Методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська інженерно-педагогічна академія

УДК 378.013.77

13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата педагогічних наук

Методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей

Корнєєва Анжеліка Миколаївна

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля, Міністерство освіти і науки України, м. Луганськ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Ткаченко Віктор Петрович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, професор кафедри теоретичної і прикладної механіки, м. Луганськ.

Офіційні опоненти:

доктор педагогічних наук, професор, Сидоренко Віктор Костянтинович, Національний педагогічний університет ім. М.П. Драгоманова, завідувач кафедри трудового навчання та креслення, м. Київ;

кандидат педагогічних наук, Глазунова Олена Григорівна, Національний аграрний університет, доцент кафедри інформаційних систем в менеджменті, м. Київ.

Провідна установа Інститут педагогіки і психології професійної освіти АПН України, відділ дидактики професійної освіти, м. Київ.

Захист відбудеться "23"лютого 2007 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.64.108.01 в Українській інженерно-педагогічній академії за адресою: 61003, м. Харків, вул. Університетська, 16, зала засідань.

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

Автореферат розісланий "20" січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Брюханова Н.О.

Анотації

Корнєєва А.М. Методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук зі спеціальністю 13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни). - Українська інженерно-педагогічна академія, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено проблемі формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії. Проаналізовано стан теоретичного розроблення проблеми формування просторової уяви. Розроблено та введено поняття "динамічна стереоскопічна модель" (ДСМ), що представляє собою відеоролик з послідовних кадрів, що чергуються з різним ступенем стереоефекту як дидактичний засіб навчання нарисної геометрії. Теоретично обґрунтовано та розроблено методику формування просторової уяви студентів-майбутніх інженерів з використанням динамічних стереоскопічних моделей. Експериментальні дослідження підтвердили ефективність розробленої методики. Доведено, що впровадження в процес навчання нарисної геометрії динамічних стереоскопічних моделей сприяє покращенню опанування навчального матеріалу майбутніми інженерами з цієї дисципліни та підвищенню ефективності самостійної роботи студентів.

Ключові слова: професійні уміння, просторова уява, методика формування просторової уяви, навчально-пізнавальна діяльність, дидактичні засоби, стереоскопічні проекції, стереоадаптаційні відеоролики.

Korneeva A.N. The methodic of formation of the spatial imagination of students during training descriptive geometry with the use of dynamic three-dimensional models. - Manuscript.

The dissertation for scientific degree of the candidate of pedagogical sciences by specialty 13.00.02 theory and methodic of training (technical disciplines) Ukrainian engineering -pedagogical academy, Kharkov, 2006.

The dissertation is devoted to a problem of formation of spatial imagination of the students during the training of descriptive geometry. The condition of theoretical development of the problem of formation of spatial imagination has been analyzed. The dynamic three-dimensional model (TDM) that represent a videoroller from the consecutive seanences which alternate with a different degree of a stereo effect have been developed and analyzed as a didactic means of training of descriptive geometry. Technique of formation of spatial imagination of the students of the future engineers with the use of dynamic three-dimensional models has been theoretically proved and worked out. The experimental researches have confirmed the efficiency of the developed technique. It is proved, that the introduction in the process of the training descriptive geometry of dynamic three-dimensional models renders positive influence on mastering of an educational material by the future engineers on this discipline and promotes the increase of the efficiency of independent job of the students.

Key words: professional skills, spatial imagination, technique of formation of spatial imagination, educational-knowledge activity, didactical means, three-dimensional projections, stereoadaptation videorollers.

Корнеева А.Н. Методика формирования пространственного воображения студентов в процессе обучения начертательной геометрии с использованием динамических стереоскопических моделей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения (технические дисциплины). - Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена проблеме формирования пространственного воображения студентов в процессе обучения начертательной геометрии. Анализ психолого-педагогической и специальной литературы по направлению исследования позволил конкретизировать понятие "пространственное воображение", которое формируется в процессе обучения начертательной геометрии, определить его роль и значение в подготовке будущих инженеров как средство чтения чертежей и инструмент конструирования. Выявлено, что противоречие между двумя компонентами учебно-воспитательного процесса: развитием пространственного воображения и опытом ее использования определяет педагогическую проблему формирования пространственного воображения студентов в процессе обучения начертательной геометрии. Проблема имеет характер "замкнутого круга", а именно: пространственное воображение "не работает" при изучении учебного материала потому, что его уровень для этого "не достаточный", а формировать пространственное воображение можно только при его использовании.

Анализ традиционного подхода к решению этой проблемы позволил прийти к выводу о необходимости целенаправленного формирования пространственного воображения будущих инженеров на ранних этапах обучения курса начертательной геометрии, теоретического обоснования и создания новых форм представления учебного материала по этой дисциплине, усовершенствования учебно-методического обеспечения самостоятельной работы студентов за счет использования новых дидактических средств обучения.

В результате комплексного анализа дидактических средств, используемых для формирования пространственного воображения студентов при обучении начертательной геометрии определенны особенности стереоскопических проекций, которые имеют высокую наглядность и динамические модели, позволяющие наблюдать последовательные построения и преобразования геометрических объектов.

Автором разработана и реализована компьютерная программа расчета и автоматизированного построения стереопроекций (в среде Maple) для системы характерных точек, которые определяют положение объекта в пространственной системе координат.

