Методика навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська інженерно-педагогічна академія

УДК 378.147:62(043.3)

Методика навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів

13.00.02 - теорія та методика навчання (технічні дисципліни)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук

Чуприна Ганна Петрівна

Харків 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Бердянському державному педагогічному університеті, Міністерство освіти і науки України, м. Бердянськ.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Хоменко Віталій Григорович, Бердянський державний педагогічний університет, директор Інституту освітніх інженерно-педагогічних технологій, завідувач кафедри комп'ютерних технологій в управлінні та навчанні, м. Бердянськ.

Офіційні опоненти:

доктор педагогічних наук, професор Морзе Наталія Вікторівна, Національний університет біоресурсів і природокористування України, проректор з навчально-наукових питань інформатизації та телекомунікаційних систем, м. Київ;

кандидат педагогічних наук Олійник Наталія Юріївна, Харківський торговельно-економічний інститут Київського національного торговельно-економічного університету, доцент кафедри вищої математики та інформатики, м. Харків.

Захист відбудеться «16» листопада 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 розіслано «14» жовтня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Кулешова

навчання програмний захист дидактичний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Новітні інформаційні технології інтенсивно завойовують всі сфери професійної діяльності людини. Важко уявити сучасний заклад, підприємство без розвиненої інформаційної інфраструктури: сукупності інформаційних центрів, банків даних і знань, центрів керування, апаратно-програмних засобів і технологій забезпечення збору, зберігання, обробки і передачі інформації; неможливо уявити роботу фахівця без комп'ютера, локальної мережі, Інтернету. Інформація стає головним ресурсом науково-технічного і соціально-економічного розвитку будь-якої галузі як в Україні, так і у світі. В умовах конкурентно-ринкових відносин постають питання збереження інформації, її захисту при обробці, передачі, накопиченні. Виникає необхідність у побудові як більш складних інформаційних систем для захисту інформації, так і підвищення надійності існуючих засобів захисту. Це супроводжується постійним зростанням потреби у висококваліфікованих фахівцях в галузі комп'ютерних технологій. Саме тому стандартами вищої освіти висуваються нові вимоги до процесу навчання технічних дисциплін у вищих навчальних закладах і до якості підготовки майбутніх інженерів та інженерів-педагогів комп'ютерного профілю.

При підготовці інженера-педагога комп'ютерного профілю з технічної дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» треба враховувати особливості цієї галузі: наявність великого різноманіття програмних засобів захисту інформації, постійне виникнення нових загроз і відповідно до них - постійна розробка нових або модернізація існуючих засобів захисту інформації.

Основи методики навчання студентів програмних засобів загального призначення і програмних засобів захисту інформації викладено у працях О. Андрончика, А. Ашерова, А. Бєляєва, В. Бикова, Л. Білоусової, О. Бойцева, С. Варлатої, М. Вєртузаєва, Б. Гершунського, С. Глушакова, В. Домарєва, М. Жалдака, В. Завгороднього, В. Ігнатьєва, І. Кузнецова, А. Купріянова, А. Малюка, В. Мельнікова, Н. Морзе, Н. Олійник, В. Платонова, Є. Полат, Ю. Романця, В. Сідєльнікова, В. Скіби, А. Соколова, А. Щеглова, В. Фігурнова, В. Хоменка, В. Шаньгіна, А. Щербакова, С. Яремчука та інших учених.

Але такі особливості предметної галузі та методик навчання програмних засобів захисту інформації, як наявність великої кількості програмних продуктів (від кількох десятків до кількох сотень) та ознак їх опису, відсутність моделей універсального опису цих програм, відсутність структурованого опису програмних засобів захисту інформації, відсутність дидактичного узагальнення інформації з програмних засобів захисту інформації на єдиній основі, використання в основному репродуктивних методів навчання, розробку та використання засобів навчання у більшості на фізичному рівні об'єктивно характеризують проблеми підвищення якості процесу навчання студентів програмних засобів захисту інформації.

Основи структурування та дидактичного узагальнення змісту навчання розроблено в працях Ю. Бабанського, Н. Богоявленського, Л. Виготського, Е. Войшвілло, С. Гончаренко, П. Гальперіна, Д. Горського, В. Давидова, Б. Єсіпова, Д. Ельконіна, В. Зінченка, І. Ітельсона, П. Копніна, Г. Лєвіна, І. Лернера, Н. Мєнчинської, Б. Мєщерякова, В. Міжерікова, В. Оніщука, В. Паламарчук, Ю. Петрова, П. Підкасистого, Є. Рапацевича, С. Рубінштейна, В. Свєтлова, М. Скаткіна, Н. Тализіної, С. Шапоринского та інших учених.

Але при цьому такі важливі для означеної предметної галузі види узагальнення (пов'язані з наявністю великої кількості програмних засобів захисту інформації), як узагальнення для експрес-ідентифікації програмного засобу та узагальнення для повноознакового опису програмних засобів захисту інформації недостатньо розроблені у наукових працях психологів та дидактів.

Все це обумовлює наявність основної суперечності між необхідністю засвоєння великих обсягів різнорідної інформації з програмних засобів захисту інформації в обмежені терміни часу та недостатньою розробленістю моделей її структурування та узагальнення.

Ця суперечність обумовила необхідність дослідження проблеми теоретичного обґрунтування, розробки та експериментальної перевірки методичної системи навчання програмних засобів захисту інформації на основі використання моделей структурування та узагальнення.

