Развитие учебной деятельности студентов направления "Технологическое образование" средствами натурного и модельного эксперимента

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ

РАЗВИТИЕ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ НАПРАВЛЕНИЯ «ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ» СРЕДСТВАМИ НАТУРНОГО И МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Москва - 2009

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Основным направлением современной образовательной политики Российской Федерации является комплексная модернизация образования на всех его уровнях и ступенях. В этой связи одной из приоритетных задач выступает повышение качества образования. В ее решении повышается роль учителя, педагога, преподавателя. Повышение профессионализма педагогов, формирование педагогического корпуса, соответствующего требованиям современной жизни, - необходимое условие модернизации всей системы образования. Подготовленные в системе педагогического образования специалисты призваны стать носителями идей обновления на основе сохранения и приумножения лучших традиций отечественного образования.

Изменения, произошедшие в социальной, информационной и технологической сферах, позволяют говорить о кризисе поддерживающего образования, которое явно не соответствует современным, а тем более перспективным требованиям, поскольку не может обеспечить полноценную подготовку человека к новым быстроизменяющимся условиям жизни. При этом традиционная передача и трансляция знаний только педагогом утрачивает свой смысл. Более того, темпы научно-технологического прогресса таковы, что многие знания устаревают уже в течение 3-5 лет, что необходимо учитывать в системе образования. В настоящее время основной задачей процесса образования выступает право выбора траектории своей учебной деятельности с учетом интересов личности студента, что предполагает единство образованности, воспитанности, общей и профессиональной развитости. Поэтому на современном этапе образования приоритетным является развитие самостоятельной учебной деятельности студента, предусматривающей возможность мобилизовать его личностный потенциал для решения различного рода проблем и разумного нравственно-целесообразного преобразования действительности.

Специфика развития учебной деятельности студентов заключается не в том, что осваиваются, прежде всего, кем-то переработанные готовые знания, кем-то предложенные к усвоению, а исследуются условия происхождения нового знания и приобретения нового опыта деятельности. В этом случае студенты самостоятельно осуществляют сбор, получение, обработку, преобразование и анализ необходимой информации об исследуемом объекте или явлении. В ходе такой учебной деятельности они приобретают новые виды опыта деятельности: выявление и идентификация проблемы, исследование и проектирование, сотрудничество, применение известных и создание новых технологий получения продукта, оценка качества результатов и т.д.

Проблемы организации самостоятельной (совместной и индивидуальной) учебной деятельности обучающихся рассматривались в трудах Ю.К. Бабанского, Б.П. Есипова, И.Я. Лернера, М.И. Махмутова, П.И. Пидкасистого, Е.С. Полат, Н.Ф. Талызиной, А.В. Усовой, Т.И. Шамовой, Г.И. Щукиной, Д.Б. Эльконина, И.С. Якиманской и др.

Главной задачей технологического образования является формирование технологической культуры молодежи, содействие в ее подготовке к самостоятельной профессиональной деятельности. «Технология» - интегративная образовательная область, синтезирующая научные знания из различных областей математики, физики, химии, биологии, технологии и показывающая их использование в системной, целенаправленной деятельности человека. Теоретико-методологические основы технологического образования разработаны в трудах П.Р. Атутова, П.Н. Адрианова, В.М. Жучкова, В.М. Казакевича, В.А. Полякова, В.Д. Симоненко, Ю.Л. Хотунцева и др.

Эксперимент и наблюдение являются экспериментальными методами исследования в процессе подготовки студентов направления «Технологическое образование». Конечно же, студенты имеют довольно значительный запас наблюдений, близких к изучаемым в общетехнических дисциплинах объектам и явлениям. Среди этих наблюдений имеются и наблюдения явлений самой природы, и наблюдения технических установок и машин, технических и технологических систем и процессов. Естественно, необходимо максимально использовать предшествующий опыт обучающихся, связать изучение общетехнических дисциплин с будущей профессиональной деятельностью, упорядочить и систематизировать то, что они приобрели в своей предыдущей деятельности. Но эти предшествующие наблюдения студентов могут в большинстве случаев служить лишь введением в изучение той или иной проблемы, а также быть заключительным элементом, но не основой для приобретения новых знаний и нового опыта деятельности. Только постановка учебного эксперимента, резко выделяющего для студентов то, что составляет существо познаваемого объекта или явления, дает возможность подвести их к полному пониманию или знанию. Эксперимент является важным средством для полного, всестороннего и глубокого познания объектов и явлений, технических и технологических систем, составляющих основу общетехнических дисциплин. Дидактические особенности системы учебного эксперимента, теории и методики обучения физики исследованы в работах А.И. Бугаева, В.А. Бурова, Ю.И. Дика, Б.С. Зворыкина, П.А. Знаменского, С.Е. Каменецкого, А.В. Перышкина, А.А. Покровского, Н.С. Пурышевой, Л.И. Резникова, И.М. Румянцева, А.А. Синявиной, Л.С. Хижняковой, Н.М. Шахмаева и др.