Введено понятие и термин ? "динамическая стереоскопическая модель" (ДСМ), которая представляет собой видеоролик из последовательно чередующихся кадров изображений поэтапных динамических построений и преобразований стереоскопических проекций с изменяемым стереоскопическим эффектом. ДСМ позволяют осуществлять наглядные динамические преобразования (трансформацию) стереоскопических проекций в плоские изображения и наоборот. Для изучения процессов адаптации стереоскопического зрения и предварительной подготовки аудитории к просмотру стереоизображений автором разработаны стереоадаптационные видеоролики.

В работе теоретически обоснована и разработана методика формирования пространственного воображения студентов в процессе обучения начертательной геометрии с использованием динамических стереоскопических моделей. Основная идея предложенной методики состоит в замене на определенных этапах обучения изображений геометрических объектов непосредственным восприятием их динамических стереоскопических проекций и моделей.

Анализ результатов экспериментального исследования позволил сделать вывод, что разработанная автором методика позволяет повысить уровень усвоения учебного материала курса "Начертательная геометрия", способствует повышению качества графической подготовки будущих инженеров благодаря целенаправленному формированию пространственного воображения студентов. Использование динамических стереоскопических моделей положительно повлияло на уровень зачетных оценок за курс "Начертательная геометрия".

Ключевые слова: профессиональные умения, пространственное воображение, методика формирования пространственного воображения, учебно-познавательная деятельность, дидактические средства, стереоскопические проекции, стереоадаптационные видеоролики.

Загальна характеристика роботи

Актуальність і доцільність дослідження. Вимоги Болонського процесу та потреби науково-технічного розвитку країни, автоматизація виробництва, перехід у проектуванні від плоского креслення до просторового моделювання ставлять перед українською освітою завдання підготовки інженерів, спроможних засвоювати і розвивати нові технології проектування і конструювання виробів виробництва. Основою конструкторської підготовки інженера є нарисна геометрія та інженерна графіка. Першим завданням курсу нарисної геометрії є формування просторової уяви студентів, яка дозволяє їм на графічному зображенні "бачити" просторові образи і зв'язувати їх із реальними об'єктами. Уміння створювати в уяві образи об'єктів дійсності й оперувати ними є характерною рисою інтелекту людини, тому розвиток просторової уяви в певній мері сприяє її інтелектуальному розвитку. уява геометрія стереоефект

Проблема формування та розвитку уяви знайшла відображення в роботах вітчизняних і зарубіжних педагогів і психологів: М. Беркінбліт, О. Борейка, Л. Виготського, В. Далінгера, Р. Жубріянова, Л. Коршунової, В. Кудрявцева, А. Петровського, О. Речицької, Т. Рібо, А. Цукаря, Я. Чеботової та інших вчених. Проведені дослідження спрямовані на вивчення механізмів побудови образів уяви, її характерних якостей. Обґрунтуванню змісту й засобів навчання графічним дисциплінам у вищій школі присвячені роботи вчених А. Верхоли, Є. Годіка, А. Золотарьова, Р. Кизими, В. Куровського, В. Левицького, С. Фролова та інших дослідників. Методичні питання формування графічних знань розглянуті в роботах вчених-педагогів А. Ботвіннікова, А. Дзене, Б. Ломова, А. Павленка, В. Сидоренка, Д. Тхоржевського, Н. Четверухіна, В. Чепка. Психолого-педагогічні аспекти графічної підготовки досліджувалися А. Галкиною, О. Кабановою-Меллер, Н. Ліньковою, Б. Ломовим, Л. Румянцевою, І. Якиманською та іншими вченими. Проблему професійної підготовки студентів інженерно-педагогічних спеціальностей обґрунтовано у працях С. Артюха, А. Ашерова, Н. Брюханової, Т. Дмитренко, О. Коваленко, М. Лазарева та інших дослідників. Питання практичного використання графічних знань та вдосконалення графічної підготовки розглядалися у роботах М. Виноградова, А. Кириченка, С. Ковальова, В. Косміна, Ж. Кулікової, Л. Левенберга, В. Михайленка, Г. Печеркіна, Н. Преображенської, Л. Рєзнікова, І. Скидана, В. Ткаченка та інших вчених.

Особливе місце серед наочних форм навчання нарисної геометрії займають стереоскопічні зображення. За рахунок високої наочності вони створюють ілюзію об'ємності реальних об'єктів. Дослідженню характеристик і застосуванню стереоскопічних зображень у навчальному процесі присвячені роботи В. Буца, І. Вінницького, В. Єлхова, І. Пала, В. Ткаченка, Д. Якуніна та інших науковців. І все ж таки, не зважаючи на очевидні переваги стереоскопічних проекцій як наочних дидактичних засобів нарисної геометрії, досвід їх використання ще не склався в ефективну методику формування просторової уяви студентів. Існуючі приклади застосування стереоскопічних проекцій у навчальному процесі обмежуються епізодичним використанням статичних стереозображень, що не дає достатньої наочності і, як наслідок, має невисоку ефективність. У той же час, як відомо, динамічні моделі як дидактичні засоби більш ефективні щодо засвоєння навчального матеріалу, мобілізації уваги, підвищення мотивації до вивчення дисциплін завдяки створенню у пам'яті стереотипів об'єктів і їх перетворень. У зв'язку із цим актуальною є задача розробки науково-обґрунтованої методики формування просторової уяви студентів на основі використання динамічних стереоскопічних моделей і вдосконалення методичного забезпечення навчального процесу курсу нарисної геометрії.

