 
Шаталова);
•
• технологии обучения с ориентацией на решение проблем 
(методов, проектов, сквозного курсового и дипломного проектирования и др.);
•
• технологии гувернерского обучения;
•
• технологии тотальной индивидуализации обучения (метод 
Келлера — Ширмана, технология Дальтон-плана и др.);
•
• целевые и ролевые игровые технологии;
•
• технологии, использующие психологическое воздействие 
на обучаемых (психотроника, медитация, японская технология 
«Минараи» и т. п.).
Во многих случаях обращение вузовских педагогов к  ИТО 
сопряжено с процессом дифференциации содержания обучения, 


Исследование методов и форм реализации образовательного процесса
например, в интегрированных системах непрерывного образования школа — вуз и в потоках элитарной подготовки одаренных 
студентов в университете.
При этом дифференциация содержания обучения в чистом 
виде может быть трех типов:
•
• ядерная, при которой при прочих равных  условиях  изменяется ядро научных знаний дисциплины или цикла дисциплин;
•
• профильная, при которой при прочих равных условиях изменяется лишь профиль дополнительных знаний;
•
• профильная ориентация прикладной  или образовательнопрофессиональной оболочки курса и цикла дисциплин.
В педагогической практике технических университетов дифференциация обучения в чистом виде почти не встречается, а 
используются различные сочетания вышеперечисленных типов 
дифференциации: профильно-аддитивная, ядерно-аддитивная, 
ядерно-профильная и, наконец, трехмерно-уровневая ядерно-профильно-аддитивная дифференциация.

Перспективы модернизации 
системы управления национальным 
образовательным комплексом
Известные подходы к изучению процессов, происходящих в 
образовательной сфере, основаны на построении и исследовании 
системных моделей важнейших составляющих процесса развития 
национального образовательного комплекса (НОК) в информационно-коммуникационном образовательном пространстве. Подобные модели, как правило, имеют априорно заданную структуру 
[1– 4]. Однако современная среда функционирования отличается 
высоким динамизмом и стохастичностью. В этих условиях априорные модели с течением времени становятся неадекватными 
реальным процессам. Поэтому для исследований целесообразно 
строить модели в процессе функционирования исследуемых объектов, например, с использованием методов и средств теории 
самоорганизации [1, 5, 6].
Таким образом, построение комплекса моделей, включающих 
ключевые параметры НОК, осуществляется методом самоорганизации и позволяет строить адекватные модели в процессе работы 
НОК.
Структура самоорганизующейся модели определяется в процессе работы алгоритма, поэтому самоорганизующиеся модели 
используются в системе управления НОК и отдельными образовательными организациями для получения прогноза, последующего анализа, на основе которого принимаются управленческие 
решения. 
Система управления НОК претерпевает существенные структурные изменения, обусловленные глубоким внедрением новых информационных технологий в образовательный процесс и процесс 
управления образовательными организациями, а также усилением 
конкуренции на рынке образовательных услуг [7, 8]. Структурные