Формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів в процесі навчання будови автомобіля засобами рекурсивних моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук

Формування фахових знань майбутніх

інженерів-педагогів у процесі навчання будови автомобіля засобами рекурсивних моделей

13.00.02- теорія та методика навчання (технічні дисципліни)

ГЕРНІЧЕНКО ІВАН ІВАНОВИЧ

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській інженерно-педагогічній академії, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Науковий керівник: доктор педагогічних наук, професор Лазарєв Микола Іванович, Українська інженерно-педагогічна академія, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри креативної педагогіки та інтелектуальної власності, м. Харків.

Офіційні опоненти: доктор педагогічних наук, професор Манько Володимир Миколайович, Національна академія служби безпеки України, професор кафедри професійної педагогіки, м. Київ;

кандидат педагогічних наук, доцент Грітченко Анатолій Григорович, Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини, доцент кафедри техніко-технологічних дисциплін, м. Умань.

Захист відбудеться «25» березня 2010 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.108.01 в Українській інженерно-педагогічній академії за адресою: 61003, м. Харків, вул. Університетська, 16, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Української інженерно-педагогічної академії за адресою: 61003, м. Харків, вул. Університетська, 16.

Автореферат розісланий «23» лютого 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Кулешова

АНОТАЦІЇ

Герніченко І.І. Формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів в процесі навчання будови автомобіля засобами рекурсивних моделей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни). - Українська інженерно-педагогічна академія, Харків, 2010.

У дисертації обґрунтовано теоретичні та методичні засади формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів в процесі навчання будови автомобіля засобами рекурсивних моделей. Удосконалено подання структури змісту навчання за допомогою рекурсивних моделей та запропонована побудова змісту на їх основі з метою підвищення рівня засвоєння навчальної інформації. Теоретично обґрунтовано та розроблено рекурсивні моделі подання змісту навчального матеріалу як засоби навчання. На їх основі розроблено методичну систему формування фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей, яка включає цілі, зміст, методи та засоби навчання.

Експериментальні дослідження підтвердили ефективність методичної системи формування фахових знань на основі використання рекурсивних моделей і показали підвищення якості засвоєння навчального матеріалу, зменшення витрат часу.

Ключові слова: інженер-педагог, методична система формування фахових знань будови автомобіля, рекурсивні моделі, рекурсивно-фрактальна структура змісту навчального матеріалу, рекурсивно-алгоритмічний метод формування фахових знань, засоби навчання.

Герниченко И. И. Формирование профессиональных знаний будущих инженеров-педагогов в процессе обучения устройству автомобиля средствами рекурсивных моделей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученной степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения (технические дисциплины). - Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения качества профессиональной подготовки будущих инженеров-педагогов автомобильного профиля посредством теоретического обоснования и разработки методической системы формирования профессиональных знаний по дисциплине «Устройство автомобиля» средствами рекурсивных моделей.

Проведен анализ государственных стандартов высшего образования Украины, который показал их направленность на формирование прежде всего системы профессиональных умений за счет потери целосности системы знаний. Вследствие этого концептуальными основами разработки методических систем формирование профессиональных знаний определены системный подход, субъектно-деятельностный подход и введение опережающей подготовки посредством обеспечения фундаментальности высшего профессионального образования.

Проведен анализ существующих методических систем обучения устройству автомобилей, который показал их несоответствие требованиям государственных стандартов высшего образования, общепедагогическим требованиям к разработке методических систем и учета сложности предметной области технических дисциплин.

В связи с этим обоснована необходимость разработки методической системы формирования профессиональных знаний устройства автомобиля, которая бы соответствовала обозначенным требованиям.

Одним из центральных элементов методической системы, который реализует цели, содержание, методы и формы обучения, есть дидактические средства. Анализ существующих средств обучения и ментальных репрезентаций знаний человеком показал, что в качестве адекватной базы для разработки средств изложения содержания учебного материала дисциплины «Устройство автомобиля» целесообразно использовать иерархические сетевые модели, которые позволяют представить знания предметной области в структурированной форме. Для улучшение структуры учебного материала с целью его минимизации предложено использование общесистемного принципа рекурсии.

На основании системного подхода теоретически обосновано и разработано рекурсивные модели представления учебного материала как средства обучения, которые учитывают особенности структуры учебной информации и психологические процессы и механизмы ее восприятия и обработки человеком. Согласно этим моделям, все объекты предметной области технических дисциплин имеют одинаковую структуру, но разное информационное наполнение.

Теоретически обоснована и разработана методическая система формирования профессиональных знаний средствами рекурсивных моделей, которая включает цели, содержание, методы, средства и формы обучения дисциплине «Устройство автомобиля».

Разработан рекурсивно-алгоритмический метод формирования профессиональных знаний устройства автомобиля, который базируется на законе саморазвития сложных систем и содержит семь этапов: 1) актуализация знания назначения, строения, принципа действия, основных параметров и свойств, установления логических связей базового понятия; 2) декомпозиция базового понятия по определенным критериям; 3) формирование структуры нового понятия в виде фрактальной субструктуры Р(R,S,D,H); 4) формирование содержания нового понятия; 5) определение логических отношений между структурными подсистемами R,S,D,H нового понятия; 6) установление логических отношений между базовым и новым понятием 7) обобщение знаний о новом понятии.

Результаты экспериментального исследования подтвердили правомерность гипотезы исследования и теоретических положений методической системы формирования профессиональных знаний будущих инженеров-педагогов в процессе изучения устройства автомобиля средствами рекурсивных моделей и показали увеличение качества и интенсивности формирования профессиональных знаний.

Основные результаты исследования внедрены в учебный процесс Хмельницкого национального университета и Украинской инженерно-педагогической академии (г. Харьков).