Проведений аналіз виявив низку суперечностей між сучасними вимогами до професійної діяльності майбутніх інженерів і якістю їхньої графічної підготовки необхідністю формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії і недостатнім рівнем розробки теорії та методики її формування перевагою динамічних моделей як ефективних дидактичних засобів формування просторової уяви майбутніх інженерів та використанням існуючих статичних дидактичних засобів необхідністю підвищення рівня самостійної роботи студентів та обмеженими можливостями існуючих дидактичних засобів, що мають недостатній рівень наочності та технологічності моделювання об'ємних об'єктів та їх перетворень.

Викладені суперечності визначили проблему дослідження - формування просторової уяви майбутніх інженерів у процесі навчання нарисної геометрії на основі використання динамічних моделей, що об'єднують динамічні побудови та динамічні перетворення стереоскопічних проекцій.

Виходячи з актуальності проблеми, з огляду на її недостатню розробку, визначено тему дисертаційної роботи: "Методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей".

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до плану наукових робіт Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Основні положення дисертації увійшли до НДР: "Дослідження навчальних систем "студент-комп'ютер" та забезпечення оптимальних психофізичних умов функціонування в навчальному процесі" (№0103U000423)"; "Синтез інтелектуальної комп'ютеризованої системи з нечітким управлінням і змінною адаптивною структурою" (№0106U000300). Тему дисертації затверджено Вченою радою Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (протокол №6 від 25.02.2005 р.) і узгоджено Радою з координації наукових досліджень в галузі педагогіки і психології в Україні (протокол №5 від 30.05.2006 р.).

Об'єкт дослідження процес навчання майбутніх інженерів нарисної геометрії.

Предмет дослідження методика формування просторової уяви студентів при навчанні нарисної геометрії на основі використання динамічних стереоскопічних моделей як дидактичних засобів.

Мета дослідження - теоретично обґрунтувати, розробити та експериментально перевірити методику формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Гіпотеза дослідження полягає в припущенні, що процес навчання нарисної геометрії буде більш ефективним, якщо для формування просторової уяви студентів у процесі навчання використовувати демонстрацію динамічних стереоскопічних моделей, що створені на основі стереоскопічних проекцій геометричних об'єктів.

Відповідно до предмету, мети та гіпотези були визначені такі завдання дослідження:

Розглянути теоретичні питання формування просторової уяви студентів у психолого-педагогічній та спеціальній літературі, визначити роль просторової уяви у графічній підготовці майбутніх інженерів і особливості стереоскопічних проекцій та динамічних моделей як компонентів наочного навчального матеріалу з курсу "Нарисна геометрія".

Розробити динамічні стереоскопічні моделі як дидактичні засоби формування просторової уяви студентів для використання у процесі навчання нарисної геометрії.

Розробити методику формуванні просторової уяви студентів з використанням динамічних стереоскопічних моделей для забезпечення більш ефективного засвоєння курсу нарисної геометрії.

Експериментально перевірити методику формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Розробити та впровадити в процес підготовки майбутніх інженерів методичні рекомендації для викладачів та студентів щодо застосування методики формування просторової уяви у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Методологічна і теоретична основа дослідження цілей, змісту, принципів, методів та засобів розробленої методики ґрунтується на основних положеннях теорії пізнання; діяльнісної теорії навчання і розвитку особистості (Л. Виготський, П. Гальперін, О. Леонтьєв, С. Рубінштейн, Н. Тализіна та інші); когнітивної психології (Д. Андерсон, В. Дружинін, М. Холодна, І. Хофман, В. Шадріков та інші); концепції активізації пізнавальною діяльності (О. Глазунова, Н. Тализіна, В. Якунін та інші); теорії графічної підготовки майбутніх інженерів (О. Кабанова-Меллер, М. Лагунова, А. Кириченко, В. Михайленко, В. Сидоренко, І. Скидан, В. Ткаченко та інші), теорії навчання і розвитку особистості (В. Ледньов, І. Підласий, та інші).

Методи дослідження. Для розв'язання поставлених завдань, досягнення мети та перевірки гіпотези дослідження використовувався комплекс методів, адекватних проблемі дослідження, зокрема:

? теоретичні методи: аналіз наукової і методичної літератури з проблем формування просторової уяви; класифікація та систематизація теоретичних даних зі змісту, методів та засобів формування просторової уяви; структурно-функціональний аналіз необхідних умінь при розв'язанні задач нарисної геометрії; порівняння, узагальнення та систематизація теоретичного і практичного матеріалу з нарисної геометрії; моделювання;

? емпіричні методи: педагогічний експеримент для визначення ефективності розробленої методики формування просторової уяви студентів; анкетування; опитування; педагогічне спостереження за навчально-пізнавальною діяльністю студентів; аналіз власного досвіду та досвіду інших викладачів курсу нарисної геометрії; обробка результатів дослідження з використанням методів математичної статистики.

Дослідно-експериментальною базою дослідження були Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля та Донецький національний технічний університет. На різних етапах експерименту було задіяно 428 студентів та 12 викладачів.

Організація дослідження. Дослідження здійснювалось протягом 2002-2006 рр.

На першому етапі (2002-2003 рр.) визначено стан досліджуваної проблеми в теорії і практиці навчання нарисної геометрії студентів інженерних спеціальностей; проведено аналіз літератури з педагогічних проблем графічної підготовки майбутніх інженерів; визначено недоліки існуючих методик навчання нарисної геометрії і роль просторової уяви для засвоєння студентами цього курсу; визначено мету і завдання дослідження, сформульовано гіпотезу, виявлено теоретичні засади навчання нарисної геометрії та розробки дидактичних засобів формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії.

