Завдання. 1. Спроектуйте нововведення, яке б ви хотіли використати в процесі навчання конкретного предмета.

1. Спроектуйте нововведення, яке б ви хотіли використати в процесі навчання конкретного предмета.

2. Зробіть дидактичний нарис викладача інноваційної формації.

3. Розробіть технологію введення у практику навчальної діяльності вибрані вами нововведення з контролем ефективності їх втілення.

РОЗДІЛ V ПРОЕКТУВАННЯ

ТЕХНОЛОГІЙ НАВЧАННЯ ТЕХНІЧНИХ ДИСЦИПЛІН

 

Глава 8 Особливості проектування технологій навчання технічних дисциплін у ВНЗ

Теоретичні та методичні засади креативного навчання студентів технічних дисциплін.

Розробка теоретичних засад методики та технології навчання сту-дентів технічної творчості при вивчені технічних дисциплін можлива за умови комплексного врахування як розвитку технічних систем, так і ро-звитку психологічних діяльнісних структур студентів. Одним з напрямів вирішення проблем є моделювання в методиці навчання технічних дисциплін майбутньої професійної діяльності інже-нера, основою якої є розвиток (еволюція) технічних об’єктів. Іншими словами, методику навчання технічних дисциплін необхідно ґрунтувати на адекватному одночасному урахуванні еволюції технічних систем та еволюції системи навчально-пізнавальної діяльності студентів. В процесі пізнання нового людина кожного разу в мікромаштабах часу «проходить» еволюційний розвиток людства за видами діяльності (від сенсорно-предметної до абстрактно-інтелектуальної), а також за рі-внями діяльності (від рівня ідентифікації об’єктів серед подібних до тво-рчого рівня) (рис. 8.1).

 

 

Рис. 8.1. Характеристики навчальної діяльності студентів в технологіях навчання

 

Професійна діяльність фахівця – це передусім неперервні ланцюги проблемних ситуацій та їх розв’язання. Проблемою вдосконалення та розвитку технічних об’єктів є підви-щення їх якості за будь-яким параметром (покращення цього параметру) за умови збереження якості інших параметрів у відповідності з існуючи-ми об’єктивними вимогами. Об’єктивною стороною існування тієї чи іншої технічної галузі є не-перервний розвиток та вдосконалення відповідних технічних об’єктів. Основою цього розвитку є неперервне розв’язання технічних суперечно-стей між наявним рівнем якості технічного показника та вимогам. На-вчання стане творчим процесом, якщо буде побудоване як дослідницька діяльність. Реалізувати це можливо на основі реалізації принципів еври-стичного проблемного навчання. Основою проблемного на-вчання є створення та

 

розв’язання проблемних ситуацій. У філософії проблема визначається як конкретне знання про не-знання. За зовнішньою парадоксальністю цього визначення приховуєть-ся досить визначений зміст: проблема усвідомлюється людиною тільки тоді, коли людина визначає, що невідомо, що треба шукати. Усвідомлен-ня відомого і невідомого в ситуації, прийняття проблеми створюють стан психологічного дискомфорту або мотивації. Цей стан і є проблем-ною ситуацією для людини.

Професійна діяльність фахівця – це передусім неперервні ланцюги проблемних ситуацій та їх розв’язання. Проблемою вдосконалення та розвитку технічних об’єктів є підви-щення їх якості за будь-яким параметром (покращення цього параметру) за умови збереження якості інших параметрів у відповідності з існуючи-ми об’єктивними вимогами. Об’єктивною стороною існування тієї чи іншої технічної галузі є не-перервний розвиток та вдосконалення відповідних технічних об’єктів. Основою цього розвитку є неперервне розв’язання технічних суперечно-стей між наявним рівнем якості технічного показника та вимогам. На-вчання стане творчим процесом, якщо буде побудоване як дослідницька діяльність. Реалізувати це можливо на основі реалізації принципів еври-стичного проблемного навчання. Основою проблемного на-вчання є створення та розв’язання проблемних ситуацій. У філософії проблема визначається як конкретне знання про не-знання. За зовнішньою парадоксальністю цього визначення приховуєть-ся досить визначений зміст: проблема усвідомлюється людиною тільки тоді, коли людина визначає, що невідомо, що треба шукати. Усвідомлен-ня відомого і невідомого в ситуації, прийняття проблеми створюють стан психологічного дискомфорту або мотивації. Цей стан і є проблемною ситуацією для людини.