Ключевые слова: инженер-педагог, методическая система формирования профессиональных знаний устройства автомобиля, рекурсивные модели, рекурсивно-фрактальная структура содержания учебного материала, рекурсивно-алгоритмический метод формирования профессиональных знаний, средства обучения

Hernichenko I.I. Formation of specialized knowledge for the future engineer-teachers in learning the structure of the car by means of recursive models.

The dissertation for scientific degree of the candidate of pedagogical sciences in the speciality 13.00.02 - the theory and method of studies (technical disciplines). - Ukrainian Engineering-Pedagogical Academy, Kharkiv, 2009.

In the dissertation theoretical and methodological principles of forming professional knowledge of future engineer-teachers in learning the structure of the car by means of recursive models have been grounded. The representation of content structure of learning by means of recursive models has been improved and the construction of the content based on them to enhance the level of learning information has been proposed. The feasibility of using recursive models as learning tools has been established. On this basis, the methodical system of forming the professional knowledge in learning the structure of the car by means of recursive models which includes aims, content, methods and means of teaching has been developed.

Experimental studies have confirmed the effectiveness of methodical system of forming the professional knowledge in learning the structure of the car by means of recursive models. Also they have shown the improvement of curriculum structure and reducing the time-consuming.

Keywords: engineer-teacher, methodical system of forming specialized knowledge, the structure of car, recursive models, recursive-fractal structure of content, recursive-algorithmical method of learning, learning tools.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Інтеграція України в Європейське співтовариство, інтенсивний розвиток сучасних технологічних процесів, розширення відносин із країнами світу вимагають підготовки фахівців нової формації в різних галузях суспільного виробництва. Орієнтиром для педагогічної громадськості має бути фахівець, адаптований до роботи у динамічному світі розвитку науки, техніки, технологій, зв'язків і відносин, здатний знаходити рішення у будь-яких ситуаціях, зумовлених професійною діяльністю. Нові вимоги до підготовки фахівців, що визначають державні стандарти вищої освіти України, обумовлюють необхідність модернізації, оновлення всіх структурних ланок інженерної та інженерно-педагогічної освіти, і передусім процесу навчання технічних дисциплін.

У психолого-педагогічній науці вдосконаленню процесу підготовки інженерів і інженерів-педагогів присвячена низка як вітчизняних, так і зарубіжних досліджень, зокрема: теорія активізації навчання (О. Вербицький, О. Леонтьєв, Л. Рубінштейн, В. Лозова та ін.); теорія розвивального навчання (В. Давидов, Б. Ельконін, Л. Занков та ін.); теорія поетапного формування розумових дій і операцій (П. Гальперін, Н. Тализіна та ін.); теорія формування і розвитку процесів мислення (С. Векслер, Н. Завалішина, З. Калмикова та ін.); теорія проектування педагогічних систем (А. Алексюк, В. Безпалько, Б. Гершунський, Г. Гребенюк, О. Коваленко, М. Лазарєв, В. Манько, В. Сидоренко та ін.); теорія проблемного навчання (Т. Кудрявцев, І. Лернер, О. Матюшкін, М. Махмутов, М. Скаткін та ін.).

Проте проблема підвищення ефективності формування фахових знань з технічних дисциплін до цього часу не була предметом спеціального дослідження.

Аналіз процесу навчання технічних дисциплін майбутніх інженерів-педагогів автомобільного профілю дозволив виділити низку суперечностей:

між спрямованістю державного стандарту вищої освіти України на формування передусім системи професійних умінь та необхідністю забезпечення при цьому належного рівня засвоєння фахових знань;

між сучасними вимогами до рівня сформованості фахових знань інженерів-педагогів і недостатньою розробленістю методики їх формування;

між збільшенням обсягу інформації з предметних галузей технічних дисциплін та обмеженими можливостями його засвоєння за допомогою існуючих моделей подання змісту.

Це і обумовило проблему дослідження - теоретичне обґрунтування, практична розробка та впровадження в навчальний процес методичної системи на основі таких моделей подання знань про предметну галузь технічних дисциплін, які б ґрунтувалися на системних принципах обробки інформації і дозволяли би засвоїти значні обсяги інформації в обмежені терміни часу.

Отже, актуальність означеної проблеми, її недостатня розробленість та необхідність розв'язання означених суперечностей обумовили вибір теми дисертаційного дослідження: «Формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів в процесі навчання будови автомобіля засобами рекурсивних моделей».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження є складником науково-дослідної роботи кафедри педагогіки та методики професійного навчання Української інженерно-педагогічної академії «Розроблення та впровадження моделей змісту навчання студентів технічних закладів освіти з метою інтенсифікації професійної підготовки» (РК № 0104U002779), що виконувалася за держзамовленням Міністерства освіти і науки України. Автор є одним із виконавців цієї науково-дослідної роботи.

Тему дисертації затверджено на засіданні вченої ради Української інженерно-педагогічної академії МОН України (протокол № 9 від 11.12.2007 р.) та узгоджено в Раді з координації наукових досліджень в галузі педагогіки та психології в Україні (протокол № 1 від 29.01.2008 р.).

Мета дослідження - теоретично обґрунтувати, розробити та експериментально перевірити методичну систему формування фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей.

Відповідно до поставленої мети визначено такі завдання дослідження:

Провести аналіз державних стандартів вищої освіти з метою визначення концептуальних засад та проблем формування фахових знань сучасного інженера-педагога на їх основі.

Здійснити аналіз існуючих методичних систем формування фахових знань з дисципліни «Будова автомобіля».

Провести аналіз засобів подання змісту навчального матеріалу технічних дисциплін та ментальних моделей його репрезентації людиною.