На другому етапі (2003-2005 рр.) визначено мету, завдання, принципи, зміст, методи, форми та технології формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей; розроблено й впроваджено комплект статичних і динамічних стереоскопічних моделей як дидактичних засобів формування просторової уяви студентів; проведено констатувальний і розпочато формувальний етап експерименту.

На третьому етапі (2005-2006 рр.) було визначено ефективність дослідно-експериментальної методики формування просторової уяви з використанням динамічних стереоскопічних моделей; проведено контрольний етап експерименту, проаналізовано та узагальнено його результати; оформлено текст дисертації; розроблено методичні рекомендації для викладачів та студентів щодо застосування розробленої методики в навчальний процес студентів інженерних напрямів підготовки з використанням динамічних стереоскопічних моделей як дидактичних засобів формування просторової уяви.

Наукова новизна і теоретичне значення дослідження полягають в тому, що:

- вперше виявлено необхідність цілеспрямованого формування просторової уяви майбутніх інженерів на ранніх етапах навчання курсу нарисної геометрії;

- вперше теоретично обґрунтовані компоненти навчально-методичного забезпечення курсу "Нарисна геометрія", що спрямовані на формування просторової уяви майбутніх інженерів з використанням стереоскопічних моделей;

- вперше запропоновано новий клас дидактичних засобів формування просторової уяви студентів "динамічні стереоскопічні моделі", які створені на основі зображень поетапних динамічних побудов та динамічних трансформацій стереоскопічних проекцій із різним ступенем стереоскопічного ефекту;

- удосконалено процес професійної графічної підготовки майбутніх інженерів при навчанні нарисної геометрії, а саме: теоретично обґрунтовано методику формування просторової уяви, засновану на тимчасовій демонстрації динамічних стереоскопічних моделей об'єктів замість їх комплексних рисунків;

- подальшого розвитку набула теорія організації самостійної роботи студентів на основі навчально-методичного комплексу дистанційного курсу дисципліни "Нарисна геометрія" з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Практичне значення одержаних результатів дослідження полягає в тому, що розроблено, експериментально перевірено та впроваджено у навчальний процес стереоадаптаційні відеоролики, що застосовуються для попередньої підготовки аудиторії до сприйняття стереоскопічних зображень; алгоритм побудови динамічних стереоскопічних моделей на основі комплексного рисунку геометричного об'єкту; комп'ютерну програму автоматизованої побудови динамічних стереоскопічних моделей; динамічні стереоскопічні моделі як дидактичний засіб навчально-методичного комплексу дистанційного курсу нарисної геометрії; методику формування просторової уяви студентів у процесі навчанні курсу "Нарисна геометрія" з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Результати дослідження можуть бути використані у навчально-виховному процесі для проведення лекційних, практичних, семінарських занять з графічних дисциплін, що потребують наочності навчального матеріалу за всіма формами навчання.

Впровадження результатів дослідження. Результати дослідження впроваджено в навчальний процес у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля (м. Луганськ) (акт про впровадження № 108-115-2032/64 від 05.09.06) і Донецькому національному технічному університеті (акт про впровадження № 32-66/04 від 26.10.06).

Особистий внесок здобувача. Всі одержані автором наукові результати є самостійним внеском у розвиток теорії та методики навчання нарисної геометрії. Конкретний персональний внесок здобувача у працях, опублікованих у співавторстві, полягає у наступному. У статті [1] особисто здобувачем розкрито сутність педагогічної проблеми і запропоновано шляхи її розв'язання. У статті [2] - виконано дослідження геометричних і хроматичних параметрів стереоскопічних проекцій об'єктів. У статті [3] - розкрито актуальність проблеми формування просторової уяви студентів та запропоновано показники і критерії оцінки її рівня. У статті [4] - запропоновано методику формування просторової уяви як складову навчально-методичного комплексу дистанційного курсу дисципліни "Нарисна геометрія". У статті [5] - обґрунтовано інформаційний підхід до графічної підготовки інженерів. У статті [7] - розкрито співвідношення між окремими компонентами навчального процесу за дистанційною формою навчання нарисної геометрії. У статті [8] - розкрито закономірності підвищення мотивації до навчання через інформаційні технології. У статті [11] - запропоновані шляхи покращення опанування матеріалу графічних дисциплін за рахунок мобілізації зорової, просторової та асоціативної видів пам'яті, підвищення точності зображень при дистанційній формі навчання. У статті [12] - розроблено елементи навчальної оболонки тестового контролю знань студентів. У статті [13] - запропоновано новий метод тестового контролю знань з графічних дисциплін.

Вірогідність та аргументація результатів дослідження забезпечуються побудовою роботи на основі сучасних досягнень психології та дидактики; використанням методів, адекватних меті, об'єкту, предмету та завданням дослідження; дослідно-експериментальною перевіркою висунутої гіпотези, результатами кількісного й якісного аналізу даних експерименту.

