Теоретико-методичні основи фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у вищих навчальних закладах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова

УДК 378.147:372.8004

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук

Теоретико-методичні основи фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у вищих навчальних закладах

13.00.02 - теорія та методика навчання (інформатика)

Семеріков Сергій Олексійович

Київ 2009

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Головні освітні тенденції 90-х рр. минулого століття - диференціація та спеціалізація навчання - виникли як відповідь на соціально зумовлену потребу ринкового суспільства знизити навчальне навантаження на студента та інтенсифікувати процес навчання у вищій школі з метою найшвидшого залучення молодої людини до суспільно-економічного життя. Проте в умовах ускладнення виробництва, прискорення науково-технічного прогресу та формування інформаційного суспільства вузькоспеціалізовані фахівці, підготовлені за скороченою програмою, швидко переставали б бути конкурентоспроможними на ринку праці. При цьому на початку ХХІ століття екстенсивними шляхом - подовженням терміну навчання та ускладненням навчального матеріалу - так і не вдалося розв'язати проблему швидкого застарівання знань, яка особливо гостро постала у сфері високих технологій - отримання нових матеріалів та здобування нових знань.

Аналіз вітчизняних та зарубіжних педагогічних досліджень показує, що на сучасному етапі інформатизації вищої освіти на перше місце виступають саме загальнотеоретичні, фундаментальні та міждисциплінарні знання, а не технологічні, утилітарні знання та вміння із застосування інформаційних технологій в навчальному процесі, як це має місце в останні десятиліття.

Повернення до фундаментальної освіти в тому вигляді, в якому вона існувала в СРСР, є неможливим, оскільки змінилися соціально-економічні умови, роль знань у суспільстві, сама система освіти. Однак без фундаментальної освіти, без оволодіння системним знанням та без формування цілісної природничо-наукової та інформаційної картини світу підготовка сучасного, здатного до навчання протягом всього життя фахівця також неможлива.

Розв'язанню протиріччя між радянським та сучасним підходами до визначення фундаментальної освіти сприяє чимало освітніх технологій - насамперед, це технології електронного і дистанційного навчання та тренінгові технології. Однак нова освітня парадигма, в основі якої лежить фундаменталізація навчання, передбачає якісно нові цілі вищої освіти, нові принципи добору та систематизації знань: на базі цих принципів не стільки розширюється обсяг професійних та загальнонаукових знань, скільки визначаються їх зв'язки та способи формування і функціонування в практичній діяльності.

Спрямування системи освіти на особистість як головний соціальний орієнтир проявляється в різних напрямах, і провідним серед них є створення для будь-якого члена суспільства можливості отримання освіти будь-якого характеру та рівня в будь-який період його життя. Становлення особистісно орієнтованої системи освіти неможливе без підготовки для неї спеціалістів нового покоління - вчителів, здатних у своїй практичній діяльності реалізувати нову освітню парадигму.

Фундаменталізація предметної підготовки майбутніх вчителів інформатики та фахівців у галузі інформаційних технологій є актуальною задачею сучасної вищої освіти, оскільки характерною ознакою інформаційного суспільства є те, що в ньому покоління речей та ідей змінюються швидше, ніж покоління людей. Підготовка вчителів інформатики та інженерів-програмістів за суттю є професійною освітою, проте в сучасних соціально-економічних умовах традиційне протиріччя між фундаментальним та професійним навчанням набуває нового змісту: якщо в минулому вузька профілізація була показником високої соціальної захищеності, то сьогодні таким показником стає мобільність, якої може набути лише широко освічена людина, здатна гнучко реагувати на зміну технологій. Орієнтація на вузьких професіоналів, характерна для минулого століття, поступово зникає з виробничої сфери: у ХХІ столітті потрібен спеціаліст, здатний гнучко перебудовувати напрям та зміст своєї діяльності у зв'язку зі зміною життєвих орієнтирів чи вимог ринку. Досягнення мобільності (зокрема, навчальної та професійної) є однією з найважливіших задач Болонського процесу, розв'язання якої можливе лише за умови фундаментального характеру вищої освіти. Вузькопрофесійна підготовка поступово витісняється з системи вищої освіти. Проявом вказаної тенденції є заходи Міністерства освіти та науки України, спрямовані на зближення вищої педагогічної та класичної університетської освіти.

Усунення існуючого протиріччя між соціальним замовленням суспільства, сучасними вимогами до підготовки фахівців у галузі інформаційних технологій, необхідністю підвищення їх фундаментальної підготовки та більш широкого використання мобільних технологій у освітній практиці з одного боку, та існуючою теорією і практикою навчання у ВНЗ, з іншого, є суспільно значущою проблемою.

Питанню фундаменталізації навчання у вищій школі присвячені роботи А.А. Аданнікова, С.І. Архангельського, О.В. Балахонова, С.А. Баляєвої, С.У. Гончаренка, Г.Я. Дутки, О.В. Євця, Л.С. Йолгіної, С.Я. Казанцева, В.Г. Кінельова, В.В. Кондратьєва, С.В. Носирєва, А.Б. Ольневої, М.В. Садовнікова, О.В. Сергєєва, Н.Ф. Тализіної, В.Д. Шадрикова, М.О. Читаліна та ін.

Методичні основи фундаментальної підготовки майбутніх учителів інформатики розглядали Т.О. Бороненко, О.В. Горячев, А.П. Єршов, М.І. Жалдак, І.В. Левченко, Т.П. Кобильник, К.К. Колін, О.І. Кухтенко, В.В. Лаптєв, М.П. Лапчик, В.М. Монахов, Н.В. Морзе, В.Г. Разумовський, Т.М. Райхерт, Ю.С. Рамський, Н.І. Рижова, І.О. Теплицький, Ю.В. Триус, С.І. Шварцбурд, М.В. Швецький та ін.

