Методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська інженерно-педагогічна академія

УДК 378.147.1:004.9

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук

Методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів

13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни)

Павленко Максим Петрович

Харків 2009

Загальна характеристика роботи

Актуальність дослідження. У державній національній програмі «Освіта» («Україна ХХІ століття») пріоритетною визначено підготовку кваліфікованих кадрів, здатних до творчої праці, професійного розвитку, освоєння та впровадження наукоємних та інформаційних технологій, конкурентоспроможних на ринку праці. Водночас в умовах стрімкого розвитку мережевих технологій та виділення їх в окрему галузь посилюється вплив ринку праці, що інтенсивно формується та висуває нові вимоги до змісту і процесу підготовки інженерно-педагогічних та робітничих кадрів. Ця обставина суттєво впливає на систему вищої інженерно-педагогічної освіти. Виникає необхідність удосконалення методики навчання мережевих технологій у відповідності до сучасних тенденцій розвитку мережевого програмного та апаратного забезпечення глобальних та локальних мереж.

Процес засвоєння навчального матеріалу з мережевих технологій має свої особливості. Науково-технічний прогрес саме для сфери комп'ютерних мереж приводить до змін, що обумовлюють постійне оновлення технічних знань та збільшення обсягів навчальної інформації в умовах обмеження часу на їх засвоєння. Розуміння та засвоєння інформації з мережевих технологій майбутніми інженерами-педагогами передбачає не тільки знайомство з новими протоколами та програмно-апаратними засобами, а й з базовим змістом.

Перспективним напрямком удосконалення існуючих методик навчання мережевих технологій є реалізація надійного формування базового змісту шляхом обґрунтованого динамічного його повторення (на основі модульної структури навчального матеріалу з використанням ієрархічних інформаційних контурів), оптимізації різнорідних практичних задач на основі виділення базового інваріанту, використання можливостей комп'ютерних мереж, як засобу навчання, що має такі переваги: миттєвий зворотній зв'язок, позитивна мотивація, можливості інтеграції компонентів системної діяльності.

Дослідження, пов'язані з розробкою основ методики навчання мережевих технологій в Україні започатковані академіком В. Глушковим знайшли своє відображення у працях А. Ашерова, Л. Брескіної, А. Верлань, М. Жалдака, А. Єршова, О. Мелещенка, Н. Морзе, С. Ракова, В. Хоменко, Ю. Якусевича та ін.

Особливості професійної підготовки інженера-педагога знайшли відображення в дослідженнях Б. Арпентьєва, С. Артюха, А. Ашерова, В. Безрукової, О. Бєлової, Е. Зеєра, О. Коваленко, М. Лазарєва, О. Маленка, А. Мелецинека, Н. Ничкало та ін.

Аналіз педагогічної теорії та практики вищих навчальних закладів доводить, що дотепер немає цілісної методики навчання дисциплін, пов'язаних із вивченням комп'ютерних мереж та мережевих технологій з урахуванням сучасного етапу їх розвитку, потреб сучасного суспільства та вимог щодо підготовки студентів інженерно-педагогічних спеціальностей до практичної діяльності.

Таким чином, актуальність обраного дослідження обумовлена суперечностями між:

– зростаючими вимогами ринку праці до рівня професійної підготовки інженерів-педагогів комп'ютерного профілю в умовах стрімкого розвитку мережевих технологій з одночасним скороченням навчального часу та недостатнім рівнем підготовки цих фахівців;

– необхідністю формування у майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю знань та умінь з сучасних мережевих технологій та недостатньою розробленістю теоретичних і практичних засад методики їх формування.

Ці суперечності зумовлюють проблему дослідження - теоретичне обґрунтування, практичну розробку, експериментальну перевірку та впровадження методики навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю.

Отже, актуальність означеної проблеми, її недостатня розробленість та необхідність розв'язання означених суперечностей обумовили вибір теми дисертаційного дослідження «Методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження було проведено в межах комплексної теми кафедри комп'ютерних систем та мереж Бердянського державного педагогічного університету «Розробка мережевих технологій навчання» (на основі комплексної теми дослідження факультету комп'ютерних технологій та систем «Розробка комп'ютерно-орієнтованих систем навчання у школі та педагогічному ВНЗ»), затвердженої протоколом №1 від 2 лютого 2004 р.; продовженої в межах комплексної теми кафедри комп'ютерних систем та мереж «Розробка комп'ютерно-орієнтованих методик навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю» (протокол №5 засідання вченої ради Бердянського державного педагогічного університету від 01 березня 2006 р.).

Тему дисертації затверджено на засіданні вченої ради Бердянського державного педагогічного університету (протокол № 3 від 1 квітня 2003 р.) та узгоджено в Раді з координації наукових досліджень у галузі педагогіки та психології в Україні (протокол № 5 від 25 травня 2004 р.).

Мета дослідження полягає в теоретичному обґрунтуванні, розробці та експериментальній перевірці методики навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю.

Завдання дослідження:

1. Здійснити аналіз стану розробленості проблеми навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей мережевим технологіям.

2. Теоретично обґрунтувати цілі, зміст, методи та засоби навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю.

3. Розробити методику навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю.

4. Здійснити експериментальну перевірку ефективності розробленої методики навчання мережевих технологій.

Об'єкт дослідження - процес навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Предмет дослідження - методика навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю.