Теоретично обґрунтувати та розробити рекурсивні дидактичні моделі як засоби навчання та методичну систему навчання студентів будові автомобіля на їх основі.

Експериментально перевірити ефективність розробленої методичної системи у процесі навчання студентів будові автомобіля.

Об'єктом дослідження є процес навчання студентів дисципліни «Будова автомобіля».

Предмет дослідження - методична система формування фахових знань з будови автомобіля у майбутніх інженерів-педагогів засобами рекурсивних моделей.

Гіпотеза дослідження полягає у тому, що ефективність та якість формування фахових знань у студентів з будови автомобіля поліпшиться за умови розробки методичної системи на основі використання рекурсивних моделей подання змісту навчання, які зменшують кількість інформації при сталому її обсязі та враховують змістовні особливості структури навчального матеріалу предметної галузі дисципліни «Будова автомобіля» та психологічні процеси і механізми сприйняття та обробки інформації людиною.

Методологічна і теоретична основа дослідження ґрунтується на основних положеннях теорії систем і системного аналізу (В. Беспалько, О. Зайцев, Л. Ітельсон, Н. Кузьміна, З. Решетова та інші), діяльнісної теорії навчання і розвитку особистості (Г. Атанов, Г. Балл, Л. Виготський, П. Гальперін, Л. Ітельсон, О. Леонтьєв, В. Ляудіс, С. Рубінштейн, Н. Тализіна та інші), теорії змісту навчання (С. Гончаренко, В. Ледньов, І. Лернер, В. Лозова, В. Штейнберг та інші), когнітивної психології (Д. Андерсон, Т. Бюзен, В. Дружинін, А. Пайвіо, Р. Солсо, І. Хофман, В. Шадріков та інші), теорії моделювання систем різної природи (М. Гамезо, А. Закгейм, Д. Кемпбелл, М. Лазарєв, Л. Фрідман та інші), теорії управління системами (В. Беспалько, Т. Габай, Л. Ланда, Ю. Машбиць та інші), теорії інформації (А. Анісімов, К. Шеннон, А. Колмогоров, С. Янковський), педагогіки вищої школи (С. Архангельський, В. Беспалько, В. Загвязинський, В. Манько, О. Пєхота, І. Підласий, Д. Чернилевський та інші), теорії і практики професійної освіти (Е. Зеєр, В. Козаков, Н. Ничкало та інші).

Для вирішення поставлених завдань використані такі методи дослідження:

теоретичні методи: аналіз наукової та методичної літератури з проблеми підвищення якості формування у майбутніх інженерів-педагогів фахових знань для визначення напрямів дослідження та поняттєво-категоріального апарату; класифікація та систематизація теоретичних даних зі змісту, методів та засобів навчання для визначення теоретичних основ розробки методичних систем формування фахових знань; системний аналіз для визначення фахових знань, які необхідно сформувати у студентів; методи моделювання для розробки дидактичних моделей репрезентації декларативних і процедурних знань; логічне узагальнення та прогнозування при розробці висновків та рекомендацій щодо підвищення ефективності методичної системи формування фахових знань;

емпіричні методи: педагогічний експеримент (констатувальний, формувальний та порівняльний) для визначення ефективності розробленої методичної системи формування фахових знань; анкетування, опитування, педагогічне спостереження за навчально-пізнавальною діяльністю студентів, бесіди з викладачами для визначення рівня сформованості фахових знань майбутніх інженерів-педагогів; математичні методи статистичної обробки експериментальних даних (перевірка статистичних гіпотез, дисперсійний аналіз), за допомогою яких визначено кількісні залежності між показниками дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів дослідження полягає в тому, що:

- вперше теоретично обґрунтовано використання рекурсивного принципу структурування навчальної інформації, який ґрунтується на використанні типових інформаційних структур на різних рівнях ієрархії навчального матеріалу, що дає змогу зменшити його невизначеність і, як наслідок, - зменшити кількість інформації при незмінному її обсязі;

- вперше теоретично обґрунтовано та розроблено:

рекурсивні моделі як засоби навчання, які за рахунок використання рекурсивного принципу структурування інформації зменшують її кількість при незмінному обсязі та враховують змістовні особливості навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля» і психологічні процеси та механізми сприйняття та обробки інформації людиною (мережеві моделі репрезентації та принципи мінімізації інформації), що дає змогу зменшити когнітивні зусилля на сприймання, осмислення, запам'ятовування та використання навчального матеріалу;

методичну систему формування у студентів фахових знань з будови автомобіля, яка побудована на основі використання засобів рекурсивних моделей, що дає змогу підвищити ефективність формування фахових знань з будови автомобіля;

- набули подальшого розвитку методи формування фахових знань за рахунок розробки рекурсивно-алгоритмічного методу, який дозволяє алгоритмізувати процес формування фахових знань засобами рекурсивних моделей на основі використання закону саморозвитку складних систем, що дає змогу підвищити рівень засвоєння студентами знань з будови автомобіля.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що відповідно до державних стандартів вищої освіти розроблено, експериментально перевірено та впроваджено в навчальний процес: методичну систему формування фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей; альбом рекурсивних моделей подання змісту навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля».

Методичну систему формування фахових знань та рекурсивні засоби подання змісту навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля» упроваджено в навчальний процес Хмельницького національного університету (довідка № 135/86 від 23.11.2009 р.), Української інженерно-педагогічної академії (м. Харків) (довідка № 105-02-135 від 2.10.2009 р.).

Результати дослідження можуть бути використані у навчально-виховному процесі фахової підготовки майбутніх інженерів та інженерів-педагогів у вищих технічних та інженерно-педагогічних навчальних закладах з автомобільного напряму, а також у закладах післядипломної освіти з метою підвищення ефективності професійної підготовки фахівців.

