Методика інтерактивного навчання графічним дисциплінам у вищих технічних навчальних закладах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ПЕДАГОГІКИ АПН УКРАЇНИ

МЕТОДИКА ІНТЕРАКТИВОГО НАВЧАННЯ ГРАФІЧНИХ ДИСЦИПЛІН У ВИЩИХ ТЕХНІЧНИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ

13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук

ЮСУПОВА Маргарита Федорівна

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному морському університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий консультант - доктор педагогічних наук, професор, член-кореспондент АПН України СИДОРЕНКО Віктор Костянтинович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, завідувач кафедри методики навчання.

Офіційні опоненти: доктор педагогічних наук, професор, ДОРОШЕНКО Юрій Олександрович, Державна академія житлово-комунального господарства, проректор з наукової роботи;

доктор технічних наук, професор ПИЛИПАКА Сергій Федорович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, завідувач кафедри нарисної геометрії, комп'ютерної графіки та дизайну;

доктор педагогічних наук, доцент ТОРУБАРА Олексій Миколайович, Чернігівський національний педагогічний Університет імені Т.Г.Шевченка, Декан технологічного факультету.

Захист відбудеться 16 червня 2010 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.452.04 в Інституті педагогіки АПН України за адресою: 04053, м. Київ, вул. Артема, 52-Д.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституті педагогіки АПН України за адресою: 04053, м. Київ, вул. Артема, 52-Д.

Автореферат розісланий 14 травня 2010 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради В.М. Оржеховська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Входження системи вищої освіти України у Європейський освітній простір передбачає відповідні зміни у професійній підготовці фахівців, зокрема інженерних кадрів з високим рівнем інтелектуально-творчих здібностей. Одним із шляхів розв'язання поставленого завдання є індивідуалізація і диференціація навчальної діяльності у вищій школі.

Реальна практика свідчить, що в організації навчального процесу у вищих навчальних закладах особистісно-зорієнтовані підходи (індивідуалізація та диференціація) реалізуються епізодично, оскільки потребують подолання низки суперечностей, відповідної педагогічної майстерності викладачів, глибокого усвідомлення ними завдань, що стоять перед вищою школою тощо.

Суттєві можливості в розв'язанні цієї проблеми відкриваються з впровадженням у навчальний процес персональних комп'ютерів. Інформаційні технології створення, зберігання, оброблення інформації та її використання набувають значення визначального чинника функціонування і розвитку суспільства, засобу якісного підвищення ефективності управління всіма сферами матеріального і духовного виробництва. Використання у навчальному процесі персональних комп'ютерів не тільки сприяє активізації пізнавальної діяльності студентів (інтеграція образу, руху, звуку та тексту створює багате за своїми можливостями навчальне середовище), але й дозволяє, на відміну від більшості традиційних навчальних середовищ, управляти процесом навчання. Використання комп'ютерних засобів навчання дозволяє реалізувати ефективну взаємодію між суб'єктами навчального процесу, студентами і засобами навчання, забезпечити зворотний зв'язок, діалог, які неможливі в більшості традиційних систем навчання. Телекомунікаційна система, побудована з використанням комп'ютерної техніки, надає можливість для обміну інформацією без часових і просторових обмежень, забезпечення масового безперервного самонавчання.

Безперечні переваги використання персональних комп'ютерів у навчальному процесі мають місце тоді, коли необхідно замінити рутинну працю викладача, розглянути порівняно велику кількість варіантів тощо. Зазначене стосується, серед іншого, викладання у вищій школі графічних дисциплін. Використання персональних комп'ютерів необхідне вже на етапі вивчення курсу “Нарисна геометрія”, що є однією з базових дисциплін, теоретичною основою для вивчення інших графічних дисциплін, складовою інженерної освіти.

Використання комп'ютерних засобів навчання у навчальному процесі вищої школи стає більш ефективним, якщо реалізується в інтерактивному режимі. У даному випадку мова йде про діалог між студентом і персональним комп'ютером.

Потрібно зазначити, що використання комп'ютерних засобів у професійній графічній діяльності насамперед пов'язане із створенням системи автоматизованого проектування (САПР), яка, з'явившись як конкурент кульмана та олівця, нині переступила “креслярські” межі. Як результат, зазнав змін сам процес проектування. Конструктори дістали можливість, використовуючи комп'ютерні моделі проектованих деталей і виробів, проводити розрахунки на міцність, динамічний аналіз тощо.

Використання САПР дозволяє конструкторам направляти енергію на творчий процес, не відволікаючись на рутинні процедури. Можливості використання САПР стрімко розвиваються, чим досягається висока продуктивність проектних робіт, що дозволяє добиватися суттєвих переваг на ринку праці. Зазначене спонукає до впровадження САПР у навчальний процес вищих навчальних закладів, зокрема нової технології навчання графічним дисциплінам, реалізованої в системі AutoCAD.

Водночас аналіз свідчить про наявність суттєвих проблем методичного характеру у використанні в навчальному процесі вищих технічних навчальних закладів комп'ютерно-орієнтованих технологій навчання графічних дисциплін. Насамперед програмний продукт AutoCAD розрахований на використання у виробничих умовах, а тому не адаптований для використання у навчальних цілях. Відсутня відповідь на запитання, у який спосіб студенти ефективно опановують графічні дисципліни: коли вони спочатку працюють з AutoCAD, а потім використовують його у процесі вивчення графічних дисциплін, чи коли опанування AutoCAD здійснюється в органічній єдності, паралельно з вивченням графічних дисциплін. Нез'ясованим є співвідношення монологічного і діалогічного режимів спілкування студентів з комп'ютерними засобами навчання у процесі вивчення графічних дисциплін із застосуванням програмного продукту AutoCAD. У комп'ютерно-орієнтованому вивченні графічних дисциплін практично відсутнє використання інтерактивних методів навчання, що, безперечно, пояснюється відсутністю відповідних наукових досліджень і методичних розробок.