Становленню мобільного навчання присвячені роботи Д. Абернаті, Е. Вагнер, Р. Веттера, Т. Георгієва, Дж. Еттевелла, А. Кея, Д. Кігана, А. Кукульської-Хульме, Дж. Паско, О.П. Поліщука, Н. Рашбі, П. Сеппала, І.О. Теплицького, Дж. Тракслера, М. Шарплеса, С.В. Шокалюк та ін.

Фундаменталізація вищої інформатичної освіти впливає на всі компоненти методичної системи навчання інформатичних дисциплін: цілі, зміст, методи, засоби, форми організації навчання. Це визначає два основних напрями модифікації методичної системи навчання інформатичних дисциплін. Перший - фундаменталізацію змісту навчання через надання йому властивостей стійкості, стабільності, збережуваності, тривалості. Другий - підвищення мобільності (навчальної, професійної, технологічної).

Сказане зумовлює важливість проблеми фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у ВНЗ і актуальність теми дослідження «Теоретико-методичні основи фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у вищих навчальних закладах».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження виконане в Національному педагогічному університету імені М.П. Драгоманова згідно з планом науково-дослідної роботи Інституту інформатики «Теоретичне обґрунтовування і розробка комп'ютерно-орієнтованих методичних систем навчання математики і інформатики в середніх загальноосвітніх і вищих педагогічних навчальних закладах» (код державної реєстрації 0198U001678) і «Комп'ютерно-орієнтовані методичні системи навчання природничих дисциплін в середніх загальноосвітніх і вищих педагогічних навчальних закладах» (код державної реєстрації 0101U002751). Тема затверджена на засіданні Вченої ради Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова 5 березня 2009 року (протокол №6) та узгоджена в Міжвідомчій раді з координації наукових досліджень з педагогічних і психологічних наук в Україні при АПН України 28 квітня 2009 року (протокол №3).

Метою дослідження є створення цілісної науково обґрунтованої методичної системи фундаментальної інформатичної підготовки майбутніх вчителів інформатики та фахівців у галузі інформаційних технологій.

Відповідно до мети було необхідно розв'язати наступні завдання:

Провести історичний та теоретико-методологічний аналіз сутності проблеми фундаменталізації вищої освіти;

Розкрити сучасні теоретико-методологічні підходи до фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у ВНЗ;

Розробити теоретичні засади фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін на основі концепції мобільності;

Проаналізувати стан застосування мобільних технологій в процесі навчання, визначити організаційно-педагогічні, програмно-технічні і технологічні умови реалізації мобільного навчання;

Розробити методичну систему фундаментальної інформатичної підготовки у ВНЗ;

Експериментально перевірити результативність компонентів методичної системи фундаментальної інформатичної підготовки на прикладі курсів «Системне програмування», «Системне програмне забезпечення», «Подіє-орієнтоване програмування», а також розробити практичні рекомендації щодо їх впровадження і використання у ВНЗ;

Продіагностувати можливість застосування основних результатів дослідження та методичної системи фундаментальної інформатичної підготовки у практиці навчання студентів вищих навчальних закладів різного профілю.

Об'єктом дослідження є процес фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у вищих навчальних закладах III-IV рівнів акредитації.

Предмет дослідження - теоретичні та методичні основи фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у вищих навчальних закладах.

Для розв'язання поставлених завдань застосовувались такі методи досліджень:

а) теоретичні - аналіз чинних стандартів вищої освіти, навчальних програм, підручників і навчальних посібників, монографій, дисертаційних досліджень, статей і матеріалів науково-методичних конференцій з проблеми дослідження (розділ 1, розділ 2, розділ 4, п. 4.1); з питань інформатики та методики її навчання (розділ 1, п. 1.3, розділ 3, пп. 3.1, 3.2); проблем застосування сучасних мережних та мобільних технологій в навчальному процесі ВНЗ (розділ 2, розділ 3, п. 3.3);

б) емпіричні - аналіз результатів навчання студентів у відповідності до проблеми дослідження, цілеспрямовані педагогічні спостереження, бесіди з викладачами та студентами, анкетування, тестування; аналіз досвіду роботи викладачів за основними положеннями дослідження (розділ 2, п. 2.5, розділ 3, п. 3.2, розділ 4, п. 4.1);

в) констатувальний, пошуковий та формувальний етапи педагогічного експерименту з наступним автоматизованим статистичним опрацюванням даних (розділ 4), якісним та кількісним аналізом результатів дослідження з метою з'ясування педагогічної ефективності компонентів методичної системи фундаментального навчання інформатичних дисциплін у вищій школі (розділ 4, п. 4.3).

Вибір методів дослідження визначався особливостями розв'язуваних завдань.

Дослідження здійснювалося впродовж восьми років (2001-2008 рр.) і охоплювало три етапи науково-педагогічного пошуку.

На першому етапі (2001-2002 рр.) вивчалася психолого-педагогічна, методична література, навчальні плани, стандарти та інші нормативні документи, пов'язані з підготовкою студентів у вищих навчальних закладах. Детально вивчалася й аналізувалася література з проблем фундаменталізації навчання. Особлива увага приділялася обґрунтуванню проблеми дослідження, аналізу стану її дослідженості в теорії і практиці підготовки фахівців у галузі інформатики. Розроблялася програма дослідження, визначалися об'єкт, предмет і цілі дослідження. Проводився констатувальний експеримент, результати якого дали можливість сформувати основні напрями дисертаційного дослідження і підготувати пошуковий і формувальний етапи експерименту.

На другому етапі (2003-2005 рр.) уточнювався науковий апарат дослідження, теоретично обґрунтовувалися основні концептуальні підходи до фундаменталізації підготовки майбутніх вчителів інформатики та інженерів-програмістів; створювалися навчальні програми, навчальні посібники, методичні рекомендації з дисциплін фундаментального ядра спеціальності «Інформатика». Проводився пошуковий експеримент, готувалися матеріали для організації і проведення формувального етапу експерименту.