Гіпотеза дослідження полягає у припущенні, що якість формування знань умінь та навичок в галузі мережевих технологій у майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю підвищиться за умови реалізації методики, в основі якої знаходиться модульна побудова змісту навчального матеріалу з використанням динамічного його повторення на основі системи ієрархічних інформаційних контурів n-го порядку, які послідовно охоплюють частини змісту різного рівня вкладеності.

Методологічна та теоретична основа дослідження ґрунтується на загальних положеннях теорії пізнання, філософських положеннях про взаємозв'язок та взаємозумовленість явищ і процесів, основних положеннях системного підходу (І. Блауберг, В. Кушнір, А. Лігоцький та ін.), теоретичних підходах щодо організації навчального процесу у вищій школі (А. Алексюк, Ю. Бабанський, В. Беспалько, Т. Дмитренко, М. Лазарєв, М. Скаткін, В. Сластьонін, В. Ягупов та ін.), основних положеннях професійної діяльності інженера-педагога та його підготовки (Е. Зеєр, О. Коваленко, М. Лазарєв, А. Мелецинек та ін.), раціонального вибору структури і змісту навчання (Б. Гершунський, С. Ледньов, І. Лернер, Н. Ничкало, М. Скаткін, О. Спірін, Н. Тализіна та ін.), концепції інформатизації освіти (А.Ашеров, В.Беспалько, Т.Богданова, Б.Гершунський та ін.), положеннях про використання комп'ютерних засобів навчання (А. Ашеров, О. Башмаков, І. Башмаков, М. Жалдак, В. Єремєєв, Ю. Машбиць та ін.), положення теорії модульного навчання (А. Алексюк, В. Зінкевічус, М. Лазарєв, О. Спірін, А. Фурман та ін.).

Для вирішення завдань були використані такі методи дослідження:

– теоретичні: аналіз філософської, педагогічної, методичної, психологічної літератури з метою вивчення проблеми та визначення теоретико-методологічних основ дослідження; вивчення й узагальнення педагогічного досвіду з метою вибору педагогічного інструментарію для розробки методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю вищих навчальних закладів, методи теорії графів з метою побудови й аналізу системи змісту навчання;

– емпіричні: методи збору інформації (тестування, опитування) для виявлення якості засвоєння знань з мережевих технологій у інженерів-педагогів комп'ютерних спеціальностей; педагогічний експеримент з метою перевірки методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів;

– методи математичної статистики (перевірка статистичних гіпотез, критерій Пірсона, точковий бісеріальний розподіл) для аналізу результатів експериментальної роботи.

Наукова новизна дослідження:

– удосконалено спосіб представлення структури змісту навчання за допомогою графів у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку, удосконалення полягає у використанні n вкладених ієрархічних інформаційних контурів з динамічною зміною елементів та додаткових інформаційних контурів для забезпечення багаторазового модифікованого повторення інформації;

– вперше запропонована модульна побудова змісту навчального матеріалу на основі використання системи інформаційних контурів n-го порядку з метою підвищення рівня засвоєння навчальної інформації та формування навичок;

– дістали подальшого розвитку:

· практичні методи навчання у підготовці інженерів-педагогів комп'ютерного профілю за рахунок введення поетапного виконання дій з програмування на основі оптимізації різнорідних задач з мережевих технологій шляхом визначення базового інваріанту та варіативної частини завдання;

· комп'ютерні мережі як засіб навчання майбутніх інженерів-педагогів, подальший розвиток полягає у використанні системної інтеграції когнітивного, операційного, контрольно-корегуючого компонентів у межах мережевого навчального середовища.

Практичне значення одержаних результатів дослідження полягає у тому, що обґрунтовано, розроблено, експериментально перевірено та впроваджено методику навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей, яка дозволяє підвищити ефективність навчання.

Удосконалено та впроваджено у навчальний процес студентів напряму підготовки 6.010104 «Професійна освіта. Комп'ютерні системи та мережі» дисципліну «Комп'ютерні мережі» та навчально-методичний посібник до нього.

Методику навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів упроваджено в Бердянському державному педагогічному університеті (акт № 57/1902 від 3 грудня 2007 р.), Бердянському університеті менеджменту і бізнесу (акт № 01-02 від 15 січня 2008 р.).

Матеріали дослідження можуть бути використані для подальшого удосконалення процесу професійно-теоретичної підготовки студентів технічних та інженерно-педагогічних закладів освіти.

Вірогідність та обґрунтованість результатів дослідження забезпечено застосуванням комплексу методів, адекватних об'єкту, предмету, меті, гіпотезі й завданням дослідження; практичним аналізом стану досліджуваної проблеми в теорії та практиці; кількісною обробкою та якісним аналізом результатів експериментальної роботи; апробацією й упровадженням результатів дослідження в практику роботи вищих навчальних закладів.

Особистий внесок здобувача. У працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать (відповідно до списку наукових праць): концептуальні підходи реалізації методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів [2]; методичні основи структурування тестових завдань з мережевих технологій та процес їх валідизації [8]; визначення системи контурів n-го порядку [9].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дослідження доповідалися на міжнародних науково-практичних конференціях: «Проблеми прийняття рішень в умовах невизначеності» (Бердянськ, 2005 р.), «Інформаційні технології в наукових дослідженнях і навчальному процесі» (Луганськ, 2006 р.), «Інформаційні технології в наукових дослідженнях і навчальному процесі» (Луганськ, 2007 р.); всеукраїнській науково-практичній конференції: «Актуальні проблеми підготовки педагогічних кадрів до творчої професійної діяльності» (Мелітополь, 2006 р.).