Розглянемо еволюцію основних складників системи навчання сту-дентів технічної творчості: технічних систем та системи навчально-пізнавальної діяльності. Закони еволюції технічних систем. Технічні системи розвивають-ся за своїми об’єктивно існуючими законами. Фахівці, що створюють технічну систему також діють у відповідності з цими об’єктивними законами, навіть у тих випадках, коли вони не знають про їх існування. Основу законів еволюції технічних систем складає «модель життя», яка являє собою S- подібну криву (рис. 8.2). Кожний відрізок часу Δti, за який параметр технічної системи одер-жує зміну ΔPi, обов’язково є результатом того чи іншого нового техніч-ного рішення (винаходу). Таким чином, еволюція технічних систем є не-перервним потоком нових технічних рішень. При чому, з плином часу ві-дрізки Δti об’єктивно стають все меншими. Використання об’єктивних законів еволюції технічних систем у ме-тодиках навчання технічних дисциплін дозволяє студентам у значно менших масштабах часу змоделювати і пізнати природній шлях еволюції технічних систем і тим самим визначити програму розвитку цих систем на майбутнє.

Рис. 8.2. Модель життя технічної системи

Закони еволюції системи навчально-пізнавальної діяльності. Навчально-пізнавальна діяльність людини є багатовекторною динаміч-ною системи. Як і будь-якій динамічній системі навчально-пізнавальної діяльності притаманна така об’єктивна системна власти-вість, як розвиток (еволюція). Розвиток системи навчально-пізнавальної діяльності здійснюється за багатьма напрямками і показниками. Згідно з визначеною дидактичною метою дослідження основними векторами ро-звитку системи навчально-пізнавальної діяльності слід вважати види навчальної діяльності та рівні засвоєння навчальної інформації (рівні навчальної діяльності). Реалізація принципу подвійного еволюційного підходу для на-вчання студентів технічної творчості. Реалізація принципу подвійного еволюційного підходу для навчання студентів технічної творчості пред-ставлена на рис. 8.3. Слід особливо акцентувати увагу на необхідність і можливість дося-гнення творчого рівня на кожному виді навчало-пізнавальної діяльності. Таким чином, теоретичними засадами методики і технологій на-вчання є: на основі евристичного проблемного навчання самостійна (під керівництвом викладача) творча розробка студентами низки суб’єктивно нових технічних об’єктів, яка відтворює їх еволюцію. Ознакою проблемної ситуації в навчанні є те, що вона створюєскладність, подолати яку студент може лише в результаті власної мис-леної активності.

Для створення пізнавальної потреби (мотиву) необхідно визначити проблеми (суперечності) технічного об’єкту. Для усвідомлення проблеми технічного об’єкту необхідно сформулювати задачі. Як правило, пробле-му можна вирішити за допомогою розв’язання багатьох задач (різними шляхами). Кожна із задач може відображати лише деякі сторони техніч-ної проблеми. Для формулювання задач в першу чергу необхідно визначити причини виникнення технічної проблеми. В результаті аналізу тех-нічної проблеми, причин її виникнення і формулюються задачі. Усвідом-лення задачі студентом означає, що він розуміє логічні зв’язки і відно-шення між відомим та невідомим. При цьому виникає можливість пошу-ку рішення.

Процес мислення починається з етапу усвідомлення задачі студен-том. На цьому етапі студент потрапляє в проблемну ситуацію в психоло-гічному сенсі, суперечністю якої є суперечність між пізнавальною потре-бою і відсутність можливостей її задоволення. Якщо не управляти на-вчально-пізнавальною діяльністю студентів за допомогою дидактичних засобів, то задача буде розв’язуватися методом спроб та помилок, хаоти-чно. Це обумовлює наявність проблеми управління творчою навчально-пізнавальною діяльністю студентів.

