Теоретичні і методичні засади моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретичні і методичні засади моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність і доцільність дослідження. Інтеграція України в міжнародний розподіл праці, необхідність термінової перебудови існуючого промислового виробництва у відповідності з умовами світового ринку висувають нові, більш високі вимоги до підготовки сучасних інженерів.

Збільшення обсягів навчальної інформації, необхідність докорінної переробки й оновлення існуючих навчальних дисциплін та розробки нових, зменшення термінів та підвищення якості підготовки фахівців - це ті актуальні проблеми, які стоять перед вищою інженерною освітою держави.

Одним із перспективних напрямів вирішення актуальних проблем є розробка та впровадження у навчальний процес науково обґрунтованих високоефективних інтенсивних технологій, які забезпечують здобуття гарантованої якості навчання в найкоротші терміни.

Основні принципи побудови та використання технологій навчання у вищому закладі освіти розроблені в працях А.М.Алексюка, С.І.Архангельського, В.П.Беспалька, В.Ю.Бикова, В.І.Бондаря, І.Є.Булах, С.У.Гончаренка, Г.Є.Гребенюка, Р.С.Гуревича, Т.О.Дмитренко, В.І.Євдокимова, М.Б.Євтуха, І.А.Зязюна, М.В.Кларіна, О.Е.Коваленко, В.А.Козакова, І.М.Козловської, Ч.Купісевича, В.І.Лозової, В.О.Моляки, В.М.Монахова, А.С.Нісімчука, Н.Г.Ничкало, О.П.Околєлова, О.М.Пєхоти, П.І.Підкасистого, І.П.Подласого, І.Ф.Прокопенка, О.Я.Савельєва, Г.К.Селевка, В.К.Сидоренка, С.О.Сисоєвої, Д.В.Чернілевського, Ф.Янушкевича та інших учених.

Принципи, методи та критерії формування змісту навчання обґрунтовані Л.Клінбергом, О.Е.Коваленко, В.В.Краєвським, В.С.Ледньовим, І.Я.Лернером, О.Г.Романовським, М.М.Скаткіним, С.О.Смирновим та іншими. Але залишаються недостатньо розробленими теоретичні та методичні засади формування змісту освіти для технологій навчання студентів. Аналіз досвіду роботи викладачів вищих закладів освіти засвідчив, що вони здебільшого розробляють зміст дисциплін навчального плану спеціальності емпірично, без належного наукового обґрунтування, на основі інтуїтивних уявлень.

Узагальнення даних літературних джерел і практичного досвіду розробки та використання технологій навчання загальноінженерних дисциплін дозволило виявити суперечності між:

? збільшенням обсягів інформації з предметних галузей загальноінженерних дисциплін та обмеженими можливостями їх засвоєння студентами у певні терміни при використанні традиційних дидактичних засобів подання їх змісту;

? необхідністю збільшення інтенсивності навчальної діяльності студентів при застосуванні технологій навчання загальноінженерних дисциплін та недостатньою розробленістю теорії і методики її досягнення;

? зростаючими вимогами до рівня сформованості професійно важливих якостей інженера та обмеженими можливостями управління розвитком цих якостей в технологіях навчання за допомогою традиційних дидактичних засобів подання змісту загальноінженерних дисциплін.

Зазначені суперечності зумовили проблему дослідження - теоретичне обґрунтування, практичну розробку та впровадження моделей змісту загальноінженерних дисциплін в технології навчання студентів.

Викладене вище визначило вибір теми дослідження “Теоретичні і методичні засади моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів”.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до комплексної програми науково-дослідної роботи спільної лабораторії з проблем інженерно-педагогічної освіти Української інженерно-педагогічної академії та Інституту педагогіки і психології професійної освіти АПН України за темою “Психолого-педагогічні засади реформування організації і змісту діяльності вищої школи України (теоретико-методологічний аспект)” (РК №0196И008876).

Тему дисертації узгоджено на засіданні Ради з координації наукових досліджень у галузі педагогіки та психології в Україні 22 квітня 2003 року (протокол № 4).

Об'єкт дослідження - загальноінженерна підготовка фахівців у вищих навчальних закладах.

Предмет дослідження - теоретичні та методичні засади розробки моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів у вищих закладах освіти.

Мета дослідження - теоретично розробити та експериментально перевірити моделі змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів у вищих закладах освіти.

Головною концептуальною ідеєю дослідження є положення про те, що розробка моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів вищих закладів освіти на основі принципу єдності змістового і процесуального аспектів навчального процесу забезпечує підвищення інтенсивності навчальної діяльності та якості засвоєння знань, а також розвиток професійно важливих якостей особистості.

Концепція дослідження ґрунтується на основних положеннях діалектико-матеріалістичного методу, теорії пізнання, теорії систем, діяльнісної теорії навчання, концепції моделювання складних педагогічних об'єктів.

Основу розробленої концепції забезпечення інтенсивності навчальної діяльності студентів за допомогою моделей змісту загальноінженерних дисциплін складає фундаментальне положення теорії відображення щодо ізоморфності моделей змісту як тотожності інформаційних структур об'єкта та його відображення в моделях змісту.

Структурно-функціональний аналіз системи змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів вищих закладів освіти показав, що відповідні моделі мають бути одночасно ізоморфними (поліізоморфними): системі матеріальних об'єктів, процесів та явищ предметних галузей загальноінженерних дисциплін, системі діяльності фахівця з визначеної галузі знань, системі природних психічних процесів, механізмів та явищ сприйняття та засвоєння інформації людиною, онтогенезу людини, що забезпечує розвиток професійно важливих якостей особистості.

Науково-методичними засадами розробки поліізоморфних моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів вищих закладів освіти є сукупність підходів: системного, особистісно-діяльнісного, технологічного та інформаційного.

Головна ідея та основні положення концепції відображені в загальній гіпотезі дослідження, яка ґрунтується на припущенні, що ефективність навчальної діяльності студентів при вивченні загальноінженерних дисциплін підвищиться за умови розробки їх змісту як системи поліізоморфних моделей.