Зазначені проблеми серед іншого обумовлені суперечностями між:

- зростанням вимог до професійної діяльності інженерних кадрів та недостатнім рівнем графічної підготовленості студентів;

- зміною сутності проектно-конструкторської діяльності в умовах сучасного інформаційного суспільства та відсутністю досконалих комп'ютерно-орієнтованих дидактичних засобів графічної підготовки студентів;

- стрімким оновленням пріоритетів на ринку праці, обумовленим інформатизацією суспільства та рівнем компетентності учасників всіх сфер виробничої діяльності.

Потрібно зазначити, що окремі аспекти використання комп'ютерних засобів навчання у графічній підготовці студентів вищих технічних навчальних закладів досліджено, а їх результати успішно впроваджено у практику діяльності вищої школи. Зокрема, це:

- використання засобів комп'ютерної графіки (В. Ванін, О. Глазунова, Ю. Дорошенко, В. Михайленко, В. Найдиш, І.Нищак, А. Підкоритов, Г.Райковська, І. Скидан, А. Корнєєва, В. Ткаченко, Ю. М. Тормосов та інші);

- використання в навчальному процесі комп'ютерних технологій і створення на їхній базі систем дистанційного навчання у вищих навчальних закладах (В. Биков, І. Булах, В. Вичужанін, В. Глаголев, Р. Гуревич, Т. Гур'єва, В. Деркач, С. Доманова, Ю. Дорошенко, С. Зайцев, М. Кадемія, І. Кіслицька, А. Кривошеєв, В. Кухаренко, Ю. Машбиць, І. Мархель, Н. Морзе, В. Олійник, О. Полат, Н. Носов, С. Сисоєва, Н. Тверезовська, К. Томас та інші);

- формування графічних знань та умінь студентів у вищих навчальних закладах (В. Буринський, А. Верхола, В. Вітренко, Г. Е. Егоріна, О. Ботвінніков, В. Василенко, В. Васенко, Г. Гаврищак, В. Гервер, О. Джеджула, В. Жуков, В. Качнєв, О. Кабанова-Меллер, М. Козяр, С. Пилипака, М. Покровська, В. Сидоренко, Г. Райковська, В. Чепок, З. Шаповал, Г. Шаумян на інші);

- підходи до проектування педагогічних технологій у вищій школі (А. Алексюк, С. Архангельський, Ю. Бабанський, С. Батишев, А. Вербицький, О. Коберник, І. Мархель, Н. Тализіна та інші);

- активізація пізнавальної діяльності студентів (О. Гребенюк, А. Дьомін, В. Козаков, П. Лузан, М. Сметанський та інші).

Незважаючи на значну увагу вчених до проблеми використання комп'ютерних засобів у навчальному процесі вищого навчального закладу, вкрай актуальна проблема їхнього застосування в процесі графічної підготовки студентів дотепер не стала темою окремого дослідження.

Вивчення проблеми формування умінь і навичок у процесі навчання студентів технічних навчальних закладів графічним дисциплінам надає можливість виявити та розв'язати суперечності між зростанням обсягів знань, вмінь і навичок, необхідних сучасному фахівцеві, і недостатньою модернізацією існуючих форм і термінів підготовки студентів у цих навчальних закладах; новою структурою народного господарства, обумовленою інформатизацією суспільства та рівнем компетентності учасників ринку праці; світовими вимогами до системи дистанційного навчання й рівнем його розвитку в Україні.

Необхідність і можливість розв'язання наведених протиріч з урахуванням зазначених вище наукових здобутків зумовили вибір теми дисертаційного дослідження “Методика інтерактивного навчання графічних дисциплін у вищих технічних навчальних закладах”.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження відповідає меті державної політики у галузі інформатизації українського суспільства. В Україні інформатизація суспільства набула статусу державної політики, починаючи з Указу Президента № 186/93 від 31.05.1993 р. “Про державну політику інформатизації України”. Конкретні плани дій з реалізації цього Указу знайшли відображення у постанові Кабінету Міністрів “Питання інформатизації” № 605 від 31.08.1994 р. та прийнятою у зв'язку з цією постановою “Концепції державної політики інформатизації України”.

Дисертаційне дослідження “Методика інтерактивного навчання графічних дисциплін у вищих технічних навчальних закладах” є складовою частиною комплексної науково-дослідної теми, що виконується на кафедрі “Інженерна і комп'ютерна графіка” Одеського національного морського університету, спрямованої на розробку методичного забезпечення вивчення графічних дисциплін з використанням комп'ютерних засобів навчання. Тема дисертації затверджена Вченою радою Одеського національного морського університету (протокол № 3 від 01.11.2006 р.) та узгоджена Радою з координації наукових досліджень у галузі педагогіки і психології України (протокол № 3 від 20.03.2007 р.).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - розробити, теоретично обґрунтувати та експериментально перевірити комп'ютерно-орієнтовану методику інтерактивного навчання графічним дисциплінам студентів вищих технічних навчальних закладів.

Відповідно до мети дослідження було поставлено такі завдання:

1. Обґрунтувати необхідність переходу з традиційної системи навчання графічним дисциплінам у вищих технічних навчальних закладах на систему навчання, засновану на сучасних досягненнях в галузі інформаційних технологій.

2. Розкрити можливості використання САПР у навчанні графічних дисциплін студентів вищих технічних навчальних закладів.

3. Розробити методику використання AutoCAD у навчанні студентів графічним дисциплінам (на прикладі нарисної геометрії, креслення і комп'ютерної графіки).

4. Визначити і теоретично обґрунтувати методичні підходи до викладання графічних дисциплін в умовах інтерактивної системи навчання.

5. Розробити дидактичне забезпечення інтерактивного вивчення студентами вищих технічних навчальних закладів графічних дисциплін.

6. Експериментально перевірити методику інтерактивного навчання графічним дисциплінам у вищих технічних навчальних закладах.

Об'єктом дослідження є процес графічної підготовки студентів вищих технічних навчальних закладів.

Предмет дослідження - методика викладання графічних дисциплін в системі інтерактивного навчання.