Отже, актуальність означеної проблеми, її недостатня розробленість та необхідність розв'язання виявленої суперечності зумовили вибір теми дисертаційного дослідження: «Методика навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-практичні розробки проведеного дисертаційного дослідження є складовою частиною науково-дослідної роботи в межах комплексної теми кафедри комп'ютерних систем та мереж Бердянського державного педагогічного університету «Розробка комп'ютерно-орієнтованих методик навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей» (протокол №5 засідання вченої ради Бердянського державного педагогічного університету від 01 березня 2006 р.).

Тему дисертації затверджено на засіданні вченої ради Бердянського державного педагогічного університету (протокол № 2 від 25 вересня 2008 р.) і узгоджено в Раді з координації наукових досліджень в галузі педагогіки та психології в Україні (протокол № 9 від 25 листопада 2008 р.).

Мета дослідження - теоретично обґрунтувати, розробити й експериментально перевірити методичну систему навчання майбутніх інженерів-педагогів дисципліни «Програмні засоби захисту інформації».

Відповідно до поставленої мети визначено такі завдання дослідження:

Провести аналіз програмних засобів захисту інформації та існуючих методик їх навчання, визначити проблему і гіпотезу дослідження.

Визначити теоретичні засади моделювання змісту навчання з програмних засобів захисту інформації.

Теоретично обґрунтувати та розробити:

- метод подвійного дидактичного узагальнення;

- універсальну структурно-функціональну модель подання змісту навчання з програмних засобів захисту інформації;

- метод навчання програмних засобів захисту інформації на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання;

- дидактичні засоби на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання;

- на їх основі - методичну систему навчання студентів програмних засобів захисту інформації.

Експериментально перевірити ефективність розробленої методичної системи навчання майбутніх інженерів-педагогів дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» та впровадити її у навчальний процес.

Розробити і впровадити у навчальний процес підготовки майбутніх інженерів-педагогів навчальний посібник, розроблений на основі методичної системи навчання студентів програмних засобів захисту інформації.

Об'єкт дослідження - процес навчання майбутніх інженерів-педагогів дисципліни «Програмні засоби захисту інформації».

Предмет дослідження - методична система навчання майбутніх інженерів-педагогів дисципліни «Програмні засоби захисту інформації».

Гіпотеза дослідження полягає в тому, що якість засвоєння великих обсягів різнорідної інформації з програмних засобів захисту інформації підвищиться, якщо

· зміст навчання структурувати та узагальнювати на основі використання моделей подання змісту, які ґрунтуються на об'єктивних психічних моделях ментальної репрезентації інформації людиною та моделях опису змісту технічних предметних галузей;

· використовувати два види моделей дидактичного узагальнення змісту: один вид моделей повинен забезпечувати експрес-ідентифікацію програмного продукту, другий - повноознаковий узагальнений опис кожного типу програмного засобу захисту інформації.

Методологічну та теоретичну основу дослідження складають психічні теорії і моделі ментальної репрезентації (Дж. Андерсон, Л. Ітельсон, Р. Солсо, І. Хофман), теорії і моделі опису змісту технічних предметних галузей (Я. Дітріха, М. Лазарєва), теорії змісту навчання (С. Гончаренко, О. Коваленко, В. Краєвський, В. Лєдньов, І. Лєрнер, В. Лозова, М. Скаткін), теорії оптимізації педагогічного процесу (Ю. Бабанський. Є. Голант, Л. Занков, В. Лозова, М. Скаткін, Н. Тализіна), теорії дидактичного узагальнення (Л. Виготський, П. Гальперін, В. Давидов, А. Менчинська, С. Рубінштейн, Д. Ельконін, І. Лєрнер, Н. Тализіна), педагогіка вищої технічної школи (С. Архангельський, А. Ашеров, В. Беспалько, І. Булах, В. Загвязинський, Е. Зеєр, О. Коваленко, М. Лазарєв, Н. Ничкало, Д. Чернілевський, В. Ягупов), інформатизація освіти та використання засобів інформаційно-комунікаційних технологій (В. Биков, Л. Білоусова, Б. Гершунський, М. Жалдак, В. Клочко, В. Мадзігон, Н. Морзе, Н. Олійник, Є. Полат)

Для вирішення завдань були використані такі методи дослідження:

- теоретичні: аналіз психолого-педагогічної, науково-методичної літератури з проблеми розроблення методичної системи навчання майбутніх інженерів-педагогів технічних дисциплін для визначення напрямків дослідження та понятійно-категоріального апарату, методи структурування понять, методи моделювання змісту предметної галузі, методи дидактичного узагальнення для структурування та дидактичного узагальнення змісту предметної галузі, теорія множин та логіко-математичні методи для формування та подання змісту навчання з програмних засобів захисту інформації;

- емпіричні: педагогічний експеримент (констатувальний, формувальний та порівняльний) для визначення ефективності розробленої методичної системи навчання студентів програмних засобів захисту інформації, опитування, анкетування, педагогічне спостереження за навчальною діяльністю майбутніх інженерів-педагогів;

- методи математичної статистики (перевірка статистичних гіпотез, дисперсійний аналіз, критерії Стьюдента, Фішера, Кохрена) для аналізу результатів експериментальної роботи.