Загальна гіпотеза конкретизована у часткових гіпотезах:

? забезпечення ізоморфності моделей змісту для технологій навчання системі діяльності фахівця з певної галузі знань дасть змогу підвищити ефективність навчальної діяльності студентів;

? побудова таких моделей змісту для технологій навчання, що будуть ізоморфними процесові розвитку людини, дозволить скоротити витрати навчального часу;

? ізоморфність моделей змісту системі психічних процесів, механізмів і явищ сприйняття та обробки навчальної інформації дасть можливість підвищити продуктивність навчальної діяльності студентів;

? інтенсивність навчальної діяльності студентів при вивченні загальноінженерних дисциплін підвищиться, якщо моделі змісту для технологій навчання будуть ізоморфними системі матеріальних об'єктів, процесів та явищ предметної галузі відповідної загальноінженерної дисципліни.

У відповідності з об'єктом, предметом, метою, концепцією та гіпотезою були визначені такі завдання дослідження:

1. Проаналізувати стан розробленості проблеми інтенсифікації процесу навчання в педагогічній теорії та практиці.

2. Науково обґрунтувати концепцію розробки змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів як сукупності поліізоморфних моделей.

3. Розробити теоретичні положення поліізоморфного змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання.

4. Розробити систему методів підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів, відобразити та експериментально перевірити її в поліізоморфних моделях змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання.

5. Проаналізувати існуючі моделі подання знань про предметні галузі загальноінженерних дисциплін.

6. Розробити й експериментально перевірити узагальнені поліізоморфні моделі подання та формування декларативних (теоретичних) і процедурних (практичних) знань загальноінженерних дисциплін для технологій навчання.

7. Розробити експертний метод формування декларативних і процедурних знань систем змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання.

8. Розробити метод і технологію автоматизованого комп'ютерного формування поліізоморфних лінійних моделей навчального матеріалу (послідовностей засвоєння навчальних елементів) загальноінженерних дисциплін.

Методологічну основу дослідження становлять:

? теорія пізнання і оновлений діалектико-матеріалістичний метод (П.В.Алексєєв, С.І.Гессен, Б.С.Гершунський, В.П.Кузьмін, В.С.Лутай, О.М.Мостепаненко, В.І.Свідерський, В.С.Тюхтін, О.І.Уйомов, Е.М.Чудінов та інші);

? теорія систем та системного підходу (П.К.Анохін, В.Г.Афанасьєв, Л.Берталанфі, І.В.Блауберг, М.П.Бусленко, В.М.Садовський, В.М.Спіцнадель, Е.Г.Юдін та інші);

? теорія моделювання систем різної природи (А.І.Берг, М.П.Бусленко, В.І.Скуріхін, О.І.Уйомов, Р.Шеннон та інші);

? теорія управління системами (М.П.Бусленко, О.Г.Івахненко, Л.О.Растригін та інші);

? теорія інформації (А.В.Анісімов, Н.Вінер, В.М.Глушков, У.Р.Ешбі, А.М.Колмогоров, К.Шеннон та інші);

? теорія штучного інтелекту (Т.О.Гаврилова, Н.Кук, Дж.Макдональд, М.Мінський, С.Осуга, Е.В.Попов, Д.О.Поспєлов, Ю.Саєкі, В.Ф.Хорошевський, К.Л.Ющенко та інші);

? діяльнісна теорія навчання і розвитку особистості (Б.Г.Ананьєв, Г.О.Балл, Л.С.Виготський, П.Я.Гальперін, Л.Б.Ітельсон, В.А.Козаков, Г.С.Костюк, О.М.Леонтьєв, В.Я.Ляудіс, В.О.Моляко, З.О.Решетова, С.Л.Рубінштейн, В.А.Семиченко, Н.Ф.Тализіна та інші).

Теоретичну основу дослідження становлять основні положення:

? філософії освіти (В.П.Андрущенко, С.І.Гессен, Б.С.Гершунський, І.А.Зязюн, В.Г.Кремень, В.С.Лутай, Є.А.Подольська та інші);

? теорії освітніх систем та їх розвитку (А.М.Алексюк, Б.Г.Ананьєв, Г.О.Балл, В.П.Беспалько, А.М.Бойко, Л.С.Виготський, С.У.Гончаренко, Т.О.Дмитренко, О.М.Іонова, О.Е.Коваленко, В.А.Козаков, Н.В.Кузьміна, В.І.Лозова та інші);

? педагогіки вищої школи (С.І.Архангельський, В.П.Беспалько, В.Ю.Биков, В.І.Бондар, І.Є.Булах, В.М.Гриньова, В.І.Євдокимов, С.С.Єрмаков, С.Т.Золотухіна, М.В.Кларін, В.А.Козаков, Е.В.Лузік, Н.Г.Ничкало, І.Ф.Прокопенко, О.М.Пєхота, М.К.Подберезський, С.О.Сисоєва, Г.В.Троцко, Г.П.Шевченко та інші);

? теорії змісту навчання (С.У.Гончаренко, Л.Клінберг, О.Е.Коваленко, В.В.Краєвський, В.С.Ледньов, І.Я.Лернер, В.І.Лозова, О.Г.Романовський, М.М.Скаткін та інші);

? когнітивної психології (Дж.Андерсон, С.П.Бочарова, Б.М.Величковський, В.М.Дружинін, П.І.Зінченко, Л.Б.Ітельсон, Б.Ф.Ломов, А.Пайвіо, Р.Солсо, І.Хофман, В.Д.Шадріков та інші).

Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань і перевірки гіпотез використовувався такий комплекс методів дослідження:

? теоретичний пошук: аналіз наукової і методичної літератури з проблеми розробки та моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання; міждисциплінарний синтез; абстрагування; класифікація та систематизація теоретичних та практичних даних; дедукція; порівняльний аналіз; структурно-функціональний метод для розробки теоретичних засад поліізоморфного змісту для технологій навчання; методи теорії інформації; методи математичного моделювання; методи теорії управління системами, методи штучного інтелекту для розробки поліізоморфних методів і моделей подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань загальноінженерних дисциплін;

? емпіричні методи: педагогічний експеримент (констатуючий, формуючий та порівняльний) для виявлення ефективності традиційних і розроблених дидактичних засобів; педагогічне спостереження за навчальною діяльністю студентів, опитування, тестування, бесіди з викладачами загальноінженерних дисциплін; ретроспективний аналіз власного досвіду для виявлення рівня сформованості системи знань; математичні методи обробки результатів дослідження (перевірка статистичних гіпотез, дисперсійний та кореляційний аналіз).

Організація дослідження. Дослідження здійснювалося упродовж 1986-2003 років і охоплювало такі етапи науково-педагогічного пошуку:

? 1986-1995 рр. - вивчено стан проблеми інтенсифікації навчального процесу в інженерній вищій школі в теоретичному та практичному аспектах; проведено аналіз науково-методичної літератури з проблем підвищення ефективності технологій навчання загальноінженерних дисциплін; обґрунтовано методологічний апарат дослідження; здійснено констатуючий експеримент;

? 1996-1998 рр. - розроблено теоретичні засади полісистемного формування та моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання;

? 1999-2001 рр. - проведено розробку поліізоморфних моделей подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань, а також навчальних програм для загальноінженерних дисциплін; створено навчальні посібники “Практикум з інформаційних технологій у фармації (на основі інтенсивних методик навчання)” та “Комп'ютерні технології дослідження лікарських засобів”; здійснено формуючий експеримент;

? 2002-2003 рр. - розроблено узагальнені поліізоморфні методи і моделі подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань з предметних галузей загальноінженерних дисциплін; проведено обробку і систематизацію результатів теоретичних та експериментальних досліджень, що дістало відображення у монографії; впроваджено результати досліджень і визначено шляхи подальшого наукового пошуку.

Дослідно-експериментальна база досліджень. Експериментальна робота здійснювалася в Українській інженерно-педагогічній академії, в Національному фармацевтичному університеті, а також в Національному технічному університеті “ХПІ”, де проведено констатуючий, формуючий та порівняльний експеримент. В експерименті взяли участь 490 студентів і 52 викладачі.

Наукова новизна одержаних результатів дослідження визначається тим, що в ньому вперше:

? розроблено, теоретично обґрунтовано та експериментально перевірено концепцію підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів за допомогою поліізоморфних моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів;

? розроблено нові класи дидактичних засобів - поліізоморфні інтегративно-логічні моделі з подвійною образною інтеграцією, адаптивні імітаційні моделі та лінійні моделі навчального матеріалу;

? розроблено узагальнені поліізоморфні моделі подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань із загальноінженерних дисциплін;

? розроблено математичний метод інформаційних проекцій для формування лінійних моделей навчального матеріалу.

Подальшого розвитку набули:

? філософські, загальнонаукові та дидактичні засади поліізоморфного змісту для технологій навчання;

? психологічні засади підвищення інтенсивності навчальної діяльності і розвитку професійно важливих якостей студентів та шляхи реалізації їх в поліізоморфних моделях змісту.

Теоретичне значення одержаних результатів дослідження полягає в обґрунтуванні полісистемного підходу до розробки моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання; визначенні філософських, загальнонаукових, дидактичних та психологічних засад полісистемного формування та моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання; розробці та обґрунтуванні методів подання і формування декларативних та процедурних знань із загальноінженерних дисциплін, що забезпечують розвиток професійно важливих якостей студентів у технологіях навчання.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблено та експериментально перевірено такі методики: формування систем декларативних і процедурних знань загальноінженерних дисциплін; створення поліізоморфних моделей подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань загальноінженерних дисциплін; створення технологічних карт опису інформаційних мікромодулів змісту загальноінженерних дисциплін; комп'ютерного формування поліізоморфних лінійних моделей навчального матеріалу загальноінженерних дисциплін.

Розроблено та експериментально перевірено навчальні програми загальноінженерних дисциплін, рекомендованих Міністерством охорони здоров'я України для підготовки інженерів-технологів фармацевтичних виробництв у закладах освіти ІІІ-ІV рівнів акредитації.

Розроблено та експериментально перевірено навчальні посібники “Практикум з інформаційних технологій у фармації (на основі інтенсивних методик навчання)” та “Комп'ютерні технології дослідження лікарських засобів”, які рекомендовано Міністерством освіти та науки України для студентів вищих навчальних закладів.

Впровадження результатів дослідження. Результати виконаного дослідження впроваджено в навчальний процес Української інженерно-педагогічної академії (довідка № 106-109-16 від 10.12.2003), Національного фармацевтичного університету (довідка № 4900/65 від 9.12.2003) і Національного технічного університету “ХПІ” (довідка № 64-04-212 від 9.12.2003).

Результати дослідження можуть бути використані викладачами загальноінженерних та спеціальних дисциплін для вдосконалення навчального процесу у вищих закладах освіти ІІІ-ІV рівнів акредитації, а також закладах післядипломної освіти.

Особистий внесок автора у працях, написаних у співавторстві, полягає у розробці концепції підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів за допомогою поліізоморфних моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання; обґрунтуванні теоретичних засад полісистемного формування та моделювання змісту для технологій навчання загальноінженерних дисциплін; розробці поліізоморфних методів і моделей подання та формування у студентів декларативних і процедурних знань загальноінженерних дисциплін; організації і проведенні дослідно-експериментальної роботи (вибір методики і програми дослідження); розробці експериментальних матеріалів; проведенні дослідження в контрольних та експериментальних групах під час констатуючого, формуючого та порівняльного експерименту; обробці, аналізі здобутих результатів та формулюванні висновків.