Визначимо теоретичні засади розробки ефективних дидактичних засобів для розв’язання творчих технічних задач. Навчання полягає в накопичені знань та опануванні способами оперування ними (прийомами їх добування та застосовування). Розуміння навчання як подвійного процесу накопичування знань та опанування способами їх використання виключає протиріччя між процесом навчання та творчим мисленням.

В процесі мислення (засвоєння знань) одночасно присутні як „обра-зна”, так і „понятійна” логіка. Просторове мислення забезпечує створен-ня просторових образів та оперування ними в процесі розв’язання задач. Основним механізмом цього виду мислення є діяльність представлення (оперування образами, їх перетворення). В цьому випадку відбувається перехід від просторових образів реальних технічних об’єктів до умовно-графічних зображень, від трьохмірних зображень до двомірних і навпаки.

Образне мислення є суттєвим компонентом в усіх видах людської діяльності. Образне мислення оперує не словами, а образами. Та це не означає, що в даному випадку не використовується словесна інформація у вигляді визначень, думок, висновків. Але в образному мисленні слова використовуються лише як засіб вираження, і не є його змістом. Будь-який мислений образ вимагає теоретичного осмислення через систему понять. З іншої сторони немає прямого шляху засвоєння понять. Їх засвоєння завжди супроводжується мисленими образами. І образ, і по-няття дають узагальнені знання про об’єкт, який представлений словом. Таким чином, „образна” і „понятійна” логіка – це не дві самостійні логіки, а єдина логіка протікання мисленого процесу. Поняття та образи якими оперує мислення представляють дві сторони єдиного процесу.

 

 

Відмінність наочно-образного мислення полягає в тому, що розумовий процес в ньому безпосердньо пов'язаний зі сприйняттям мислячою людиною оточуючої дійсності та без нього здійснюва

тись не може. Мислячи наочно-образно, людина прив'язана до дійсності, а самі необхідні для мислення образи представлені в її короткочасній та оперативній пам'яті (на відміну від цього образи для теоретичного образного мислення дістаються із тривалої пам'яті і потім перетворюються).

На цих положеннях ґрунтується теорія подвійного кодування Пайвіо (Paivio). Пайвіо визначив, що існує дві системи репрезентації знань: образна й вербальна. Вони тісно пов’язані між собою.

Образна репрезен-тація може активувати вербальну репрезентацію, і навпаки, вербальна репрезентація може викликати образне уявлення. Вербальна та образна репрезентація по різному функціонують: кодують, організують, зберіга-ють та відтворюють різні типи інформації. Одиницею вербальної репрезентації є „логогени”, образної – „імагени”. Логогени та імагени функціонують на трьох рівнях обробки інфор-мації.

На першому рівні процесу репрезентації логогени та імагени акти-вуються відповідними словами або образами. На друому рівні референції логогени та імагени взаємно активують один одного. На третьому асоці-ативному рівні відбувається активація одних логогенів за допомогою інших та одних імагенів – іншими.

Рис. 8.3. Подвійний еволюційний підхід до організації навчально-пізнавальної діяльності студентів з розв’язання проблемних ситуацій

 

На цьому рівні відсутній прямий перехід між логогенами та імагенами. Пайвіо показав, що різні задачі виконуються або однією із систем, або двома системи разом. Якщо працюють дві системи разом, то процес переробки інформації здійснюється ефек-тивніше. Цей факт підтверджено експериментально. Розглянуті вище теоретичні положення покладені в основу розроб-лених інтегрованих дидактичних засобів навчально-пізнавальною дія-льністю студентів для креативного навчання технічних дисциплін стру-ктура яких приведена на рис.8.4.