В настоящее время персональный компьютер является необходимым и неотъемлемым средством в системе учебного эксперимента, применение которого, с одной стороны, модифицировало класс технических средств эксперимента, а с другой, привело к появлению нового класса средств эксперимента - программного. Использование персонального компьютера в процессе обучения имеет широкий диапазон: от непосредственного сбора, обработки и преобразования полученной информации из мира физико-химических величин, моделирования реальных объектов и явлений, до осуществления контроля и самоконтроля усвоения студентами новых теоретических знаний и нового опыта деятельности. Проблемам теории и методики использования персонального компьютера и средств информационных и телекоммуникационных технологий в процессе обучения естественным и техническим наукам посвящены исследования Л.И. Анциферова, Г.А. Бордовского, А.Л. Бугримова, Я.А. Ваграменко, Ю.А. Воронина, С.Г. Григорьева, В.А. Извозчикова, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, А.В. Смирнова и др.

При исследовании сферы эмпирического знания в процессе развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» одной из ведущих является проблема соотношения натурного и модельного эксперимента. Теоретические основы натурного и модельного эксперимента разработаны в трудах В.И. Аршинова, В.А. Веникова, Н. Винера, В.М. Глушкова, П.Л. Капицы, Я.Г. Неуймина, М.Э. Омельяновского, А.И. Ракитова, Г.И. Рузавина, А.А. Самарского, П.Е. Сивоконя, В.С. Степина, А.И. Уемова, Я. Хакинга, М.А. Храмовича, Р. Шеннона, В.А. Штоффа. Проведенный анализ показал, что на сегодняшний день учебный эксперимент в процессе обучения общетехническим дисциплинам практически сведен на нет, причем этот процесс характерен не только для лабораторного, но и для демонстрационного эксперимента при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала. Главным образом, это связано с неизбежным старением материально-технической базы средств эксперимента, их отсутствием или высокой стоимостью. Зачастую, как показывает практика, руководство ВУЗа предлагает профилирующим кафедрам вместо покупки необходимых технических средств для проведения эксперимента приобрести персональные компьютеры, не понимая при этом, что ни один персональный компьютер не может полностью заменить необходимые экспериментальные установки, приборы, инструменты и т.д. При этом натурный эксперимент искусственно заменяется компьютерным модельным экспериментом, чего быть не должно.

Таким образом, анализ использования современных педагогических технологий, подготовки студентов направления «Технологическое образование», исследование практики использования учебного натурного и модельного эксперимента в подготовке студентов направления «Технологическое образование» в различных педагогических вузах страны позволили выявить следующие противоречия между:

- потребностью развития самостоятельной учебной деятельности студента, системного мышления, рефлексивных умений, творческих способностей и саморазвития, умений мобилизовать свой личностный потенциал для решения различного рода проблем и существующего на практике поддерживающего образования, ориентированного на трансляцию готового знания и репродуктивный характер приобретения знаний, умений и навыков обучающимися;

- широким использованием натурного и модельного эксперимента, а зачастую их взаимной заменой друг друга в обучении и отсутствием методических основ взаимного дополнения натурного и модельного учебного эксперимента для более глубокого исследовании явлений и объектов и их применения в процессе развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование»;

- потребностью развития коллективной, совместной и индивидуальной учебной деятельности студентов при выполнении натурного и модельного эксперимента и сложившейся традиционной практикой подготовки студентов направления «Технологическое образование» с использованием натурного эксперимента, ориентированной на «среднего» студента, а также вытеснением или окончательной заменой учебного натурного эксперимента компьютерным модельным экспериментом.

Решение выявленных противоречий определяет актуальность научно-методического исследования, заключающегося в развитии учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента. В связи с этим проблема исследования сформулирована следующим образом:

· каковы теоретические основы развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента?

· какие методические условия развития коллективной, совместной и индивидуальной учебной деятельности студентов необходимо реализовать при взаимном дополнении натурного и модельного эксперимента?

· какие содержательные и процессуальные компоненты являются ключевыми в методике развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента?

Важность и актуальность рассматриваемой проблемы послужила основанием для определения темы исследования: «Развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента».

Объект исследования - учебная деятельность студентов направления «Технологическое образование» в педагогическом высшем учебном заведении.