На третьому етапі (2006-2008 рр.) проводилося впровадження в педагогічну практику розроблених теоретичної концепції і методичної системи фундаментальної інформатичної підготовки; завершувався формувальний етап експерименту визначенням перспектив розвитку і використання технологій мобільного навчання у ВНЗ. Підводилися підсумки, формулювалися основні висновки і методичні рекомендації, визначалися перспективи подальшого дослідження проблеми.

Педагогічний експеримент проводився здобувачем самостійно в Криворізькому державному педагогічному університеті, Криворізькому технічному університеті, Запорізькому інституті економіки та інформаційних технологій та Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління. Всього в експериментальній роботі брали участь понад 1200 студентів спеціальностей:

- педагогічних - «Математика та основи інформатики», «Фізика та основи інформатики», «Хімія та основи інформатики», «Трудове навчання та основи інформатики», «Професійне навчання»;

- економічних - «Економічна кібернетика»;

- інформатичних - «Інформатика», «Прикладна математика», «Комп'ютерні системи та мережі», «Програмне забезпечення автоматизованих систем», «Системи управління i автоматики», «Гнучкі комп'ютеризовані системи та робототехніка».

Наукова новизна одержаних результатів дисертаційного дослідження полягає у наступному:

- вперше:

розроблені, теоретично обґрунтовані і експериментально перевірені основні положення концепції фундаменталізації змісту та технологічної підсистеми методичної системи навчання інформатичних дисциплін у ВНЗ;

розроблені, теоретично обґрунтовані і експериментально перевірені основні положення технології мобільного навчання;

розроблені методичні основи застосування мобільних програмних засобів фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін у ВНЗ;

- удосконалено модель регіонального інноваційного університетського комплексу як основи системи неперервної фундаментальної освіти;

- дістало подальшого розвитку положення про мікронавчання як основу технології мобільного навчання.

Практичне значення одержаних результатів дисертаційного дослідження полягає у наступному:

1) обґрунтовано:

– цілі навчання і зміст предметів «Системне програмування», «Системне програмне забезпечення», «Подіє-орієнтоване програмування» та інших на основі інваріантності до операційної системи та мови програмування;

– доцільність і ефективність використання середовища X Window для проектування мобільних мережних програм з графічним інтерфейсом та розроблено курс подіє-орієнтованого програмування в системі X Window;

2) досліджено:

– програмно-апаратні та дидактичні можливості використання пристроїв класу «електронна книга» як інноваційних засобів мобільного навчання;

– перспективи перенесення мобільного системного та прикладного програмного забезпечення у Web-середовища;

3) локалізовано:

– оболонку експертних систем CLIPS та досліджено дидактичні можливості її використання при навчанні систем штучного інтелекту;

– систему комп'ютерної математики Maxima та створено ряд нових інтерфейсів користувача до неї;

– Web-СКМ SAGE та досліджено дидактичні можливості її використання при навчанні математичної інформатики;

4) розроблено комунікаційні бібліотеки для метакомп'ютингу, модулі компілятора Free Pascal для підтримки навчання системного програмування та методів розробки інтерфейсу користувача;

5) запропоновано структуру генераторів математичних текстів для систем дистанційного навчання.

Результати дисертаційного дослідження впроваджено в навчальний процес Криворізького державного педагогічного університету (№7/03 від 13.03.2009 р.), Криворізького технічного університету (№4 від 05.03.2009 р.), Черкаського національного університету імені Богдана Хмельницького (№2 від 13.03.2009 р.), Національної металургійної академії України (№10/2 від 23.10.2008 р.), Запорізького інституту економіки та інформаційних технологій (№1 від 15.09.2008 р.), Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління (№2 від 05.10.2008 р.).

Результати дослідження використовуються в усіх формах функціонування системи інформатичної підготовки: на лекціях, лабораторних і практичних заняттях, під час курсового і дипломного проектування, проходження науково-виробничої і педагогічної практик; у самостійній і науково-дослідній роботі студентів; при організації і проведенні поточного і підсумкового контролю знань.

Особистий внесок здобувача. У працях, опублікованих у співавторстві, автору належать такі результати:

Локалізовано оболонку експертних систем CLIPS, досліджено дидактичні можливості її використання при навчанні систем штучного інтелекту [9; 32; 72];

Локалізовано систему комп'ютерної математики Maxima, створено ряд нових інтерфейсів користувача до неї, розроблено на її основі факультативний курс «Комп'ютерні технології в наукових дослідженнях» [26; 35; 59; 65; 69; 73; 81];

Розроблено низку Web-додатків для підтримки курсів «Штучний інтелект», «Операційні системи», «Комп'ютерні мережі», «Комп'ютерні технології в наукових дослідженнях», «Системне програмування» та ін. [17; 23; 71; 93];

Запропоновано структуру інформаційної системи вищого навчального закладу [39];

Досліджено методичні основи навчання системного програмування та об'єктно-орієнтованого моделювання засобами мобільних інтерпретованих мов програмування [29; 66; 75; 76];

Створено комунікаційні бібліотеки для метакомп'ютингу [60; 80];

Визначено напрями подальшого удосконалення інформатичних компетентностей студентів у галузі функціонального програмування [87; 90];

Створено модулі компілятора Free Pascal для підтримки навчання системного програмування та методів розробки інтерфейсу користувача [7; 8; 74];

Обґрунтовано доцільність і ефективність використання середовища X Window для проектування мобільних мережних програм з графічним інтерфейсом, розроблено курс подіє-орієнтованого програмування в системі X Window [3; 12; 44];

Розроблено спецкурс із сучасних методів і технологій розробки програмних засобів компонентної архітектури [50] ;

Досліджено програмно-апаратні та дидактичні можливості використання пристроїв класу «електронна книга» [33; 53; 88];

Запропоновано структуру генераторів математичних текстів для систем дистанційного навчання [52; 78];

Досліджено можливості застосування вільно поширюваного програмного забезпечення як фактора стабілізації курсів інформатики у вищих навчальних закладах [14; 70].