 

 

Рис. 8.4. Структура інтегрованих дидактичних засобів навчально-пізнавальної діяльності студентів для креативного навчання технічних дисциплін

Інтегровані дидактичні засоби управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів при розв’язанні творчих технічних задач розробле-но на основі евристичних питань та допоміжної інформації та містять дві інформаційні складові: понятійну та образну. Розрахунок робиться на те, що при пошуку відповіді на поставлені евристичні питання при використанні контекстної допоміжної як вербальної, так образної інформації і буде знайдена необхідна ідея розв’язання задачі. Це відбувається за рахунок того, що шляхом поставлених питань та допоміжної інформації рівень інформаційної невизначеності проблеми знижується до такого рівня, який дозволяє знайти розв’язання задачі. Для технічних дисципліни в якості допоміжної інформації можуть бути: структурно-логічні схеми, технічні схеми та креслення, математичні залежності фізико-хімічних процесів, хімічні формули. Образна інформація має невелике значення без словесних пояснень. Тому вербальна складова складається із евристичних питань та допоміжної текстової інформації. Таким чином, розроблено ефективні інтегровані дидактичні засоби управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів при розв’язанні творчих технічних задач на основі евристичних питань та образної і вербальної допоміжної інформації. Одна з основних вимог до розробки сучасних методів та на їх ос-нові методик навчання є реалізація принципу природовідповідності, згідно з яким методи навчання повинні враховувати як зовнішній по ві-дношенню до людини об’єкт вивчення,

так і внутрішні психічні процеси пізнання цього об’єкту. Для технічних дисциплін об’єктом ви-вчення є технічні об’єкти та системи. Розвиток цих технічних систем описується законами еволюції (рис. 8.5.).

Згідно з цією вимогою метод повинен забезпечувати управління творчою діяльністю студентів як на етапі кількісних змін, так і на етапі стрибка – якісних змін. Як правило технічні системи можуть розвиватися не в одному, а в кількох напрямках (наприклад, на основі реалізації різ-них принципів побудови та дії). Ці об’єктивні вимоги враховано в розробленому методі креатив-ного навчання студентів технічних дисциплін. Двоконтурна динамічна модель, яка реалізує розроблений метод креативного навчання студен-тів технічних дисциплін, приведена на рис. 8.6.

Розглянемо розроблений метод більш детально за допомогою цієї моделі. На першому кроці необхідно детально розглянути початковий стан технічної системи. Розглядаючи початковий стан технічного об’єкту, необхідно сформулювати проблеми цього стану у вигляді пере-ліку параметрів, що не відповідають необхідним умовам.

 

Рис. 8.5. Еволюція технічної системи:Р – показник ефективності технічної системи; t – час; ТР00 – початковий стан технічної системи; ТР1m – перше технічне рішення m-го технічного напрямку; ΔР – різниця показника Р поточного і попереднього технічно-го рішення.

 

З цих параметрів слід визначити той параметр Рі, за яким необхідно вдосконалити технічний об’єкт. На наступному кроці слід визначити причини недостат-ньої величини параметру Рі та сформулювати постановку конкретної задачі вдосконалення технічної системи за параметром Рі. Для розв’язання поставленої задачі пропонується використання розроблених інтегрованих дидактичних засобів на основі евристичних питань та допоміжної інформації. Студентам пропонується евристичне питання, яке разом з відповідною порцією контекстної до задачі допомі-жної інформації, дещо знижує вихідний рівень інформаційної невизна-ченості задачі Н0. У випадку, коли студент не знайшов нового технічного рішення (ТР), здійснюється перехід по першому контуру управління до одержан-ня наступної порції інформаційної допомоги (чергове евристичне питання та допоміжна інформація). Управління по першому контуру буде здійснюватись до тих пір, доки рівень невизначеності задачі не знизиться до доступного для розв’язання задачі рівня НРОЗВ і студент знайде нове технічне рішення (рис. 8.6). Таким чином, реалізується адаптивне управління навчально-пізнавальною діяльністю (рис. 8.7.). Після того, як технічне рішення оде-ржане, визначається кількісне значення показника Р та різниця показ-ників для поточного та попереднього технічних рішень.

