Преподавание системного мышления

Москва12 октября 2016г.

2

Проблема: не учим думать

Думать = абстрагировать, осознавать, быть логичным («любомудрие», но это не философия!).1. Классический STEM – прямо не адресует мыслительные компетенции, но они лежат в его основе!• наука (естественные науки: классические физика, химия, биология и

т.д., редко когда computer science, но тоже бывает). Тут физическая компетентность (связь математики с физическим миром прежде всего), остальное по большому счёту бантики "для эрудиции".

• технология (чаще всего понимается как умение работать на "станочках" -- типовые уроки труда, ещё не инженеры, а только "техники")

• инженерия -- инженеры-механики, электрики и прочие инженеры, часто и software engineers (с не слишком большим знанием computer science и data modeling)

• математика: алгебраическая компетентность, включая линейную алгебру, геометрическая компетентность (наглядная геометрия, потом с выходом в работу 3D САПР), статистическая (и, желательно, байесовская) компетентность

3

Кого не учим думать• Производственников – они хорошо понимают, зачем им развивать

мышление• Магистров – текущее понимание даёт возможность создавать

курсы именно для них.• Бакалавры – для сегодняшних бакалавров учебный материал и

задачи нужно серьёзно перерабатывать, он для них очень сложен.• Старшие школьники, средние школьники – это целевая

аудитория. Чем раньше мы сможем научить людей думать и быть осознанными, тем проще им потом будет учиться.

• Пример: курс алгоритмики (прошёл все эти стадии и сейчас доступен для дошкольников)

4

Развитие мыслительных компетенций -- абстрагирования, осознанности, адекватности, разумности.2. За пределами STEM (http://ailev.livejournal.com/1283663.html):

• логическая компетентность (правильные рассуждения, как раньше логика для юристов)

• онтология и моделирование данных (в STEM обычно выпадают)

• языковая компетентность (функциональная грамотность, несколько языков)

• (кибер)психотехническая компетентность, тут живёт осознанность, контроль уровня сосредоточенности, знакомство с собственными заскоками и умение ладить с миром.

• системный подход (хотя бы в объеме http://ailev.livejournal.com/1278600.html)

• алгоритмическая компетентность (та самая алгоритмика из computer science, в том числе развитая в сторону умений планировать)

• вычислимость как таковая (computer science), хотя бы в объеме SICP, https://wizardforcel.gitbooks.io/sicp-in-python/content/index.html

• системная инженерия (требования, архитектура, испытания, жизненный цикл и управление конфигурацией, и т.д.), без этого любая другая инженерия и робототехника будет кустарна.

• какая-то работа с распределёнными представлениями и их связью с символьными представлениями (тут ещё мало кто понимает, но без этого уже в 21 веке нельзя) – тут сплошные вопросы.

• Мышление о деятельности: праксиология, социология, экономика (и предпринимательство), право.

• эволюционные и экологические представления (тут даже не знаю, куда это отнести -- но без них трудно понимать, например, тексты типа "против целей", http://ailev.livejournal.com/1254147.html).

5

История курса системного мышления• весна 2012 – открытый курс «Введение в системную

инженерию», межвузовская кафедра технологического предпринимательства в МФТИ (полное видео: http://lectoriy.mipt.ru/course/TechPred-SystemEngineering-12L

• Весна 2013 – повторён в закрытом варианте в МФТИ, добавлена опора на Essence и попытка flip teaching (по видеокурсу) -- http://ailev.livejournal.com/1068803.html.

• Весна 2014 – повторён в варианте двух семестров (системноинженерного мышления + практики), первая версия учебника. УрФУ (видео вводной лекции: http://urse.ru/archives/8160), новосибирская межвузовская магистратура

• 2015 – повтор в межвузе (МФТИ, МИФИ, МИСиС), учебник вторая редакция (апрель 2015 -- http://techinvestlab.ru/systems_engineering_thinking/). Новосибирская межвузовская магистратура.

• 2016 – повтор в межвузе (МФТИ, МИФИ, МИСиС), «системное мышление», во втором семестре задачи тренажёра. Школа системного менеджмента (4 потока), СФУ.

http://mos-hi-tech.ru/

http://urse.ru/

http://system-school.ru/

ГАУ НСО «Центр»http://rcnso.org/

http://news.sfu-kras.ru/node/17660

6

Модульность в обучении системному мышлению и системным практикам

Системное мышление1. Как определить свою систему среди чужих2. Жизненный цикл системы или проекта?