У спільних роботах з О.П. Поліщуком [4; 7; 8], І.О. Теплицьким [5; 6; 9] та В.М. Соловйовим [5] автору належить ідея написання посібника та його структура; написання всіх параграфів здійснено спільно з співавторами. У спільних статях автору належить постановка проблем, безпосередня участь у проведенні досліджень, формулювання їх основних результатів і здійснення загальної редакції. Автором визначено теми і зміст доповідей на наукових конференціях, здійснено їх оприлюднення у переважній більшості випадків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дослідження доповідались та обговорювались на наукових конференціях різного рівня: Першій міжнародній науково-практичній конференції «Інформоенергетичні технології адаптаційних процесів життєдіяльності на початку ІІІ тисячоліття» (Кривий Ріг, 2001); ІІІ-ій Всеукраїнській конференції молодих науковців «Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті» (Кривий Ріг, 2001); Міжнародних науково-практичних конференціях «Інформаційні технології та інформаційна безпека в науці, техніці та освіті» (Інфотех-2002, 2004) (Севастополь, 2002, 2004); Всеукраїнській науково-методичній конференції «Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищій технічній школі» (Кривий Ріг, 2003); V-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції «Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті» (Черкаси, 2003); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Формування духовної культури особистості в процесі навчання математики в школі та вищому навчальному закладі» (Луцьк, 2003); Четвертому міжнародному науково-методичному семінарі «Інформаційні технології в навчальному процесі» (Одеса, 2003); ІІІ-ій Всеукраїнській конференції «Сучасні технології в науці та освіті» (Кривий Ріг, 2003); Міжнародній науково-методичній конференції «Методологічні принципи формування фізичних знань учнів і професійних якостей майбутніх учителів фізики та астрономії» (Кам'янець-Подільський, 2003); ІV-ій та V-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції «Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищій школі» (Кривий Ріг, 2004, 2005); ІV-ій, V-ій та VІ-ій Всеукраїнській конференції молодих науковців «Інформаційні технології в освіті, науці і техніці» (ІТОНТ-2004, 2006, 2008) (Черкаси, 2004, 2006, 2008); Міжнародній науково-технічній конференції «Інтегровані системи управління в гірничо-металургійному комплексі» (ІСГМК-2004) (Кривий Ріг, 2004); Міжнародній науково-практичній конференції «Інформаційно-комунікаційні технології у середній і вищій школі» (Ізмаїл, 2004); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Інформатика та комп'ютерна підтримка навчальних дисциплін у середній і вищій школі» (Бердянськ, 2004); І-ому, ІІ-ому та ІІІ-ому Всеукраїнському науково-методичному семінарі «Комп'ютерне моделювання в освіті» (Кривий Ріг, 2005, 2006, 2008); Міжнародній конференції «Проблеми прийняття рішень в умовах невизначеності» (Бердянськ, 2005); Міжнародній науковій конференції «Дидактика фізики в контексті орієнтирів Болонського процесу» (Кам'янець-Подільський, 2005); Всеукраїнській конференції «Нові інформаційні технології навчання: психологічні проблеми» (Київ, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції «Системний аналіз і управління» (Запоріжжя, 2005); VI-ій та VII-ій міжнародній науково-практичній конференції «Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищій школі» (Кривий Ріг, 2006, 2008); Міжнародній науково-практичній конференції «Модернізація освіти: пошуки, проблеми, перспективи» (Київ-Переяслав-Хмельницький, 2006); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Інформаційні технології в освіті» (Мелітополь, 2006); IV-ій, V-ій та VI-ій міжнародній науково-технічній конференції «Комп'ютерні технології в будівництві» (Севастополь, 2006, 2007, 2008); Міжнародному симпозіумі «Проблеми дидактики фізики та шкільного підручника фізики в світлі сучасної освітньої парадигми» (Кам'янець-Подільський, 2006); Другій Всеукраїнській науково-практичній конференції «Інноваційні технології навчання в сучасній дидактиці вищої школи» (ІТНСДВШ - Полтава 2007) (Полтава, 2007); VII-ій та VIII-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції «Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці і освіті» (Кривий Ріг, 2007, 2008); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Нові технології навчання: психологічні аспекти» (Київ, 2007); Міжнародній Інтернет-конференції «Дидактика фізики і підручники фізики (астрономії) в умовах формування європейського простору вищої освіти» (Кам'янець-Подільський, 2007); ІІ-ій міжнародній науково-методичній конференції «Вимірювання навчальних досягнень школярів і студентів: Гуманістичні, методологічні, методичні, технологічні аспекти» (Харків, 2007); Міжвузівській науково-практичній конференції «Актуальні проблеми технічних, природничих та соціально-гуманітарних наук в забезпеченні цивільного захисту» (Черкаси, 2008); 2-гій Міжнародній Інтернет-конференції «Інновації в навчанні фізики та дисциплін технологічної освітньої галузі: міжнародний та вітчизняний досвід» (Кам'янець-Подільський, 2008); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Проектування освітніх середовищ як методична проблема» (Херсон, 2008); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Теоретичні та прикладні аспекти використання інформаційних технологій у вищій і загальноосвітній школах» (Тернопіль, 2008); Міжнародній науково-практичній конференції студентів та молодих науковців «Молодий науковець ХХІ століття» (Кривий Ріг, 2008).

Матеріали і результати дослідження обговорювалися на засіданнях і семінарах кафедри теоретичних основ інформатики Національного педагогічного університету ім. М.П. Драгоманова, кафедри інформатики та прикладної математики Криворізького державного педагогічного університету, кафедри технічної кібернетики Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій та управління, кафедри математичних методів та інформаційних технологій в економіці Запорізького інституту економіки та інформаційних технологій, а також апробовані шляхом публікацій.

Публікації. Основні положення і найважливіші результати дисертаційного дослідження опубліковано у 95 науково-методичних працях загальним обсягом 105,6 д.а. (особистий внесок 67,79 д.а.), серед них: 1 монографія (15,95 д.а.), 9 навчальних посібників для студентів (63,20 д.а., особистий внесок 38,23 д.а.), 28 статей - у фахових виданнях (13,95 д.а., особистий внесок 7,45 д.а.), 17 статей у журналах та збірниках наукових праць (7,15 д.а., особистий внесок 3,56 д.а.), 40 тез доповідей - у матеріалах конференцій (5,35 д.а., особистий внесок 2,59 д.а.).