Концепція дослідження включає три взаємопов'язаних концепти:

1. Методологічний концепт відображає взаємозв'язок і взаємодію різних підходів до вивчення проблеми графічної підготовки студентів інженерних спеціальностей: системний підхід розкриває цілісність ІСН, виявляє взаємодію її складових (мультимедіа-технології, автоматизований контроль теоретичних знань і практичних навичок, система AutoCAD, комплекс програмних продуктів), структуру організації навчання, яка зведена в єдину теоретичну основу; особистісто-діяльнісний підхід, що передбачає таку організацію діяльності майбутнього інженера, коли він усвідомлює себе як особистість, виявляє і розкриває свої можливості, здібності, виступає активним учасником різних видів діяльності, з метою формування системи знань і умінь.

2. Теоретичний концепт визначає систему дефініцій, без яких неможливе розуміння сутності явища, яке вивчається, специфічних цілей, завдань. Сутність ІСН полягає у використанні дидактичних можливостей комп'ютерних технологій в навчальному процесі навчання графічним дисциплін, що здійснює учбовий процес на рівні вимог, які потребує сучасне суспільство.

3. Технологічний концепт включає в себе як розробку, так і використання ІСН як динамічної системи навчання, розвитку, формування, контролю знань, умінь та навичок студентів.

Провідна ідея дослідження втілена в гіпотезі про те, що суттєвого підвищення ефективності у вивченні студентами вищих технічних навчальних закладів графічних дисциплін можна досягти шляхом запровадження комп'ютерно-орієнтованої інтерактивної системи навчання, яка передбачає: організацію інтенсивних взаємодій між студентом і комп'ютерним засобом навчання; інтерактивне вивчення відповідних навчальних курсів з паралельним опануванням системою автоматизованого проектування AutoCAD; автоматизований контроль теоретичних знань і практичних умінь студентів.

Методи дослідження. З метою визначення стану розробленості та теоретичного обґрунтування шляхів розв'язання проблеми навчання студентів вищих технічних навчальних закладів графічних дисциплін засобами інформаційних технологій використовувався комплекс загальнонаукових взаємодоповнюючих підходів та методів дослідження, зокрема:

теоретичних - вивчення концепцій побудови змісту та організації процесу навчання графічної підготовки у різних навчальних закладах з використанням комп'ютерних засобів навчання; вивчення відповідної психолого-педагогічної й методичної літератури; аналіз практичних робіт студентів;

емпіричних - дослідження результатів навчальної діяльності студентів, спостереження за динамікою формування просторової уяви, графічних знань і вмінь у студентів;

статистичних - з метою виявлення кількісних та якісних характеристик сформованості графічних знань і вмінь у майбутніх інженерів засобами інформаційних технологій.

Провідним на всіх етапах проведення дослідження був метод педагогічного експерименту (констатувальний, пошуковий і формувальний) із подальшим його аналізом та узагальненням, що дало можливість перевірити ефективність інтерактивної методики вивчення графічних дисциплін у вищих технічних навчальних закладах.

Названі методи взаємно доповнювали один одного і забезпечили можливість комплексного пізнання предмета дослідження.

Експериментальна база дослідження. Дослідно-експериментальна робота проводилася на базі Одеського національного морського університету, Криворізького технічного університету, ДВНЗ “Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет імені Григорія Сковороди”. Усього дослідженнями було охоплено більше 700 студентів і 12 викладачів графічних дисциплін.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

вперше створено методику навчання графічним дисциплінам (на прикладі вивчення курсу “Нарисна геометрія”) студентів вищих технічних навчальних закладів на базі ІСН, яка включає: інтерактивний навчальний курс, створений з використанням мультимедіа технологій; автоматизований контроль теоретичних знань та практичних умінь з використанням графічного редактора та формуванням загальної відомості з наступним друкуванням результатів на папері; виконання графічних завдань з використанням автоматизованої системи проектування AutoCAD; досліджено вплив інтерактивної системи навчання графічних дисциплін на професійну підготовку майбутніх інженерів;

визначено специфіку застосування системи автоматизованого проектування у процесі навчання графічних дисциплін;

удосконалено методику перевірки рівня графічних знань та умінь студентів засобами інформаційних технологій;

конкретизовано підходи до оцінювання ефективності використання інформаційних технологій у процесі навчання графічних дисциплін;

дістали подальшого розвитку дослідження щодо забезпечення наступності у вивченні комп'ютерно-орієнтованого курсу “Нарисна геометрія” і навчальних дисциплін “Креслення” та “Комп'ютерна графіка”, а також дослідження впливу дидактично-орієнтованих комп'ютерних засобів навчання на інтелектуальний розвиток студентів.

Отримані об'єктивні наукові результати містять у своїй сукупності вирішення значної наукової проблеми - розробку комп'ютерно-орієнтованої методики інтерактивного навчання графічним дисциплінам студентів вищих технічних навчальних закладів.

Практичне значення дослідження полягає в розробці та впровадженні у навчальний процес вищих технічних навчальних закладів інтерактивної методики вивчення графічних дисциплін. Запровадження інтерактивної системи навчання (ІСН), яка включає в себе комп'ютерні засоби навчання з комплексом авторських програмних продуктів, дозволяє використовувати мультимедіа-технології на етапах вивчення теоретичного матеріалу графічних дисциплін, виконання графічних побудов, автоматизованого контролю теоретичних знань та практичних умінь студентів.

На основі результатів дослідження розроблено дидактичні та технічні засоби впровадження комп'ютерних технологій у процес навчання графічним дисциплінам. При кафедрі “Інженерна і комп'ютерна графіка” Одеського національного морського університету створено спеціалізований комп'ютерний клас для забезпечення підтримки навчання на всіх етапах пізнавального процесу відповідно до методики, заснованої на застосуванні сучасних інформаційних технологій.

Основні результати проведеного дослідження можуть бути використані як викладачами графічних дисциплін вищих технічних навчальних закладів, так і розробниками інтерактивних систем навчання з автоматизованим контролем знань і практичних умінь з інших навчальних дисциплін.