Публікації. Основні теоретичні положення та результати дослідження опубліковані у 14 наукових і науково-методичних працях (11 одноосібних): 9 - у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України; 4 - матеріали наукових конференцій, 1 - навчально-методичний посібник.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків, 8 додатків на 88 сторінках, списку використаних джерел на 31 сторінці (299 найменувань). Загальний обсяг дисертації складає 315 сторінок, з них основного тексту - 196 сторінок. Робота містить 31 таблицю на 20 сторінках і 49 рисунків на 23 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність дослідження, визначено його об'єкт, предмет, мету, гіпотезу, завдання, методологічні й теоретичні основи; розкрито наукову новизну, практичне значення, викладено особистий внесок дисертанта; наведено дані про впровадження результатів дослідження.

У першому розділі «Навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів як педагогічна проблема» проведено аналіз навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів, досліджено розвиток мережевих технологій та їх вплив на методику навчання студентів зазначених спеціальностей комп'ютерного профілю.

Аналіз сучасних тенденцій у галузі інженерно-педагогічної освіти (А. Ашеров, Є. Громов, О. Коваленко, М. Лазарев, А. Мелецинек, С. Хоменко та ін.) свідчить, що підготовка фахівців інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю повинна спиратися на поглиблення теоретичної і практичної підготовки у галузі мережевих технологій відповідно до сучасного рівня науки і техніки, оволодіння знаннями та уміннями використання мережевих технологій у професійній діяльності і визначається замовниками ураховуючи напрямки трудової діяльності. Проведений аналіз освітньо-кваліфікаційної характеристики інженерів-педагогів комп'ютерного профілю показав, що цілі навчання мережевих технологій потребують конкретизації. Вивчення змісту навчального матеріалу з мережевих технологій для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю. Це дозволило визначити ряд причин зниження якості навчально-пізнавальної діяльності студентів: відсутність обґрунтованої системи організації повторення навчальної інформації, порушення послідовності викладання (відставання або випередження у вивченні понять), розриви між засвоєнням студентами окремих понять (втрата логічного зв'язку між темами), втрата цілісності навчального матеріалу як завершеної структури. Це зумовило необхідність обґрунтувати та розробити спосіб представлення структури змісту дисципліни «Комп'ютерні мережі» на основі урахування внутрішніх логічних зв'язків між поняттями та інформаційних контурів між ними для реалізації модифікованого повторення навчальної інформації. Вивчення підходів до модульного структурування змісту навчального матеріалу з мережевих технологій показав, що чинне структурування не дозволяє досягти у повному обсязі самостійності і логічної завершеності модулів, що є не достатнім для організації відображення фактів повторного викладення навчального матеріалу вже засвоєних понять, на більш конкретному рівні при вивченні нових наукомістких понять, тобто реалізації керованої структури змісту для реалізації повторення навчального матеріалу на основі динамічної зміни елементів з метою формування навичок та підвищення рівня засвоєння навчальної інформації. Проведений аналіз існуючих методик навчання мережевих технологій у вищих навчальних закладах виявив відсутність цілісності та системності у виборі методів навчання з урахуванням змісту дисципліни «Комп'ютерні мережі» та цілей підготовки майбутніх фахівців інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю та підтвердив необхідність розробки й обґрунтування засобів навчання мережевих технологій на основі системного використання комп'ютерних мереж.

Аналіз наукових досліджень у галузі мережевих технологій (В. Антонов, Т. Валецька, А. Гуржій, М. Жалдак, І. Жуков, С. Захарченко, В. Олифер, В. Поліщук, В. Хоменко, В. Швидкий, В. Юринець, Ю. Якусевич та ін.) та їх впливу на методику навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю показав, що подальше вдосконалення змісту навчального матеріалу повинного ґрунтуватися на виділенні двох стеків мережевих протоколів: Open Systems Interconnection Reference Model (ISO/OSI) та Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) та відповідній їм ієрархії мережевих рівнів як основи проектування та побудови мереж відповідності сучасних вимог; локальних мережах на основі технології Ethernet та бездротовій передачі даних; глобальних мережах на основі комутації пакетів та прикладних протоколах як основи для створення єдиного інформаційного простору. Це дозволить найбільш повно досягти цілей навчання з урахуванням інформаційного ядра мережевих технологій і сучасних тенденцій розвитку науки та підготувати спеціаліста, здатного орієнтуватися в різноманітних технологіях локальних, глобальних, регіональних та об'єднаних мереж.

Проведена робота дозволила зробити висновок про доцільність розробки методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю та визначити можливі шляхи розв'язання цієї проблеми, що полягають у теоретичному обґрунтуванні та розробці змісту методів та засобів навчання.

У другому розділі «Теорія та методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів» визначено теоретичні засади методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей та розкрито основні її складові, а саме мету, зміст, методи і засоби навчання.

На основі положень системного та діяльнісного підходів до навчання, вимог до становлення майбутнього інженера-педагога, теоретично обґрунтована методика навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю, яка містить мету навчання, зміст навчання, засоби навчання, організаційні форми навчання і методи навчання. Цільовий компонент методики навчання сформовано на основі положень щодо постановки цілей навчання, розроблених С. Артюхом, Н. Брюхановою, О. Коваленко, А. Мелецинеком та ін. і представлено у вигляді таксономії цілей формування умінь з мережевих технологій через визначення загальної мети, та побудови структурованого дерева цілей, заснованого на стратегічних, тактичних та операційних цілях відповідно до вимог диференційованості та діагностичності.