Вірогідність та аргументованість результатів дослідження забезпечується використанням комплексу методів, які адекватні меті, об'єкту, предмету та завданням дослідження; репрезентативністю вибірки; підтверджується експериментальними даними, що свідчать про зменшення витрат навчального часу та підвищення якості засвоєння знань студентами при використанні розроблених дидактичних засобів; використанням методів статистичної обробки результатів дослідження.

Апробація головних результатів дослідження здійснювалася на Міжнародних науково-методичних конференціях “Проблеми багаторівневої підготовки спеціалістів зв'язку у вузах” (Одеса, 1993), “Роль вузів у вирішенні проблем безперервної освіти та виховання особистості (від шкільної до післядипломної)” (Харків, 1995), “Проблеми розробки та впровадження модульної системи професійного навчання” (Харків, 2001), “Сучасні технології вищої освіти” (Одеса, 2002), “Проблеми та перспективи підготовки гуманітарно-технічної еліти” (Алушта, 2002); Міжнародних наукових конференціях “Управління великими соціальними системами і гуманітарно-технічна еліта” (Харків, 2003), “Філософія освіти і гуманітарно-технічна еліта” (Алушта, 2003); Всеукраїнських науково-методичних конференціях “Проблеми і шляхи удосконалення фундаменталізації і профілізації підготовки фахівців - випускників ВТНЗ” (Київ, 2000), “Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищій технічній школі” (Кривий Ріг, 2003); V-му Національному з'їзді фармацевтів України (Харків, 1999); науково-методичних конференціях “Використання комп'ютерних технологій у навчальному процесі” (Харків, 1998), “Проблеми підготовки медичних та фармацевтичних кадрів України” (Полтава, 1998), “Сучасні проблеми підготовки фахівців у вищих медичних та фармацевтичних навчальних закладах України” (Луганськ, 2000); науково-практичній конференції “Сьогодення і майбутнє системи профтехосвіти України” (Алупка, 2003); навчально-методичній конференції “Удосконалення професійної підготовки випускників фармацевтичного вузу” (Харків, 1997).

Результати і висновки виконаної роботи обговорювалися та дістали позитивну оцінку на засіданнях ученої ради Української інженерно-педагогічної академії, кафедри педагогіки та методики професійного навчання Української інженерно-педагогічної академії і кафедри інженерних та інформаційних технологій Національного фармацевтичного університету, звітних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Української інженерно-педагогічної академії (1993-2003) та Національного фармацевтичного університету (1995-2003).

Публікації. Результати дисертаційного дослідження опубліковано у 65 наукових працях (з них 29 написано без співавторів), у тому числі: 1 монографія, 3 навчальних посібники, 21 стаття у провідних наукових фахових виданнях, 4 статті у збірниках наукових праць, 7 програм із загальноінженерних дисциплін, 16 методичних рекомендацій та 13 тез виступів на конференціях. Загальний обсяг авторського доробку з теми дослідження становить 58,1 друкованого аркуша.

Кандидатська дисертація на тему “Розрахунок на ЕОМ динамічних режимів перетворювальних схем з використанням аналітичного обертання перетворення Лапласа” захищена 1985 року в Харківському політехнічному інституті. Матеріали кандидатської дисертації у тексті докторської дисертації не використовувалися.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків до кожного розділу, загальних висновків, списку літератури з 546 джерел, з них 17 - іноземними мовами та семи додатків.

Повний обсяг роботи - 497 сторінок (обсяг основного тексту - 377 сторінок). Робота містить 17 таблиць на 33 сторінках і 112 рисунків на 103 сторінках.

Основний зміст роботи

навчальний знання загально інженерний студент

У вступі обґрунтовано актуальність виконаного дослідження, проаналізовано загальний стан розробки проблеми, визначено об'єкт, предмет, мета, завдання та методологічна основа дослідження, розроблено концепцію та гіпотези дослідження, розкрито наукову новизну, теоретичне і практичне значення роботи, наведено відомості щодо апробації і впровадження результатів дослідження, показано особистий внесок здобувача.

У першому розділі - “Передумови розробки теоретичних засад змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання” - розглянуто сучасний стан проблем, що стоять перед вищою інженерною школою, визначено шляхи і концептуальні передумови інтенсифікації навчальної діяльності студентів, проведено аналіз теорій, принципів, критеріїв та тенденцій формування змісту загальноінженерних дисциплін, обґрунтовано визначення поліізоморфного змісту для технологій навчання.

Аналіз існуючих шляхів інтенсифікації навчальної діяльності студентів показав відсутність системного розгляду проблеми інтенсифікації психологічної підсистеми навчальної діяльності студентів в технологіях навчання (мотиви, цілі, програма діяльності, інформаційна основа діяльності, прийняття рішень, результати навчальної діяльності, професійно важливі якості).

У результаті проведеного аналізу були визначені концептуальні філософські передумови підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів в технологіях навчання загальноінженерних дисциплін. Такими передумовами є побудова технологій навчання на основі використання гуманістичної антропоцентричної парадигми - визначення людини як найбільшої цінності, забезпечення її самореалізації та розвитку, зокрема професійно важливих якостей як однієї з умов інтенсифікації навчальної діяльності, а також принципу природовідповідності, що означає врахування в технологіях навчання внутрішньої природи людини (психологічних процесів, механізмів і явищ сприйняття та засвоєння інформації) як джерела інтенсифікації навчальної діяльності.

Провідною психологічною передумовою підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів у технологіях навчання було визначено асоціативно-рефлекторну концепцію навчання.

Аналіз дидактичних інновацій дав змогу визначити особистісно-орієнтоване навчання як концептуальну дидактичну передумову підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів у технологіях навчання.

Аналіз чинних теорій, принципів, методів та критеріїв формування змісту навчання у вищій школі показав недостатню розробленість теоретичних положень формування змісту навчальних дисциплін для технологій навчання.