Якщо різниця перевищує ΔРmin (яка задається окремо), то це свідчить про те, що у да-ному напрямку ще можна отримувати ефективні технічні рішення. В да-ному випадку управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів здійснюється також за першим контуром. Отже, реалізується адаптивне управління навчально-пізнавальною діяльністю. Після того, як технічне рішення одержане, визначається кі-лькісне значення показника Р та різниця показників для поточного та попереднього технічних рішень.

Якщо різниця перевищує ΔРmin (яка за-дається окремо), то це свідчить про те, що у даному напрямку ще можна отримувати ефективні технічні рішення. В даному випадку управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів здійснюється також за першим контуром.

Якщо ΔР < ΔРmin (рис. 3.8.), то це свідчить, що резерв вдосконалення за попереднім напрямом використано. У цьому разі необхідно здійснити перехід на розв’язання студентом нової задачі за іншим напрямом.

Таким чином реалізується другий контур управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів. Після цього управління передається першому контуру, але з іншими евристичними питаннями та допоміж-ною інформацією, які відповідають технічним рішенням іншого напрям-ку. Далі процеси управління циклічно повторюються.

Розглянемо розроблений метод на відповідність врахування внут-рішніх психічних процесів пізнання об’єктів вивчення.

За визначенням Б.Ф. Ломова та В.Д. Шадрікова внутрішню психічну систему діяльності складають мотиви, цілі, інформаційна основа діяльності, програма дія-льності, блок прийняття рішень та результат діяльності.

 

 

 

Рис. 8.6. Двоконтурна динамічна модель управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів в креативных технологіях навчання технічних дисциплін

Розроблений метод забезпечує: мотивацію – за допомогою визначення проблем, цілі – формуванням задачі, інформаційну основу і програму діяльності – дидактичними засобами, блок прийняття рішень – у вигляді відповідних елементів двоконтурної моделі. В результаті студент, розв’язуючи задачі, одержує конкретні технічні рішення, а також знання з технічної дисципліни, які і є результатом діяльності. Таким чином, метод адаптивного управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів для креативних технологій навчання технічних дисциплін повністю відтворює систему професійної діяльності фахівця і тому його можна віднести до природовідповідного.

У традиційних методиках навчання інженерних дисциплін зміст по-дається, як правило, у вигляді структурно-логічних схем опису існуючих об'єктів та процесів. В цьому випадку студент засвоює статичну інфор-мацію про існуючі технічні об'єкти та процеси.

 

Рис. 8.7. Адаптивне управління розв’язанням задач за допомогою інтегро-ваних дидактичних засобів: Ноі – рівень початкової інформаційної неви-значеності; Нрозв – доступний рівень розв’язання.

Реально всі ці об'єкти та процеси набувають постійного розвитку у часі під впливом тих чи інших причин. Тобто зміст навчання є динаміч-ною категорією, в той час як в існуючих методиках він подається статично. У цьому сенсі зміст навчання існуючих методик не є моделлю предметної галузі, яка постійно розвивається. Розв'язання цієї суперечності можлива за рахунок розробки змісту навчання технічних дисциплін, як моделі предметної галузі, визнавши його динамічною категорією.

Метою навчання студентів технічних дисциплін, тобто майбутній результат, для креативних методик є не тільки засвоєння відомих об'єк-тів предметної галузі, а й одержання досвіду творчої діяльності по розробці «нових» (об'єктивно чи суб'єктивно) об'єктів цієї предметної галузі. Тому зміст навчання повинен наповнюватися тільки в процесі діяль-ності студента. Весь об'єм змісту не може бути створений студентами, тому зміст повинен включати інваріантну частину (яка дається зовні викладачем і засвоюється студентом), і варіативну частину, що створю-ється кожним студентом в процесі діяльності.