Наукова новизна результатів дослідження полягає в тому, що

вперше теоретично обґрунтовано, розроблено та експериментально перевірено методичну систему навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації, яка побудована на основі використання універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням;

набули подальшого розвитку:

- методи дидактичного узагальнення, подальше удосконалення полягає у теоретичному обґрунтуванні та розробці методу подвійного дидактичного узагальнення на основі дидактичного узагальнення з мінімально достатньою кількістю ознак для експрес-ідентифікації програмних засобів захисту інформації та повноознакового дидактичного узагальнення для повного опису програмних засобів захисту інформації;

- моделі подання змісту навчання технічних дисциплін, розвиток полягає у розробці універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання програмних засобів захисту інформації на основі використання методу подвійного дидактичного узагальнення;

- методи навчання, розвиток полягає у теоретичному обґрунтуванні і розробці комбінованого багатокрокового методу, який ґрунтується на комбінованому використанні пояснювально-ілюстративного та проблемних методів (проблемне навчання, евристичний та дослідницький методи), забезпечує досягнення трьох рівнів засвоєння інформації (ознайомчо-орієнтовному, понятійно-аналітичному та продуктивно-синтетичному), реалізує на основі розробленої універсальної структурно-функціональної моделі покрокове подвійне дидактичне узагальнення змісту навчання з програмних засобів захисту інформації;

- дидактичні засоби, розвиток полягає у теоретичному обґрунтуванні і розробці дидактичних засобів шляхом поєднання фізичної та логічної наочності на основі використання розробленої універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання.

Практичне значення одержаних результатів дослідження полягає у тому, що відповідно до державних стандартів вищої освіти розроблено, експериментально перевірено та впроваджено в навчальний процес методичну систему навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації, яка базується на універсальній структурно-функціональній моделі подання змісту навчання, комбінованому багатокроковому методі навчання з подвійним дидактичним узагальненням, дидактичних засобах, навчальний посібник «Методика навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» на основі подвійного дидактичного узагальнення».

Результати дослідження впроваджено у навчальний процес Бердянського державного педагогічного університету (довідка №64/897-08 від 14.04.2010 р.), Української інженерно-педагогічної академії (довідка №105-04-102 від 24.03.2010 р.), Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля (довідка №108-115-2114/41 від 21.04.2010 р.), Луцького національного технічного університету (довідка №919-20-30 від 22.05.2010 р.).

Матеріали дослідження можуть бути використані для подальшого удосконалення процесу професійної підготовки студентів технічних та інженерно-педагогічних закладів освіти.

Вірогідність та обґрунтованість результатів дослідження забезпечено застосуванням комплексу методів дослідження, адекватних меті, об'єкту, предмету та завданням дослідження, відповідністю основних положень дисертації відомим результатам психолого-педагогічних досліджень, репрезентативністю вибірки студентів для педагогічного експерименту, статистичним аналізом експериментальних даних, апробацією і впровадженням результатів дослідження в практику роботи вищих навчальних закладів.

Особистий внесок здобувача. У працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать (відповідно до списку наукових праць): у роботі [1] - підготовка завдань та розробка структурно-функціональних моделей подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням для розділів «Антивірусні програми», «Міжмережні екрани», «Засоби ідентифікації та автентифікації користувача»; у роботі [2] - обґрунтування використання теоретичного узагальнення у навчанні програмних засобів захисту інформації на основі методу подвійного дидактичного узагальнення.

Апробація результатів дослідження. Основні положення та результати дисертаційного дослідження доповідалися і обговорювалися на Міжвузівській науково-практичній конференції: «Освітні інновації у навчально-виховному процесі: теорія, практика, проблеми змісту та методики педагогічних нововведень» (Харків, 2008 р.), Міжнародній науково-практичній конференції: «Внесок академіка В.С. Лєдньова у становлення та розвиток теорії і структури змісту сучасної інженерно-педагогічної освіти» (Харків, 2009 р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Інформаційні технології в освіті, науці та виробництві: теорія, методологія, досвід у підготовці педагогічних та інженерних кадрів» (Луцьк, 2009 р.), Міжнародній науково-технічній конференції: «Новітні комп'ютерні технології» (Київ-Севастополь, 2009 р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Проблеми та перспективи розвитку інженерно-педагогічної освіти» (Бердянськ, 2010 р.)

Публікації. Основні теоретичні положення та результати дослідження опубліковані у 7 наукових і науково-методичних працях (2 одноосібних): 5 - у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України; 1 - у матеріалах наукових конференцій; 1 - навчальний посібник.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, трьох розділів, висновків до розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (242, з них 8 іноземними мовами) та 7 додатків на 75 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 285 сторінок, з них основного тексту - 172 сторінки. Робота містить 29 таблиць на 34 сторінках і 53 рисунки на 48 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність дослідження, визначено його об'єкт, предмет, мету, гіпотезу, завдання, методологічні й теоретичні основи; розкрито наукову новизну, практичне значення, викладено особистий внесок дисертанта; наведено дані про впровадження результатів дослідження.

У першому розділі «Теоретичні засади методичної системи навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів» проведено аналіз програмних засобів захисту інформації і методик їх навчання на основі державних стандартів вищої освіти; розглянуто моделі ментальної репрезентації понять і моделі подання структурованого змісту предметної галузі програмних засобів захисту інформації; обґрунтовано метод подвійного дидактичного узагальнення, розроблено універсальну структурно-функціональну модель подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням; розроблено комбінований багатокроковий метод навчання з програмних засобів захисту інформації з подвійним дидактичним узагальненням; розроблено дидактичні засоби на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання програмних засобів захисту інформації.