Структура і обсяг роботи. Структура дисертації і логіка подання матеріалу відображає послідовність розв'язування основних завдань дослідження. Дисертація складається з переліку умовних позначень, вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел (571 найменування, з них 123 іноземними мовами), шести додатків. Загальний обсяг дисертації 536 сторінок, з них 369 сторінок основного тексту. Робота містить 68 рисунків і 11 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі сформульовано проблему дослідження, обґрунтовано актуальність теми, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, визначено мету, завдання, об'єкт, предмет та методи дослідження, розкрито наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, показано особистий внесок автора у праці, опубліковані у співавторстві, охарактеризовано апробацію і впровадження отриманих у ході дослідження результатів.

У першому розділі «Теоретичні основи фундаменталізації інформатичної освіти у вищій школі» проведено аналіз літератури з проблем фундаментальної освіти та фундаменталізації навчання, на підставі якого було визначено, що концепція фундаментальності для вищої освіти є системоутворюючою, а фундаменталізація навчання є одним із пріоритетів Болонського процесу і найважливішим напрямом реформування системи вищої освіти. Головною причиною необхідності фундаменталізації навчання є прискорення науково-технічного прогресу, що вимагає навчати фахівця швидко адаптуватися в мінливих ситуаціях. Саме тому фундаментальна підготовка має бути спрямована на посилення взаємозв'язків теоретичної й практичної підготовки молодого фахівця до професійної діяльності; на формування цілісної наукової картини навколишнього світу, на індивідуально-професійний розвиток студента, що в сукупності і забезпечує високу якість освіти.

В умовах перманентної науково-технологічної революції життєвий цикл сучасних технологій стає меншим, ніж термін професійної діяльності фахівця. За цих умов домінуючим стає формування здатності фахівця на основі фахової фундаментальної підготовки перебудовувати систему власної професійної діяльності з урахуванням соціально значущих цілей та нормативних обмежень - тобто формування особистісних характеристик майбутнього фахівця. Якщо визначити головним призначенням системи вищої освіти підготовку такого фахівця, то процес навчання слід спрямувати на гармонійний розвиток особистості майбутнього фахівця. Засобом формування особистості при цьому стають освітні технології, а продуктом діяльності педагогічних колективів - особистість випускника вищого навчального закладу, який повинен бути компетентним не лише в професійній галузі, але й мати активну життєву позицію, високий рівень громадянської свідомості, бути компетентним при вирішенні проблем, які ставить перед ним життя.

Отже, перехід до нового покоління галузевих стандартів вищої освіти на основі компетентнісного підходу створює умови для наближення фундаментальної освіти до потреб та вимог ринку праці, подальшого розвитку освітніх технологій та системи освіти в цілому.

Разом з тим, необхідно відзначити, що вища інформатична освіта в значній мірі будується на основі формування вмінь розв'язувати стандартні професійні задачі та впевнено діяти у відомих ситуаціях. Проте в умовах неодноразової зміни освітніх парадигм та технологій навчання, апаратних платформ та технологій програмування актуальним стає перехід до нової моделі навчання, що формує в майбутнього фахівця здатність до розв'язування нестереотипних професійних задач, до творчого мислення на основі фундаментальних знань.

Загальновизнано, що інформатика як наукова дисципліна розвивається надзвичайно швидко, що суттєво ускладнює розробку ефективних методичних систем її навчання. Практикою навчання інформатики у вищій школі нагромаджено чимало методик та прийомів, що надають можливість досягти поставлених цілей навчання. Значна частина їх узагальнена у кількох десятках підручників та навчальних посібників, випущених за останні 20 років. Зміст їх суттєво відрізняється та відображає як еволюцію методики навчання інформатики, так і об'єктивно існуюче різноманіття поглядів на сучасну інформатику як науку. Впровадження нових державних стандартів надало можливість дещо впорядкувати цей процес, проте не змінило його суті: неусталеність методичних систем навчання інформатики була викликана її помилковим позиціонуванням як технологічної дисципліни, вторинної в порівнянні з фундаментальними дисциплінами.

Ставлення до інформатики як до технологічної дисципліни породжує кричущі випадки, коли до навчальних планів спеціальностей «Прикладна математика», «Інформатика» тощо вводяться такі утилітарні скороминущі дисципліни, як «1С: Бухгалтерія та Підприємство», «Комп'ютерна графіка у Photoshop» і т.п. Проте досвід зарубіжної вищої школи впевнено доводить, що прагматизація є тупиковим напрямом у розвитку вищої освіти: адже саме ґрунтовні теоретичні знання, широка загальна культура членів суспільства стимулюють соціальний, технічний та економічний прогрес. Необхідно чітко усвідомлювати, що освіта тим краща з практичної точки зору, чим дальша вона від безпосередньої утилітарної корисності. Тому відмова від принципу фундаментальності, який визнається сьогодні у всьому світі головною умовою успішності функціонування вищої освіти, буде означати стрімкий рух нашої країни до освітнього колапсу, неминучого при ігноруванні тенденцій розвитку освіти.

Під терміном «фундаменталізація інформатичної освіти» будемо розуміти діяльність всіх суб'єктів освітнього процесу, спрямовану на підвищення якості фундаментальної підготовки студента, його системоутворюючих та інваріантних знань і вмінь у галузі інформатики, що надають можливість сформувати якості мислення, необхідні для повноцінної діяльності в інформаційному суспільстві, для динамічної адаптації людини до цього суспільства, для формування внутрішньої потреби в безперервному саморозвитку та самоосвіти, за рахунок відповідних змін змісту навчальних дисциплін та методології реалізації навчального процесу.

Основними напрямами фундаменталізації інформатичної освіти є:

1) математизація змісту навчання та розвиток алгоритмічного компонента діяльності, центральними поняттями якої стають алгоритм і комп'ютер;

2) інформаційне моделювання, центральними поняттями якого стають інформація та дані, інформаційні процеси та моделі.