Результати дисертаційного дослідження впроваджено в Одеському національному морському університеті (довідка № 699-к від 28.05.2009 р.), у Криворізькому технічному університеті (довідка № 179 від 22.03.2008 р.), в Державному вищому навчальному закладі “Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет імені Григорія Сковороди” (довідка № 439 від 20.05.2009 р.), в Одеській національній морській академії (довідка № 230 від 13.04.2006 р.), в Одеському національному політехнічному університеті (довідка № 347 від 15.11.2006 р.), в Одеському морехідному училищі ім. О.І. Морінеско (довідка № 252/2007 від 16.05.2007 р.), в Полтавському національному педагогічному університеті ім. В. Г. Короленка (довідка № 1427/01-37/46 від 08.04.2010 р.).

Особистий внесок здобувача. Одержані автором результати є самостійним внеском у розробку методики графічної підготовки студентів вищих технічних навчальних закладів на базі ІСН. Ідеї, що належать співавторам публікацій, не використовувались в матеріалах дисертації. У наукових статтях та тезах доповідей, які були написані у співавторстві (В. Данчев, А. Підкоритов, О. Савельєва, А. Павлишко, В. Сидоренко, Л. Дюкре, Н. Ісмаїлова, І. Дуюн, С. Осіпов, А. Токарєв, Д. Нечаєва, В. Зелинский, В. Тюленєв, М. Стариков, Я. Савченко, А. Кундиловский), особистим внеском автора є матеріал, який стосується побудови моделей графічної діяльності та системи графічної підготовки студентів, розробки та обгрунтування методики вивчення графічних дисциплін. При створені інтерактивного курсу на прикладі дисципліни “Нарисна геометрія” спільно з спеціалістами інформаційно-обчислювального центру ОНМУ (В. Данчев, І. Дуюн) авторові належить розробка теоретичних засад, методичних основ ідеологіі його побудови.

Ідеї та думки, що належать співавторам публікацій, у дисертаційній роботі не використовувалися

Апробація результатів дослідження здійснювалась під час проведення дослідно-експериментальної роботи автора як викладача вищого навчального закладу і доповідалась на конференціях:

міжнародних: “Сучасні проблеми геометричного моделювання” (м. Мелітопіль, 2004, 2007); “Міжнародна конференція пам'яті проф. І.І. Мархеля” (м. Одеса, 2005); “Сучасні інформаційні і електронні технології” (м. Одеса, 2006); “Графіка ХХІ століття” (м. Севастополь, 2006, 2007);

всеукраїнських: “Нові інформаційні технології навчання в навчальних закладах України” (м. Одеса, 2003); “Підготовка фахівців у системі професійної освіти: проблеми, технології, перспективи” (м. Кривий Ріг, 2009).

Основні положення та висновки, сформульовані за результатами дисертаційного дослідження, обговорювалися на наукових семінарах кафедр філософії та інженерної і комп'ютерної графіки Одеського національного морського університету, кафедри трудового навчання і креслення Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова (2002-2009 рр.).

Кандидатська дисертація на тему “Застосування нових інформаційних технологій в графічній підготовці студентів вищих навчальних закладів” захищена у 2002 році. Матеріали кандидатської дисертації у тексті докторської дисертації не використано.

Публікації. Зміст дисертації висвітлений у 44 публікаціях, серед яких
1 монографія, 3 навчальних посібники, 24 статті у фахових наукових виданнях,
10 статей в наукових збірках статей, 6 статей опубліковані в збірках матеріалів різного роду наукових форумів.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків до кожного розділу та загальних висновків, списку використаних джерел (364 найменування). Робота містить 133 рисунка. Повний обсяг дисертації - 420 сторінки, основний текст - 385 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, висвітлено ступінь її наукової розробленості, сформульовано мету і завдання дослідження, визначено теоретико-методологічні засади їх розв'язання, розкрито наукову новизну одержаних результатів, їх теоретичну та практичну значущість, а також форми апробації.

У першому розділі “Проектно-конструкторська діяльність і освіта з використанням комп'ютерних технологій” розкриваються сутність, умови формування і зміни в сучасному інформаційному суспільстві, що відображають найбільш загальні властивості творчої активності індивідів, захист їх інтелектуальної власності, авторських та інших прав, пов'язаних із застосуванням інформаційних технологій.

Наведено всебічний аналіз специфіки творчої інтелектуальної активності людини в сучасному інформаційному суспільстві в цілому і в педагогічному процесі зокрема. Розкривається сутність освіти як одного з головних факторів розвитку інформаційного суспільства на основі нової якості сучасної освіти і нового відношення до неї громадян, некомерційних організацій і промислових компаній. У цих умовах навчання розглядається як процес, що продовжується все життя. У різні його періоди і на різних рівнях майстерності фахівців суспільство в цілому надає необхідні можливості для продовження освіти.

У результаті формується інформаційне суспільство, в якому головною і визначальною фігурою стає професіонал, що володіє технікою обробки та зберігання інформації. На сьогодні бути освіченою людиною можна тільки добре володіючи інформаційними технологіями. Адже діяльність людей великою мірою залежить від їхньої поінформованості, здатності ефективно використовувати інформацію. Для вільної орієнтації в інформаційних потоках сучасний фахівець будь-якого профілю повинен вміти здобувати, обробляти і використовувати інформацію за допомогою комп'ютерів та сучасних засобів зв'язку. Інформацію розглядають як стратегічний ресурс суспільства, як ресурс, що визначає рівень розвитку держави і, як наслідок, дуже важливо, щоб професійний рівень сучасного фахівця відповідав зазначеним вимогам інформаційного суспільства.

В Україні спостерігається різкий стрибок у рівні комп'ютеризації проектної і виробничої діяльності. Використання комп'ютерних засобів в проектній виробничій діяльності пов'язане з запровадженням автоматизованої системи проектування (САПР). Як наслідок, відповідні вимоги (використання у навчальному процесі однієї із систем автоматизованого проектування) висуваються до процесу графічної підготовки студентів вищих технічних навчальних закладів.