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

Особистий внесок здобувача. У працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать (відповідно до списку наукових праць): визначення основних параметрів та характеристик, які необхідні для кінематичного та динамічного розрахунку двигуна автомобіля [1]; аналіз моделей дистанційного навчання [3]; аналіз видів структурування навчального матеріалу [7]; обґрунтування методики перевірки якості тестових завдань [8].

Апробація результатів дослідження. Результати дисертаційного дослідження доповідались, обговорювались та дістали позитивну оцінку на міжнародних конференціях: «Професійне становлення особистості: проблеми і перспективи» (м. Хмельницький, 2003, 2005, 2007, 2009 рр.), «Внесок академіка В. С. Ледньова у становлення та розвиток теорії і структури сучасної інженерно-педагогічної освіти» (м. Харків, 2009 р.); всеукраїнських конференціях «Проблеми інженерно-педагогічної освіти. Теорія і практика» (м. Артемівськ, 2006 р., м. Алупка, 2007 р.); міжвузівській конференції «Освітні інновації у навчально-виховному процесі: теорія, практика, проблеми змісту та методика педагогічних нововведень» (м. Харків, 2008 р.).

Публікації. Основні теоретичні положення та результати дослідження опубліковані у 10 наукових і науково-методичних працях (6 одноосібних): 4 - у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України; 4 - матеріали наукових конференцій, 2 - навчально-методичні посібники.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків до розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (211, з них 6 іноземними мовами) та 10 додатків на 93 сторінках. Повний обсяг дисертації викладено на 275 сторінках, основний текст - на 161 сторінці. Робота містить в основному тексті 14 таблиць на 17 сторінках і 43 рисунків на 21 сторінці.

рекурсивний навчальний фаховий автомобіль

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність виконаного дослідження, сформульовано проблему, визначено мету, об'єкт, предмет, гіпотезу та завдання дослідження, розкрито наукову новизну, теоретичне і практичне значення роботи, відображено апробацію та впровадження результатів дослідження, визначено особистий внесок здобувача наукового ступеня.

У першому розділі “Формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів у процесі вивчення будови автомобіля як педагогічна проблема” визначено концептуальні засади та проблеми професійної підготовки сучасного інженера-педагога на основі державних стандартів вищої освіти; визначено вимоги до розроблення методичної системи формування фахових знань та виконано аналіз теоретичних засад існуючих методик навчання будови автомобіля на відповідність цим вимогам; розглянуто стан теоретичного розроблення засобів подання змісту навчального матеріалу технічних дисциплін та моделей ментальних репрезентацій знань; обґрунтовано доцільність використання рекурсивного подання навчальної інформації; визначено та обґрунтовано концептуальну ідею розроблення методичної системи формування фахових знань з будови автомобіля.

Аналіз державних стандартів вищої освіти, в концепцію розробки яких покладено суб'єктно-діяльнісний підхід, показав їх спрямованість на формування передусім цілісної системи професійних умінь, які необхідні майбутньому фахівцю для успішного здійснення професійної діяльності. При цьому фахові знання відіграють другорядну підпорядковану роль і виступають як підґрунтя формування професійних умінь. Як наслідок, формування у студентів цілісної системи умінь здійснюється за рахунок втрати цілісної системи знань. Це дозволяє зробити висновок про існування такої проблеми, як неможливість за державним стандартом вищої освіти одночасного формування системи професійних умінь і системи фахових знань. А враховуючи те, що система фахових знань з дисципліни «Будова автомобіля» є базовою для багатьох спеціальних технічних дисциплін, існує необхідність цілісного окремого формування цієї системи. Тому однією з основних концептуальних засад розробки методичної системи формування фахових знань з будови автомобіля було визначено реалізацію діяльнісного підходу не тільки для формування системи умінь, а й для формування системи фахових знань.

Аналіз основних нормативних документів системи державних стандартів вищої освіти показав необхідність реалізації при розробці методичної системи навчання будови автомобіля системного підходу як для формування професійних умінь, так і фахових знань.

Наступною проблемою, що була визначена при аналізі державних стандартів, є необхідність введення випереджувальної підготовки. Одним із засобів досягнення цього і, водночас, концептуальною засадою розроблення методичних систем є забезпечення належного рівня фундаментальності професійної вищої освіти. Реалізацію цього підходу при розробці методичних систем пропонується здійснювати шляхом виділення в навчальному матеріалі технічних дисциплін автомобільного напряму фундаментального ядра - базових законів і закономірностей фізики, технічної механіки, гідравліки, теплотехніки, матеріалознавства, без яких знання з конкретної технічної дисципліни були б неповними, поверхневими.

Науково обґрунтоване розроблення методичної системи формування фахових знань у майбутніх інженерів-педагогів можливе за умови врахування вимог державних стандартів вищої освіти; загальнопедагогічних вимог до розробки методичних систем та специфіки і складності предметної галузі конкретної дисципліни.

Проведений аналіз теоретичних засад розроблення методичних систем дозволив визначити такі вимоги до розробки методичної системи формування фахових знань з будови автомобіля:

реалізація суб'єктно-діяльнісного підходу до формування фахових знань;

забезпечення випереджувальної підготовки шляхом фундаментальності фахових знань;

наявність діагностично визначених цілей, орієнтованих на майбутню діяльність фахівця;

наявність чіткої структури знаннєвої компоненти змісту, представленої у вигляді певного способу організованої подачі інформації;

спрямованість усіх навчальних процедур на гарантоване досягнення навчальних цілей, повне розв'язання дидактичних задач;

наявність оперативного зворотного зв'язку, оцінки і самооцінки поточних і підсумкових результатів навчання і розвитку особистості майбутнього фахівця;

універсальність, «психологічність» та наочність засобів подання фахових знань;

реалізація в засобах та моделях подання змісту навчального матеріалу властивості активності знань, можливість відображення структурних відношень об'єктів предметної галузі та багаторівневих представлень.