Апробація результатів дослідження. Результати дослідження доповідались, обговорювались та дістали позитивної оцінки на VІІ-ХІ Міжнародних науково-практичних конференціях "Університет і регіон" (СНУ ім. В.Даля, Луганськ, 2002-2006 рр.); Міжнародній науково-практичній конференції "Стратегічні напрями розвитку вищої освіти в Україні" (МАУП, Судак, 2003 р.); ІІІ Міжнародній науково-методичній конференції "Проблеми розробки та впровадження модульної системи професійного навчання" (УІПА, Харків, 2005 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції "Проблеми інженерно-педагогічної освіти. Теорія і практика" (УІПА, Алупка, 2005 р.); науковому семінарі Міжнародної виставки "Сучасна освіта України-2006" (МОН, Київ, 2006 р.); ІІІ Міжнародній конференції "Духовний розвиток особистості: методологія, теорія і практика" (СНУ ім. В.Даля, Луганськ, 2006 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції "Психолого-педагогічні проблеми технічної творчості" (УІПА, Артемівськ, 2006 р.); науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, засіданнях кафедри нарисної геометрії та графіки та на засіданнях методичної ради Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (2001-2006 рр.).

Публікації. Результати дослідження опубліковано у 14 наукових працях (із них 4 одноосібні), 7 з них - наукові статті у провідних фахових виданнях, затверджених ВАК України, 3 статті у збірниках наукових праць, 3 тези доповідей у збірниках матеріалів міжнародних та регіональних наукових конференцій, 1 методичні рекомендації.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків до розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел (269 найменувань, 20 з яких іноземною мовою) та 8 додатків на 68 сторінках. Повний обсяг дисертації викладено на 276 сторінках, основний текст - на 166 сторінках. Робота містить 17 таблиць на 13 сторінках і 47 рисунків на 26 сторінках.

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 в опубліковані наукові праці.

У першому розділі - "Теоретичні засади навчання нарисної геометрії майбутніх інженерів" - на основі аналізу психолого-педагогічної літератури вивчено проблеми навчання студентів курсу "Нарисна геометрія"; визначено роль просторової уяви у процесі підготовки бакалаврів інженерних напрямів; розкрито педагогічну проблему формування просторової уяви у процесі навчання нарисної геометрії; проведено аналіз існуючих методик навчання нарисної геометрії на основі формування просторової уяви.

Аналіз науково-педагогічної та спеціальної літератури дозволив встановити, що просторова уява має особливе значення для навчання майбутнього інженера нарисної геометрії як засіб читання креслеників і схематичних умовних позначень (Н. Бескін, Ю. Бубирь, Є. Ігнат'єв, О. Кабанова-Меллер, А. Кириченко, В. Михайленко, І. Скідан, В. Ткаченко, Н. Четвертухін, Н. Щетина та інші вчені). Образи просторової уяви, на відміну від інших видів уяви, максимально конкретні і однозначні. Уявлювані моделі, створені у свідомості декількох людей на базі однієї і тієї ж графічної моделі (кресленика, проекції об'єкта) можуть відрізнятися тільки незначними деталями: масштаб, ознаки матеріалу - колір, фактура, шорсткість, блиск і т.п., але основні характеристики - форма, співвідношення розмірів, об'єм - оцінюються однозначно.

У розділі розкрито характерні риси просторової уяви, що формується у процесі навчання нарисної геометрії, її роль, цілі, типи і функції. Встановлено, що створення наочних моделей, процесів або об'єктів - одна із найважливіших функцій уяви у процесі навчання нарисної геометрії.

Аналіз літературних джерел та досвід викладачів нарисної геометрії дозволили зробити висновок, що під час формування просторової уяви виникає одна із педагогічних проблем, яка має характер "замкненого кола", а саме: просторова уява "не працює" при вивченні навчального матеріалу тому, що її рівень для цього "не достатній", а формувати просторову уяву можна тільки у результаті розумової діяльності із створенням просторових образів.

Опитування викладачів нарисної геометрії підтвердило той факт, що мобілізація просторової уяви студента, підтримка її в активному стані, без переривання логіки уявних перетворень є важлива складова їхньої професійної педагогічної діяльності і вимагає використання дидактичних засобів, що націлені на формування просторової уяви. Для вирішення цієї проблеми поставлено такі завдання: визначення змісту навчання нарисної геометрії, що пов'язаний з формуванням просторової уяви студентів; вибір ефективних способів формування просторової уяви; розробка спеціальних дидактичних засобів, що сприяли б формуванню просторової уяви студентів; розрив "замкненого кола" за допомогою методики формування просторової уяви студентів і удосконалення на її основі методичного забезпечення навчального процесу з нарисної геометрії.

Аналіз існуючих дидактичних засобів для формування та розвитку просторової уяви показав, що особливе місце серед наочних форм представлення навчального матеріалу курсу нарисної геометрії займають стереоскопічні зображення. Поєднання переваг, пов'язаних із наочністю стереоскопічних зображень та структурованістю поетапних динамічних демонстрацій графічних побудов і перетворень обумовлюють доцільність створення динамічних стереоскопічних моделей як нових ефективних дидактичних засобів навчання нарисної геометрії за рахунок цілеспрямованого формування просторової уяви.

Отримані результати покладено в основу розробки методики формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії. Розроблено концептуальну ідею підвищення якості засвоєння навчального матеріалу з нарисної геометрії за рахунок формування у майбутніх інженерів у процесі навчання просторової уяви шляхом застосування динамічних стереоскопічних моделей як основи дидактичного забезпечення навчального процесу з нарисної геометрії.