Визначені концептуальні філософські, психологічні та дидактичні передумови підвищення інтенсивності навчальної діяльності студентів у технологіях навчання, а також теоретичні засади розробки змісту навчання дозволили розробити концепцію формування системи поліізоморфного змісту для технологій навчання та гіпотезу дослідження.

Згідно з цією концепцією зміст загальноінженерних дисциплін для технологій навчання студентів можна визначити як систему поліізоморфних моделей, що забезпечують реалізацію дидактичних цілей, а також розвитку професійно важливих якостей студентів з урахуванням природних психічних процесів та механізмів засвоєння навчальної інформації.

Основу системи поліізоморфних моделей змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання складають поліізоморфні моделі подання декларативних і процедурних знань та лінійні моделі навчального матеріалу.

Наявність психолого-дидактичного опису (вид навчальної діяльності, рівень засвоєння навчальної інформації та характеристики психічних процесів засвоєння) кожного навчального елемента поліізоморфних моделей дає змогу зменшити інтерференційні процеси та кількісно дозувати навчальну інформацію. Це забезпечує не лише її засвоєння, але й одночасний розвиток професійно важливих якостей студентів.

У другому розділі - “Теоретичні засади моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання” - розроблено дидактичні, філософські та загальнонаукові положення поліізоморфного змісту для технологій навчання.

Дидактичними засадами поліізоморфного змісту для технологій навчання визначено забезпечення системної реалізації таких дидактичних підходів, як особистісно-діяльнісний, структурно-функціональний, технологічний, інформаційний, акмеологічний та синергетичний в одному класі дидактичних поліізоморфних засобів змісту для технологій навчання.

До концептуальних філософських основ можна віднести положення про необхідність розробки змісту для високоефективних інтенсивних технологій навчання на основі фундаментальних положень теорії пізнання та діалектико-матеріалістичного методу в його сучасному оновленому варіанті. Взаємодія матеріального (об'єкти, процеси та явища матеріального світу предметних галузей загальноінженерних дисциплін) та ідеального (знання про ці матеріальні об'єкти, процеси та явища) в теорії поліізоморфного змісту побудована на основі врахування сучасної філософської концепції двополюсності ідеального. За цією концепцією ідеальне (поліізоморфний зміст для технологій навчання) повинно бути вторинним для існуючих матеріальних об'єктів предметних галузей навчальних дисциплін і первинним для майбутніх матеріальних об'єктів, що можуть бути створені у відповідності з їх ідеальними образами. Використання такої взаємодії матеріального та ідеального зумовлює можливість забезпечення засобами системи поліізоморфного змісту перебігу у студентів творчих інтелектуальних процесів створення майбутніх матеріальних об'єктів, що визначає досягнення продуктивних дидактичних рівнів засвоєння навчальної інформації.

Система поліізоморфного змісту загальноінженерних дисциплін має відображати два діалектично пов'язаних компоненти - матеріальний об'єкт та ізоморфний йому ідеальний образ. При цьому виникає проблема забезпечення діалектичної єдності матеріальних об'єктів та ізоморфних їм ідеальних образів. Запропоновано один із шляхів вирішення цієї проблеми, що полягає у використанні в системі змісту загальноінженерних дисциплін поліізоморфних моделей подання матеріальних об'єктів, процесів та явищ відповідних предметних галузей.

Включення у схему взаємодії матеріального та ідеального (рис. 1) таких поліізоморфних моделей подання матеріальних об'єктів, які б, з одного боку, адекватно відображали зовнішнє, матеріальне, а з іншого, - природні психічні процеси та механізми внутрішнього відображення цього матеріального людською психікою, забезпечує суттєве зменшення когнітивних зусиль та витрат часу на засвоєння навчального матеріалу.

Важливу роль у розробці теорії поліізоморфного змісту відіграє врахування таких форм існування матерії, як простір і час. Ці форми визначають способи координації (ідентифікації в просторі та часі) як матеріальних об'єктів, так і їх ідеальних психічних образів.

На основі врахування діалектичної єдності і одночасної протилежності просторових і часових характеристик як самої навчальної інформації, так і психічних процесів та механізмів її засвоєння, а також ентропійного визначення кількості інформації за К.Шенноном, можна дійти важливого для теорії поліізоморфного змісту висновку: для зменшення часових показників процесу засвоєння навчальної інформації в технологіях навчання необхідно збільшувати її просторові показники (обсяг) за рахунок включення навчальних елементів більш глибоких рівнів декомпозиції - елементів дидактичного мікрорівня (дій, операцій, рухів).

Традиційною формою подання змісту загальноінженерних дисциплін є структурно-логічні схеми (рис. 2). При переході до високоефективних інтенсивних технологій навчання необхідно збільшувати кількість навчальних елементів, що призводить до розростання структурно-логічних схем, а отже, до значних когнітивних зусиль та витрат навчального часу. Розв'язати цю суперечність з позицій діалектики можна шляхом відкидання однієї зі сторін - форми. Запропоновано використовувати об'ємну, у загальному вигляді n-вимірну форму структурно-логічних схем - інтегративно-логічні моделі (рис. 3).

Інтегративно-логічні моделі дають можливість демонструвати як сукупність ознак об'єкта, так і сам об'єкт, що дозволяє створити ідеальний образ об'єкта і завдяки цьому ініціювати швидкий декларативний механізм. Останнє сприяє зменшенню когнітивних зусиль і витрат навчального часу.

Діалектика взаємодії цих двох форм подання декларативних знань системи поліізоморфного змісту полягає у тому, що при розгляді технічних об'єктів, процесів та явищ на локальному рівні раціонально використовувати структурно-логічні схеми, а при розгляді на глобальному рівні - інтегративно-логічні моделі.

З позицій діалектико-матеріалістичного методу наведено основні положення відображення розвитку професійно важливих якостей студентів у теорії поліізоморфного змісту.