Аналіз існуючих методик навчання будови автомобіля показав наявність проблем формування фахових знань з будови автомобіля у майбутніх інженерів-педагогів: недостатня відповідність державному стандарту вищої освіти, яка проявляється, зокрема, в орієнтації більшості методик тільки на знаннєвий підхід до навчання, відсутності випереджувальної фундаментальної підготовки; недостатнє врахування дидактичних принципів, зокрема принципу цілісності, принципу відтворюваності, принципу нелінійності педагогічних структур, принципу адаптації процесу навчання до особистості студента, принципу потенційної надлишковості інформації; недостатнє врахування таких теоретичних характеристик інформації предметної галузі технічних дисциплін, як глибока структурованість та ієрархічність навчальних елементів, велика кількість як узагальнених, абстрактних понять, так і конкретних, наявність багаточисельних інформаційних зв'язків з навчальним матеріалом фундаментальних, суміжних та спеціальних дисциплін, значна номенклатура типів логічних зв'язків між навчальними елементами тощо.

Одним з центральних елементів методичних систем формування фахових знань, які в тому чи іншому матеріальному чи ідеальному вигляді реалізують цілі, принципи, зміст, методи та організаційні форми навчання, є засоби навчання. Основними вимогами до засобів подання змісту навчального матеріалу технічних дисциплін будо визначено їх загальність (універсальність); «психологічність» (врахування когнітивних механізмів сприйняття, осмислення та збереження інформації), наочність подання знань; однорідність; реалізацію властивості активності знань; можливість відображення структурних відношень об'єктів предметної галузі та можливість багаторівневого подання.

Аналіз існуючих засобів подання знань про предметну галузь технічних дисциплін показав, що переважна більшість їх орієнтована на подання або лише процедурних, або лише декларативних знань, вони не в повній мірі розкривають відношення та залежності між поняттями, не достатньо враховують психологічні процеси та механізми сприйняття та обробки інформації людиною, що обумовлює значні витрати часу засвоєння навчальної інформації студентами.

Проведений аналіз когнітивних процесів та механізмів сприйняття та обробки інформації людиною показав наявність великої кількості різних видів когнітивних структур (ментальних моделей репрезентації), на яких ґрунтується певний рівень пізнавального відображення і які забезпечують ту чи іншу активну форму впорядкування інформації (її ідентифікацію, збереження, декомпозицію, відбір по релевантних ознаках, передбачення змін тощо), зокрема когнітивні карти, прототипи, прогнозні схеми, ієрархічні перцептивні схеми, фрейми, сценарії, глибинні семантичні і синтаксичні універсалії тощо.

Різноманіття зазначених когнітивних структур свідчить про здатність людини працювати з інформацією різного роду - образною та символьною, статичною та динамічною тощо. Тому розробку засобів подання змісту предметної галузі дисципліни необхідно проводити на основі врахування психічних механізмів сприйняття, переробки та збереження інформації.

В результаті аналізу існуючих засобів навчання і ментальних моделей репрезентації знань в якості адекватної основи для розробки засобів подання змісту навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля» було обрано ієрархічні мережеві моделі, що дають можливість представляти знання про предметну галузь в предметній і структурованій формі. Ієрархічні мережеві моделі забезпечують подання предметної галузі у вигляді орієнтованого графа, вершинами якого виступають поняття, а ребрами - зв'язки між ними, що відповідає об'єктивному механізму відображення та впорядкування інформації людиною - ієрархічним перцептивним схемам, які організовані за типом ієрархічної мережі і включають просторові образи предметів, у тому числі їх глобальні та детальні властивості.

Однак мережеві моделі характеризуються великою розгалуженістю і потребують попередньої мінімізації інформації, що вимагає використання спеціальних методів впорядкування інформації.

Одним з перспективних шляхів вирішення цієї проблеми є застосування для розробки засобів подання змісту навчального матеріалу загальносистемного принципу рекурсії. Згідно з існуючим в теорії систем визначенням, під рекурсією розуміють такий спосіб організації системи, при якому вона в окремі моменти свого формування або розвитку, що визначаються її правилами, може створювати (викликати) власні змінені копії, взаємодіяти з ними і включати їх в свою структуру. Рекурсивна система, з одного боку, за рахунок створення власних копій дістає можливість необмеженого росту і ускладнення, з іншого боку, ця складність має організований вигляд, що визначається локальними правилами функціонування.

Виходячи з того, що зміст навчального матеріалу можна розглядати як інформаційну систему, обґрунтовано доцільність використання для його формування рекурсивного методу. Сутність цього методу полягає в тому, що спочатку формується зміст одного чи декількох базових елементів (понять, явищ) системи змісту навчального матеріалу, а потім на їх основі задаються правила побудови усієї системи змісту.

Безпосереднім наслідком рекурсії є фрактальність (самоподібність) в структурі елементів змісту, що породжує складну, але впорядковану ієрархічну структуру системи змісту навчального матеріалу. Так в структурі понять Р₁, Р₂, …, Р_N змісту навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля» можна виділити певні структурні інваріанти І₁, І₂, …, І_N, які повторюються (копіюються) на різних рівнях ієрархії.