Предмет исследования - развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

Цель исследования - обосновать концепцию и разработать модель и методику развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

Гипотеза исследования. Если развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента осуществлять на теоретических основаниях, определяющих взаимосвязь целей, содержания, средств, методов и организационных форм обучения с учетом конкретного содержания данной подготовки и адекватных педагогических технологий, то разработанная методика развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента:

- будет способствовать самостоятельному приобретению обучающимися субъективно новых знаний и нового опыта деятельности на личностном уровне, основанном на рефлексии их применения в новых и неизвестных условиях при переходе от репродуктивной к продуктивной учебной деятельности;

- будет способствовать активизации и повышению уровня учебной деятельности студентов, формированию и развитию у них опыта исследовательской деятельности, системного мышления, рефлексивных умений, творческих способностей, самостоятельности и творческой активности, способности к саморазвитию;

- позволит осуществить оптимизацию форм, методов и средств обучения, повысить их эффективность и качество подготовки студентов направления «Технологическое образование»;

- позволит вывести на новый качественный уровень аудиторную (совместную и индивидуальную) и внеаудиторную самостоятельную учебную деятельность студентов направления «Технологическое образование»;

- обеспечит дифференциацию самостоятельной учебной деятельности и будет способствовать построению индивидуальной траектории обучения студентов направления «Технологическое образование» при выполнении натурного и модельного эксперимента.

При этом эффективность методики развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента может быть оценена через такие показатели, как новые знания - уровень обученности студентов и новый опыт деятельности: уровень совместной учебной деятельности студентов при выполнении учебного натурного эксперимента и модельного эксперимента над материальными моделями, уровень индивидуальной самостоятельной учебной деятельности при проведении компьютерного модельного эксперимента.

В соответствии с целью и гипотезой поставлены следующие задачи исследования:

1. Провести теоретическое обобщение подходов к развитию учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

2. Разработать обобщенную систему учебного натурного эксперимента, отражающую содержание и этапы учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование».

3. Разработать систему модельного эксперимента, выявить ее функциональные возможности для развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование».

4. Обосновать концепцию и разработать модель развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

5. Разработать методику развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

6. Провести опытно-экспериментальную проверку эффективности разработанной методики развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

Методологическую основу исследования составляют: идеи, принципы деятельностного подхода (Б.Г. Ананьев, Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); идеи, принципы личностно-ориентированного обучения (Н.А. Алексеев, Е.В. Бондаревская, В.В. Гузеев, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.); основы личностно-деятельностного подхода (Б.Г. Ананьев, Л.С. Выготский, И.А. Зимняя, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); идеи проблемного обучения (Ю.К. Бабанский, И.Я. Лернер, Т.В. Кудрявцев, А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, В. Оконь и др.); педагогические исследования по проблемам профессиональной подготовки (С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, С.Я. Батышев, В.С. Леднев, Э.Д. Новожилов, П.П. Пидкасистый и др.); теоретические основы научного эксперимента (В.И. Аршинов, П.Л. Капица, В.В Налимов, М.Э. Омельяновский, А.И. Ракитов, Г.И. Рузавин, П.Е. Сивоконь, В.С. Степин, Я. Хакинг, М.А. Храмович, В.А. Штофф и др.); теоретические основы модельного эксперимента, в том числе и компьютерного модельного эксперимента (В.А. Веников, Н. Винер, В.М. Глушков, А.Н. Кочергин, Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, Я.Г. Неуймин, И.Б. Новик, Г.И. Рузавин, А.А. Самарский, А.И. Уемов, Р. Шеннон, В.А Штофф и др.); дидактические особенности системы учебного эксперимента, теории и методики обучения физике (А.И. Бугаев, В.А. Буров, Ю.И. Дик, Б.С. Зворыкин, П.А. Знаменский, С.Е. Каменецкий, А.В. Перышкин, А.А. Покровский, Н.С. Пурышева, Л.И. Резников, И.М. Румянцев, А.А. Синявина, Л.С. Хижнякова, Н.М. Шахмаев и др.); теоретические и методические основы использования персонального компьютера и средств информационных и телекоммуникационных технологий в процессе обучения естественным и техническим наукам (Л.И. Анциферов, Г.А. Бордовский, А.Л. Бугримов, Я.А. Ваграменко, Ю.А. Воронин, С.Г. Григорьев, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, А.В. Смирнов и др.); теоретико-методологические основы технологического образования (П.Р. Атутов, П.Н. Адрианов, А.Н. Богатырев, В.М. Жучков, В.М. Казакевич, В.А. Поляков, В.Д. Симоненко, Ю.Л. Хотунцев и др.); основы построения и использования педагогических технологий (Ю.А. Воронин, М.В. Кларин, Т.С. Назарова, Е.С. Полат, А.Я. Савельев, Н.Ф. Талызина и др.); теория развивающего обучения (Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, В.В. Рубцов, Д.Б. Эльконин и др.); дидактические особенности организации самостоятельной учебной деятельности обучающихся (Ю.К. Бабанский, Б.П. Есипов, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, П.И. Пидкасистый, Е.С. Полат, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова, Т.И. Шамова, Г.И. Щукина, Д.Б. Эльконин, И.С. Якиманская и др.).