На основі аналізу стану впровадження в Україні САПР у сферу матеріального виробництва і в навчальний процес, зроблено висновок про те, що обидва напрямки характеризуються відносно, у порівняні з високорозвиненими країнами, низькими темпами впровадження, хоча в сфері матеріального виробництва в даний час спостерігається деяке випередження темпів впровадження у порівнянні з освітою. Це випередження зумовлене набагато більшими фінансовими можливостями підприємств і бажанням їх керівників створювати нові види продукції в короткий термін при мінімальних витратах на її розробку і максимізувати якість для завоювання ринку її збуту. Цих цілей неможливо досягти без застосування сучасних інформаційних технологій, у тому числі і САПР.

За результатами дослідження встановлено, що обов'язковою умовою успішного навчання графічним дисциплінам є розроблення навчально-методичного матеріалу на рівні, що визначається сучасним станом розвитку інформаційних технологій.

У другому розділі “Теоретичні основи застосування комп'ютерних технологій у вищій школі” розглянуто проблему впровадження в навчальну практику комп'ютерно-орієнтованих технологій, комп'ютерних засобів навчання. В останні роки зазначена проблема стала предметом всебічного вивчення і дослідження для провідних зарубіжних і вітчизняних вчених. Проблема розвитку вищої освіти не може бути розв'язана інакше, ніж через освоєння технічних нововведень, найбільш перспективними з яких є комп'ютерно-орієнтовані технології навчання (КОТН). Запровадження комп'ютерно-орієнтованих технологій навчання змінює традиційну структуру педагогічного процесу.

Для ефективного управління інноваційним процесом освоєння КОТН у вищих навчальних закладах необхідне системне його вивчення. Структура даного процесу є складною і багатофункціональною за своєю суттю.

На основі аналізу вітчизняного і зарубіжного досвіду впровадження новацій в освіті можна констатувати, що багатофункціональність передбачає наявність взаємозв'язаних складових, найважливішими з яких є:

1) діяльнісно-мотиваційна, що реалізується в певних техніко-апаратно-програмних умовах ВНЗ;

2) процесуально-змістова - розробка дидактичних основ навчання, освітніх технологій із застосуванням КОТН.

Розвиток системи вищої освіти у контексті реалізації особистісно-орієнтованого підходу за умов впровадження КОТН не може бути ефективними без використання: цілісного підходу до педагогічного процесу у ВНЗ; комплексного підходу, що є складовою комп'ютеризації та інформатизації освіти; врахування особливих дидактичних характеристик освоюваної новації (КОТН).

Викладені положення не є єдиними. Подальшого вивчення вимагають проблеми застосування інтерактивних форм навчання у ВНЗ на основі нових програмних і апаратних засобів. Найважливішими завданнями педагогічного аналізу можливостей застосування КОТН в процесі професійної підготовки студентів є:

1) використання нових можливостей КОТН, що розвиваються в системах: комп'ютер > студент; комп'ютер > викладач; викладач > комп'ютер > студент;

2) дидактичний аналіз наступності традиційного навчального процесу і оснащеного комп'ютерними засобами навчання;

3) вдосконалення психолого-педагогічного моніторингу ефективності, оптимальності застосування КОТН у навчальному процесі.

Зазначені інновації узгоджуються із шляхами розв'язання проблеми навчання графічних дисциплін студентів у вищих технічних навчальних закладах.

У третьому розділі “Методика навчання з використанням дидактично - орієнтованих програмних засобів” описуються програмні засоби, що використовуються у навчальному процесі вищих навчальних закладів. Подаються результати аналізу, наскільки викладачі ознайомлені з можливостями і характеристиками використовуваних програмних засобів, методами і критеріями ефективності їх впровадження.

Відомо, що класичні форми організації навчального процесу у вищій школі діляться на лекційно-групові та індивідуальні.

При лекційно-груповому навчанні в основному має місце процес прямого зв'язку - сигнали у вигляді мовних повідомлень і демонстраційного матеріалу, надходять від викладача до групи студентів, сигнали зворотного зв'язку (від студентів до викладача) надходять значно рідше, ніж це необхідно для ефективного управління процесом навчання.

Інформація про засвоєння навчального матеріалу, що надходить при опитуванні окремих студентів, є недостатньою, а при проведенні модульної перевірки знань та умінь і іспитів запізнілою. Недосконалість контролю знань є істотним недоліком лекційно-групового навчання, що часто є причиною формування неправильних знань, вмінь і навичок.

Найбільший ефект управління процесом навчання досягається при індивідуальному навчанні, тобто за схемою “один викладач - один студент”. Однак застосування індивідуального навчання в широких масштабах обмежується його вартістю. Пошук альтернативних методів, що володіють перевагами індивідуального та групового навчання, призвів до розробки методу програмованого навчання, що за своєю суттю не суперечить дидактичним принципам, виробленим педагогічною практикою протягом століть.

Програмоване навчання - це, насамперед, індивідуальний процес навчання, в якому акцент робиться на активізації самостійної пізнавальної діяльності студентів, і який передбачає застосування ефективних методів та засобів для гнучкого управління та стимулювання цією діяльністю.

У програмованому навчанні викладач за допомогою програми, що пропонується кожному студенту, за допомогою комп'ютера керує навчанням групи студентів. При такій формі навчання частково реалізуються можливості схеми “один викладач - один студент” і певною мірою усуваються недоліки групових форм навчання. Комп'ютер у такому випадку розглядають як засіб зв'язку між програмою та студентом (внутрішній зворотний зв'язок) і між викладачем та студентом (зовнішній зворотний зв'язок). Ефективність навчання при цьому залежить насамперед від якості програмного продукту і від того, як він реалізовується.

При програмованому навчанні програмується не тільки навчальний матеріал, але і процес його засвоєння, тобто діяльність студентів.

Управління процесом засвоєння знань переслідує мету активізації самостійно-пізнавальної діяльності студентів. При програмованому навчанні створюються додаткові можливості для її послідовного стимулювання. Жодне вдосконалення в галузі освіти не обіцяє таких перспектив, як запровадження програмованого навчання.

З результатів виконаного дослідження випливає, що найбільший ефект досягається при поєднанні програмного навчання з традиційним. Провідною фігурою в навчальному процесі залишається викладач незалежно від того, у якому зв'язку перебувають програмні заняття з не програмними (традиційними). В дисертації розглянуто різні системи програмного навчання (а саме, лінійного, розгалуженого та адаптивного типу), кожна з яких базується на своїй власній філософській основі.