Отже, завдяки розгортанню рекурсії виникає фрактальна структура елементів змісту навчального матеріалу, що складається з частин, структурно подібних елементам змісту попереднього вищого рівня. При цьому, по-перше, мається на увазі саме структурна самоподібність елементів змісту різних рівнів, тоді як їх змістовна сторона, природно, виявляється різною; по-друге, структура елементів фрактальна в нестрогому значені (елементи змісту різних рівнів можуть містити різне число елементів нижчого рівня).

У другому розділі “Теоретичні та методичні засади навчання майбутніх інженерів-педагогів будові автомобіля на основі рекурсивних моделей” теоретично обґрунтовано та розроблено цілі, зміст, методи, дидактичні засоби, організаційні форми та технологію формування фахових знань будови автомобіля засобами рекурсивних моделей.

Цілями методичної системи формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів технічних дисциплін у контексті суб'єктно-діяльнісного підходу є формування у них системи професійних умінь та навичок. Однак, зважаючи на базовий міждисциплінарний характер системи фахових знань з дисципліни «Будова автомобіля», існує необхідність, як було зазначено в першому розділі, окремого виділення та формування як системи професійних умінь, так і системи фахових знань з будови автомобіля.

В результаті структурного аналізу нормативної та навчально-методичної документації розроблено ієрархічну систему професійних умінь, які необхідно сформувати у студентів з будови автомобіля та систему фахових знань, які забезпечують формування визначених професійних умінь.

Як показав аналіз, одні і ті ж фахові знання можуть забезпечувати формування різних умінь, що свідчить про неможливість побудови однієї системи умінь і знань і підтверджує необхідність окремого виділення системи фахових знань з дисципліни «Будова автомобіля». Побудову вихідної структури фахових знань з будови автомобіля проведено з використанням графоаналітичного методу структурування навчального матеріалу.

Основним недоліком системи знань, отриманої цим методом структурування, є велика кількість варіантів послідовності викладання навчального матеріалу, що обумовлює значну величину його ентропії (невизначеності) і як наслідок - велику кількість інформації. Цю проблему було розв'язано за рахунок використання раніше обґрунтованого принципу рекурсії для розробки засобів подання змісту навчального матеріалу - рекурсивних моделей.

У зв'язку з тим, що предметом навчання дисципліни «Будова автомобіля» є технічні системи автомобілів, розроблення рекурсивної моделі змісту її навчального матеріалу проведено з використанням системного підходу, суть якого при дослідженні процесів розвитку в техніці й проектуванні технічних об'єктів полягає в розгляді будь-якого технічного об'єкта як системи взаємопов'язаних елементів, що створюють одне ціле, і врахування взаємних зв'язків між окремими елементами і самою системою.

Наявність у технічних систем чотирьох фундаментальних ознак (ознаки функціональності, цілісності, організації та системної якості), дало змогу при конструюванні рекурсивної моделі подання змісту предметної галузі технічних дисциплін в якості структурних інваріантів І₁, І₂… І_N (див. рис. 1) використати підсистеми R (призначення та використання), S (структура, склад, будова та конструкція), D (принципи і механізми дії та функціонування), H (властивості, параметри та характеристики), які повністю співвідносяться з фундаментальними ознаками технічних систем. Отже, кожне поняття дисципліни «Будова автомобіля» можна подати за допомогою фрактальної субструктури.

Так автомобіль як технічна система має ознаки: функціональності (R) - призначений для перевезення вантажу і пасажирів; цілісності або структури (S) - складається з двигуна, силової передачі, рульового керування тощо); організації (D) - усі підсистеми автомобіля пов'язані одна з одною, з'єднані відповідним чином і взаємодіють між собою, тобто виконують певну роботу; системної якості (Н) - автомобіль має певні властивості, параметри та характеристики, які не дорівнюють простій сумі властивостей його складових елементів (вид автотранспортного засобу; основний технічний параметр (маса, потужність або габаритні розміри); тип кузова; призначення; колісна формула; тип двигуна тощо).

В свою чергу, в кожній складовій частині автомобіля (двигун, силова передача, рульове керування тощо) можна виділити підсистеми R, S, D, H. Складові частини двигуна автомобіля (кривошипно-шатунний механізм, газорозподільний механізм тощо) також можна описати з допомогою ознак призначення, будови, принципу дії і параметрів і т.д.

Згідно з цією моделлю, усі об'єкти предметної галузі технічних дисциплін мають однакову структуру, однак різне інформаційне наповнення.

Перевагою рекурсивної моделі у порівнянні з іншими засобами подання навчального матеріалу є подвійна структурованість. Так, ця модель дає змогу показати і загальну структуру предметної галузі дисципліни, і внутрішню структуру кожного поняття.

Логічні відношення між об'єктами сусідніх рівнів ієрархії в рекурсивній моделі подання змісту навчального матеріалу є, як правило, відношеннями типу «множина - підмножина», «множина - елемент», «ціле-частина». Крім того, в моделі також враховано існування логічних відношень між виділеними в об'єкті підсистемами R, S, D, H. Частіше за все ці відношення являють собою каузальні відношення типу «причина - наслідок», «ціль - засіб», «структура - властивості», «склад - параметри». Приведені параметри дозволяють характеризувати рекурсивну модель як модель з розширеними базисами ознак і логічних відношень між ними.

Використання рекурсії дозволило якісно покращити рівень організованості (впорядкованості) навчальної інформації предметної галузі дисципліни «Будова автомобіля». Кількісну оцінку організованості можна визначити шляхом оцінки ентропії, яка розуміється як міра невизначеності в системі.

Інформація і ентропія характеризують складну систему з точки зору впорядкованості і хаосу, причому, якщо інформація - це міра впорядкованості, то ентропія _ міра хаосу. Якщо система еволюціонує у напрямку впорядкованості, то її ентропія зменшується. Тобто, рівень інформації визначається рівнем організованості системи. Отже, кількість інформації, яка необхідна для переходу з одного рівня організації системи навчального матеріалу в інший (якісно вищий), можна визначити як різницю ентропії. Величина ентропії Н розраховується за формулою К. Шеннона (1):

(1)

де P_i - імовірність появи і-го повідомлення; n - загальна кількість повідомлень.