Проведено аналіз програмних засобів захисту інформації, яким визначено наявність великої кількості програмних продуктів предметної галузі, що обумовлює проблему їх навчання в методичних системах. Результати аналізу методичних систем показали, що ці системи не реалізують у необхідному обсязі вимоги державного стандарту вищої освіти: система умінь та система знань лише частково відповідають цілям навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації», зміст навчання фрагментарно структурований або структурований за різними основами без дидактичного узагальнення, найчастіше використовуються пояснювально-ілюстративні (репродуктивні) методи навчання, які не забезпечують формування понятійно-аналітичного і продуктивно-синтетичного рівнів засвоєння навчального матеріалу, засоби навчання реалізуються за допомогою структурно-логічних моделей, які використовуються несистемно і мають різну структуру, в основному використовується фронтальна і індивідуальна форми навчання, фрагментарно використовуються парна та колективна форми навчання. Всі ці недоліки ускладнюють процес навчання в умовах великого різноманіття програмних засобів захисту інформації і не забезпечують повного, якісного і ефективного засвоєння навчального матеріалу з програмних засобів захисту інформації. Виходячи з розглянутих проблем, було зроблено висновок про те, що засвоїти таку велику кількість інформації з програмних засобів захисту інформації можливо за умови обґрунтування та розробки універсальної моделі структурування і узагальнення змісту навчання, методу подвійного дидактичного узагальнення на основі моделі експрес-ідентифікації програмного продукту і моделі для повного опису програмних засобів захисту інформації, методу навчання та дидактичних засобів на основі визначених моделей.

Основою для розробки універсальної моделі було обрано моделі психічної репрезентації понять, які в достатній мірі розроблені такими психологами, як Дж. Андерсон, Ф. Клікс, Р. Солсо, І. Хофман. Процес формування будь-яких понять виходить з визначення понять за допомогою ознак. Але коли множина опису ознак хаотична, не структурована, як, наприклад, первинно-інформаційний матеріал з програмних засобів захисту інформації, то він не може бути придатним для якісного навчання. Тому було проведено аналіз моделей репрезентації понять в пам'яті людини з метою визначення найбільш універсальної, адекватної моделі структурування і узагальнення великої кількості різнорідної інформації з програмних засобів захисту інформації. Було розглянуто образні моделі ментальної репрезентації понять, такі як: множинна репрезентація понять, модель репрезентації понять за допомогою прототипу, але вони не вирішили проблеми ні з структуруванням змісту програмних засобів захисту інформації, ні з його узагальненням. Було розглянуто моделі репрезентації понять за допомогою ознак Н. Аха й С. Хала, Л. Рібса, Е. Шобена і Е. Смітта, B. Hayes-Roth і F. Hayes-Roth, недоліки яких полягають у наявності різних алгоритмів розпізнавання, або відсутності стійких наборів ознак, що також не вирішувало визначеної проблеми. Крім цього було розглянуто модель Ф. Клікса, яка серед усіх розглянутих ознаковий моделей є найбільш універсальною, має чітку структуру і дає можливість покрочно, послідовно, детально вивчати програмні засоби захисту інформації. Для моделі експрес-ідентифікації програмного продукту модель Ф. Клікса складатиметься із мінімально достатньої кількості суттєвих ознак, для моделі повного опису програмного засобу захисту інформації - із максимальної кількості суттєвих ознак (яку було названо повноознаковою моделлю). Але ці моделі залишалися невизначеними з точки зору специфіки їх змістовного наповнення для використання в методиках навчання технічних дисциплін.

Для системного інформаційного опису програм захисту інформації було проаналізовано існуючі моделі системного інформаційного опису технічних об'єктів і процесів. Класичною моделлю опису технічних об'єктів є модель Я. Дітріха, де кожен технічний об'єкт подається за допомогою опису, який має ієрархічне підпорядкування (логічне відношення субординації понять). Однак змодельоване узагальнення множин ознак програмних засобів захисту інформації за моделлю Я. Дітріха дало опис об'єктів за допомогою співпідпорядкованості (логічного відношення координації понять). Це логічне неузгодження стало основною проблемою у використанні моделі Я. Дітріха. Крім цього, наявність ієрархії у моделі Я. Дітріха ускладнює процес її використання. Один із варіантів вирішення цієї проблеми було запропоновано в моделі М. Лазарєва, де основу опису ієрархічної структури програмних засобів захисту інформації складають такі логічні відношення між об'єктами як «множина-елемент», «ціле-частина», а основу функціональної частини моделі складають каузальні логічні відношення «причина - наслідок».

При використанні моделі психічної репрезентації понять Ф. Клікса і моделей технічної галузі - Я. Дітріха і М. Лазарєва проблема структурування змісту навчання з програмних засобів захисту інформації була вирішеною, але при цьому залишилася нерозв'язаною проблема узагальнення у двох протилежних напрямках.

Проблема узагальнення займає одне із центральних місць у філософії, психології й педагогіці. Дослідженням узагальнень займалися філософи Е. Войшвілло, Д. Горський, Б.М. Кєдров, П. Копнін, Г. Лєвін, Ю. Пєтров, В. Свєтлов, психологи Н. Богоявленський, Л. Виготський, П. Гальперін, В. Давидов, Е. Кабанова-Міллер, Л. Ланда, Н. Менчинська, С. Рубінштейн, Д. Ельконін, педагоги І. Лернер, В. Паламарчук, В. Оніщук, Н. Тализіна, С. Шапоринский та інші. Усі вчені однозначно визнають, що без узагальнення не може бути пізнання, але визначення і класифікацію узагальнень подають по різному. Проведений аналіз порівняння цих визначень і класифікацій дає змогу зробити висновок про те, що для процесу пізнання найбільш адекватним є емпіричне і теоретичне узагальнення, які в деталях описані психологом Л. Ітельсоном. І емпіричне, і теоретичне узагальнення можна використовувати для обох протилежних моделей узагальнення. Але використання емпіричного узагальнення буде відбуватися лише на етапі створення моделей, а теоретичне узагальнення - на всіх етапах навчання програмних засобів захисту інформації.