Достоверность и обоснованность результатов достигались следующими методами исследования:

- анализом литературы по философии и методологии, философским вопросам теории познания, научного эксперимента, педагогике и психологии, методике преподавания технологии, методике преподавания физики, учебного эксперимента с целью постановки конкретных задач исследования и определения путей и способов достижения цели исследования;

- теоретическими методами исследования поставленных проблем (системный подход, анализ и синтез, проведение аналогий, обобщение, моделирование), при этом достижение цели исследования с их помощью привело к разработке концепции и построению модели развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента;

- экспериментальными методами и формами работы (наблюдение педагогических явлений, исследование констатирующего и поискового характера, анкетирование, тестирование, опытная проверка и внедрение разработанной методики).

В целом исследование охватило период времени с 2000 по 2008 гг. и осуществлялось в три этапа.

На первом этапе с 2000 по 2002 гг. проводился констатирующий эксперимент - изучалось современное состояние в теории и практике использования натурного и модельного эксперимента для развития учебной деятельности при подготовке студентов направления «Технологическое образование», проводилась поисковая работа по разработке методики развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

Второй этап выполнения диссертационного исследования с 2002 по 2005 гг. был посвящен проведению поискового и обучающего эксперимента - обосновывалась концепция и разрабатывалась модель и методика развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента, осуществлялась экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы. По результатам исследований осуществлялось внедрение и экспериментальная проверка разработанной методики в высших учебных заведениях Российской Федерации.

На третьем этапе исследования с 2006 по 2008 гг. осуществлялось обобщение и систематизация полученных результатов, публикация монографии и оформление докторской диссертации.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

2. Обоснована концепция и разработана модель развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

3. Сформулированы теоретические основы построения методики развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

4. Обоснована и разработана обобщенная система учебного натурного эксперимента, отражающая компоненты и содержание учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование».

5. Обоснована и разработана система модельного эксперимента, положенная в основу структуры и содержания учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» при проведении модельного эксперимента над материальными моделями и компьютерного модельного эксперимента.

6. Разработана система средств натурного и модельного эксперимента, используемая для развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование», состоящая из двух классов: технические средства эксперимента и программные средства эксперимента.

7. Разработаны методические рекомендации по развитию учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента.

Теоретическая значимость исследования заключается:

1. В обосновании концепции и разработке модели развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента, что позволяет осуществлять педагогический процесс на основе самостоятельного приобретения студентами субъективно новых знаний и опыта деятельности на личностном уровне при выполнении натурного и модельного эксперимента и обеспечивает развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» на всех ее иерархических уровнях.

2. В развитии теории и методики обучения посредством исследования сущности использования средств натурного и модельного эксперимента при подготовке студентов направления «Технологическое образование».

3. В обосновании и использовании соотношения и взаимного дополнения натурного и модельного эксперимента в процессе развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование».

4. В решении проблемы использования натурного и модельного эксперимента для развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование», способствующей переходу от репродуктивной к продуктивной (исследовательской) учебной деятельности в обучении, самостоятельному приобретению обучающимися новых знаний и нового опыта деятельности на личностном уровне, формированию и развитию у них системного мышления, рефлексивных умений, творческих способностей и способности к саморазвитию, самостоятельности и творческой активности.

Практическая значимость исследования заключается в разработке комплекса дидактических и методических материалов, включающего:

· учебные пособия для студентов педвузов по организации и развитию аудиторной и внеаудиторной самостоятельной учебной деятельности студентов при выполнении компьютерного модельного эксперимента;

· систему лабораторно-практических работ, отражающую структуру и функции учебной деятельности студентов при выполнении учебного натурного и модельного эксперимента;

· систему самостоятельных заданий, направленных на более глубокое исследование познаваемых объектов и явлений, позволяющих развивать учебную деятельность студентов направления «Технологическое образование»;

· систему контроля и оценивания развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» при выполнении натурного и модельного эксперимента.

Методические разработки автора нашли широкое практическое применение. Результаты экспериментальной проверки свидетельствуют, что они могут использоваться не только для подготовки студентов направления «Технологическое образование», но и студентов естественнонаучных специальностей в педагогических вузах, а также в технических вузах и при повышении профессиональной квалификации учителей и обучении учащихся в учреждениях общего полного среднего образования.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные идеи, результаты и выводы исследования на различных этапах обсуждались и получили одобрение на международных, всероссийских и региональных конференциях, прошедших в г. Москве (2001-2006 гг.), г. Самаре (2000 г.), г. Глазове (2001, 2002 гг.), г. Кирове (2001 г.), г. Екатеринбурге (2001, 2002 гг.), г. Ярославле (2001 г.), г. Уфе (2001 г.), г. Шахты (2001 г.), г. Санкт-Петербурге (2002 г.), г. Туле (2002, 2004 гг.), г. Иркутске (2002 г.), г. Нижнем Новгороде (2002 г.), г. Комсомольске-на-Амуре (2002 г.), г. Курске (2003 г.), г. Новосибирске (2003 г.), г. Шадринске (2003, 2005 гг.), г. Брянске (2005 г.) и др. Результаты исследования обсуждались на кафедре педагогики, психологии и профессионального образования АНОО ВПО «Воронежский институт высоких технологий».