При використанні рекурсивних моделей інформація для студентів є вцілому незнайомою, але її структуру за рахунок використання однакових фрактальних субструктур Р(R,S,D,H) можна вважати відомою. Це дозволяє зробити висновок, що ймовірність появи інформації Р_і збільшується (в ідеальному випадку величина Р_і збільшується у 2 рази).

Ентропію навчальної інформації Н₁ до використання рекурсії можна визначити за формулою (2), а ентропію Н₂ після використання рекурсивних моделей - за формулою (3):

(2)

(3)

Тоді різниця ентропії буде дорівнювати:

Тобто, первісна невизначеність навчальної інформації (ентропія) за рахунок рекурсивного структурування зменшилася на 30%.

Отже, розрахунки підтвердили, що використання рекурсивних моделей подання навчальної інформації зменшує її кількість при сталому обсязі на 30%.

Для формування фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей запропоновано рекурсивно-алгоритмічний метод, який базується на законі саморозвитку складних систем. Відповідно до цього методу алгоритм формування понять дисципліни «Будова автомобіля» містить сім етапів (таблиця 1), що співвідносяться з етапами закону саморозвитку складних систем.

У третьому розділі «Експериментальне дослідження розробленої методичної системи формування фахових знань у майбутніх інженерів-педагогів з будови автомобіля» викладено організаційно-методичні основи та результати експериментального дослідження, обґрунтовано критерії та показники оцінки ефективності методичної системи, наведено кількісний та якісний аналіз результатів дослідження.

Метою експериментального дослідження було визначення ефективності розробленої методичної системи формування у студентів фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей. Ефективність методичної системи визначається рівнями сформованості фахових знань та якістю розроблення складових елементів методики (цілі, зміст, методи, засоби, форми та технологія). У зв'язку з цим було визначено два критерії ефективності методичних систем: критерії сформованості фахових знань та критерії якості методичної системи на основі рекурсивних моделей.

Експеримент складався з констатувального, формувального та контрольних етапів. У перебігу констатувального етапу було проведено визначення ефективності традиційних методичних систем. На цьому етапі брали участь 59 студентів Хмельницького національного університету. Аналіз результатів констатувального експерименту показав, що середні значення показників знаходяться в межах 3,15-3,56 за п'ятибальною шкалою. Це свідчить про низьку ефективність традиційних методичних систем. Обумовлено це їх недостатнім впливом на формування мотивів, цілей, програми, інформаційної основи навчально-пізнавальної діяльності студентів.

Таблиця 1. Алгоритм формування понять дисципліни «Будова автомобіля» на основі алгоритмічно-рекурсивного методу

Зміст етапу	Приклад реалізації
1) актуалізація знання призначення, будови, принципу дії та основних параметрів і властивостей, встановлення логічних зв'язків базового поняття
2) декомпозиція базового поняття за визначеним критерієм
3) формування структури нового поняття у вигляді фрактальної субструктури Р(R,S,D,H)
4) формування змісту нового поняття
5) визначення логічних відношень між структурними підсистемами R, S, D, H нового поняття
6) встановлення логічних відношень між базовим і новим поняттям
7) узагальнення відомостей про нове поняття

На формувальному та контрольному етапах було здійснено визначення ефективності розробленої методичної системи. У перебігу формувального етапу брало участь 78 студентів Хмельницького національного університету та 40 Української інженерно-педагогічної академії (59 студентів в контрольних та 59 в експериментальних групах). У контрольних групах навчальний процес здійснювався за методичною системою навчання будові автомобіля з традиційними засобами навчання (схеми, таблиці, натуральні зразки). В експериментальних групах - за методичною системою формування фахових знань на основі використання поряд з традиційними засобами навчання рекурсивних моделей. Результати порівняльного дослідження у контрольних та експериментальних групах (табл. 2) дозволяють зробити висновок щодо суттєвих переваг за визначеними показниками експериментальних груп. Статистична значущість різниць показників контрольних та експериментальних груп визначалась за допомогою t-критерію Стьюдента та F-критерію Фішера. Результати статистичного аналізу підтвердили статистичну значущість різниці усіх показників в контрольних та експериментальних групах. Так, експериментальне значення критерію Фішера рівне 145,1, що значно більше, ніж його критичне значення 4,23 для рівня значущості =0,05.

Таблиця 2. Результати порівняльного експерименту

№	Показники	Приріст середніх значень (%)
		Експериментальні групи	Контрольні групи
1	Коефіцієнт засвоєння понять	9,55	4,21
2	Коефіцієнт засвоєння відношень	13,25	3,79
3	Відносні витрати навчального часу t	9,01	4,66
4	Рівень розуміння цілей навчальної діяльності	13,43	2,09
5	Рівень корисності дидактичних засобів для навчальної та майбутньої професійної діяльності	9,71	4,31
6	Рівень активності навчальної діяльності	8,62	3,69
7	Рівень повноти і системності подання навчального матеріалу дидактичними засобами навчання	9,64	3,01
8	Рівень можливостей дидактичних засобів для організації самостійної роботи студентів	9,06	4,37
9	Рівень доступності навчальної інформації поданої дидактичними засобами	6,88	2,81
10	Рівень структурованості навчального матеріалу	12,38	4,44
11	Рівень відображення структурних відношень об'єктів предметної галузі	9,79	3,06
12	Рівень однорідності знань поданих дидактичними засобами навчання	10,46	2,77
13	Рівень універсальності подання знань дидактичними засобами навчання	10,77	3,95
14	Рівень наочності подання знань дидактичними засобами навчання	12,95	3,91