Отже, для загального вирішення означених проблем узагальнення було обрано теоретичне узагальнення, для процесу формування якого скористалися моделлю Л. Ітельсона. Але, якщо узагальнення буде відбуватися за однією і тією ж схемою, то неможливо буде виконати експрес-ідентифікацію програмного продукту і повноознаковий опис програмних засобів захисту інформації. З цієї причини на етапі формування теоретичного узагальнення - зіставлення класів об'єктів, реалізуємо за Н. Масловим дві протилежні логічні операції: додавання і множення понять. Ці дві операції здійснюються над поняттями, а ми маємо справу з множинами ознак, тому з теорії множин було взято дві відповідні операції: для логічної операції додавання понять - операцію об'єднання множин; для логічної операції множення понять - операцію перетину множин.

Отже, для розв'язання поставленої задачі - побудови двох протилежних моделей дидактичного узагальнення було обрано теоретичне узагальнення, на основі якого при побудові моделі експрес-ідентифікації над множинами ознак програмних продуктів необхідно виконувати операцію перетину множин для отримання мінімальної кількості суттєвих ознак, а при побудові повноознакової моделі повного опису програмних засобів захисту інформації - операцію об'єднання множин для отримання максимальної кількості суттєвих ознак. Таким чином, для вирішення проблем структурування і подвійного дидактичного узагальнення змісту навчання на основі вищезазначених підґрунть було розроблено універсальну структурно-функціональну модель подання змісту навчання з програмних засобів захисту інформації. Ця модель представлена на рис. 1, де R, R_ек.ід., R_п.о. - множини ознак за призначенням: програмного засобу, моделі експрес-ідентифікації і повноознакової моделі відповідно; S, S_ек.ід., S_п.о. - множини ознак складу: програмного продукту, моделі експрес-ідентифікації і повноознакової моделі відповідно; D, D_ек.ід., D_п.о. - множини ознак принципу дії: програмного продукту, моделі експрес-ідентифікації і повноознакової моделі відповідно. Кожна з множин складається з ієрархічної структури, між ознаками яких існує логічне відношення «множина-елемент» або «ціле-частина». Каузальний зв'язок між множинами на рис.1 зображено двонаправленими стрілками.

На основі моделі подання змісту навчання розроблено теоретичну модель методу навчання (рис.2). За цією моделлю метод є комбінованим - складається з пояснювально - ілюстративного, проблемного, евристичного та дослідницького методів для забезпечення засвоєння навчальної інформації на ознайомчо-орієнтовному, понятійно-аналітичному та продуктивно-синтетичному рівнях відповідно; багатокроковим - реалізує на основі розробленої універсальної структурно-функціональної моделі покрокове (при навчанні кожного програмного засобу захисту інформації) подвійне дидактичне узагальнення змісту навчання.

На основі комбінованого багатокрокового методу навчання з подвійним дидактичним узагальненням обґрунтовано і розроблено в залежності від обраної стратегії вісім різних варіантів реалізації методу. Будь-який з цих варіантів забезпечує для засвоєння програмних засобів захисту інформації. Вибір того чи іншого варіанту залежить від визначених дидактичних цілей.

Рис. 2 Теоретична модель комбінованого багатокрокового методу навчання з подвійним дидактичним узагальненням

Ефективність реалізації розробленого методу навчання визначають обґрунтовані і розроблені дидактичні засоби. Основними вимогами до їх побудови було визначено системну презентацію всіх навчальних елементів на єдиній інформаційній основі і наявність наочності на логічному та фізичному рівнях. Єдиною інформаційною основою системи презентації всіх навчальних елементів може бути універсальна структурно-функціональна модель подання змісту навчання. Встановлені зв'язки між навчальними елементами «множина-елемент», «ціле-частина», «причина-наслідок», забезпечують наочності на логічному рівні. Наочність на фізичному рівні було забезпечено поданням екранних форм, алгоритмів функціонування, коментарів тощо, які доповнювали та пояснювали функціонування окремих навчальних елементів.

У другому розділі «Методична система навчання програмних засобів захисту інформації» розроблено цілі та зміст навчання програмних засобів захисту інформації, реалізовано комбінований багатокроковий метод навчання програмних засобів захисту інформації з подвійним дидактичним узагальненням, дидактичні засоби, форми навчання.

Згідно з робочою програмою дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» було виділено цілі навчання у вигляді системи умінь та відповідній до них системи знань. Для розробки повної системи змісту цієї дисципліни було проведено поетапну декомпозицію цілей навчання. На основі універсальної моделі було розроблено структурно-функціональні моделі змісту навчання і моделі подвійного дидактичного узагальнення програмних засобів захисту інформації.