У другому розділі - "Методика формування просторової уяви майбутніх інженерів з використанням динамічних стереоскопічних моделей" - розглянуто особливості підготовки майбутніх інженерів з графічних дисциплін, які пов'язані з необхідністю цілеспрямованого формування просторової уяви студентів; розроблені та теоретично обґрунтовані компоненти навчально-методичного забезпечення курсу "Нарисна геометрія", що спрямовані на формування просторової уяви завдяки використанню стереоскопічних моделей; викладено результати дослідження геометричних і хроматичних параметрів стереоскопічних проекцій, розроблено алгоритм побудови динамічних стереоскопічних моделей як дидактичних засобів навчально-методичного комплексу дистанційного курсу з нарисної геометрії; теоретично обґрунтовано методику формування просторової уяви студентів, засновану на тимчасовій демонстрації динамічних стереоскопічних моделей об'єктів замість їх комплексних рисунків.

Ціллю розробленої методики є удосконалення процесу навчання нарисної геометрії на основі формуванню просторової уяви студентів з використанням динамічних стереоскопічних моделей. Методика розроблена на основі загально-дидактичних принципів: науковості змісту і методів, системності й послідовності, свідомості й активності, наочності, індивідуального підходу.

Завдання розробленої методики зводяться до формування у студентів на основі просторової уяви професійних умінь: виконувати просторові операції під час проектування геометричних об'єктів на площини проекцій; уявляти точки у прямокутних проекціях, її належність до квадрантів та октантів простору; уявно перетворювати взаємно перпендикулярні площини проекцій в комплексний рисунок; "читати" комплексний рисунок - уявно відтворювати геометричний об'єкт у просторі; уявляти взаємне розташування та взаємну належність геометричних об'єктів у просторі; уявляти лінії перетину поверхонь у просторі; уявно будувати розгортки поверхонь; уявляти аксонометричні проекції об'єктів у просторі.

Основна ідея запропонованої методики полягає у заміні на певних етапах навчання нарисної геометрії зображень геометричних об'єктів безпосереднім сприйняттям їх стереоскопічних проекцій. На рис.1 і 2 показано відповідно схеми розумових процесів у свідомості студентів при створенні графічної моделі за заданою фізичною (пряма задача) і уявлюваної моделі за заданою графічною моделлю (зворотна задача) із безпосереднім сприйняттям стереозображення.



Заняття за розробленою автором методикою складається із трьох етапів: підготовчого, основного й заключного. Кожний з етапів поділяється на порції, що являють собою сценарій, об'єднаний загальним змістом. Порції, у свою чергу, поділяються на статичні або динамічні епізоди.

Статичний епізод містить єдиний кадр. Динамічний епізод містить серію послідовних кадрів, що демонструються з інтервалом 0,1-0,2 с.

Методика не передбачає змін у програмі курсу нарисної геометрії, а завдяки новим дидактичним засобам дає можливість формувати у майбутніх інженерів просторове уявлення форм і взаємного розташування об'єктів; підвищити наочність графічного навчального матеріалу, мотивацію студентів до навчання; покращити опанування матеріалу графічних дисциплін за рахунок мобілізації зорової, просторової та асоціативної видів пам'яті; спростити логічні доведення просторових теорем; забезпечити самостійну роботу студентів наочним методичним матеріалом з дисципліни "Нарисна геометрія".

У процесі навчання автором застосовувався новий клас дидактичних засобів для підвищення наочності графічного матеріалу - стереоскопічні відеоролики для адаптації стереозору студентів та динамічні стереоскопічні моделі, які являють собою набір стереоскопічних зображень геометричного об'єкту, що включають поетапні побудови і динамічні перетворення стереоскопічних проекцій із змінюваним стереоскопічним ефектом. Автором розроблено алгоритм розрахунку стереоскопічних проекції геометричних фігур та комп'ютерну програму їх автоматизованої побудови.

У третьому розділі - "Дослідно-експериментальна перевірка методики формування просторової уяви студентів з використанням динамічних стереоскопічних моделей у практиці навчання нарисної геометрії" - наведено організаційно-методичні основи та результати експериментального дослідження, методику обробки експериментальних даних і аналіз результатів дослідження.

Експериментальне дослідження було здійснено з метою перевірки ефективності розробленої методики формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії. Експеримент складався з констатувального, формувального та контрольного етапів. У ході констатувального етапу експерименту було визначено показники і критерії оцінки рівня просторової уяви, а також початковий стан експериментальних і контрольних груп.

Оцінка розвитку просторової уяви студентів проводилася за допомогою тестів, що розроблені на основі вправ на розвиток просторової уяви - тестів А. Цукаря. Методика оцінки ґрунтується на визначенні відносної кількості правильно виконаних завдань. Враховуючи вимоги Болонського процесу, а також систему оцінок, прийнятих у МОН України та Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля, оцінки кожного студента ставилися за чотирма системами: відносною кількістю правильних відповідей - , 12-бальною, 4-бальною та ECTS.



Аналіз результатів констатувального етапу експерименту показав, що рівні просторової уяви студентів експериментальних і контрольних груп, засновані на знаннях, уміннях і навичках зі шкільного курсу геометрії та стереометрії мають близькі показники: для експериментальних груп =0,541, для контрольних груп =0,547. Розбіжність між і склала до 1,2 %. Констатувальний етап експерименту також показав, що більш ніж 40% студентів, як контрольних, так і експериментальних груп, мають досить низький рівень просторової уяви, недостатній для творчого засвоєння й застосування знань, умінь і навичок, які вони повинні придбати у процесі навчання курсу нарисної геометрії.

Формувальний етап експерименту проходив у процесі впровадження в практику навчання нарисної геометрії студентів експериментальних груп розробленої автором методики в рамках діючих навчальних планів і програм. У контрольних групах навчальний процес здійснювався за традиційною методикою навчання. На практичних заняттях проводилося поточне тестування рівня засвоєння певних тем нарисної геометрії усіх студентів, що брали участь у експерименті.