Системный менеджмент (практики жизненного цикла предпринятия)3. Проекты, процессы, или задачи?4. Развитие и совершенствование.5. Архитектура предприятия6. Стратегирование

Практики жизненного цикла моделеориентированной системной инженерии7. Моделеориентированная инженерия требований8. Моделеориентированная инженерия системной архитектуры9. Управление жизненным циклом10. Инженерия киберфизических систем

Практики жизненного цикла системной информатикиПрактики жизненного цикла инженерии машинного обученияПрактики жизненного цикла (кибер)психики

7

Важнейшие содержательные изменения• Курс «Введение в системную инженерию»• Essence и системная схема проекта (семь основных альф) в основе• Выделение системноинженерного мышления из системной

инженерии (документирование: учебник -- две версии, 305 страниц).

• Выделение системного мышления, общего для системноинженерных и системноменеджерских практик (документирование: примерно 120 слайдов).

• Реорганизация последовательности предъявления материала (curriculum learning):

• Холоны сначала• Междисциплинарность потом• Жизненный цикл 2.0 как компоненты/практики, вид жизненного цикла

как принципиальная схема инженерного проекта/предпринятия• Системная схема проекта в самом конце

• Тренажёр системного мышления (218 задач)

8

Выбор содержания• Системный подход 1.0 – формальные изложения,

математика• Системный подход 2.0 – неформальные изложения• Свежие изменения со стороны ситуационной

инженерии методов (практики вместо стадий в жизненном цикле): изложений не было на момент старта работы нигде

• Выход: создать собственное изложение современной версии системного подхода на базе современных системноинженерных стандартов (системная инженерия как наиболее живая и массовая сфера применения системного мышления)

Наш вариант системного подхода• ISO 15288 – задаёт само понятие системы и жизненного цикла, различает целевую и

обеспечивающую системы, вводит понятие практик жизненного цикла.• обобщенный с архитектурного описания до описания определения системы ISO

42010: множественность описаний и деятельностный подход. Это "поворот мозгов" от редукционистского подхода одного всеохватного описания к системному подходу, подразумевающему множественность связанных описаний, находящихся в различных информационных системах.

• обобщенный с программной до системной инженерии OMG Essence: описание жизненного цикла и его практик (системноинженерный менеджмент). Метод контрольных вопросов в управлении жизненным циклом.

• ISO 81346 для минималистичного описания структуры и системы обозначения сложных инженерных объектов (принципы инженерного кодирования). Это фундамент для управления конфигурацией в ходе жизненного цикла.

• ISO 15926 для моделирования данных развёрнутых (полных) описаний инженерных объектов. Обеспечивает федерирование развёрнутых описаний в различных информационных системах жизненного цикла.

• OpenGroup ArchiMate 2.1 даёт возможность моделировать предприятия, включая их бизнес-архитектуру, деятельность команды, а также поддерживающий эту деятельность корпоративный софт и разнообразное «железо» и компьютерные сети, необходимые для работы этого софта.

Мы не изобретаем «системный велосипед»! Мы опираемся на международные и отраслевые стандарты системной инженерии и инженерии предприятий!

Терминология: не так важно

10

Словарные сообщества

тачка

Понятийное сообщество

car машинка автомобиль

Понятие системы: иерархии и эмерджентность

11

Системный подход: структура систем

Cистематика:похожести систем

набор практик и/или правил

Холархии / разбиения (часть-целое)

Классификации (членство в классе, специализации)

• Самолёт• АЭС• Солнечная система• Система

охлаждения

• Периодическая система химических элементов

• Система Ламарка• УДК• Система СИ• ОК 012-93 Общероссийский

классификатор изделий и конструкторских документов (классификатор ЕСКД).

• Система Станиславского• Система Монтессори• Система Платона• Система «минус 60»• Система счисления• Политическая система• Законодательная система• ЕСКД

Наборы каких-то элементов-частей, но

Понятие системы(двухдневный тренинг – и вся жизнь)

• Воплощение (присутствие в мире)• Холон (целокупность и эмерджентность)• Стейкхолдеры: деятельностная субъективность • Идеальное против материального (моделирование:

определение и воплощение)• Функционал против конструктива: дуальность холона. И

далее за дуальностью: «многерица» междисцилинарности.

• Жизненный цикл (с выделенной стадией эксплуатации) как система деятельности. 12

Система – в глазах смотрящего (стейкхолдера). И никакой отсебятины.