На рис. 3, як приклад, наведено структурно-функціональну модель змісту навчання антивірусної програми Avira AntiVir Personal Edition, де R - множина «призначення», яка складається з ознак: R₁, R₂, R₃ - захист від вірусів, «черв'яків», троянських програм відповідно; R₁₁, R₂₁, R₃₁ - пошук вірусів, «черв'яків», троянських програм відповідно; R₁₂, R₂₂, R₃₂ - лікування файлів заражених вірусами, «черв'яками», троянськими програмами відповідно; множина S - «склад» містить ознаки: S₁ - Anti-Virus, S₁₁ - сканер, S₁₃ - фаг; S₂ - евристичний аналізатор; множина D - «принцип дії» складається з таких ознак: D₁ - методи пошуку, D₁₁ - метод порівняння кодів з базою сигнатур; D₁₂ - метод евристичних дій, D₂ - методи лікування, D₂₁ - видалення коду вірусу із файлу.

Для програмних засобів захисту інформації розроблено алгоритм реалізації комбінованого багатокрокового методу навчання з подвійним дидактичним узагальненням. На першому кроці реалізації цього методу треба обирати найпростіший програмний продукт, на другому - більш складний, і на останньому кроці - найскладніший програмний продукт. Перед реалізацією будь-якого кроку цього методу для кожного навчального елемента треба визначати рівень його засвоєння: ознайомчо-орієнтовний, понятійно-аналітичний або продуктивно-синтетичний.

Далі обирається один з восьми варіантів реалізації комбінованого багатокрокового методу навчання, які різняться між собою принциповими моментами подання навчальної інформації. Наприклад, треба визначити за якою стратегією буде відбуватися засвоєння навчальних елементів: блоками (за ієрархією) або поелементно (за каузальними зв'язками). Причому для поблочного засвоєння знань обирається один із шести варіантів послідовностей засвоєння блоків, для поелементного - тільки підмножинність і рівень першого елементу. Другим принциповим моментом є визначення послідовності досягання необхідного рівня засвоєння навчальних елементів, тому що засвоювати навчальні елементи можна блоками (ланцюгами) за трьома рівнями або засвоювати навчальний елемент блоку (ланцюга) до необхідного рівня. Третім і останнім принциповим моментом подання навчальної інформації є вибір послідовності засвоювання каузальних зв'язків. Для поблочного засвоювання каузальні зв'язки можна вивчати після засвоєння навчальних елементів всіх блоків або чергувати засвоєння блоків послідовності з каузальними зв'язками. Для поелементного засвоєння каузальні зв'язки можна встановлювати і вивчати неперервно або переривати зв'язками ієрархії.

Наприкінці кожного кроку комбінованого багатокрокового методу навчання відбувається побудова подвійного дидактичного узагальнення. Чим більше кроків було зроблено при навчанні конкретної групи програмних засобів захисту інформації, тим більш точною стає модель експрес-ідентифікації і більш наповненою стає повноознакова модель повного опису програмного засобу захисту інформації. На першому кроці цього методу (після реалізація одного варіанту методу) моделі експрес-ідентифікації і повноознакова модель програмного продукту будуть складатися з однакових навчальних елементів і співпадатимуть із структурно-функціональною моделлю програмного засобу захисту інформації.

Згідно з теоретичною розробкою у першому розділі дидактичні засоби програмних засобів захисту інформації повинні складатися із структурно-функціональних моделей, а також екранних форм, алгоритмів функціонування, рисунків, коментарів програмного продукту, щоб реалізувати наочність на логічному і фізичному рівнях. Наочність на логічному та фізичному рівнях повинна реалізовуватися для кожного навчального елементу. Це означає, що суть кожного навчального елементу треба розкривати за допомогою логічних зв'язків («множина-елемент», «ціле-частина», «причина-наслідок») та за допомогою засобів наочності на фізичному рівні: екранної форми програми чи відповідного процесу програмного продукту, фрагменту алгоритму з принципу дії, рисунків, які характеризують призначення або властивості навчального елементу.

Для ефективного засвоєння навчального матеріалу з програмних засобів захисту інформації згідно з цілями навчання було встановлено зв'язок між рівнями засвоєння навчального матеріалу програмних засобів захисту інформації і відповідними формами організації навчальної діяльності студентів. Для кожної форми організації навчальної діяльності студентів було підібрано відповідні комплекти питань і завдань.

У третьому розділі «Експериментальне дослідження методичної системи навчання майбутніх інженерів-педагогів дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» визначено організаційно-методичні основи експериментального дослідження, способи обробки та аналізу результатів.

Метою експериментального дослідження було визначення ефективності розробленої методичної системи навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів. Для оцінювання якості навчання студентів програмних засобів захисту інформації було обрано три групи показників, які визначали рівні сформованості професійних знань та умінь, впливу елементів методичної системи на формування знань та вмінь, впливу елементів методичної системи на формування професійно важливих якостей майбутніх інженерів-педагогів. Педагогічний експеримент складався з констатувального, формувального та порівняльного етапів.

У ході констатувального етапу експерименту було проаналізовано традиційну методичну систему навчання студентів програмних засобів захисту інформації, яка ґрунтується на текстових описах послідовності дій з виконання навчального завдання, з метою визначення її ефективності. На цьому етапі в експерименті брало участь 125 студентів спеціальностей «Професійне навчання. Комп'ютерні технології в управлінні та навчанні», «Професійне навчання. Комп'ютерні системи та мережі» і «Професійне навчання. Обробка та захист інформації» Бердянського державного педагогічного університету. Результати констатувального етапу експерименту показали, що традиційна методична система не забезпечує достатнього рівня якості навчання студентів програмних засобів захисту інформації, оскільки середні значення показників ефективності методичної системи за трьохрівневою шкалою знаходяться в межах від низького до середнього рівня.