Впровадження в педагогічний процес нових методик навчання або нових технічних засобів повинно відбуватися тільки після всебічних попередніх експериментальних досліджень і перевірок. Основною метою таких експериментів є виявлення переваг методик та засобів, що використовуються згідно з новою системою навчання, яка пропонується до впровадження. При цьому недостатньо використовувати тільки якісні показники. Для більшої об'єктивності висновків необхідні конкретні критерії, що відбивають кількісну оцінку при порівняннях.

У процесі дослідження з'ясовано, що програмоване навчання графічним дисциплінам повинне містити в собі дві складові - інформаційну (для забезпечення самонавчання і підвищення рівня теоретичних знань) та контролюючу (для проведення поточного, підсумкового контролю і самоконтролю, реалізованих у формі спеціалізованого програмного комплексу - СПК).

Принцип функціонування інформаційної частини СПК повинен відповідати сучасним Internet-технологіям як найбільш поширеним серед більшості користувачів комп'ютерів. Контролююча частина СПК повинна забезпечити обов'язково-послідовний контроль рівня засвоєння теоретичних знань і формування практичних умінь.

За результатами виконаного дослідження констатовано, що перелік завдань для проведення контролю знань та умінь кожної з тем навчальної дисципліни повинен бути достатнім для забезпечення багатоваріантності вибору, вибір завдань з їх загального переліку з конкретної теми повинен здійснюватися випадково. Принцип випадковості повинен застосовуватись і при розташуванні варіантів відповідей та формуванні параметрів початкових умов до завдань.

Кожний з етапів контролю повинен охоплювати приблизно однаковий обсяг теоретичної інформації розділів навчальної дисципліни. В основу контролю рівня теоретичних знань повинні бути закладені такі вимоги: знання визначень, розпізнавання правильних відповідей з безлічі запропонованих, вибір тих параметрів або їх комбінації, що відповідають правильній відповіді на завдання, конструювання правильної послідовності виконання побудов, необхідних для досягнення результату, зазначеного в завданні.

Для забезпечення контролю рівня практичних умінь необхідно надати користувачам СПК можливість комп'ютерного виконання заданих графічних побудов, пов'язаних з розв'язанням задач. Для цього необхідно розробити програму графічного редактора з мінімальною і, в той же час, достатньою для забезпечення виконання побудов базою команд. Автоматизована перевірка правильності виконання побудов відповідно до отриманого завдання повинна враховувати можливість багатоваріантності розв'язання користувачем поставленої графічної задачі.

Автоматизований контроль практичних умінь виконує, крім функції безпосереднього контролю, ще і функцію виконання контрольно-тренувальних графічних завдань-вправ, внаслідок чого його називають контрольно-тренувальним методом. Контрольно-тренувальний метод (автоматизований контроль практичних умінь) у виконаному дослідженні носив ознаки дидактично обґрунтованої системи графічних завдань-вправ.

Контрольно-тренувальні вправи можна визначити як сукупність взаємозв'язаних і взаємодоповнюючих завдань, розташованих з урахуванням послідовного ускладнення способів їх розв'язання, в процесі чого відпрацьовуються і формуються відповідні цілям навчання графічні, логічні і просторові знання та уміння. За результатами виконаного дослідження зроблено висновок про те, що використання системи контрольно-тренувальних вправ буде успішним, якщо враховувати загальнодидактичні принципи і наступні вимоги:

1) система повинна включати основні і доступні для студентів завдання, типові для кожної теми навчальної дисципліни;

2) сукупність розв'язуваних завдань повинна охоплювати всі найбільш важливі характерні випадки змісту навчальної дисципліни, що вивчається;

3) складність пропонованих завдань-вправ повинна поступово підвищуватися, проте завжди оптимально співвідноситися з рівнем знань, умінь та здібностей студентів;

4) практичні вправи повинні носити характер суб'єктивної новизни, виконуючи їх, студент “відкриває” для себе нові знання або способи отримання цих знань;

5) всі вправи, що входять в систему, повинні розвивати розумові і графічні здібності студентів.

За таких умов контрольно-тренувальні вправи забезпечують вищий ступінь графічної підготовки студента.

Програма контролю повинна забезпечити користувачеві проведення самоконтролю, тобто без обмежень у виборі етапів контролю, часу проведення і моменту його завершення. Допоміжною функцією програми контролю, але не менш значущою, ніж основні, повинна бути функція перегляду відповідей, які зберігаються у режимі контролю необмежений час, а самоконтролю - на час поточного її функціонування.

За результатами дослідження зроблено висновок про те, що СПК забезпечує багатоетапність проведення контролю, починаючи з дроблення кожної теми, а також можливість проведення модульного контролю або навіть заліку чи екзамену.

Встановлено, що СПК надає можливість кожному викладачеві, який застосовує його в процесі навчання, формувати список завдань як для кожного з етапів контролю у межах окремої теми, так і для проведення модулів, заліку чи екзамену відповідно до обсягу навчальних програм графічних дисциплін для студентів конкретного факультету або спеціальності. Крім того, програма забезпечує збір результатів контролю, їх збереження у формі, яка не дозволяє завдяки сторонньому втручанню їх корегування і друк.

Перелічені вимоги, а також вимоги із забезпечення психолого-педагогічної коректності проведення автоматизованого контролю лягли в основу розробленого спеціалізованого програмного комплексу інтерактивної системи навчання, яка є варіантом комп'ютерно-орієнтованого навчання графічним дисциплінам у вищих технічних навчальних закладах.

Четвертий розділ “Програмно-технічні засоби впровадження комп'ютерних технологій у процес навчання графічним дисциплінам” розкриває методику викладання графічних дисциплін (на прикладі курсу “Нарисна геометрія”) у вищих технічних навчальних закладах в умовах інтерактивної системи навчання і включає лекційний курс; вивчення теоретичного матеріалу за посібником “Начертательная геометрия и AutoCAD”; осмислення й закріплення теорії за допомогою інтерактивного курсу “Нарисна геометрія”; формування й розвиток практичних умінь з використанням САПР за допомогою посібника “Сборник задач по начертательной геометрии в системе AutoCAD”; діагностика теоретичних знань і практичних умінь із використанням автоматизованого контролю знань у режимі самоконтролю, контролю, модуля.