Театральная метафора13

Холон (holon)часть – целое

14

Целевая система(Использующая система)(система в операционном окружении)(подсистема)

Подсистема(Целевая система)(Использующая система)(система в операционном окружении)

Использующая система(целевая система)(система в операционном окружении)(подсистема)

В холоне различают: целевая система, использующая система, система в операционном окружении, подсистема

Обеспечивающая система1

32

5

4

На этой картинке пять систем!System of interest

Требования(стратегия)

System of interest

Ограничения(Архитектура)

Using system

Нужды стейкхолдеров

15

1 2

4 Enabling systemСистема в операционном окружении

3Подсистема

5

Междисциплинарность(на одном уровне, даже без холархии)

На основе рис.3в ISO 81346-1

-Модули

=Компоненты

+Места

Все специальности• Механика• Кинематика• Электрика• Электроника• Управляющий софт• Гидравлика• Прочность• Динамика• Температура• Вибрация• …

Все стадии ЖЦ• Замысел• Проектирование,

конструирование• Сооружение,

изготовление• Эксплуатация• Модернизация

PLM/ALM, ERP, EAM• Модель продукта• Модель проекта

16

Совмещение логической и физической архитектур (важных решений) по версии ISO 81346-1(Figure 7)

17

«Логическая архитектура» (функциональная декомпозиция, структура компонент) итеративно совмещается с «физической архитектурой» (продуктная декомпозиция, структура модулей)

18

Описание системы (ISO 42010 – OMG Essence): субъективно и требует метода

Как обсуждать жизненный цикл: выйти из него!!!

19

Время жизненного циклапротив времениработы целевой системы

Методологическое время против времени жизненного цикла

эксплуатация

3

2

1

Проблемы с ЖЦ 1.0

20

• Появилась параллельная инженерия (сначала «итерации», а потом и вообще всё смешалось)

• Нельзя обсуждать «почему предпринятие вообще работает», методы работы, методологии. Только «как собрать из кусочков во времени».

Горбатая диаграмма (hump diagram) из RUP (Rational Unified Process)

Практики, именованные по дисциплинам!

Какие компоненты предприятия? (как оно работает?)

Практика = дисциплина + технологияДисциплинированные (компетентные) исполнители [все ли люди?],

обеспеченные необходимыми для поддержки дисциплины инструментами21

ВУЗ, ШКОЛА

(education)

Производство,

повышение квалификации (training)

Главное,

невидимое!

Вторичное, видимое!

22

Схематизация жизненного цикла: различение дисциплины и технологии в практике

• дисциплины = мышление (операции с абстрактными типизированными объектами). Меняются за 30 лет. Учатся в школе и ВУЗе. Практика определяется по её дисциплине. Инвестиции в «человеческий капитал».

• технологии = инструменты и рабочие продукты (поддержка мышления в экзокортексе). Меняются каждые 5 лет. Учатся на производстве. Проекты используют технологии как «ресурсы». Инвестиции в традиционный капитал.

• Дисциплины тренируют на задачах (заранее поставленных)• Понимание связи дисциплин и технологий, идеальных объектов дисциплин и рабочих

продуктов в жизни нужно ТРЕНИРОВАТЬ, для этого обычно нужен преподаватель• Маскировка в реальной жизни: а) задача не поставлена б) много отвлечений

В жизни ни одного слова из учебника

В учебнике ни одного слова из жизни

=Компоненты, функциональные единицы,альфы

=Модули, конструктивные единицы, рабочие продукты

23

Системная схема проектаТехнологический менеджмент и предпринимательство

Инженерный менеджмент

Инженерия

Технологический менеджмент

Using system

Enabling system

System of interest

24

Альфы – общий объект отслеживания

Systems Engineer

CTO Project manager

ВРЕМЯ, РЕСУРСЫ

СОДЕРЖАНИЕ

ПРАКТИКА = ДИСЦИПЛИНА + ТЕХНОЛОГИЯ

Целевая системаИспользующая система (влияние)

Обеспечивающая система

Обеспечивающая система

V-диаграмма и системная схема проекта

25

Интересы инженера, исследователя, операционного менеджера

инвестзамысел проектирование сооружение эксплуатациявывод из эксплуата

ции

26

Операционный менеджмент

27

Жизненные циклы системы и проекта (OMG Essence)