Метою формувального та порівняльного етапів педагогічного експерименту була перевірка ефективності розробленої методичної системи. На формувальному етапі педагогічного експерименту брали участь 175 студентів Бердянського державного педагогічного університету (75 студентів у контрольній та 100 студентів в експериментальній групах). У контрольній групі процес навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації відбувався за традиційною методичною системою навчання дисципліни, а в експериментальній групі - за розробленою методичною системою на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням.

Результати порівняльного етапу в експериментальній та контрольній групах (табл. 1) дозволяють зробити висновок щодо переваг показників ефективності методичної системи у студентів експериментальної групи.

Якісний аналіз результатів експериментального дослідження запропонованої методичної системи показав підвищення якості професійних знань та умінь, спроможність легко виконувати узагальнення, встановлювати логічні зв'язки з навчальними елементами, творчо підходити до вирішення проблемних ситуацій.

Таблиця 1 Результати порівняльного етапу експерименту

Статистична значимість різниці між показниками контрольної та експериментальної груп визначалася за допомогою статистичних функцій та модулю "Аналіз даних" у середовищі електронних таблиць Microsoft Excel за такими критеріями, як: Y - критерій Кохрена, t - критерій Стьюдента, F - критерій Фішера. Результати дисперсійного аналізу експериментальних даних підтвердили статистично значиму різницю (на рівні значимості 0,05) показників ефективності методичної системи контрольної та експериментальної груп (експериментальне значення критерію Фішера знаходиться в межах від 9 до 26, що більше, ніж його критичне значення 4,3).

Таким чином, проведене дослідження підтвердило вірність гіпотези дослідження - розроблена методична система забезпечує більш високу якість навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації.

ВИСНОВКИ

У дисертації здійснено теоретичне узагальнення та запропоновано нове розв'язання наукової проблеми підвищення якості навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації. Вирішення цієї проблеми здійснено шляхом обґрунтування, розробки, експериментальної перевірки та впровадження цілей, змісту, методу, засобів, форм та технології методичної системи навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням.

1. У результаті аналізу програмних засобів захисту інформації і існуючих методик їх навчання було визначено специфіку цієї технічної галузі, проблему і гіпотезу дослідження. Специфікою технічної дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» є наявність великої кількості існуючих програмних продуктів, їх постійна модернізація і збільшення кількості. А недостатня розробленість моделей їх структурування і узагальнення в методичних системах навчання та неповна відповідність методичних систем вимогам державних стандартів вищої освіти визначили проблему дослідження. Для реалізації вимог державних стандартів вищої освіти було розроблено гіпотезу дослідження, яка полягає в тому, що якість засвоєння великих обсягів різнорідної інформації з програмних засобів захисту інформації підвищиться, якщо зміст навчання структурувати та узагальнювати на основі моделей подання змісту, які ґрунтуються на об'єктивних психічних моделях ментальної репрезентації інформації людиною та моделях опису змісту технічних предметних галузей; використовувати два види моделей дидактичного узагальнення змісту: один вид моделей повинен забезпечувати експрес-ідентифікацію програмного продукту, другий - повноознаковий узагальнений опис кожного типу програмного засобу захисту інформації.

2.Визначено теоретичні засади моделювання змісту навчання з програмних засобів захисту інформації. Так, на основі аналізу психічних моделей репрезентації понять в пам'яті людини як перша основа для моделювання змісту була обрана ознакова модель Ф. Клікса, яка є більш універсальною у порівнянні з іншими моделями, має чітку структуру і може бути підґрунтям для побудови двох моделей узагальнення. На основі аналізу моделей подання структурованого змісту предметної галузі програмних засобів захисту інформації як друга основа була обрана класична модель Я. Дітріха і модель М. Лазарєва. З урахуванням специфіки програмних засобів захисту інформації було здійснено модифікацію цих моделей, що дало змоги використати їх для змістовного наповнення моделі змісту програмних засобів захисту інформації.

3. Теоретично обґрунтовано та розроблено метод подвійного дидактичного узагальнення на основі дидактичного узагальнення з мінімальною кількістю ознак, яке можна отримати за допомогою операції перетину відповідних множин програмних продуктів для моделі експрес-ідентифікації та дидактичного узагальнення з максимальної кількості ознак, яке можна отримати за допомогою операції об'єднання відповідних множин - для повноознакової моделі опису програмного засобу захисту інформації; універсальну структурно-функціональну модель з подвійним дидактичним узагальненням, яка ґрунтується на методі подвійного дидактичного узагальнення та психічних моделях ментальної репрезентації понять у пам'яті людини і моделях змісту предметних технічних галузей, що забезпечують універсальну структуру і функціональність моделі; комбінований багатокроковий метод навчання з подвійним дидактичним узагальненням, який ґрунтується на комбінуванні репродуктивних і продуктивних методів навчання для досягнення необхідних рівнів засвоєння інформації та покрокової реалізації подвійного дидактичного узагальнення; дидактичні засоби, які ґрунтуються на універсальній структурно-функціональній моделі, екранних формах і алгоритмах функціонування програмного продукту, що забезпечує поєднання логічного і фізичного рівнів наочності. На основі вищезазначеного обґрунтовано і розроблено методичну систему навчання студентів програмних засобів захисту інформації.