Досягнення цілі фундаменталізації інформатичної освіти можливе через організовану цілеспрямовану педагогічну діяльність учасників освітнього процесу, що забезпечує реалізацію функцій фундаменталізації освіти:

- опанування методологічно важливими та інваріантними знаннями з довгим терміном життя, необхідними для професійної діяльності фахівця в галузі інформаційних технологій (методологічна функція);

- тісний зв'язок інформатичної освіти з професійною практичною діяльністю (професійно-орієнтувальна функція);

- розвиток пізнавальної активності та самостійності студентів (розвивальна функція);

- розвиток методичних систем навчання інформатичних дисциплін з врахуванням перспектив розвитку «економіки знань» та інформаційного суспільства (прогностична функція);

- системність засвоєння інформатичних дисциплін на основі глибокого розуміння сучасних проблем інформатики і комп'ютерної техніки (інтегративна функція).

Принцип наскрізної інтеграції навчальних дисциплін на основі формування інформатичних компетентностей є ключовим у концепції фундаменталізації змісту навчальної дисципліни, цінність якої полягає в переході від навчального елемента (універсальної навчальної дії) на рівні «даних» до його глибокого теоретичного узагальнення на рівні «сутності» для навчального процесу у вищому навчальному закладі та в майбутній професійній діяльності. Саме тому фундаменталізація змісту навчальної дисципліни надає можливість визначити стійке (інваріантне) ядро її змісту, а фундаментальність може бути досягнута, якщо в змісті навчання чітко визначені фундаментальні основи навчального предмета, що відповідають фундаментальним основам предметної галузі. Таким чином, показником інтегративності навчальних дисциплін є наступність у розгортанні навчального змісту й структури навчальних дисциплін на основі фундаментальних концепцій науки інформатики.

Фундаменталізація змісту інформатичних дисциплін характеризується наступним компонентним складом:

- освоєння сучасних галузей науки на основі виявлення генезису базових навчальних елементів і способів діяльності суб'єктів навчального процесу;

- наступність змістових ліній інформатичних дисциплін і варіативність способів розв'язування навчальних та практичних завдань на рівні міждисциплінарних взаємозв'язків;

- створення умов (психологічних, педагогічних, організаційно-методичних, матеріально-технічних) для розвитку пошукової і творчої активності студентів при розв'язуванні навчальних і професійно-орієнтованих завдань.

У фундаменталізації змісту навчального предмета в контексті професійно-орієнтувальної функції фундаменталізації інформатичної освіти простежуються три лінії: 1) визначення змісту навчального предмета, виходячи з його особливостей; 2) наступності та теоретичного узагальнення базових навчальних елементів; 3) психологічних і педагогічних особливостей сприйняття, засвоєння, застосування, аналізу й синтезу навчального матеріалу суб'єктом навчання.

Ефективність опанування інформатичних дисциплін на основі концепції фундаменталізації змісту може бути визначена шляхом вимірювання (оцінювання): а) рівня засвоєння базового знання (професійно-предметний рівень); б) рівня засвоєння фундаментального знання (фундаментальний рівень); в) рівня розвитку загальнонавчальних і професійних умінь, творчої активності студентів (загальнопрофесійний рівень); г) рівня розвитку особистісних якостей та інтересів студентів: інтелектуальних, мотиваційних (рівень самореалізації); д) рівня професійної ідентичності особистості (професійна самооцінка, задоволеність професією, взаєминами, рівень тривожності й т.п.); е) рівня соціалізації й взаємодії в процесі професійної діяльності.

Стабілізація ядра навчальних курсів на основі відокремлення їх фундаментальної складової від технологічної є одним з найбільш перспективних напрямів фундаменталізації інформатичних дисциплін. Так, на основі усталення змісту та засобів навчання інформатики через інваріантність відносно операційної системи та мови програмування з'являються широкі можливості:

- підвищення рівня теоретичної підготовки та формування компетентностей студентів, необхідних для опанування сучасних інформаційних технологій;

- реалізації взаємозв'язків різних підходів (системного, діяльнісного та ін.) до навчання, міжпредметної інтеграції та застосування методів суміжних наук (математики, фізики, філософії, природознавства);

- добору апаратних та програмних засобів навчання інформатичних дисциплін, зниження вартості цих засобів за рахунок використання ліцензійно чистого, вільно поширюваного, локалізованого програмного забезпечення;

- створення стабільних підручників.

Таким чином, стабілізації інформатичних дисциплін можна досягти поширенням на методичну систему їх навчання властивостей відкритих систем: розширюваності, масштабованості, мобільності, інтероперабельності та «люб'язності».

У другому розділі «Сучасні технології фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін» розглянуто інноваційну технологію навчання, яка базується на інтенсивному застосуванні сучасних мобільних засобів та технологій - мобільне навчання, що тісно пов'язане з навчальною мобільністю в тому сенсі, що студенти повинні мати можливість брати участь в освітніх заходах без обмежень у часі та просторі. Використання мобільних технологій відкриває нові можливості для навчання, особливо для тих, хто живе ізольовано або у віддалених місцях чи стикається з труднощами в навчанні. Можливість навчання будь-де та будь-коли, що притаманна мобільному навчанню, сьогодні є загальною тенденцією інтенсифікації життя в інформаційному суспільстві.

