- предложен комплексный дидактический инструментарий компьютерных технологий для образовательного процесса, позволяющий реализовать научность, системность, наглядность, индивидуальность, последовательность, преемственность, единство требований, активный диалог, обратную связь;
Практическая значимость исследования заключается в том, что на основе целостной дидактической системы компьютерного сопровождения фундаментальной подготовки разработана и внедрена в учебный процесс методика проведения индивидуализированных расчетно-графических заданий и лабораторного практикума, позволяющая оптимально адаптировать компьютерные модули к индивидуальным характеристикам обучающихся.
Результаты работы использованы в учебном процессе для существенного повышения фундаментального естественно-научного образования и развития мотивации активной самостоятельной творческой деятельности студентов.
Разработанный автором пакет прикладных компьютерных программ интенсивного обучения, набор которых направлен на развитие потенциальных возможностей личности обучающегося в соответствии с современной парадигмой фундаментализации образования, зарегистрирован в ОФАП и может быть непосредственно использован в других вузах и школах, в системе дистанционного обучения и для самоподготовки.
Апробация результатов исследования и внедрение разработанной системы осуществляется в течение более двадцати лет на кафедре физики Воронежского государственного технического университета и других вузов Воронежа. Результаты научного исследования доложены и положительно оценены на международных, республиканских конференциях «Современный физический практикум», «Физика в системе современного образования», «Современные технологии обучения», «Проблемы интеллектуализации образования», научно-практических и других конференциях, симпозиумах, опубликованы в журналах «Физическое образование в вузах», «Системный анализ и управление в биомедицинских системах». Коллектив сотрудников ВГТУ, руководимый автором, принимает активное участие в выполнении межвузовской комплексной программы МО РФ «Наукоемкие технологии образования» со дня ее создания. Материалы исследований (концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки средствами компьютерных технологий, принципы организации компьютеризированных практических занятий по физике) положены в основу курсов лекций, лабораторных и практических занятий и включены в график учебного процесса.
Обоснованность и достоверность результатов, содержащихся в диссертации, обеспечивается методологической основой исследования, позволившей определить научные подходы к исследованию проблемы и доказать выдвинутую гипотезу. Методологические позиции адекватны целям, предмету и задачам исследования. Надежность результатов обусловлена и комплексным использованием методов различных научных дисциплин, а также широкой апробацией полученных данных в процессе личной многолетней преподавательской деятельности, позитивным опытом коллег, использующих материалы автора, их сравнимостью с массовой практикой.
Базой исследования являлся Воронежский государственный технический университет. В исследовании приняли участие более тысячи студентов, из которых отобраны три группы: одна контрольную и две экспериментальные группы
Этапы исследования:
Первый этап (1990-1995 гг.) - определение проблемы исследования и обоснование её актуальности. В этот период анализировалось состояние подготовки студентов к исследовательской работе, изучалась соответствующая литература, выявлялись противоречия в теории и практической деятельности, определилась методология и разрабатывалась методика исследования. В результате этой работы была сформулирована гипотеза, намечены цели, задачи и методы исследования, определялось содержание экспериментальных занятий со студентами.
Второй этап (1995-1999 гг.) - осуществлялась теоретическая работа, направленная на поиск путей, методов и приемов формирования исследовательских умений и навыков у студентов физико-технического факультета. Подготовка теоретической базы для проведения опытно-экспериментального обучения; осуществление констатирующего и формирующего экспериментов. Для осуществления поставленных целей обучения создан компьютерный класс кафедры физики, установлены критерии и направления оценки качества фундаментальной подготовки инженеров. Разработано и осуществлено аппаратное и программное обеспечение для компьютерного сопровождения курса физики.
Третий этап (1999-2007 гг.) – реализация разработанной автором комплексной программы формирования исследовательских умений и навыков у студентов (в двух вузах г. Воронежа); анализ, систематизация и обобщение результатов проведенной работы. Результаты ее подтверждены документально многими актами внедрения в практику учебного процесса.