4. Для оцінювання ефективності розробленої методичної системи навчання студентів програмних засобів захисту інформації обрано три групи показників, які визначали рівень сформованості професійних умінь та знань, рівень впливу елементів методичної системи на формування знань та умінь та рівень впливу елементів методичної системи на формування професійно важливих якостей інженера-педагога. В результаті проведення експериментального дослідження встановлено, що розроблена і впроваджена методична система навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів обумовила підвищення якості навчання студентів (в експериментальній групі по відношенню до контрольної відносні витрати навчального часу зменшилися в середньому на 7,2%; показник засвоєння професійних знань збільшився на 10,2%; показник сформованості професійних умінь збільшився на 8,1%; показник сформованості уміння виконувати узагальнення на основі логічної операції об'єднання множин ознак програмних засобів захисту інформації збільшився на 8,7%; показник сформованості уміння виконувати узагальнення на основі логічної операції перетину множин ознак збільшився на 7,6%; приріст середніх значень показників впливу елементів методичної системи на формування знань та умінь склав 8,6%; приріст середніх значень показників впливу елементів методичної системи на формування професійно важливих якостей майбутнього інженера-педагога збільшився на 8,9%). Це підтверджує гіпотезу дослідження про підвищення ефективності розробленої методики та свідчить про виконання завдань і досягнення поставленої мети дослідження.

4. Теоретично обґрунтовані положення методичної системи навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів покладено в основу розробленого навчального посібника «Методика навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» на основі подвійного дидактичного узагальнення». Навчальний посібник забезпечує підвищення рівня засвоєння навчального матеріалу, сприяє підвищенню якості навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів.

Виконане дослідження не вирішує всіх аспектів розв'язання проблеми підвищення якості навчання майбутніх інженерів-педагогів програмних засобів захисту інформації.

Подальшого дослідження потребує обґрунтування теоретичних і методичних засад дистанційного навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Навчальний посібник

1. Хоменко В. Г. Методика навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» на основі подвійного дидактичного узагальнення / В. Г. Хоменко, Г. П. Чуприна. - Бердянськ : БДПУ, 2010. - 156 с.

Статті у наукових фахових виданнях

2. Хоменко В. Г. Теоретичні засади дидактичного узагальнення змісту навчання з програмних засобів захисту інформації / В. Г. Хоменко, Г. П. Чуприна // Проблеми інженерно-педагогічної освіти : зб. наук. праць. - Х. : УІПА, 2009. - Вип. 22-23. - С. 125-132.

3. Чуприна Г. П. Дидактичне узагальнення змісту навчального матеріалу з антивірусних програм / Г. П. Чуприна // Проблеми інженерно-педагогічної освіти : зб. наук. праць. - Х. : УІПА, 2009. - Вип. 24-25. - С. 208-218.

4. Чуприна Г. П. Узагальнена структурно-функціональна модель опису змісту навчання з програм захисту інформації / Г. П. Чуприна // Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. Серія № 13. Проблеми трудової та професійної підготовки. - 2009. Вип.4 - С. 184-190.

5. Чуприна Г. П. Структурна модель дидактичного узагальнення змісту навчання з програмних засобів захисту інформації / Г. П. Чуприна // Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. Серія № 13. Проблеми трудової та професійної підготовки. - 2009. Вип.6 - С. 169-179.

6. Чуприна Г. П. Методика навчання майбутніх інженерів-педагогів програмним засобам захисту інформації на основі використання узагальненої структурно-функціональної моделі / Г. П. Чуприна // Збірник наукових праць Бердянського державного педагогічного університету (Педагогічні науки). - Бердянськ : БДПУ, 2010. - № 2 . - С. 202-207.

Матеріали конференцій

7. Чуприна Г. П. Узагальнена структурно-функціональна модель опису антивірусних програм / Г. П. Чуприна // Новітні комп'ютерні технології: VII міжнар. наук.-техн. конф. : Київ-Севастополь, 15-18.09.2009. - К. : Міністерство регіонального розвитку та будівництва України, 2009. - С.120-121.

АНОТАЦІЇ

Чуприна Г.П. Методика навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів. - 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.

Дисертацію присвячено проблемі підвищення якості навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів. Визначено, що для реалізації вимог державних стандартів вищої освіти методична система навчання дисципліни «Програмні засоби захисту інформації» має розроблятися на основі методу подвійного дидактичного узагальнення. Теоретично обґрунтовано і розроблено універсальну структурно-функціональну модель подання змісту навчання з подвійним дидактичним узагальненням; комбінований багатокроковий метод навчання програмних засобів захисту інформації з подвійним дидактичним узагальненням; дидактичні засоби на основі універсальної структурно-функціональної моделі подання змісту навчання програмних засобів захисту інформації. Експериментальні дослідження підтвердили ефективність розробленої методичної системи навчання програмних засобів захисту інформації майбутніх інженерів-педагогів.

Ключові слова: інженер-педагог; методична система програмних засобів захисту інформації; подвійне дидактичне узагальнення; універсальна структурно-функціональна модель подання змісту навчання; комбінований багатокроковий метод навчання з подвійним дидактичним узагальненням, дидактичні засоби.

Чуприна А.П. Методика обучения программным средствам защиты информации будущих инженеров-педагогов. - Рукопись.Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения (технические дисциплины). - Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, 2010.

Диссертация посвящена проблеме повышения качества обучения программным средствам защиты информации будущих инженеров-педагогов. Анализ исследуемой проблемы выявил наличие основного противоречия между необходимостью усвоения большого объема разнообразной информации по программным средствам защиты информации в ограниченные сроки времени и недостаточной разработкой моделей его структурирования и обобщения.