Так, на основі закону єдності та боротьби протилежностей визначено джерела розвитку професійно важливих якостей студентів - систему суперечностей та шляхи їх подолання, які мають бути подані в системі поліізоморфного змісту. На основі закону діалектики про взаємний перехід кількісних та якісних змін у процесі розвитку визначено необхідність відображення в системі поліізоморфного змісту таких компонентів: методи, які забезпечують появу нових якостей, система кількісних показників, що характеризує навчальну інформацію, засоби управління пізнавальною діяльністю студентів як на етапах кількісних змін, так і на етапах стрибків.

Проаналізовано сучасні дидактичні системи і визначено, що ті з них, які адекватно відтворюють філо- та онтогенез людини, повністю відповідають дії закону подвійного заперечення. До цих дидактичних систем належать передусім ті, що побудовані на основі теорії поетапного формування розумових дій П.Я.Гальперіна і Н.Ф.Тализіної. Визначено, що розробку змісту із застосуванням системного підходу необхідно здійснювати через поетапну структурну декомпозицію елементів системи навчальної діяльності студентів з рекурсивним використанням закону подвійного заперечення. Рекурсивний спосіб організації дозволяє розробляти складні системи змісту на основі використання невеликого переліку базових підсистем. Однією з головних переваг систем змісту, що побудовані рекурсивно, є їх спрямованість на розвиток особистості студента.

Забезпечення поліізоморфності системи змісту вимагає комплексного використання одного з провідних методів сучасної науки - методу моделювання. Наявність властивості поліізоморфності визначає використання поліізоморфних моделей в системі змісту як при поданні знань про предметні галузі загальноінженерних дисциплін (поліізоморфні моделі подання знань), так і при засвоєнні цих знань (лінійні моделі навчального матеріалу).

Підсистема зв'язків у системі поліізоморфного змісту побудована на філософському принципі детермінізму. Причинно-наслідковий зв'язок є підґрунтям побудови і функціонування всіх технічних систем, що вивчаються в загальноінженерних дисциплінах. Через наявність причинно-наслідкових зв'язків обґрунтовується адекватність пізнавального образу і реального матеріального об'єкта, процесу чи явища. На основі використання причинно-наслідкових зв'язків запропоновано універсальну узагальнену модель подання знань про предметні галузі загальноінженерних дисциплін у вигляді причинно-наслідкової мережі. За допомогою цієї моделі розроблено основні види причинно-наслідкових ланцюгів елементів змісту, що можуть бути використаними для розробки послідовностей викладання навчального матеріалу загальноінженерних дисциплін - поліізоморфних лінійних моделей навчального матеріалу. Проаналізовано використання в системі поліізоморфного змісту функціональних зв'язків, зв'язків станів технічних систем, а також зв'язків розвитку та управління.

Розроблено оперативний метод комбінованого управління пізнавальною діяльністю студентів. Новизна запропонованого методу полягає у використанні в каналі регулювання “за збурюванням” адаптивного способу розрахункового дозування навчальної інформації (В.П.Беспалько, К.Шеннон та П.Б.Невельський), а для зменшення інерційності каналу зворотного зв'язку - організації діяльності студентів на дидактичному мікрорівні (дії, операції, рухи). Розроблений метод реалізовано в поліізоморфних моделях подання процедурних знань та в лінійних моделях навчального матеріалу системи змісту.

У третьому розділі - “Методи інтенсифікації навчальної діяльності студентів та реалізація їх у моделях змісту загальноінженерних дисциплін” - визначено основні положення інтенсифікації формування психологічної підсистеми навчальної діяльності студентів в технологіях навчання та відображення їх в поліізоморфних моделях змісту.

Всі елементи системи навчальної діяльності студентів в технологіях навчання тісно пов'язані між собою і внаслідок системної організації та неадитивної природи діяльності не можуть бути ізольованими один від одного. Лише для проведення аналізу та дослідження будемо умовно розглядати їх окремо.

Забезпечення необхідного рівня мотивації є одним із головних напрямів і принципово необхідною умовою інтенсифікації всіх інших елементів системи навчальної діяльності студентів. Урахування фізіологічних механізмів тонічної (постійної) та фазичної (короткочасної) мотивації дало змогу на основі використання проблемних ситуацій розробити і реалізувати в поліізоморфних моделях змісту метод тоново-фазичної мотивації, що дозволяє стабілізувати мотивацію на оптимальному рівні згідно із законом Йеркса-Додсона. Відповідно до цього методу запропоновано на тлі тонічної мотивації використовувати фазичну мотивацію.

У процесі створення технологій навчання постає проблема розробки ефективного, керованого процесу формування у студентів цілей навчальної діяльності. З метою розв'язання цієї проблеми розроблено і реалізовано в поліізоморфних моделях змісту метод керованого формування цілей навчальної діяльності (інтеріоризація цілей) на основі використання оперативного образу цілі.

Для формування у студентів програми навчальної (професійної) діяльності в технологіях навчання загальноінженерних дисциплін в поліізоморфних моделях змісту реалізовано системне, органічне об'єднання мотиваційного, цільового, пізнавального, виконавчого, контрольного та корегувального компонентів на основі розробки і використання проблемних ситуацій.

Інтенсифікація формування у студентів програми інформаційної основи навчальної діяльності пов'язана передусім з інтенсифікацією сенсорно-перцептивних, мнемічних та інтелектуальних процесів і забезпечення цього засобами змісту. В результаті проведеного аналізу визначено шляхи їх інтенсифікації: ініціювання образного декларативного механізму; формування автоматизованих дій (навичок); використання імовірнісного, ціннісного та надлишкового психологічних аспектів навчальної інформації; застосування явища переносу та зменшення явища інформаційної інтерференції; врахування механізму антиципації; використання мотивації та формування цілей. На основі цих шляхів інтенсифікації визначено комплекс способів дидактичної підготовки навчальної інформації загальноінженерних дисциплін, що дозволяє суттєво зменшити її первинну невизначеність (кількість інформації) і, як наслідок, зменшити витрати навчального часу: змістовне групування навчальної інформації за напрямами призначення (R), складу (S), принципів дії (D), параметрів (H); використання як опорних пунктів і мнемічного плану пунктів R, S, D, H; класифікація, схематизація, структурування та систематизація; перекодування; добудова; упорядкована організація; використання аналогій та асоціацій; несвідоме повторювання.