На основі аналізу праць з відображення в теорії змісту положення про єдність змістового та процедурного аспектів навчання (В. Краєвський, І. Лернер, В. Ледньов і М. Скаткін та ін.), функціонального аналізу змісту (І. Лернер, А. Сохор та ін.), положень професійної діяльності інженера-педагога (Н. Брюханова, О. Коваленко та ін.), підходів до структурування навчального матеріалу технічних дисциплін та методів побудови змісту (А. Ашеров, Н. Лазарєв, Г. Сажко, А. Сохор) встановлено, що ефективним засобом формування знань та умінь з мережевих технологій є представлення структури змісту навчального матеріалу у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку. У розробленій структурі змісту використані інформаційні контури n-го порядку ієрархії з динамічною зміною елементів та додаткові інформаційні контури. Запропоноване структурування змісту навчального матеріалу за модульною технологію, на основі використання системи інформаційних контурів n-го порядку, що полягає у виділенні груп ключових понять кожного змістовного модуля залікового кредиту. Ці поняття утворюють ієрархію інформаційних контурів з динамічною зміною елементів, використання яких дозволяє здійснювати модифіковане повторення навчальної інформації з метою підвищення рівня її засвоєння та формування навику. Визначення додаткових інформаційних контурів здійснюється на кожному рівня ієрархії для організації логічних зв'язків інформаційних контурів.

Розробка модульної структури змісту навчального матеріалу складається з декількох етапів. Перший - побудова системи інформаційних контурів першого порядку (інформаційний контур всієї дисципліни). Наступним етапом є виділення інформаційних контурів понять на рівні змістовного модуля (контур другого порядку), залікового кредиту (контур третього порядку), теми (контур четвертого порядку). Розроблена система є наскрізною, це пояснюється тим, що контури різного порядку пов'язані між собою за рахунок повторення спільних понять дисципліни. Включення понять у контури різного порядку приводить до посилення зв'язків навчальних модулів, міжтемних зв'язків; визначені інформаційні контури використовуються як на рівні всього навчального матеріалу, так і окремих тем.

Система методів на основі положень щодо формування професійних умінь в умовах навчального процесу (В. Жигірь, О. Ільїна та ін.) реалізована поетапно: формування умінь з використання та налагодження мережевих технологій шляхом розв'язання задач на основі програмування як практичного методу навчання та введенні завдань з інваріантною та варіативною частинами для забезпечення багаторазового модифікованого повторення навчальної інформації. Під час вивчення теми з використанням програмування на етапі постановки задачі здійснюється попередній аналіз проблеми. На етапі моделювання виділяються важливі елементи задачної системи і синтезується їх взаємодія на основі оптимізації задачі шляхом визначення базового інваріанту та варіативної частини. На етапі експерименту перевіряються алгоритми поведінки елементів та системи загалом. На цьому ж етапі перевіряється функціонування алгоритму в умовах конкретного програмного середовища. На етапі аналізу отриманих результатів визначається коло задач, де може бути застосоване розроблене мережеве програмне забезпечення. Базовий інваріант завдання використовується для окреслення тієї частини, що встановлюється інформаційним контуром та описує спільну функцію мережевого програмного забезпечення. Варіативна частина завдання реалізує додатковий інформаційний контур та дозволяє виконати модифіковане повторення навчальної інформації.

Як головний засіб навчання обґрунтовано використання комп'ютерних мереж на основі реалізації підтримки представлення навчальної інформації та відображення систем додаткових контурів n-го порядку для представлення змісту навчання з використання комп'ютерних мереж. Це дає можливість викладачеві публікувати теоретичні та практичні матеріали в мережевому навчальному середовищі та створювати інтерактивні зв'язки між ними для реалізації органічного поєднання когнітивного та операційного компонентів навчання. Залежно від одержаних результатів з теоретичного та практичного навчання викладач здійснює керівництво діяльністю студентів. Використання мережевих технологій як засобу навчання дозволяє якісно змінити контроль за діяльністю студентів, забезпечуючи при цьому гнучкість управління навчальним процесом.

Авторська методика побудована відповідно до кваліфікаційних вимог професійної підготовки майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю, теорії цілепокладання та визначених рівнів засвоєння знань з мережевих технологій. Сформульовано цілі засвоєння знань і формування умінь та навичок з мережевих технологій. Згідно цілей розроблено зміст дисципліни «Комп'ютерні мережі»: установлені додаткові інформаційні контури n-го порядку, на основі яких розроблена динамічна система контурів та реалізована модульна побудова змісту висвітлена у робочій програмі з дисципліни.

Експериментальна методика передбачає таксономію цілей, зміст, методи та засоби навчання мережевих технологій. Модульна структура змісту представлена у вигляді системи інформаційних контурів n-порядку, розроблена програма дисципліни «Комп'ютерні мережі» для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю, яка містить теми: «Стеки протоколів TCP/IP та ISO/OSI. Архітектура фізичного рівня моделі ISO/OSI», «Архітектура канального рівня комп'ютерних мереж. Протоколи канального рівня», «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Транспортний рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) та File Transfer Protocol (FTP)», «Прикладні протоколи (Simple Mail Transfer Protocol) SMTP, Post Office Protocol Version 3 (POP3) та Telnet».

Методику навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів побудовано на основі використання пояснювально-ілюстративних, проблемних, програмованого та практичних методів навчання. Розроблені практичні завдання з таких тем: «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи HTTP та FTP», «Прикладні протоколи SMTP, POP3 та Telnet», що передбачають використання поетапних дій з програмування, шляхом виділення базового інваріанту та варіативної частини. Усі зазначені методи в тому чи іншому обсязі знаходять місце під час усіх видів аудиторних занять і самостійної роботи.