На контрольному етапі експерименту проводились два види тестування: підсумкове тестування за матеріалом усього курсу нарисної геометрії та підсумкове тестування рівня сформованості просторової уяви.

Контрольний етап експерименту довів результативність упровадження зазначеної вище методики формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії на основі аналізу остаточних даних експериментальних і контрольних груп з використанням методів математичної статистики.

За допомогою критерію t критерію Ст'юдента, доведено, що після проведення формувального етапу експерименту експериментальні групи істотно відрізняються від контрольних рівнем засвоєння знань з нарисної геометрії, що потребують сформованої просторової уяви (t критерій з ймовірністю припустимої помилки 0,05 дорівнює 10,6, що значно більше табличного значення (t=1,98)).

Розподіл рівнів просторової уяви та засвоєння знань курсу "Нарисна геометрія" студентів, що проводився за допомогою критерій Пірсона, дав змогу констатувати про значні зміни в оцінках студентів експериментальних груп у результаті використання запропонованої методики формування просторової уяви, що сприяє більш ефективному засвоєнню навчального матеріалу з нарисної геометрії (відмінність середніх рівнів засвоєння курсу нарисної геометрії складає 17, 3%). На рис. 5 і 6 показано розподіл оцінок підсумкового тестування рівня засвоєння курсу нарисної геометрії та рівня просторової уяви на контрольному етапі експерименту.



Рис. 6. Розподіл оцінок підсумкового тестування рівня просторової уяви студентів на контрольному етапі експерименту

Аналіз результатів експериментального дослідження дозволив зробити висновок, що розроблена методика формування просторової уяви з використанням під час навчання динамічних стереоскопічних моделей є ефективною, сприяє підвищенню якості графічної підготовки майбутніх інженерів, рівню засвоєння навчального матеріалу з курсу "Нарисна геометрія" завдяки цілеспрямованому формуванню просторової уяви студентів. Впровадження динамічних стереоскопічних моделей у практику навчання нарисної геометрії позитивно вплинуло на рівень залікових оцінок з курсу нарисної геометрії.

Таким чином, проведене експериментальне дослідження підтвердило правильність висунутої гіпотези дослідження - розроблена методика формування просторової уяви студентів сприяє більш ефективному засвоєнню навчального матеріалу у процесі навчання нарисної геометрії.

Висновки

1. Аналіз психолого-педагогічної та спеціальної літератури за напрямом дослідження дозволив здійснити теоретичне узагальнення поняття просторової уяви, що формується у процесі навчання нарисної геометрії; визначити її роль та значення у підготовці майбутніх інженерів як засіб читання креслеників та інструмент конструювання. Виявлено, що суперечність між двома компонентами навчально-виховного процесу: розвитком просторової уяви і досвідом її використання виявляє педагогічну проблему формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії. Проблема має характер "замкненого кола", а саме: просторова уява "не працює" при вивченні навчального матеріалу тому, що її рівень для цього "не достатній", а формуватися просторова уява може тільки при її застосуванні. Аналіз традиційного підходу до вирішення цієї проблеми дозволив дійти висновку про необхідність цілеспрямованого формування просторової уяви майбутніх інженерів на ранніх етапах навчання курсу нарисної геометрії, теоретичного обґрунтування і створення нових форм представлення навчального матеріалу цієї дисципліни, удосконалення навчально-методичного забезпечення самостійної роботи студентів завдяки використанню нових дидактичних засобів навчання. Питання методичного забезпечення навчального процесу з дисципліни, системного підходу до використання відеозасобів ще не досить висвітлені в педагогічній теорії й не вирішені в практиці навчання нарисної геометрії.

2. У ході комплексного аналізу дидактичних засобів, що використовуються для формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії визначені особливості стереоскопічних проекцій, які мають високу наочність, створюючи ілюзію об'ємності реального об'єкту та динамічні моделі, що дозволяють спостерігати перетворення геометричних об'єктів.

Автором розроблено й реалізовано комп'ютерну програму розрахунку і автоматизованої побудови стереопроекцій (у середовищі Maple) для системи точок, що визначають положення об'єкту у просторовій системі координат.

3. Розроблено комплект дидактичних засобів на основі динамічних стереоскопічних моделей (ДСМ), що являють собою набір зображень поетапних динамічних побудов та динамічних перетворень стереоскопічних проекцій із змінюваним стереоскопічним ефектом. ДСМ дозволяють здійснювати наочні динамічні перетворення (трансформації) стереоскопічних проекцій в плоскі і навпаки. Запропонований у роботі метод кольорових анагліфів є одним із відомих методів сепарації стереозображень і дозволяє розміщувати стереозображення як в локальних навчальних мережах закладів освіти, так і в Internet для систем дистанційного навчання і методичного забезпечення самостійної роботи студентів. Метою використання ДСМ у процесі навчання нарисної геометрії є підвищення ефективності навчання нарисної геометрії завдяки формуванню просторової уяви студентів.

4. Теоретично обґрунтовано та розроблено методику формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей. Основна ідея запропонованої методики формування просторової уяви у процесі навчання нарисної геометрії полягає у заміні зображень геометричних об'єктів сприйняттям їх статичних та динамічних стереоскопічних проекцій та моделей. Методика завдяки новим дидактичним засобам дає можливість формувати у майбутніх інженерів просторове уявлення форм і взаємного розташування об'єктів, забезпечити самостійну роботу студентів наочним методичним матеріалом з дисципліни "Нарисна геометрія". Запропонована методика може використовуватися для проведення лекційних, практичних, семінарських занять за дисциплінами, що потребують наочності навчального матеріалу за всіма формами навчання.