Основные результаты работы отражены в 75 публикациях по теме диссертации общим объемом 136 печатных листов, в том числе в 4 монографиях, 12 учебных пособиях и 10 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Методика развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента прошла полную проверку и внедрена в учебный процесс в ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет». Отдельные элементы методики были апробированы и внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого», ГОУ ВПО «Липецкий государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Коми государственный педагогический институт», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента представляет собой процесс самостоятельного приобретения обучающимися субъективно новых знаний и опыта деятельности на личностном уровне, основанного на рефлексии их применения в новых и неизвестных условиях при переходе от репродуктивной к продуктивной (исследовательской, творческой) деятельности в ходе обучения.

2. Концепция развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента: самостоятельное приобретение студентами субъективно новых знаний и опыта деятельности на личностном уровне при выполнении натурного и модельного эксперимента обеспечивает развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» на всех ее иерархических уровнях.

3. Модель развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента включает в себя: элементы (информация, преподаватель, студенты, компьютеризированная система средств обучения) и компоненты (цель, содержание, компьютеризированная система средств обучения, методы и организационные формы обучения), на основе которых строится ее реализация.

4. Методика развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента, предполагающая:

- оптимизацию графика освоения общетехнических дисциплин для проведения учебного натурного и модельного эксперимента;

- выбор технических и программных средств учебного натурного и модельного эксперимента;

- выбор методов развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» при выполнении натурного и модельного эксперимента;

- выбор различных форм аудиторной и внеаудиторной учебной деятельности студентов при проведении учебного натурного и модельного эксперимента;

- систему лабораторно-практических работ, отражающую структуру и функции учебной деятельности студентов при выполнении учебного натурного и модельного эксперимента;

- систему самостоятельных заданий, направленную на более глубокое исследование познаваемых объектов и явлений, позволяющих развивать учебную деятельность студентов;

- систему контроля и оценивания развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» при выполнении учебного натурного и модельного эксперимента.

Структура и основное содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, отражающих теоретические и практические аспекты проведенного исследования, заключения, списка литературы, включающего 295 наименований, и приложений.

Общий объем диссертации - 456 страниц. Основной текст диссертации - 379 страниц, включая 8 таблиц, 29 диаграмм, 16 рисунков. Приложения занимают 77 страниц.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность и сформулирована тема исследования; определены объект, предмет и цель исследования; сформулированы гипотеза и задачи исследования; раскрыты методы и описаны этапы исследования, его научная новизна, теоретическая и практическая значимость; сформулированы основные положения, выносимые на защиту; приведены сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

Глава I «Теоретические основы развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» посвящена исследованию теоретических основ развития учебной деятельности студентов.

В процессе исследования понятия «развитие» было выявлено, что развитие есть всеобщее свойство материи и сознания. Общими характеристиками развития являются: необратимость, прогресс / регресс, неравномерность, сохранение предыдущего в новом, единство изменения и сохранения, направленность и закономерность происходящих в развивающемся объекте изменений, время, точнее, протяженность во времени, которое и выявляет направленность развития. Проведенный анализ развития человека показал, что одни исследователи видят его сущность в развитии способностей личности; другие ученые рассматривают данное понятие как развитие мышления; третьи исследователи определяют развитие человека как развитие личности; четвертые - в развитии личности как субъекта деятельности. Все вышеперечисленные качества развития человека обязательным образом взаимосвязаны, и в действительности их невозможно представить один без другого.

Развитие студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента мы будем исследовать в плане развития их учебной деятельности. Это связано с тем, что основной формой включения в общественное бытие студенческого возраста остается учебная деятельность (В.И. Андреев, И.А. Зимняя, Г.Н. Сериков и др.). Понимание развития учебной деятельности связано с пониманием того, как могут изменяться ее структурные составляющие: что именно должно изменяться и как.

Любая деятельность человека (физическая и психическая) состоит из действий и операций, которые могут переходить друг в друга: во-первых, внутренняя деятельность постоянно включает в себя отдельные внешние действия и операции, а развитая внешняя практическая деятельность включает мыслительные действия и операции; во-вторых, действия могут превращаться в операции (А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.). Поэтому в компонентный состав внешней структуры учебной деятельности входят: учебная мотивация субъекта; учебная цель; учебная задача (проблема); решение учебной задачи (проблемы) посредством учебных действий и операций; контроль и самоконтроль; оценка и самооценка (В.В. Давыдов, И.А. Зимняя, А.Н. Леонтьев, Д.Б. Эльконин и др.).