удовлетворены в использовании

представлены

признаны

извлекается выгода

нужно решение

польза установлена

жизнеспособна

определена

Используется для вывода из

эксплуатации

непротиворечиво

используется для эксплуатации

замыслено

выведено из эксплуатации

в виде частей

демонстрируемо

эксплуатируетсязакрыта

подготовлена

под контролем

закончена

инициирована

сформирована

сотрудничает

намечена

основа положена

наличествует

работает хорошо

принципы установлены

стейкхолдеры возможность определение

системывоплощение

системы работа команда технология

замысел

проектирование

разворачивание

испытания

изготовление

вышла из употребленияраспущена

готово

используется для проверки

воплощения

вовлечены

удовлетворены для разворачивания использована

начата

производитиспользуется для изготовления

в виде сырьяв согласии

используется

С чего начать

28

Недавно в ходе пятидневного вводного курса, проводимого Обучающим центром МТИ, одна женщина-менеджер из конструкторского отдела компании Ford лаконично сформулировала ситуацию: «Спустя пару дней, — сказала она, — я начинаю понимать, о чем вся эта история с системным мышлением и интеллектуальными моделями. Мне это напоминает время, когда я только начала знакомиться с высшей математикой. Сначала я чувствовала себя совершенно потерянной. Все это было мне совершенно чуждо. Но потом я начала «схватывать» суть. Через год я уже вполне владела основами этого дела. Через пять лет это стало основой моей профессии». Потом она добавила: «Если бы высшую математику изобрели сегодня, ни одна из наших корпораций не смогла бы ею овладеть. Мы бы посылали каждого на трехдневные курсы. Затем каждый получал бы три месяца на то, чтобы посмотреть, работают ли «все эти штуки». А когда выяснялось бы, что они не работают, мы бы начинали пробовать что-нибудь другое».

Питер Сендж (Сингей, Сенге), "Пятая Дисциплина"

29

Основная проблема

• Обучение системному мышлению трудоёмко как для студента, так и для преподавателя.

• Непонятно, как объяснять пользу от хорошего мышления для тех, кто с ним незнаком (объяснять вкус лайма для тех, кто его не пробовал) – поэтому немного желающих учиться.

30

Три стадии обучения мышлению

1. Знакомство с содержанием мышлем (учебник, лекции)

2. Задачи (владение мышлемами в тепличных условиях уже поставленных задач): пример физики, математики. Concept inventory.

3. Проект как умение ставить задачи в условиях шума и отвлечений (только тут появляется CDIO!)

31

Цель: беглость мышления• Алан Кей о беглости и hard fun (

http://ailev.livejournal.com/1278095.html)• Дальние связи и абстракции: без абстракций нет

беглости по определению, нужно «учить думать»

• Мультипредметность удерживается на уровень выше предметов. Это вынуждает идти beyond STEM (ибо в STEM – предметы)

• Баланс интуитивного и формального• Это не разовые курсы, это образ жизни (аналог

заочной физматшколы)

32

Сержантский метод (по А.П.Ершову)• Обучение через мелкие задачи – так учат математиков и физиков.

Для других предметов нужно:• Выделить мышлемы предмета (онтология и типовые операции с ней)• Составить подводящие задания, основные и закрепляющие задания,

контрастирующие с «бытовой онтологией» (conceptual inventory) задания• Создать тренажёра с автоматизированной проверкой заданий

• Сержант не знает предмета, и он легко заменяется компьютером• Примеры:

• Матан (задачник Демидовича на 4000 задач)• Учи.ру (и игрофикация), всевозможные курсы по математике• Алгоритмика (дошкольная, школьная, олимпиадная) и её ограничения• Системное мышление (эксперимент: задачник на 218 задач, 55 страниц)

• Ограничения такого метода:• Это только часть в рамках blended learning – к тренажёрному обучению

нужно добавить работу зеркальных нейронов от живых людей-предметников

• Задания тренажёров только готовят к кейсам и проектам, но не заменяют их: вынос навыков в условиях in the wild, шума реальной жизни (т.е. нужен ещё тренинг постановки задач, выбора главного из многообразия мира)

33

Пример задачи::потребности, требования, ограничения -- 01 ::Люсе поручили разработать новую игрушку. Она беседовала с разными людьми и записала, что они ей говорили. Что в этих записях потребности стейкхолдеров? {~%-100% это должна быть кукла с руками и ногами~%25% ребёнок должен улыбаться не менее 20\% времени при игре с этой игрушкой~%-100% кукла должна уметь разговаривать~%-100% микропроцессор должен содержать встроенную поддержку нейронной сети для синтеза речи~%-100% игрушка должна быть весом до 3кг, включая аккумуляторы~%25% ребёнок должен иметь возможность носить игрушку с собой по квартире~%25% игрушка должна быть развивающей, после игры с ней ожидается рост IQ ребёнка на 10 единиц ~%-100% игрушка должна быть нетоксичной~%-100% игрушка должна быть асептичной~%25% родители при виде ценника не должны впадать в панику~%-100% маркетологи выразили уверенность, что игрушку нужно назвать "Дженнифер"~%-100% министерство образования рекомендовало назвать игрушку "Добрыня" }