Системне використання засобів навчання у вигляді мережевого навчального середовища для організації теоретичної, практичної підготовки та здійснення контролю стало підґрунтям для підвищення рівня сформованості знань з мережевих технологій.

У третьому розділі «Дослідно-експериментальна перевірка розробленої методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів» визначено організаційно-методичні основи експериментального дослідження, способи обробки та аналізу результатів.

Підготовка до педагогічного експерименту передбачала розв'язування таких завдань: вибір експериментально-дослідної методики; створення валідних тестових завдань для перевірки рівня сформованості знань умінь та навичок; аналіз переваг та недоліків існуючої методики професійної підготовки інженера-педагога з метою визначення її ефективності.

Для проведення констатувального етапу експериментального дослідження обрані чотири групи факультету комп'ютерних технологій та систем Бердянського державного педагогічного університету напряму підготовки 6.010104. Професійна освіта. Комп'ютерні системи та мережі.

Дисципліна «Комп'ютерні мережі» вивчається у 3 семестрі і включає 9 тем, відповідно до робочої програми проводяться лабораторні роботи загальним обсягом 16 годин.

На основі таксономії В. Беспалько нами були сконструйовані тестові завдання для перевірки рівня засвоєння змістової та операційної компонент як ознак понять, так і навичок студентів відповідно до мети навчання та логічної структури дисципліни «Комп'ютерні мережі».

Для виконання експериментальних завдань ми розподілили студентів на дві групи. Перша експериментальна вибірка включала 49 студентів факультету комп'ютерних технологій та систем. З якими ми проводили тестування з метою відбору лише тих тестових завдань, що мають змістовну валідність, надійність та необхідну складність.

Друга вибірка складалася з 52 студентів, з якими ми здійснили порівняльне вимірювання ефективності методики навчання комп'ютерних мереж.

У першій частині констатувального експерименту нами було проведено тестування з трьох навчальних модулів за відповідними рівнями сформованості знань умінь та навичок. Результати тестування були сформовані у 9 таблиць даних. Для аналізу тесту використані дисперсійний аналіз і точковий бісеріальний розподіл для визначення валідності завдань та кореляційний аналіз для визначення системотвірної властивості тесту.

У другій частині констатувального експерименту за допомогою розроблених тестів був проаналізована рівень сформованості знань, умінь та навичок студентів. Результати тестування визначили теми («Протоколи канального рівня локальних мереж», «Протокол IP» і «Протокол передавання гіпертекстових документів»), з яких студенти мали низькі коефіцієнти розв'язування відповідних завдань в межах 23%, що підтвердило необхідність розробки методики навчання мережевих технологій.

За результатами проведення констатувального етапу експерименту проведено «пілотажне дослідження», мета якого полягає в перевірці висунутої гіпотези. Підготовка до експерименту передбачала розв'язування таких завдань:

– провести «пілотажне дослідження» за новою та традиційною методиками навчання мережевих технологіям студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю;

– проаналізувати ефективність кожної з обраних методик;

– спланувати проведення формувального етапу експериментального дослідження відповідно до одержаних результатів.

Сутність «пілотажного дослідження» полягала в проведенні занять у контрольній групі (КГ) за традиційною методикою з використанням ілюстративно-наочних методів навчання та з використанням системи інформаційних контурів n-го порядку для структурування змісту, мережевих технологій як засобу навчання та практичного методу навчання на основі поетапних дій з програмування в експериментальних групах (ЕГ) №1 та №2. Загальний обсяг експериментальної вибірки складав 59 осіб.

Результати дослідження засвідчили перевагу експериментальної методики порівняно з традиційною з використанням ілюстративно-наочних методів навчання.

Відповідно до отриманих результатів «пілотажного дослідження» для проведення формувального експерименту ми здійснили планування організації занять в експериментальній групі, при якому вибір методики для вивчення конкретної теми залежав від змісту навчального матеріалу та завдань. Головним результатом експерименту стала методика, що ґрунтувалася на розробленій таксономії цілей, удосконаленій структурі змісту, використанні практичних методів на основі поетапних дій з програмування та застосуванні комп'ютерних мереж як головного засобу навчання.

Формувальний етап експериментального дослідження проводився на факультеті комп'ютерних систем та мереж Бердянського державного педагогічного університету, обсяг експериментальної вибірки складав 76 осіб.

Нульова гіпотеза формувального експерименту говорить про відсутність впливу нашої методики на рівень формування знань умінь та навичок студентів інженерно-педагогічних спеціальностей з мережевих технологій, а розбіжності, які спостерігаються в результатах, є випадковими і не мають системного характеру. Альтернативна гіпотеза є загальною для нашого дослідження і полягає в тому, що використання розробленої методики навчання мережевим технологіям дозволяє суттєво підвищити ефективність та результативність навчання з урахуванням таких вимог:

1. Структуруванні змісту дисципліни відповідно до системи інформаційних контурів n-го порядку.

2. Використання програмування як практичного методу навчання мережевих технологій.

3. Всебічного застосування комп'ютерних мереж у процесі навчання мережевих технологій.

Нульова гіпотеза перевірена за критерієм Пірсона , вибір критерію пов'язаний з особливостями вибірки та шкали вимірювання рівня сформованості знань. Підсумкові результати сформованості знань, умінь та навичок з дисципліни «Комп'ютерні мережі» наведено на рис. 1.