Визначені шляхи інтенсифікації та комплекс способів дидактичної підготовки навчальної інформації реалізовано в таких розроблених поліізоморфних дидактичних засобах змісту:

? інтегративно-логічні моделі з подвійною образною інтеграцією для подання і формування у студентів декларативних знань (рис. 4);

? адаптивні імітаційні моделі для подання і формування у студентів процедурних знань. Ці моделі відрізняються від традиційних схем орієнтовної основи дій побудовою за дедуктивним принципом на основі рекурсивного використання загальної структури дії та оперативного методу управління навчальною діяльністю студентів на дидактичному мікрорівні дій, операцій, рухів;

? лінійні моделі навчального матеріалу, що дозволяють суттєво зменшити інтерференційні процеси.

Поряд з декларативними і процедурними знаннями одним із найважливіших результатів навчальної діяльності студентів є розвиток їх професійно важливих якостей. Визначено узагальнену модель структури професійно важливих якостей студентів. Наявність в моделі розрахункових дозованих приростів параметрів навчальної інформації дозволяє реалізувати розвиток професійно важливих якостей студентів.

Згідно з узагальненою моделлю структури професійно важливих якостей студентів розроблено універсальний системний психолого-дидактичний опис навчальних елементів поліізоморфних моделей змісту. На основі останнього реалізовано метод, що на відміну від традиційних дозволяє комплексно розвивати професійно важливі якості студентів.

У четвертому розділі - “Поліізоморфні методи і моделі подання і формування у студентів знань системи змісту загальноінженерних дисциплін” - розроблено узагальнені поліізоморфні методи і моделі, що дозволяють подавати та формувати у студентів декларативні та процедурні знання з предметних галузей загальноінженерних дисциплін.

Розроблено типологію елементів системи знань з предметних галузей загальноінженерних дисциплін, яка на відміну від традиційного подання знань у вигляді системи понять визначена як система понять та логічних відношень між ними.

Запропоновано узагальнену універсальну поліізоморфну модель подання понять системи декларативних знань загальноінженерних дисциплін. У формі множини семантичних ознак ця модель має такий вигляд:

P = { R, S, D, H },

де P - ім'я поняття;

R (R₁, R₂, …, R_l) - множина ієрархічних ознак, які представляють призначення та використання об'єкта (ознаки призначення);

S (S₁, S₂, …, S_x) - множина ієрархічних ознак, які представляють структуру, склад, будову або конструкцію об'єкта (ознаки складу);

D (D₁, D₂, …, D_v) - множина ієрархічних ознак, які представляють принципи і механізми дії та функціонування об'єкта (ознаки принципу дії);

H (H₁, H₂, …, H_n) - множина ієрархічних ознак, які представляють параметри, характеристики та властивості об'єкта (ознаки параметрів).

Узагальнена модель реалізована також у вигляді структурно-логічних схем та інтегративно-логічних моделей.

Запропоновано новий клас поліізоморфних моделей подання та формування процедурних знань - адаптивні імітаційні моделі, що імітують професійну діяльність фахівця, природнім шляхом об'єднують мотиваційну, цільову та операційну структури діяльності. На відміну від класичних схем орієнтовної основи дій ці моделі характеризуються можливістю адаптивного визначення зони найближчого розвитку професійно важливих якостей студентів. Узагальнений варіант адаптивної імітаційної моделі наведено на рис. 6.

Складність системи декларативних знань загальноінженерних дисциплін зумовила проблему розробки ефективних комп'ютерно-орієнтованих методів їх формування у студентів у технологіях навчання. З метою розв'язання цієї проблеми розроблено метод інформаційних проекцій, що дозволяє об'єктивно та адекватно когнітивним психічним процесам формувати у студентів поняття загальноінженерних дисциплін в технологіях навчання. Термін “інформаційна проекція поняття” введено для опису понять загальноінженерних дисциплін у n-вимірному просторі ознак. Інформаційна проекція поняття - це множина конкретних ознак і семантичних відношень між ними, які частково або повністю описують поняття.

Інформаційні проекції поняття характеризуються двома параметрами: вимірністю (кількістю елементів множини конкретних ознак, на основі яких сформована інформаційна проекція); рівнями ієрархії ознак. Визначимо інформаційні проекції на прикладі інтегративно-логічної моделі поняття “Хімічний реактор” (рис. 4). Одновимірна інформаційна проекція поняття (P_i)_Wj першого рівня ієрархії являє собою конкретну ознаку поняття Р_i за шкалою виміру W_j

W_j = {W_j,1, W_j,2, …, W_j,k}

(P_i)_Wj = W_j,l

Наприклад, хімічний реактор (Реактор Р5) за шкалою виміру S₁ (тип корпусу): S₁ = {S_1,1, S_1,2, S_1,3} = {(ємнісний тип), (колонний тип), (трубчастий тип)} характеризується одновимірною інформаційною проекцією першого рівня ієрархії:

= S_1,2 = (колонний тип).

Графічно одновимірні інформаційні проекції будь-якого рівня ієрархії являють собою точки на відповідних осях. Фізично одновимірна інформаційна проекція - це конструкція виду “ознака поняття + семантичне відношення”. Фізично двовимірні та інші багатовимірні інформаційні проекції - це інформаційні комплекси з навчальних елементів та семантичних відношень різних груп ознак.

Розроблено експертний метод формування систем знань загальноінженерних дисциплін. Основу цього методу складає використання запропонованих імітаційних моделей діяльності експертів з формування систем декларативних і процедурних знань з предметних галузей загальноінженерних дисциплін. Запропонований метод на відміну від традиційних дає змогу адекватно та оперативно формувати зміст загальноінженерних дисциплін.