Таким чином, різним програмним комп'ютерним засобам підтримки процесу навчання визначена своя ніша відповідно до їх дидактичних можливостей.

Архітектоніка навчання нарисної геометрії з використанням комп'ютерно-орієнтованих технологій схематично представлена на рис. 1.

Для успішного розв'язання педагогічних задач викладання теоретичної частини дисципліни в навчальний процес було впроваджено інтерактивний курс “Нарисна геометрія” з використанням мультимедіа.

Інформаційна частина зазначеного інтерактивного курсу супроводжується анімаційними роликами, які наочно демонструють перетворення просторових моделей в епюр, сутність перетворення комплексного креслення, правила і порядок побудов з дисципліни.

Динамічний рисунок або flash-анімація (саме такий супровід теоретичного матеріалу є найбільш зрозумілим для студентів) сприяє успішному його засвоєнню та розвитку у студентів просторової уяви.

Перевага анімаційних рисунків над статичними очевидна. Вони дозволяють переглядати динаміку уявних просторових перетворень, графічних побудов тощо і є максимально наближеними до натуральних зображень описуваних процесів.

Демонстрація анімаційних рисунків супроводжується текстом, що описує процеси, зображені на цих рисунках. Для кращого сприйняття інформації, що надана на виведеній сторінці, передбачено озвучення виведеного тексту.

Функція управління переглядом анімаційних рисунків дозволяє багаторазово переглядати той самий рисунок, зупиняти його в будь-який момент із подальшим продовженням його перегляду.

Можливі два варіанти реалізації інтерактивного курсу “Нарисна геометрія”:

1. З наповненням тільки теоретичною інформацією з нарисної геометрії для використання як додатковий засіб самонавчання. Даний варіант передбачається експлуатувати разом із програмним комплексом автоматизованого контролю теорії і практичних умінь з нарисної геометрії, що функціонує в режимі “Самоконтроль”. В даному випадку програма працює в режимі “Репетитор”, при якому об'єднані інформаційні та контролюючі функції.

комп'ютерний дидактичний графічний навчання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - Архітектоніка навчання нарисної геометрії (графічна модель)

2. З підключенням модулів автоматизованого контролю теорії і практичних умінь. Даний варіант доцільно використовувати в системі дистанційного навчання за допомогою мережі Internet або на комп'ютерах, не підключених до мережі Internet, з використанням версії даного програмного комплексу, записаного на CD-диску.

Другий варіант заслуговує на особливу увагу. В результаті користувач відразу після розв'язання обраної задачі одержує інформацію про правильність розв'язку, і у випадку допущення помилок або неправильного розв'язку буде поінформований про це і “відправлений” до тієї частини теорії, де були допущені помилки для їх аналізу. У більшості випадків цього буває достатньо для якісного самонавчання.

Реалізація в навчальному процесі дидактичних можливостей САПР спричинила необхідність розробки нового підходу в методиці формування практичних умінь з графічних дисциплін щодо проведення практичних занять, викладу навчального матеріалу, його кількості і співвідношення між аудиторною і самостійною роботою.

Побудова креслення в системі AutoCAD дає ряд значних переваг у порівнянні з ручним способом виконання креслення - це можливість використання результатів виконаних робіт, збережених у відповідних файлах для виконання наступних завдань, що дозволяє зробити процес навчання більш інтенсивним і ефективним.

Іншими перевагами системи є можливість виконання графічних побудов у різних шарах з можливістю їх вмикання або вимикання при необхідності. Це дозволяє спростити процес побудови за рахунок вмикання тільки тих шарів, побудови об'єктів в яких необхідно виконувати в поточний момент.

У дисертаційному дослідженні пропонується використання різних кольорів для побудови різних об'єктів. При цьому колір цих об'єктів несе самостійне інформаційне навантаження і дозволяє наочно представити хід побудов і побачити результат розв'язання задачі.

Результати дослідження свідчать про те, що виконання практичних завдань з нарисної геометрії із застосуванням САПР допускає логічно послідовне застосування команд, необхідних для виконання побудов, що сприяє розвитку в студентів логічного мислення. Метод моделювання сприяє розвитку в студентів просторової уяви, що є одним із завдань викладання нарисної геометрії у вищій технічній школі. До завершення вивчення курсу нарисної геометрії студенти досконало володіють системою, і при вивченні курсу “Креслення” відпадає необхідність витрати навчального часу на її засвоєння. Таким чином, досягається подвійний ефект від впровадження інтерактивної системи навчання нарисній геометрії: успішне використання системи в освоєнні курсу і підготовка студентів на рівні вимог сучасних комп'ютерно-орієнтованих технологій навчання.

Діалог із системою студент веде англійською мовою. Виходячи із сучасної ситуації, коли англійська мова є мовою комп'ютерного і телекомунікаційного спілкування, необхідно не тільки навчання із застосуванням нової методики, але і навчання прийомам пошуку необхідної інформації в інших програмних продуктах, а це можливо тільки за умов досконалого володіння англійською мовою.

У виконаному дослідженні процес освоєння системи автоматизованого проектування органічно поєднувався з навчальним процесом. Для успішного поєднання процесів вивчення графічних дисциплін і опанування AutoCAD використано реальний розрахунок обсягу навчального матеріалу з нарисної геометрії і навчального матеріалу з освоєння команд AutoCAD у межах одного заняття. Одночасно необхідно було провести розрахунок співвідношення кількості виконуваних графічних завдань до обсягу теоретичного матеріалу з нарисної геометрії і AutoCAD у межах одного заняття. Ці розрахунки були отримані в результаті апробації нової інформаційної технології викладання нарисної геометрії і лягли в основу методичного посібника “Сборник задач по начертательной геометрии в системе AutoCAD”.