методика навчання мережевий технологія

Рис. 1. Загальні результати проведення формувального експерименту

Статистичні дані, отримані у результаті експериментального дослідження, свідчать про адекватність одержаних даних і дає достатні підстави для відхилення нульової гіпотези і прийнятті альтернативної гіпотези про вплив запропонованої методики на результати вивчення мережевих технологій студентами інженерно-педагогічних спеціальностей.

Висновки

У дисертації здійснено теоретичне узагальнення та запропоновано нове розв'язання наукової проблеми теоретичного обґрунтування, практичної розробки та впровадження методики навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю. Вирішення цієї проблеми можливе за умов інноваційної розробки змісту, методів та засобів навчання мережевих технологій.

1. Проведений аналіз стану розробленості методики навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей мережевим технологіям в умовах їх стрімкого розвитку виявив, що наявні методичні підходи є фрагментарними, не характеризуються цілісністю та системністю, що не дозволяє забезпечити належного рівня підготовки у галузі мережевих технологій. Аналіз наукових праць, а також методик навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів дозволили визначити таке:

· постає необхідність удосконалення та конкретизації цілей навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей, спираючись на сучасні напрямки розвитку комп'ютерних мереж та інформаційних технологій з урахуванням вимог потенційних замовників;

· існує необхідність в обґрунтуванні та розробці підходу до модульного структурування змісту навчального матеріалу з мережевих технологій, який буде не просто дублювати навчальний матеріал у змісті, а на основі логічних зв'язків між поняттями створювати підґрунтя для реалізації керованої структури змісту для реалізації модифікованого повторення навчального матеріалу з метою формування навичок;

· на сучасному етапі розвитку мережевих технологій доцільно зробити наголос у підготовці студентів інженерно-педагогічних спеціальностей, на вивченні у порівнянні двох головних стеків мережевих протоколів TCP/IP та ISO/OSI як основи для проектування та побудови мереж у відповідності до сучасних вимог в незалежності від їх призначення; локальних мереж на основі технологій Ethernet та бездротової передачі даних; глобальних мереж на основі комутації пакетів; прикладних протоколів комп'ютерних мереж як основи для створення єдиного інформаційного простору;

· недостатньо обґрунтовано відбір методів навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей з урахуванням логічної структури змісту дисципліни «Комп'ютерні мережі» та цілей підготовки майбутніх інженерів-педагогів, спираючись на поглиблене використання практичних методів навчання для розв'язання завдань з мережевих технологій;

· використання комп'ютерних мереж як засобу навчання мережевих технологій не в повному обсязі враховують можливості інтеграції когнітивного, операційного та контрольно-корегуючого компонентів діяльності майбутніх інженерів-педагогів.

2. Теоретично обґрунтовано побудову структури змісту навчання за допомогою графів у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку, уможливлює досягнення обґрунтованого поділу навчального матеріалу на модулі спираючись на контури відповідного порядку.

Виділення системи інформаційних контурів дозволяє організувати багаторазове модифіковане повторення з динамічною зміною елементів. Логічні зв'язки елементів кожної окремої порції змісту модуля утворюють динамічні та завершені одиниці у структурі навчального матеріалу. Використання додаткових інформаційних контурів дає можливість досягти логічної завершеності у модульній побудові змісту, що виключає необґрунтоване дублювання та забезпечує багаторазове модифіковане повторення навчальної інформації з метою підвищення рівня її засвоєння та формування навичок.

На основі аналізу зарубіжної та вітчизняної літератури з використання практичних методів навчання обґрунтовано використання поетапного виконання дій з програмування. Це дозволило удосконалити практичний метод навчання, що полягає в оптимізації задач з мережевих технологій на основі визначення базового інваріанту та варіативної частини завдання. Визначення базового інваріанту завдання використовується для окреслення тієї частини, що визначаються інформаційним контуром та описує спільну функцію мережевого програмного забезпечення. Варіативна частина завдання реалізує додатковий інформаційний контур та дозволяє виконати модифіковане повторення навчальної інформації.

Обґрунтовано системне використання комп'ютерних мереж як засобу навчання. Навчання з використанням комп'ютерних мереж дозволяє здійснити інтеграцію когнітивного, операційного та контрольно-корегуючого компонентів на основі використання мережевого навчального середовища. Використання комп'ютерних мереж як засобу навчання дозволяє якісно змінити контроль за діяльністю студентів, забезпечуючи при цьому гнучкість керування когнітивним та операційним компонентами діяльності студентів.

3. На основі теоретичного обґрунтування розроблено методику, яка включає таксономію цілей, зміст, методи та засоби навчання мережевих технологій. Розроблена модульна структура змісту навчання з урахуванням напрямків розвитку мережевих технологій у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку та програма дисципліни «Комп'ютерні мережі», яка містить теми: «Стеки протоколів TCP/IP та ISO/OSI. Архітектура фізичного рівня моделі ISO/OSI», «Архітектура канального рівня комп'ютерних мереж. Протоколи канального рівня», «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Транспортний рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи HTTP та FTP», «Прикладні протоколи SMTP, POP3 та Telnet» які складають основу модулів.

Методику навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів побудовано на основі комплексного використання таких методів навчання: пояснювально-ілюстративний, проблемний, програмований та практичний метод на основі дій з програмування. Для реалізації практичного методу навчання розроблені завдання з тем: «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи HTTP та FTP», «Прикладні протоколи SMTP, POP3 та Telnet», які оптимізовані шляхом виділення базового інваріанту та варіативної частини та розв'язуються шляхом поетапного виконання дій з програмування. Комплексне використання методів дозволило підвищити якість засвоєння знань та формування умінь та навичок.