Как и любая другая деятельность, учебная характеризуется активностью, предметностью, целенаправленностью, осознанностью и имеет определенную структуру и содержание, при этом структура учебной деятельности включает в себя следующие компоненты: субъект, объект, предмет, формы, средства, методы деятельности, ее результат, а внешними по отношению к этой структуре являются следующие характеристики деятельности: особенности, принципы, условия, нормы. В то же время учебная деятельность, как и любая целенаправленная деятельность, связана с развитием, причем развитие есть не просто изменения, вообще присущие всякому движению, а представляет собой изменения, связанные с процессами отражения, сопровождаемые упорядочением связей, накоплением информации.

Учебную деятельность в зависимости от содержания и характера ее протекания подразделяют на деятельность репродуктивную и продуктивную. Если репродуктивная деятельность является слепком, копией с деятельности другого человека, либо копией своей собственной деятельности, освоенной в предшествующем опыте, то продуктивная деятельность, в свою очередь, направлена на получение субъективно нового или объективно нового результата. В одних случаях процесс учебной деятельности носит характер подражательный, репродуктивный, в других - поисковый, в иных - исследовательский (творческий). Именно характер протекания процесса деятельности и влияет на конечный ее результат.

Продуктом учебной деятельности является структурированное и актуализируемое новое знание и новый опыт деятельности, лежащие в основе умений решать требующие его применения задачи и проблемы в разных областях науки и практики, внутреннее новообразование психики и деятельности в мотивационном, ценностном и смысловом аспектах. Продукт учебной деятельности входит основной, органичной частью в индивидуальный опыт личности. От его структурной организации, системности, глубины, прочности во многом зависит дальнейшая деятельность студента, в частности, успешность его профессиональной деятельности, общения. В продуктах учебной деятельности - новых знаниях, новом опыте - отражаются не только их предметность, но и духовность, общественные и личностные отношения, оценки и способы применения. При этом необходимо отметить, что учебная деятельность есть форма существования студента как субъекта учебной деятельности. В ней выражаются, проявляются и формируются все качества личности, ее характеристики (А.М. Новиков, П.И. Пидкасистый). Результатом учебной деятельности является либо испытываемая ее субъектом потребность (интерес, включенность, позитивные эмоции) в продолжении этой деятельности, либо уклонение от нее. В общем виде результатом учебной деятельности является приобретаемый новый опыт. Поэтому результатом учебной деятельности являются не отдельные, фрагментарные знания, действия, оценки, а целостные возможности личности к продуктивной работе, к решению учебных, а впоследствии и исследовательских задач и проблем.

Таким образом, личность студента находится в центре процесса обучения, в котором учебная деятельность, а не преподавание, является ведущей в процессе системной совместной деятельности преподавателя и студентов. При этом приоритетными для развития личности являются: самостоятельное приобретение и применение приобретенных новых знаний и нового опыта деятельности, совместные и индивидуальные исследования объектов и явлений.

Проведенный анализ позволил нам выявить, что развитие учебной деятельности - это процесс самостоятельного (коллективного, совместного или индивидуального) приобретения студентами субъективно новых знаний и опыта деятельности на личностном уровне, основанный на рефлексии их применения в новых и неизвестных условиях при переходе от репродуктивной к продуктивной (исследовательской) деятельности в обучении.

Качественные изменения деятельности проявляются в ее характере. Происходит движение деятельности от подражательной - исполнительской к поисковой - исследовательской (творческой). Разноуровневые качественные изменения деятельности по-разному влияют и на развитие личности. Всестороннее развитие личности студента происходит благодаря участию его в разнообразных видах деятельности. Развитие учебной деятельности, как подчеркивают В.В. Давыдов и А.К. Маркова, есть совершенствование каждого компонента учебной деятельности, их взаимосвязи и взаимопереходов; совершенствование мотивационного и операционального аспекта учения; превращение обучающегося в субъекта осуществляемой им учебной деятельности.

Нами определены подходы к развитию учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента:

- системный подход, который заключается в рассмотрении развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента с позиции целостной системы составляющих ее компонентов в многообразии их связей и отношений;

- личностно-деятельностный подход, который рассматривает личность студента как субъект деятельности, которая сама, формируясь в деятельности и в общении с другими людьми, определяет характер этой деятельности и общения.

Нами выделены следующие уровни развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента: репродуктивный (воспроизводящий и реконструктивно-вариативный) и продуктивный (эвристический и исследовательский (творческий)). Эти уровни развития соответствуют виду и характеру учебной деятельности в зависимости от формы познания, который разделен нами на 2 стадии: изучение и учебное познание.