До інваріантної частини належить початковий стан технічної сис-теми (конструкція, її характеристики), визначення проблеми недостат-нього значення параметру та її причини. Розглядаючи початковий стан технічного об'єкту, формулюються проблеми цього стану у вигляді переліку параметрів, що не відповідають необхідним вимогам. З цих параметрів на першому кроці слід визначити той параметр Pi, за яким необхідно вдосконалити технічний об'єкт (проблема). На наступному кроці необхідно визначити, за рахунок яких ознак можна вирішити існуючу проблему (визначити підпроблеми). Для ініціювання процесу мислення студентів на основі аналізу підпроблем, причин їх виникнення необхідно сформулювати задачі.

Усвідомлення задачі студентом означає, що він розуміє логічні зв’язки і відношення між відомим та невідомим. При цьому виникає можливість пошуку рі-шення. На цьому етапі студент потрапляє в проблемну ситуацію, супере-чністю якої є суперечність між пізнавальною потребою і відсутність мо-жливостей її задоволення. Саме постановка задачі і визначає техні-чний напрямок моделювання розвитку технічної системи.

Розв'язання поставлених задач можлива за допомогою методу на основі двоконтур-ної моделі управління навчально-пізнавальною діяльністю студентів в креативних технологіях навчання технічних дисциплін, а також інтег-рованих дидактичних засобів. На основі розробленого методу та дидактичних засобів пропонуєть-ся метод формування та двокоординатна модель подання змісту техніч-них дисциплін для методик креативного навчання (рис. 8.8.). Першою координатою є технічні напрямки розвитку технічних систем, другою – узагальнені принципи за якими розвивається система.

 

Рис. 8.8. Двокоординатна еволюційна модель формування та представлення змісту технічних дисциплін для методик креативного навчання студентів

Формулювання та розв’язання задачі за технічним напрямком роз-витку об'єкту, студент здійснює самостійно (під керівництвом виклада-ча) за допомогою інтегрованих дидактичних засобів. В результаті студент одержує базове рішення технічного напрямку ТН1. Далі студент для покращення параметра Pi розв’язує сформульовану задачу за визначе-ним технічним напрямком, одержуючи при цьому технічне рішення 1.1.

Кожне технічне рішення можна описати множиною характерних ознак. Тому наступним кроком є визначення значення параметру Pi, різниці Δ значень показників для поточного та попереднього технічних рішень, а також характерні ознаки за якими було одержане технічне рішення 1.1.

Далі студент для покращення параметра Pi переходить до одержання наступного технічного рішення, і визначення його характеристик. В ре- зультаті студент отримає низку технічних рішень у визначеному техніч- ному напрямку. Якщо Δ→0, то це свідчить, що резерв вдосконалення за поточним напрямом використано. У цьому разі необхідно здійснити перехід на фо-рмування та розв’язання студентом нової задачі за іншим напрямом (на рис. 7 зображено пунктирною лінією). Далі процеси одержання техніч-них рішень в іншому технічному напрямі циклічно повторюються. Уза-гальнюючи характерні ознаки за якими були одержані технічні рішення {ТР1.1, ТР2.1, … ТРn.1}, {ТР1.2, ТР2.2, … ТРn.2} і т.д., студенти самостійно виво-дять узагальнені принципи одержання цих рішень. Згідно з законом ма-тематичної індукції, для цього необхідно розглянути n=3÷5 технічних напрямків розвитку технічних систем. Цей етап в методі та моделі по-дання змісту технічних дисциплін є індуктивним виводом узагальнених принципів. Коли узагальнені принципи визначені, наступає етап дедук-тивного використання узагальнених принципів.

На цьому етапі також формулюється задача з визначення чергового технічного напрямку роз-витку технічної системи та одержують технічні рішення, але вже за уза-гальненими принципами. Таким чином, зміст навчання формується тільки в процесі самос-тійної (під керівництвом викладача) діяльності студента, тобто є його варіативною частиною.

Одержаний зміст показує розвиток (еволюцію) технічної системи в деякому напрямку. При цьому технічні напрямки по-кращення параметру Pi є відкритою множиною. Перелік узагальених принципів теж може розширюватисяти