Системне використання засобів навчання у вигляді мережевого навчального середовища для здійснення інтеграції когнітивного, операційного та контрольно-корегуючого компонентів діяльності стало основою для підвищення рівня сформованості знань з мережевих технологій

4. У результаті проведення експериментального дослідження встановлено, що розроблена і впроваджена методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів обумовила підвищення рівня сформованості знань умінь та навичок. Середнє значення успішності студентів експериментальної групи більше ніж контрольної на 8,14% (підвищення рівня засвоєння знань на 7,36%, умінь на 8,66% навичок на 10,99%). Результати впровадження розробленої методики навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю дозволяють констатувати її дієвість. Це підтверджує гіпотезу дослідження і свідчить про виконання поставленої мети і завдань дослідження.

Виконане дослідження не вирішує всіх аспектів розв'язання проблеми підвищення якості навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю.

Подальшого дослідження потребують теоретичні засади методики навчання мережевих технологій в умовах дистанційної освіти.

Cписок публікацій за темою дисертації

1. Павленко М.П. Психолого-педагогічні аспекти використання комп'ютерних мереж та мережних технологій у навчанні студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / Павленко М. П. // Проблеми інженерно-педагогічної освіти : зб. наук. праць. - Харків : УІПА, 2003. - Вип. 5. - С. 179-184.

2. Межуєв В. І. Експериментальна перевірка ефективності методики навчання комп'ютерних мереж студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів / В. І. Межуєв, М. П. Павленко // Проблеми інженерно-педагогічної освіти : зб. наук. праць. - Харків : УІПА, 2004. - Вип. 8. - С. 183-188.

3. Павленко М.П. Історичний аспект створення та використання комп'ютерних мереж у навчанні. / Павленко М. П. // Зб. наук. праць Бердянського державного педагогічного університету (Педагогічні науки). - Бердянськ : БДПУ, 2004. - №1. - С. 159-167.

4. Павленко М.П. Проблема визначення структури змісту курсу «Комп'ютерні мережі» для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей. / Павленко М. П. // Проблеми сучасного підручника : зб. наук. праць - К. : Пед. думка, 2004. - Вип. 5. Ч. ІІ. - С. 143-148.

5. Павленко М.П. Проблема змісту практичної діяльності студентів при навчанні студентів мережним технологіям / Павленко М. П. // Зб. наук. праць Бердянського державного педагогічного університету (Педагогічні науки). - Бердянськ : БДПУ, 2004. - №3. - С. 162-169.

6. Павленко М.П. Структурно-логічний аналіз курсу «Комп'ютерні мережі» для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / Павленко М. П. // Зб. наук. праць. Педагогічні науки. - Херсон : Видавництво ХДУ, 2004. - Вип. 36. - С. 267-271.

7. Павленко М.П. Шляхи удосконалення методики навчання комп'ютерних мереж студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / Павленко М. П. // Проблеми інженерно-педагогічної освіти : зб. наук. праць. Вип. 11. - Харків : УІПА, 2005. - С. 179-184.

8. Межуєв В.І. Методика створення валідних тестових завдань для перевірки рівня засвоєння змісту навчання з дисципліни «Комп'ютерні мережі» студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / В. І. Межуєв, М. П. Павленко // Вісник Луганського національного педагогічного університету імені Тараса Шевченка.- Луганськ, ЛНПУ «Альма-матер», 2006. - Вип. 21. - С. 23-29.

9. Павленко М.П. Удосконалення змісту навчання майбутніх інженерів-педагогів мережевих технологій / М. П. Павленко, В. Г. Хоменко // Зб. наук. праць Бердянського державного педагогічного університету (Педагогічні науки). -- Бердянськ : БДПУ, 2009. - №1. - С. 139-144.

10. Павленко М.П. Експериментальна перевірка методики навчання комп'ютерних мереж студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / Павленко М. П. // Проблеми прийняття рішень в умовах невизначеності : матеріали міжнар. наук.-практ. конф. [«Проблеми прийняття рішень в умовах невизначеності»] (м. Бердянськ, 12-17 вересня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, Бердянський державний педагогічний університет. - Бердянськ : БДПУ, 2005. - С. 76-78.

11. Павленко М.П. Експериментальна перевірка навчання комп'ютерних мереж студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / Павленко М. П. // Актуальні проблеми підготовки педагогічних кадрів до творчої професійної діяльності : матеріали Всеукр. наук.-практ. конф. [«Актуальні проблеми підготовки педагогічних кадрів до творчої професійної діяльності»], (16-17 листопада 2006 р.) / М-во освіти і науки України, Мелітопольський державний педагогічний університет ім. Б.Хмельницького. - Мелітополь : МДПУ, 2006. - С. 118-119.

12. Павленко М.П. Методичні основи навчання мережених технологій / Павленко М. П. // Інформаційні технології в наукових дослідженнях і навчальному процесі : матеріали ІІ Міжнар. наук.-практ. конф. [«Інформаційні технології в наукових дослідженнях і навчальному процесі»] (м. Луганськ, 14-16 листопада 2006 р.) / М-во освіти і науки України, Луганський національний педагогічний університет ім. Т.Г.Шевченка. Т. 2. - Луганськ: ЛНПУ «Альма-матер», 2006. - С. 44-45.

13. Павленко М.П. Проектування та побудова структурно-логічної моделі понять курсу «Комп'ютерні мережі» для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей / М. П. Павленко // Вісник Луганського національного педагогічного університету імені Тараса Шевченка. Луганськ. : ЛНПУ Альма-матер, 2007. - Вип. 21. - С. 78-87.