Розвиток інформаційних технологій призвів до появи нового соціального явища - цифрового бар'єру: обмеженню можливостей соціальної групи через відсутність у неї доступу до сучасних засобів комунікації, тобто нерівний доступ членів суспільства до ІКТ. Подолання цифрового бар'єру в системі освіти можливе лише через забезпечення рівного доступу до неї засобами ІКТ, тому цілком природно, що даний напрям є одним з провідних у вітчизняній методиці навчання інформатики. Надання закладам освіти сучасних технічних засобів ІКТ створює умови для організації електронного навчання, а їх об'єднання засобами Інтернет - і для організації дистанційного навчання. Водночас поза увагою дослідників залишаються різноманітні електронні пристрої, насамперед, смартфони та персональні комунікатори, широко поширені серед учнів старшої школи та студентів. Наказом МОН України від 24.05.2007 №420 «Про використання мобільних телефонів під час навчального процесу» (п. 1) заборонено використання мобільних телефонів у загальноосвітніх та професійно-технічних навчальних закладах під час проведення навчальних занять. Керівниками багатьох ВНЗ також заборонено використання мобільних телефонів в навчальному процесі. Все це призвело до виникнення унікальної ситуації - офіційної заборони потужного технічного засобу навчання. Головним аргументом на користь такої заборони є те, що мобільні пристрої є ефективним засобом ІКТ, не контрольованим викладачем (мають доступ до Інтернет, можуть бути використані як джерело списування тощо). Подолання цього протиріччя можливе лише шляхом розробки методичних засад впровадження мобільних пристроїв у навчальний процес, на що націлює п. 4 згаданого наказу.

Мобільне навчання (mobile learning, М-Learning) можна розглядати як сучасний напрям розвитку систем дистанційного навчання із застосуванням мобільних телефонів, смартфонів, КПК, електронних книжок та інших мобільних пристроїв.

Запропоноване тлумачення мобільного навчання є частково техноцентричним (по відношенню до засобу навчання). Воно є одним з провідних, проте не єдиним підходом до класифікації визначень мобільного навчання. Можна виділити ще принаймні три підходи до його класифікації: 1) по відношенню до електронного навчання; 2) по відношенню до формальної (спеціально організованої) освіти; 3) по відношенню до суб'єкта навчання. фундаменталізація навчання інформатичний дисципліна

Мобільне навчання може бути визначене як підхід до навчання, при якому на основі мобільних пристроїв створюється мобільне освітнє середовище, в якому студенти можуть використовувати мобільні пристрої в якості засобу доступу до навчальних матеріалів будь-де та будь-коли.

Мобільне навчання є одночасно різновидом як дистанційного навчання, так і електронного. Але у порівнянні з електронним та дистанційним навчанням з'являється нова якість: мобільне навчання надає суб'єкту навчання більшу кількість «ступенів вільності» - вищу інтерактивність, більшу свободу руху, більшу кількість технічних засобів.

Основні напрями реалізації мобільного навчання:

- технологічно орієнтоване мобільне навчання - окремі конкретні технологічні інновації, впроваджені у навчальний процес для демонстрації технічних переваг та педагогічних можливостей;

- мініелектронне навчання - мобільні, бездротові і портативні технології, які використовуються для повторного впровадження рішень і підходів, що використовуються в традиційних електронних засобах навчання; перенесення окремих технологій електронного навчання, таких, як віртуальні навчальні середовища, на мобільні платформи; використання мобільних технологій як гнучкої заміни статичних настільних технологій;

- поєднання мобільного навчання та навчання в аудиторії - мобільні технології використовуються для підтримки спільного навчання;

- неформальне, особистісно-орієнтоване, ситуативне мобільне навчання - мобільні технології з додатковою функціональністю, наприклад, залежні від місця розташування;

- мобільні тренінги - мобільні технології, що використовуються для підвищення продуктивності та ефективності практичної підготовки суб'єктів навчального процесу;

- віддалене мобільне навчання - мобільні технології використовуються там, де технології електронного навчання не працюють.

Мобільне навчання може реалізуватися за будь-яким з цих напрямів у залежності від ступеня розвитку інфраструктури (енергоживлення, поштових послуг, Інтернет і т.д.), розрідженості комунікативного простору (нечасті особисті контакти, відсутність технічної підтримки і т.д.), розвиненості дистанційного навчання тощо.

Основне призначення мобільного навчання полягає в тому, щоб покращити знання людини в обраній нею галузі і в той момент, коли їй це потрібно. Завдяки сучасним технологіям мобільного зв'язку (взаємодія «студент-викладач» здійснюється в високошвидкісному середовищі обміну повідомленнями) через мобільне навчання забезпечується високий ступінь інтерактивності, що має вирішальне значення для навчання. Проте, хоча пристрої мобільного навчання можуть бути надзвичайно корисними самі по собі, саме навчальний матеріал має бути в центрі уваги педагогів, а його покращення є способом забезпечення ефективності мобільного навчання для всіх його учасників.

Роль і значення стаціонарних комп'ютерів у навчанні зменшиться не так швидко - вони ще довго будуть використовуватися в якості засобу для роботи протягом тривалого часу в автономному режимі. Сьогодні в одній освітній установі, як правило, застосовуються гібридні мережі, що об'єднують як стаціонарні, так і мобільні пристрої.

Включення в традиційну мережу навчального закладу засобів мобільного навчання реалізується через систему управління навчанням, що базується на Web-послугах з обміну XML-контентом за стандартами SOAP, WSDL та UDDI. На їх основі створюються необхідні передумови для переходу від PC-центричних до розподілених мобільних систем, в яких з різних пристроїв можна здійснювати доступ до освітніх ресурсів з будь-якого місця. При проектуванні архітектури мобільного освітнього середовища необхідно враховувати перспективи його розвитку, для чого доцільно застосовувати модульну інтеграцію його компонентів на основі стандартів, що дає користувачеві можливість користування зовнішніми програмними продуктами незалежно від платформ, систем та стандартів, що використовуються. Тоді при виборі користувачем мобільного пристрою при вивченні навчального курсу автоматично виберуться саме ті навчальні об'єкти, які підтримуються на даному пристрої. Все це забезпечує функціональність для багаторазового використання об'єктів і послуг, що скорочує час розробки програм. Застосування стандартів надає можливість побудувати відкрите, модифіковане та масштабоване самоналагоджуване середовище мобільного навчання, що має надавати широкий спектр освітніх послуг. Відкритість і розширюваність архітектури такого середовища сприятиме його застосуванню у різних видах діяльності, забезпечуючи гнучкість і задоволення широкого кола освітніх потреб.