Якісний аналіз результатів експериментального дослідження показав суттєвий позитивний вплив запропонованої методичної системи на якість формування у майбутніх інженерів-педагогів фахових знань з будови автомобіля. Студенти в експериментальних групах були більш цілеспрямованими, активними, виявляли більший інтерес до навчально-пізнавальної діяльності, не тільки вільно відтворювали логічні послідовності, але й самостійно знаходили взаємозв'язки між елементами навчальної інформації. В процесі розв'язання достатньо складних професійно-орієнтованих задач вони більш свідомо і глибше розуміли сутність навчального матеріалу і більш оперативно та самостійно приймали аргументоване творче рішення при розв'язанні проблемних ситуацій. Таким чином, проведене дослідження підтвердило правильність висунутої гіпотези дослідження - розроблена методична система забезпечує більш високі результати формування фахових знань з будови автомобіля у майбутніх інженерів-педагогів.

ВИСНОВКИ

У дисертації здійснено теоретичне узагальнення та запропоновано нове розв'язання проблеми підвищення якості формування фахових знань у майбутніх інженерів-педагогів, що виявляється в обґрунтуванні та розробці методичної системи формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів будови автомобіля засобами рекурсивних моделей.

1. Проведений аналіз основних нормативних документів системи державних стандартів вищої освіти показав їх спрямованість на формування передусім цілісної системи професійних умінь, які необхідні майбутньому фахівцю для успішного здійснення професійної діяльності. Фахові знання згідно стандарту цілеспрямовано не формуються і виступають як підґрунтя формування умінь, що викликає проблему забезпечення їх цілісності як системи. Тому, зважаючи на значимість саме знаннєвої компоненти дисципліни «Будова автомобіля», що забезпечує вивчення ряду спеціальних технічних дисциплін, концептуальними засадами розроблення методичних систем формування фахових знань майбутніх інженерів-педагогів в процесі вивчення будови автомобіля визначено:

- реалізацію системного підходу, що полягає в окремому виділенні у змісті як системи професійних умінь, так і системи фахових знань;

- реалізацію суб'єктно-діяльнісного підходу до формування фахових знань, що дає змогу побудувати на основі системи професійних умінь цілісну систему фахових знань;

- введення випереджувальної підготовки шляхом забезпечення фундаментальності вищої фахової освіти, що реалізується виділенням в навчальному матеріалі технічних дисциплін автомобільного напряму фундаментального ядра - базових законів і закономірностей фізики, технічної механіки, гідравліки тощо, що особливо важливим є при пояснені принципів функціонування конкретних технічних систем автомобіля і дозволяє моделювати їх розвиток.

2. Розроблення методичної системи формування фахових знань необхідно здійснювати з врахуванням вимог державних стандартів вищої освіти; загальнопедагогічних вимог до розробки методичних систем та специфіки і складності предметної галузі конкретної дисципліни.

Проведений аналіз теоретичних засад традиційний методичних систем навчання будови автомобіля показав наявність таких проблем формування фахових знань з будови автомобіля у майбутніх інженерів-педагогів, як недостатня відповідність державному стандарту вищої освіти, відсутність випереджувальної фундаментальної підготовки, недостатнє врахування вимог створення комплексу навчально-методичного забезпечення дидактичного процесу та вимог до подання знань про предметну галузь технічних дисциплін. Тому існує необхідність розробки методичної системи формування фахових знань з будови автомобіля за визначеними вимогами.

3. Одним з центральних елементів методичних систем професійної підготовки фахівців, які в тому чи іншому матеріальному чи ідеальному вигляді реалізують цілі, принципи, зміст, методи та організаційні форми навчання є дидактичні засоби. В результаті аналізу існуючих засобів навчання і ментальних моделей репрезентації знань в якості адекватної основи для розробки засобів подання змісту навчального матеріалу дисципліни «Будова автомобіля» було обрано ієрархічні мережеві моделі, що дають можливість представляти знання про предметну галузь в предметній і структурованій формі. Впорядкування інформації з метою її попередньої мінімізації здійснено шляхом застосування для розробки засобів подання змісту навчального матеріалу загальносистемного принципу рекурсії, що дозволило виявити фрактальну структуру елементів змісту навчального матеріалу технічних дисциплін.

4. На основі системного підходу теоретично обґрунтовано та розроблено рекурсивні моделі як засоби навчання, які враховують особливості структури навчальної інформації предметної галузі дисципліни «Будова автомобіля» і психологічні процеси та механізми сприйняття та обробки інформації людиною (мережеві моделі репрезентації та рекурсивний принцип мінімізації інформації). Згідно з цими моделями, усі об'єкти предметної галузі технічних дисциплін мають однакову структуру, однак різне інформаційне наповнення. Теоретично обґрунтовано та побудовано методичну систему формування фахових знань з будови автомобіля на основі використання засобів рекурсивних моделей, яка включає таксономію цілей, зміст, методи та засоби навчання. Для формування фахових знань з будови автомобіля засобами рекурсивних моделей запропоновано рекурсивно-алгоритмічний метод, який базується на законі саморозвитку складних систем. Це дозволило алгоритмізувати процес формування фахових знань засобами рекурсивних моделей.

Використання рекурсії дозволило якісно покращити рівень організованості (впорядкованості) предметної галузі дисципліни «Будова автомобіля». Кількісна оцінку організованості, проведена на основі визначення величини ентропії, показала, що використання рекурсивних моделей для подання змісту навчального матеріалу зменшує на 30 % кількість інформації при сталому її обсязі.