14. Павленко М. П. Комп'ютерні мережі : [навч.-методич. посібник] / Максим Петрович Павленко. - Бердянськ : БДПУ, 2009. - 137 с.

Анотація

Павленко М.П. Методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни). - Українська інженерно-педагогічна академія, Харків, 2009.

У дисертації обґрунтовано теоретичні і практичні засади методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп'ютерного профілю. Удосконалено представлення структури змісту навчання за допомогою графів у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку з динамічною зміною елементів та запропонована модульна побудова змісту на їх основі з метою підвищення рівня засвоєння навчальної інформації та формування навичок. Встановлено доцільність використання комп'ютерних мереж як засобу навчання на основі застосування мережевого навчального середовища для інтеграції когнітивного, операційного та контрольно-корегуючого компонентів. На цій основі розроблено методику навчання мережевих технологій, яка включає цілі, зміст, методи та засоби навчання. Експериментальне дослідження підтвердило підвищення рівня сформованості знань умінь та навичок у майбутніх інженерів-педагогів комп'ютерного профілю з мережевих технологій.

Ключові слова: інженер-педагог комп'ютерного профілю, методика навчання мережевих технологій, інформаційні контури, практичний метод навчання на основі програмування, комп'ютерні мережі, засоби навчання.

Аннотация

Павленко М. П. Методика обучения сетевым технологиям студентов инженерно-педагогических специальностей высших учебных заведений. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения (технические дисциплины). - Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, 2009.

Диссертация посвящена проблеме теоретического обоснования и практической разработки методики обучения сетевым технологиям студентов инженерно-педагогических специальностей компьютерного профиля.

В диссертационном исследовании проанализирована проблема разработанности методики обучения студентов инженерно-педагогических специальностей сетевым технологиям в условиях их стремительного развития. Установлено, что одним из путей решения этой проблемы является учет требований потенциальных заказчиков и направлений развития сетевых технологий: изучение в сравнении двух основных стеков сетевых протоколов TCP/IP и ISO/OSI, разработки и проектирования локальных сетей на основе технологии Ethernet, глобальных сетей на основе коммутации пакетов.

В процессе исследования определенна необходимость в обосновании и разработке подхода к модульному структурированию содержания учебного материала по сетевым технологиям, который учитывает возможность использования логических связей между понятиями для создания и реализации управляемой структуры на основе модифицированного повторения.

Проанализировано состояние проблемы выбора методов и средств обучения сетевым технологиям. Установлено, что существует необходимость в обоснованном выборе методов обучения с учетом логической структуры содержания дисциплины «Компьютерные сети» и более глубоком использовании практических методов обучения для выполнения заданий по сетевым технологиям на основе программирования, а также в системном использование компьютерных сетей как средства обучения будущих инженеров-педагогов.

Теоретически обоснована и разработана методика обучения сетевым технологиям которая включает цели, содержание, методы и средства обучения. Построенная таксономия целей обучения, содержит стратегические, тактические и операционные цели, формируемые в процессе обучения дисциплине «Компьютерные сети» в соответствии с четырьмя уровнями усвоения знаний и умений.

Удосконалення представлення структури змісту навчання за допомогою графів у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку та запропонована модульна побудова змісту на їх основі з метою підвищення рівня засвоєння навчальної інформації та формування навичок.

Усовершенствованно представление структуры содержания обучения с помощью графов на основе использования системы информационных контуров n-го порядка с динамической сменой элементов и предложено модульное построение содержания на их основе с цель повышения уровня усвоения учебной информации и формирования навыков. В разработанной структуре содержания использованы информационные контуры n-го порядка иерархии с динамической сменой элементов и дополнительные информационные контуры. Введение информационных контуров с динамической сменой элементов позволяет осуществлять модифицированое повторение учебной информации с целью повышения уровня ее усвоения. Определение дополнительных информационных контуров выполняется на каждом уровне иерархии для организации логических связей информационных контуров. Разработка модульной структуры содержания происходит в несколько этапов. Первый этап - построение информационного контура первого порядка, который является контуром всей дисциплины. На следующих этапах выделяются информационные контуры содержательного модуля, зачетного кредита, темы. Разработанная система является сквозной, так как контуры разного порядка связаны между собой за счет повторения общих понятий в рамках всей дисциплины. Включение понятий в контуры разного порядка приводит к усилению логических связей учебных модулей, межтемных связей.

Обосновано использования практических методов обучения на основе поэтапных действий по программированию для оптимизации задач. При формировании задач по сетевым технологиям выделены базовый инвариант и вариативная часть задания. Базовый инвариант определяется информационным контуром и описывает общую функцию сетевого программного обеспечения. Вариативная часть задания реализует дополнительный информационный контур.

Установлена целесообразность использования компьютерных сетей как средства обучения на основе применения сетевой учебной среды для интеграции когнитивного, операционного и контрольно-корректирующего компонентов обучения.

Экспериментальное исследование констатировало повышение уровня сформированности знаний, умений и навыков по сетевым технологиям будущих инженеров-педагогов компьютерного профиля. Это подтвердило гипотезу исследования и свидетельствует о выполнении поставленных задач и цели исследования.

Ключевые слова: инженер-педагог компьютерного профиля, методика обучения сетевым технологиям, информационные контуры, практический метод обучения на основе программирования, компьютерные сети, средства обучения.

Summary

Pavlenko M.P. Method of teaching of network technologies of engineer - pedagogical specialities's students in higher educational establishments.