Первый уровень развития учебной деятельности - репродуктивный, к которому относится изучение, характеризуется репродуктивной учебной деятельностью студентов при изложении преподавателем теоретического материала и при выполнении студентами лабораторного эксперимента. Основой репродуктивной учебной деятельности студентов является воспроизведение, репродуцирование образцов деятельности, которые демонстрирует или предлагает им преподаватель. Характер репродуктивной деятельности заключается в передаче от преподавателя студентам готовой информации с помощью различных средств обучения и последующего восприятия, осознания и фиксирование в памяти обучающимися данной информации. Организация репродуктивной деятельности способствует получению студентами фундаментальных знаний, экспериментальных умений и навыков, овладение которыми является необходимой предпосылкой и основой для перехода и приобретения опыта продуктивной учебной деятельности.

Второй уровень развития учебной деятельности - продуктивный, к которому относится учебное познание, характеризуется организацией преподавателем или самоорганизацией студентом или группой студентов совместной или индивидуальной самостоятельной продуктивной учебной деятельности. Отличительная особенность учебного познания заключается в том, что студент исследует объект или явление с помощью учебного эксперимента и приобретает при этом лишь субъективно новые знания и новый опыт деятельности. Иными словами, результаты проведенного студентом учебного эксперимента приносят радость, новизну и интерес только для него, субъекта познания. Поэтому хотя учебный эксперимент и позволяет познать явление или объект, однако полученные результаты эксперимента будут являться субъективным познанием. В то же время студенты либо совместно в малых группах, либо вместе с преподавателем в качестве равноправных партнеров учебного процесса исследуют различные объекты и явления. Они на основе реальных фактов строят модель, выводят из нее следствия, проверяют их экспериментально и в результате получают новые знания и новый опыт деятельности. Эта исследовательская деятельность приводит к получению объективно новых для учебного эксперимента результатов: новой учебной теории, нового учебного эксперимента или новой технологии их изучения.

Развитие учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента на продуктивном (эвристическом и исследовательском (творческом)) уровне учебной деятельности опирается на проблемное обучение и самостоятельную работу, которая по формам организации и самоорганизации может быть коллективной, групповой и индивидуальной и осуществляться как в процессе аудиторной, так и внеаудиторной деятельности.

Критериями развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» средствами натурного и модельного эксперимента являются: новые знания - уровень обученности студентов - и новый опыт деятельности - уровень совместной учебной деятельности студентов при выполнении учебного натурного эксперимента и модельного эксперимента над материальными моделями, уровень индивидуальной самостоятельной учебной деятельности при проведении компьютерного модельного эксперимента.

Глава II «Теоретические основы натурного и модельного эксперимента в развитии учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» посвящена разработке обобщенной структуры учебного натурного эксперимента; определению понятия «модель», разработке системы модельного эксперимента, ее структуры и классификации; определению подходов к соотношению и взаимному дополнению натурного и модельного эксперимента.

Роль и место учебного эксперимента при развитии учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» заключается в том, что эксперимент является важным средством для полного, всестороннего и глубокого познания объектов и явлений, составляя основу учебной деятельности студентов при изучении общетехнических дисциплин. На основе проведенного анализа исследований по методике и технике учебного эксперимента (Л.И. Анциферов, А.И. Бугаев, Ю.И. Дик, П.И. Знаменский, С.Е. Каменецкий, А.В. Перышкин, В.Г. Разумовский и др.) нами дано обобщенное определение учебного эксперимента. Учебный эксперимент - это система методов, технических и программных средств, предназначенных для получения субъективно новых знаний об объектах и явлениях через проведение характерных экспериментальных исследований и опытов в целях: 1) воспроизведения и воссоздания объектов и явлений в необходимых условиях; 2) преднамеренного создания новых, искусственных объектов (систем) или моделей; 3) фиксирования, наблюдения, сопоставления, измерения экспериментальных данных, результатов посредством инструментов, аппаратов, приборов и других технических и программных средств.

Использование учебного эксперимента в процессе развития учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» обязательным образом должно основываться на следующих дидактических принципах обучения: научности, фундаментальности, систематичности и последовательности, доступности, наглядности, сознательности и творческой активности усвоения знаний обучающимися, прочности, связи теории с практикой, политехнизма.

В работе проведен анализ и выделена характеристика основных классов учебного эксперимента: демонстрационного эксперимента и лабораторного практикума. В то же время в классификации научного эксперимента основным является разделение эксперимента в зависимости от характера и разнообразия средств эксперимента и способов их использования на натурный (реальный, прямой) и модельный. Такое разделение является традиционным в научных исследованиях. При этом как натурный, так и модельный эксперименты могут относиться к любому из классов учебного эксперимента.