Розроблено модель навчальної інформації загальноінженерних дисциплін, принциповою відмінністю якої є врахування у структурі навчальної інформації як зовнішнього компонента, так і внутрішнього, що визначається активним способом сприйняття інформації людиною.

На основі методу інформаційних проекцій розроблено універсальну комп'ютерну технологію формування поліізоморфних лінійних моделей навчального матеріалу в середовищі системи Delphi. Використання поліізоморфних лінійних моделей у навчальному процесі дозволило скоротити витрати навчального часу завдяки зменшенню інтерференційних процесів.

У п'ятому розділі - “Дослідно-експериментальна перевірка теоретичних положень дослідження” - викладено методику та результати експериментального дослідження, визначено ефективність розроблених поліізоморфних методів та дидактичних засобів моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання.

Основними завданнями експериментального дослідження є: оцінка ефективності традиційних дидактичних засобів подання змісту загальноінженерних дисциплін (“Прикладна механіка”, “Основи електротехніки та електроніки”, “Основи механізації та роботизації”, “Автоматизація технологічних процесів”, “Процеси та апарати хімічних виробництв”, “Інформаційні технології в галузі”, “Математичне моделювання та використання ЕОМ”); визначення основних характеристик розроблених поліізоморфних методів та дидактичних засобів моделювання змісту для технологій навчання загальноінженерних дисциплін; визначення умов використання розроблених поліізоморфних методів та дидактичних засобів в технологіях навчання загальноінженерних дисциплін; експериментальна перевірка ефективності розроблених поліізоморфних методів та дидактичних засобів моделювання змісту для технологій навчання загальноінженерних дисциплін.

Згідно з висунутими гіпотезами дослідження для контрольних і експериментальних груп визначено систему залежних параметрів, яку можна поділити на два блоки. Перший блок складають об'єктивні параметри: відносні витрати навчального часу t*; коефіцієнт засвоєння навчального матеріалу К; відносний показник креативності К_кр* для завдань творчого рівня. До другого блока входять суб'єктивні параметри самооцінки студентами рівня впливу дидактичних засобів на формування елементів системи навчальної діяльності. До суб'єктивних параметрів належать: показники сформованості пізнавальних потреб та мотивації навчальної діяльності (рівень інтересу до навчальної діяльності; рівень корисності дидактичних засобів для професійної діяльності; рівень мотивації навчальної діяльності; показник активності навчальної діяльності); показник сформованості цілей навчальної діяльності (рівень розуміння цілей навчальної діяльності); показник подання в дидактичних засобах програми навчальної діяльності (рівень визначеності послідовностей дій та способів їх виконання); показники подання в дидактичних засобах інформаційної основи навчальної діяльності (рівень повноти і системності інформаційної основи діяльності; рівень відповідності складності навчального матеріалу можливостям студентів); рівень сприяння процесам вироблення та прийняття рішень; рівень впливу дидактичних засобів на формування професійної уважності і точності; показник можливості здійснення самостійної роботи (табл. 1).

Дослідження проводилися на базі Національного фармацевтичного університету, Української інженерно-педагогічної академії та Національного технічного університету “ХПІ”. У констатуючому експерименті брали участь 110 студентів. У ході констатуючого експерименту визначалась ефективність використання традиційних дидактичних засобів - структурно-логічних схем та послідовностей виконання дій.

Аналіз даних констатуючого експерименту показав: середні значення К знаходяться в діапазоні 0,62-0,72 (низький рівень засвоєння навчальної інформації); середні значення t* - у діапазоні 4,4-5,3 (великі відносні витрати навчального часу); відносний показник креативності K_kp* знаходиться в діапазоні 0,28-0,38 (на межі низького та середнього рівнів); суб'єктивні параметри оцінки студентами рівня впливу дидактичних засобів на формування елементів системи навчальної діяльності знаходяться в діапазоні 1,75-1,94 (нижче середнього рівня). Результати констатуючого експерименту свідчать про низьку ефективність традиційних дидактичних засобів подання змісту загальноінженерних дисциплін.

Для вирішення проблеми підвищення ефективності дидактичних засобів були проведені теоретичні і експериментальні дослідження з розробки поліізоморфних методів та дидактичних засобів моделювання змісту загальноінженерних дисциплін для технологій навчання. Із зазначених загальноінженерних дисциплін був проведений формуючий експеримент, у якому взяли участь 224 студенти. Результати порівняльного експерименту (табл.) показали суттєву перевагу розроблених поліізоморфних дидактичних засобів - інтегративно-логічних моделей, імітаційних діяльнісних моделей та лінійних моделей навчального матеріалу перед традиційними дидактичними засобами.

Результати порівняльного експерименту

№	Показники	Приріст середніх значень у групах,%
		Експериментальні	Контрольні
1	Відносні витрати навчального часу t*	-63	-5,2
2	Коефіцієнт засвоєння навчального матеріалу К	22,1	4,6
3	Відносний показник креативності Ккр*	39,5	6,2
4	Рівень інтересу до навчальної діяльності	19,1	7,4
5	Рівень корисності дидактичних засобів для професійної діяльності	16,4	6,5
6	Рівень мотивації навчальної діяльності	20,6	5,7
7	Показник активності навчальної діяльності	15,3	6,3
8	Рівень розуміння цілей навчальної діяльності	19,5	5,8
9	Рівень визначеності послідовностей дій та способів їх виконання	21,3	4,5
10	Рівень повноти і системності інформаційної основи діяльності	17,1	5,9
11	Рівень відповідності складності навчального матеріалу можливостям студентів	14,3	6
12	Рівень сприяння процесам вироблення та прийняття рішень	20,4	4,8
13	Рівень впливу дидактичних засобів на формування професійної уважності і точності	17,6	4,2
14	Показник можливості здійснення самостійної роботи	21,4	4,6

Довірчі інтервали показників експериментальних та контрольних груп не перекриваються. Це свідчить про те, що результативність розроблених поліізоморфних дидактичних засобів суттєво перевищує результативність традиційних.