На защиту выносятся следующие результаты, раскрывающие теоретические положения и условия, которые обеспечивают и стимулируют развитие отвечающей тенденциям информатизации образованиясистемы фундаментальной естественно-научной подготовки в техническом вузе:
1. Концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки в компьютерной обучающей среде, системно включающая в отличие от традиционной методики:
- эвристический подход и дополнение компонентов теоретического и образного мышления (экспериментально-исследовательскую работу с графиками);
- формирование системного мышления будущего специалиста за счет развития связей между различными компонентами системы учебных знаний;
- освоение студентами научных методов экспериментальных исследований.
2. Методика компьютерного сопровождения учебных занятий, ориентированная на развитие творческой активности студентов при проведении лабораторного практикума с элементами автоматизации физического эксперимента и математической обработки результатов. Кроме мотивационного фактора с учетом структуры учебных знаний фундаментализация инженерного образования обеспечивается:
- изучением закономерностей явлений и понятий, теоретических положений, которое осуществляется на базе фундаментальных идей и принципов;
- формированием аналитико-синтетических представлений сущности рассматриваемых явлений при их математическом и имитационном моделировании;
- ориентацией на непрерывное и развивающее обучение при переходе от изучения курса общей физики к специализированным курсам выпускающих кафедр;
- формированием устойчивых навыков владения средствами и технологией информационной культуры.
3. Методологически и психологически обоснованная система контекстно зависимой помощи в диалоговых компьютерных модулях, обеспечивающая возможность формирования в компьютерной обучающей среде мотивации самообразования и самооценки.
4. Комплекс программных, аппаратных и методических средств компьютерного сопровождения преподавания курса физики.
Структура диссертации:
Содержание исследования изложено на 316 страницах и содержит введение, 4 главы, библиографию, 11 таблиц, 55 рисунков.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены цель научного поиска, объект, предмет, гипотеза, ставятся задачи исследования, определяются этапы и методы исследования; охарактеризованы научная новизна и практическая значимость исследования; формулируются положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации работы и внедрении ее результатов.
В первой главе«Теоретико-методологический анализ проблемы фундаментальной естественно-научной подготовки студентов технического вуза в условиях использования информационных технологий»представлен теоретический анализ состояния исследуемой проблемы и психолого-педагогических основ применения компьютерных технологий в системе профессионального образования, позволяющих реализовать принципы современной педагогической парадигмы в преподавании физики, рассмотрены вопросы формирования мотивации познавательной деятельности в компьютерной обучающей среде. На основе проведенного анализа установлены особенности проектирования компьютерной поддержки обучения и функции компьютерной обучающей системы.
Для определения принципов создания системы обеспечения фундаментальной подготовки по естественно-научным дисциплинам средствами компьютерных технологий, адекватной современному уровню информатизации, автором рассмотрены и проблемы валеологического плана, связанные с физическим, психическим и социальным здоровьем человека. Воздействие электромагнитных излучений, высокочастотное мелькание экрана, неестественный колорит цветов, повышенное напряжение при работе с компьютером - вот неполный перечень отрицательных воздействий на человека.
Из общей проблематики коммуникативного общения вытекают базовые трудности решения проблемы психологического и эргономического обеспечения процессов индивидуального компьютерного обучения. Это, во-первых, возможно неосознанное, навязывание пользователю своего способа видения системы фактов и выводов в данной области знания. Во-вторых, как за счет отсутствия, так и за счет изобилия деталей объяснения может происходить неадекватный способ передачи информации. В качестве примера можно привести либо плохо составленное меню, либо плохо проработанную систему подсказки. Кроме того, причины появления у обучаемых не только дискомфорта, но и устойчивых ощущений своей непригодности к работе могут быть связаны со сложностью определения исходного состояния знаний, способностей и навыков учащегося.
В исследованиях М.С. Чвановой отмечается и некоторое торможение процесса оперативной коррекции, которое порождается отсутствием ряда "фоновых" компонент (интонации, жестов, мимики и др.), сопровождающих "традиционное" общение в процессе обучения. Учет этих и других явлений требует, помимо соблюдения традиционных психолого-педагогических принципов, выполнения ряда специфических требований при организации компьютеризированного обучения. Наши исследования показали, что крайне важным фактором для проектируемых обучающих программ является наличие в них понятной системы использования возможностей программы.