Формат GIFT (https://docs.moodle.org/31/en/GIFT_format#Format_symbols_explained)

34

Проблема неформальности задач

• Чем лучше знают материал студенты, тем меньше они сочиняют в задачах

• Неформальность в задачах принципиальна:• Исходный материал – набор плохо совместимых онтик, а не

цельная онтология• Жизнь не дискретна, булева логика не проходит (эвристики,

байесовские вероятности: булева логика только частный вырожденный случай)

• Предпосылка открытого мира и «сочинение маловероятных обстоятельств» для обоснований произвольных ответов (нырок в содержание ситуации задачи вместо предлагаемого как метод работы разбирательства по схемам из учебника).

http://ailev.livejournal.com/1302039.html

35

Эссе как выход в проекты

• Обязательный рабочий проект• Произвольная форма (нет шаблона)• Обзор основных семи альф, жизненного цикла• Может включать в себя результаты выполнения

каких-то практик

36

Планы

• Работа над корпусом задач [сейчас идут четыре группы, порядка сотни человек]

• Переписка учебника с включением задач (возможно, сразу на английском, возможно в виде курса)

• Опускание в школу• Выход за пределы системного мышления в «просто

мышление» (добавка дисциплин)• Исследования в области педагогики (см. материалы

серии круглых столов -- http://ailev.livejournal.com/1301512.html)

37

Методические тексты по обучению мышлению

• Задачи по системному мышлению выпущены -- http://ailev.livejournal.com/1303034.html

• Об решение задач, в том числе по системному мышлению -- http://ailev.livejournal.com/1302039.html

• Про тренажёр мышления на конгрессе психонетиков -- http://ailev.livejournal.com/1294454.html

• Об интуицию и чуйку -- http://ailev.livejournal.com/1295595.html

• Мышление и как ему учить -- http://ailev.livejournal.com/1296858.html

• Ошибки и как от них избавляться -- http://ailev.livejournal.com/1300057.html

• Музыкальная школа и школа мышления -- http://ailev.livejournal.com/1290259.html

• Подстрочник рассказа о тренажёре клуба одиноких мозгов сержанта Солта -- http://ailev.livejournal.com/1287293.html

• Оценка результатов обучения и Modeling Theory of Science, Cognition and Instruction -- http://ailev.livejournal.com/1285980.html

• Пониманию учить вдвое дольше, чем просто навыку -- http://ailev.livejournal.com/1285014.html

• Тренажёр клуба одиноких мозгов сержанта Солта -- http://ailev.livejournal.com/1284767.html

• Осознанность против зеркальных нейронов -- http://ailev.livejournal.com/1284158.html

• За пределами STEM-образования -- http://ailev.livejournal.com/1283663.html

• Эвристика образовательных ступенек в формальном образовании -- http://ailev.livejournal.com/1283133.html

• ПиктоМир и КуМир как технология к какой дисциплине? -- http://ailev.livejournal.com/1282836.html

• Curriculum learning для системного тренажёра -- http://ailev.livejournal.com/1282190.html

• Тренажёр "меты" в мышлении -- http://ailev.livejournal.com/1281675.html

• Штудии по Студиям -- http://ailev.livejournal.com/1281305.html• Разбор заданий тренажёра системного мышления --

http://ailev.livejournal.com/1280943.html• Студии разные нужны, студии разные важны --

http://ailev.livejournal.com/1280626.html• Мимо школы -- http://ailev.livejournal.com/1280262.html• Об "робототехнику" как дисциплину --

http://ailev.livejournal.com/1280086.html• Четвёртый круглый стол по педагогике -- фундаментальные

исследования -- http://ailev.livejournal.com/1279588.html• Три примера заданий для тренажёра системного мышления --

http://ailev.livejournal.com/1279331.html• Тренажёр системного мышления --

http://ailev.livejournal.com/1278936.html• Системные мыслемы --

http://ailev.livejournal.com/1278600.html• Об образовательную робототехнику, образовательную

педагогику и системную робототехнику -- http://ailev.livejournal.com/1278294.html

• системная метанойя -- http://ailev.livejournal.com/1278095.html• Системная сложность есть, а поговорить не с кем --

http://ailev.livejournal.com/1277840.html• Эскиз образовательного проекта - 2 --

http://ailev.livejournal.com/1277589.html• Гомельская школа обучения программированию -- http://

ailev.livejournal.com/1275421.html

Тексты даны в обратном хронологическом порядке (с 7 июля 2016):

38

Спасибо за внимание

Анатолий Левенчук,http://ailev.ruailev@asmp.msk.su