На основе предложенного нами обобщенного определения учебного эксперимента введено определение учебного натурного эксперимента. Под учебным натурным экспериментом будем понимать систему методов, технических и программных средств, предназначенных для получения субъективно новых знаний об объектах и явлениях через проведение характерных экспериментальных исследований и опытов в целях: 1) воспроизведения и воссоздания реальных объектов и явлений в необходимых условиях; 2) преднамеренного создания новых, искусственных объектов (систем); 3) фиксирования, наблюдения, сопоставления, измерения экспериментальных данных непосредственно с помощью инструментов, аппаратов, приборов и других технических и программных средств эксперимента.

Нами разработана обобщенная система учебного натурного эксперимента (рис. 1), отражающая структуру и содержание учебной деятельности при его выполнении студентами направления «Технологическое образование». При проведении учебного эксперимента студенты как субъекты познания осмысливают и приводят в единую систему всю исходную информацию о проблеме или задаче, объекте экспериментирования и действующих на него внешних и внутренних факторах, оценивают значимость и характеристики переменных, структурных компонентов и параметров, при необходимости планируют и осуществляют дополнительные исследования системы объект-среда, которые расширяют и обогащают исходные представления.

Процесс проведения учебного эксперимента представляет собой ряд последовательных приближений, в основе которого лежит самообучение студентов как субъектов познания. Он является, в первую очередь, исследовательской учебной деятельностью студентов, представляющей собой важнейшую составную часть решения задачи в целом.

Проблема моделирования - одна из важнейших методологических проблем, выдвинутых на передний план развитием ряда естественных наук XX в., в особенности физики, химии, кибернетики. В процессе подготовки студентов направления «Технологическое образование» модели и модельный эксперимент присутствуют во многих изучаемых общетехнических дисциплинах, а их рациональное и эффективное использование позволит более глубоко исследовать познаваемые объекты и явления, развивать учебную деятельность студентов, перевести ее на исследовательский уровень.

Для определения функциональных возможностей модельного эксперимента в развитии учебной деятельности студентов направления «Технологическое образование» нами разработана система модельного эксперимента, схема которой представлена на рис. 2. Элементами системы модельного эксперимента являются: виды познания; критерии экспериментального исследовании явлений и объектов; классы моделей; классы модельного эксперимента над материальными моделями и классы компьютерного модельного эксперимента; основные принципы моделирования, которые необходимо учитывать при построении, конструировании и экспериментировании с моделью; структура, характеристики, принципы и основные этапы модельного эксперимента над материальными моделями и компьютерного модельного эксперимента.

В результате проведенного анализа введено обобщенное определение модели. Под моделью будем понимать систему, создаваемую для получения и хранения информации в форме мысленного образа, знаковых средств или материальную систему, отражающую свойства, характеристики и связи с реальным объектом или явлением в рамках задач, решаемых субъектом познания.

Если натурный эксперимент непосредственно над реальным объектом или явлением невозможен в силу следующих причин: а) используется дорогостоящее оборудование; б) натурный эксперимент опасен для здоровья студентов; в) высокая трудоемкость и продолжительность выполнения натурного эксперимента; г) сложность математических расчетов полученных экспериментальных данных; д) решение задач исследования процессов, где невозможно применить современное метрологическое оборудование; проверка и уточнение работы реальных объектов, дополнение натурного эксперимента; контроль за ходом познаваемого явления или объекта, получение необходимой информации о них и обработка полученной информации для последующего ее использования в реальном мире величин; максимальное ускорение переноса результатов модельного эксперимента на реальные объекты и явления; изучение принципа работы ряда устройств, приборов и установок для последующего их использования в натурном эксперименте, то в числе средств эксперимента используется модель, замещающая реальное явление или объект, вследствие чего студенты выполняют модельный эксперимент.

Проведенный анализ исследований по теоретическим основам модельного эксперимента (В.А. Веников, Н. Винер, В.М. Глушков, Я.Г. Неуймин, Г.И. Рузавин, А.И. Уемов, Р. Шеннон, В.А. Штофф и др.) позволил нам под модельным экспериментом понимать метод научного познания для изучения объекта-оригинала путем создания и исследования субъектом его прототипа, замещающего реальную систему с определенных сторон, интересующих познание, и с последующим переносом полученной информации на систему.

Существенным отличием модельного эксперимента от натурного является его своеобразная структура, особенность которой заключается не в его субъективной стороне, а в объективной, в характере средств исследования и их отношении к объекту исследования. В то время как в натурном эксперименте средства экспериментального исследования, так или иначе, непосредственно взаимодействуют с объектом исследования, в модельном эксперименте взаимодействия нет, т. к. здесь экспериментируют не с самим объектом, а с его заместителем, т.е. с моделью. Если в натурном эксперименте объект исследования и прибор находятся в непосредственном взаимодействии, т.к. экспериментатор с помощью прибора воздействует прямо на изучаемый объект или явление, то в модельном эксперименте внимание субъекта познания сосредоточено на исследовании модели, которая теперь подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов. В этом случае объект-оригинал непосредственно в самом эксперименте участия не принимает.