5. В результаті експериментального дослідження встановлено, що розроблена і впроваджена методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей обумовила підвищення рівня засвоєння знань з цієї дисципліни, інтересу студентів до навчання завдяки використанню інноваційних освітніх технологій. Ефективність розробленої методики підтверджується результатами контрольного етапу експерименту: значно підвищився рівень засвоєння знань студенів експериментальних груп з дисципліни "Нарисна геометрія" (середній рівень засвоєння курсу - 0,641) у порівняння з контрольними (середній рівень засвоєння курсу - 0,539). Доведено ефективність запропонованої методики і підтверджено правильність висунутої гіпотези дослідження - розроблена методика формування просторової уяви студентів сприяє більш ефективному засвоєнню навчального матеріалу у процесі навчання нарисної геометрії.

6. Розроблено та впроваджено в процес підготовки майбутніх інженерів методичні рекомендації для викладачів та студентів щодо застосування методики формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Виконане дослідження однак не вирішує всіх аспектів розв'язання проблеми формування просторової уяви майбутніх інженерів у процесі навчання нарисної геометрії. Подальшого дослідження потребують такі аспекти проблеми: обґрунтування теоретичних і методичних засад комп'ютерних технологій формування просторової уяви; наукове обґрунтування методики дистанційного навчання майбутніх інженерів з графічних дисциплін; створення методик формування просторової уяви за іншими напрямами підготовки бакалаврів.

Список опублікованих праць за темою дослідження

1. Ткаченко В.П., Корнєєва А.М. Педагогічна проблема розвитку просторової уяви студентів при навчанні курсу нарисній геометрії //Освіта Донбасу: Наук. метод. видання. - Луганськ: ЛНПУ ім. Т. Шевченка, 2006. - Вип. № 3-4 (116-117). - С. 59-63.

2. Ткаченко В.П., Корнеева А.Н. Использование стереоскопических проекций для развития пространственного воображения будущих инженеров (геометрические и хроматические параметры стереоскопического проецирования) // Духовність особистості: методологія, теорія і практика: Зб. наук. пр. - Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2006. Вип.3(16). - С.132-148.

3. Ткаченко В.П., Корнєєва А.М. Формування просторової уяви студентів при вивченні курсу "Нарисна геометрія" // Зб. наук. пр. Бердянського державного педагогічного університету (педагогічні науки). - Бердянськ: БДПУ, 2006. Вип. № 3. С. 176 -181.

4. Ткаченко В.П., Корнєєва А.М. Навчально-методичний комплекс дистанційного курсу дисципліни як засіб управління методичним забезпеченням навчального процесу //Проблеми інженерно-педагогічної освіти: Зб. наук. пр. Харків: УІПА, 2005. Вип. №10. С.142-146.

5. Ткаченко В.П., Крашенинников В.Н., Криворучкин В.И., Корнеева А.Н. Информационный подход к изучению начертательной геометрии и инженерной графики // Духовність особистості: методологія, теорія і практика: Зб. наук. пр. - Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2005. Вип. 1(7). - С. 177-184.

6. Корнєєва А.М. Психолого-педагогічні основи просторової уяви // Теоретичні і прикладні проблеми психології: Зб. наук. пр. - Луганськ: СНУ ім. В.Даля. 2006. Вип. №2(13). - С. 132140.

7. Ткаченко В.П., Корнеева А.Н. Психологические проблемы дистанционного образования // Теоретичні і прикладні проблеми психології: Зб. наук. пр. - Луганськ: СНУ ім. В.Даля. 2002. № 2(4). С.225229.

8. Ткаченко В.П., Корнеева А.Н. Дистанционное образование и мотивация к обучению // Тенденції та сучасні психолого-педагогічні проблеми підготовки фахівців у вищій школі: Зб. наук. пр. Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2002. С. 19-22.

9. Корнеева А.Н. Использование форм дистанционного обучения в образовательной системе вуз-регион // VІІІ Науково-практична конференція "Університет і регіон": Зб. наук. пр. Луганськ: СНУ, 2002. С. 87.

10. Корнєєва А.М. Об'єктивні методи педагогічного контролю знань у кредитно-модульній системі // Міжнародні далівські читання: Зб. наук. пр. Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2004. С. 172174.

11. Ткаченко В.П., Корнеева А.Н. Заочная форма обучения должна стать дистанционной // Стратегічні напрями розвитку вищої освіти в Україні: Тез.доп. Міжнар.наук.конф. Київ-Судак, 2003. С.132-134.

12. Велигура А.В., Корнеева А.Н., Лехциер Л.Р., Макаренко М.Б., Ткаченко В.П. Программа обучения и контроля знаний студентов с использованием рейтинговой оценки //Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2005. № 5(87). - С. 32-36.

13. Ткаченко В.П., Макаренко М.Б., Корнеева А.Н. Активизация учебного процесса путем самостоятельного выбора учащимся уровня сложности тестового контроля знаний // The science: theory and practice // Materials of International scientifically-practical conference/ Pedagogical sciences.- Publishing House, Prague, 2005. Volume 17. С.4143.

14. Методичні рекомендації щодо впровадження методики формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії (для викладачів та студентів технічних навчальних закладів) / Корнєєва А.М. - Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2006. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru

...