За результатами дослідження зроблено висновок, що застосування САПР при виконанні практичних завдань з нарисної геометрії є сходинкою до впровадження цієї дисципліни в систему дистанційного навчання, яку фахівці зі стратегічних проблем освіти називають “…освітньою системою XXI століття”. Основою для цього твердження є наступне:

1) роботи, виконані в будь-якій САПР як комп'ютерний документ можуть бути передані комп'ютерові (викладачеві) мережею Internet для їхньої перевірки;

2) розв'язок завдань з нарисної геометрії із застосуванням САПР припускає логічно послідовне застосування команд, необхідних для виконання побудов, що сприяє розвитку в студентів алгоритмічного мислення;

3) розвиток логічного мислення призводить до того, що перед виконанням побудов студенти розробляють логічний ланцюжок застосування команд для досягнення результату і оптимізують його, тобто знаходять найкоротший шлях розв'язування задачі;

4) головною умовою для розробки комп'ютерних програм, особливо для розробки програм контролю виконання практичних завдань, є можливість створення математичної або логічної моделі її функціонування.

З огляду на викладене, виникає можливість створення комп'ютерної програми автоматизованого контролю теоретичних знань й практичних умінь, що функціонує в мережі Internet. Таким чином, вирішується головна умова організації дистанційного навчання нарисної геометрії.

Програмний комплекс автоматизованого контролю теоретичних знань і практичних умінь з дисципліни “Нарисна геометрія” у виконаному дослідженні був призначений для здійснення самоконтролю студентів у процесі засвоєння теоретичного матеріалу з нарисної геометрії і формування практичних умінь при виконанні практичних завдань.

Завдання можуть бути представлені одним із способів:

1) пропонується визначення із пропущеним ключовим словом; від користувача вимагається ввести пропущене слово;

2) користувачеві пропонується ввести назву графічного об'єкта, що відповідає вимогам, викладеним у тексті завдання. При цьому подаються проекції безлічі таких об'єктів;

3) користувачеві пропонується кілька варіантів відповіді, що характеризують положення графічних об'єктів, з яких тільки один варіант відповідає правильній відповіді. Користувач відповідно до завдання вибирає правильний варіант, який крім того, що при кожному запуску цього завдання має різні значення параметрів, ще й розташовується щораз на різних позиціях варіантів відповіді;

4) для правильної відповіді користувач повинен вибрати правильну комбінацію двох запропонованих варіантів параметрів, що відповідає взаємному розташуванню двох геометричних об'єктів у просторі;

5) користувачеві надається кілька варіантів відповіді на поставлене запитання. При цьому положення правильної відповіді щораз різне;

6) варіанти відповіді подаються у вигляді малюнків (від трьох до семи), на яких виконані побудови з теми контролю. У завданні вказуються критерії, за якими необхідно вибрати рисунок, що відповідає правильній відповіді. При цьому положення рисунків, відповідно, і правильної відповіді щораз відрізняється від попереднього;

7) користувачеві надається рисунок із проекціями графічних об'єктів, у завданні описується, який кінцевий результат необхідно одержати, а у варіантах відповіді пропонуються різні варіанти досягнення кінцевого результату. При цьому можливі варіанти одно-, двох- і трьох- етапних відповідей. Тільки одна комбінація правильних відповідей на кожному з етапів відповідає правильній відповіді на отримане завдання.

Необхідно зазначити, що вибір поточного завдання в режимах “Контроль” і “Самоконтроль”, а також списку завдань, що входять у перелік завдань з кожної теми, що ввійшла в модуль, здійснюється за законом випадкових чисел із загального списку завдань з даної теми. Це дозволяє уникнути повторюваності завдань для кожного студента групи.

З метою виключення запам'ятовування правильних відповідей, які може одержати користувач, у програмі передбачені заходи, які заключаються в тому, що місце розташування правильної відповіді визначається за законом випадкових чисел. В цьому випадку єдиною гарантією позитивного результату є знання правильної відповіді.

Результат виконання завдань з теорії оцінюються програмою за принципом - “правильно” або “неправильно”. Це пов'язано з тим, що, по-перше, завдання з теорії складені таким чином, що правильна відповідь повинна бути однозначною, а по-друге, нарисна геометрія належить до точних наук і, у такому разі, однозначно поставленому питанню відповідає однозначна відповідь.

Для реалізації контролю практичних умінь з нарисної геометрії був розроблений спеціалізований графічний редактор, з мінімальним набором команд, необхідних для виконання побудов. Однією з умов досить швидкого і правильного виконання побудов відповідно до отриманого завдання в графічному редакторі є знайомство користувача з основними принципами роботи в одній із САПР.

Ідея здійснення автоматизованого контролю практичних умінь з графічних дисциплін, у тому числі, і з нарисної геометрії, виношується фахівцями досить багато років, а з моменту появи персональних комп'ютерів набула такої актуальності, що над її реалізацією працюють у багатьох ВНЗ України і за її межами. Розглядаються різні варіанти реалізації автоматизованого контролю практичних умінь, більшість з яких засновані на аналізі результатів побудов, виконаних в одній із систем автоматизованого проектування (САПР). Аналізуючи цей варіант автоматизації контролю і з огляду на досвід виконання студентами графічних побудов у САПР AutoCAD, дослідженням доводиться, що програми автоматизації контролю результатів побудов, виконаних у САПР, не зможуть врахувати варіанти ходу розв'язування поставленої задачі через різноманіття команд побудови того самого графічного об'єкта. Так, в системі AutoCAD пряму лінію можна побудувати як мінімум трьома командами.

Саме тому для реалізації автоматизованого контролю практичних умінь з нарисної геометрії була розроблена програма спеціалізованого графічного редактора (ГР), з мінімальним, але достатнім набором команд, необхідних для виконання побудов. Додатково до складу команд ГР введені команди, орієнтовані на виконання побудов з нарисної геометрії, такі, як „лінія зв'язку” і „ось заміни” (для розв'язування задач способом заміни площин проекцій). У ГР, аналогічно до системи AutoCAD, реалізований принцип об'єктних прив'язок і масштабування вікна графічного редактора.