Врахування потреб суб'єктів мобільного навчання вимагає гнучкого подання навчального матеріалу з можливістю його доставляння у будь-якому вигляді. Для цього необхідно визначити таку модель змісту навчання, за якої забезпечуватиметься одночасно його подання та навігація. Навчальний матеріал має бути розроблений так, щоб його можна було доставити незалежно від обраного способу подання.

Об'єктно-орієнтований стандарт SCORM, розроблений для систем дистанційного навчання, в поєднанні з Web-стандартами для гнучкого подання змісту на основі XML, є основою для розробки змісту, незалежного від подання на екрані пристрою, і надає можливість використовувати правила форматування контенту для найкращого відображення. Поширення таких стандартів, як XML-мова моделювання навчання EML, надасть можливість розв'язувати відповідні освітні проблеми і у Web 2.0: на відміну від SCORM, за допомогою EML можна описувати не лише контент (тексти, вправи, тести тощо), а й ролі, стосунки, взаємодію студентів та викладачів.

Завершується другий розділ прикладами впровадження мобільного навчання і оглядом перспективних напрямів його розвитку.

У третьому розділі «Методичні основи фундаменталізації інформатичної освіти у вищій школі» показано, як фундаменталізація інформатичної освіти впливає на всі компоненти методичної системи навчання. Враховуючи, що в першому розділі були визначені цілі навчання та напрями фундаменталізації змісту навчання, у другому - подається інноваційна технологія мобільного навчання, головну увагу в третьому розділі приділено тим компонентам методичної системи, які зберігаються та набувають подальшого розвитку.

Зокрема, вводиться нова форма парного навчання, основою якої є парне програмування - форма розробки програмного забезпечення, за якої увесь код пишеться парами програмістів, котрі працюють за одним робочим місцем. За такої форми організації навчання: покращується трудова (навчальна) дисципліна; отримується якісніший код; відбувається інтеграція індивідуального навчання з колективним; молоді програмісти досить швидко отримують необхідні навички. При парному програмуванні два програмісти показують більш, ніж удвічі більшу продуктивність, в порівнянні з тим, коли вони працюють поодинці. Необхідність узгоджувати стиль програмування в процесі спільної діяльності виступає додатковою перевагою цієї форми. За дистанційної форми навчання парне програмування реалізується через віддалене парне програмування - спосіб реалізації парного програмування, при якому обидва розробники, що складають пару, фізично знаходяться у різних місцях, і працюють за допомогою партнерського редактора реального часу, спільного розподіленого «робочого столу» або модуля IDE для віддаленого парного програмування.

Як показано у першому розділі роботи, фундаменталізація навчання виступає насамперед інструментом стабілізації змісту навчання засобами, адекватними предметній галузі навчання в умовах швидких темпів її розвитку. Враховуючи, що стабілізація програмного забезпечення разом з усталенням змісту навчання веде до фундаменталізації навчання інформатичних дисциплін, нами було розглянуто стабільне мобільне програмного забезпечення, що виступає технічним засобом фундаменталізованого навчання у пропонованій методичній системі: мобільних операційних систем, мобільних компіляторів, мобільних інтерпретованих мов програмування, відкритих систем комп'ютерної математики, спеціалізованих предметних середовищ та Web-середовищ.

Мобільність програмного забезпечення як властивість, що полягає у можливості його перенесення з одного середовища в інше, особливо важлива при створенні програмного забезпечення для електронного навчання, оскільки сприяє спрощенню тиражування програмних пакетів, їх супроводу, а також полегшує навчання роботі з ними (не виникає необхідності повторного навчання при зміні технічної бази навчання).

Один із загальноприйнятих способів підвищення мобільності програмного забезпечення - стандартизація програмного оточення: програмних інтерфейсів, утиліт тощо. На рівні системних послуг подібне оточення описується в стандарті POSIX, підтримка якого полегшує перенесення прикладних програм практично на будь-яку скільки-небудь поширену операційну платформу. Мобільність програм, що відповідають стандарту POSIX, досягається за допомогою великої кількості стандартизованих системних послуг та можливості динамічного з'ясування характеристик цільової платформи й налаштовування програми під них. POSIX-сумісність є засобом уніфікації операційних систем, а дотримання стандартів POSIX при розробці програмного забезпечення - засобом уникнення залежності від використовуваної операційної системи.

Застосування мобільних компіляторів є засобом уникнення залежності від використовуваних середовища програмування (через потужний інтерфейс командного рядка та легкість інтеграції у IDE), операційної системи (через забезпечення POSIX-сумісності) та мови програмування (через надання спільних бібліотек). Застосування мобільних інтерпретованих мов загального призначення є засобом забезпечення мобільності програм, створених на POSIX-несумісних платформах.

Відкриті вільно поширювані мобільні системи комп'ютерної математики, такі як Maxima та Scilab, відзначаються тривалою історією розвитку, оптимізованими алгоритмами, POSIX-сумісністю, невимогливістю до ресурсів, ліцензійною чистотою, безкоштовністю, різноманітністю інтерфейсів, локалізованістю та іншими перевагами, що надає можливість застосовувати їх у якості стабільного програмного забезпечення математичного призначення.

Добір спеціалізованих предметних середовищ навчання інформатичних дисциплін виконується з відкритих мобільних програмних систем навчального призначення, що мають широку інсталяційну базу та придатні для локалізації. В якості прикладів таких систем розглянуті оболонка експертних систем CLIPS та мультимедійне об'єктно-орієнтоване середовище Squeak.

Використання мобільних пристроїв з невисокою швидкодією та малим обсягом оперативної пам'яті суттєво ускладнює застосування таких ресурсоємних програм, як середовища програмування, системи комп'ютерної математики і т.п. Для вирішення цієї проблеми доцільно перейти до мережецентричної моделі, за якої ресурсоємні програми працюють на Інтернет-серверах, а основним клієнтом є Web-браузер. Перенесення прикладного програмного забезпечення у Web-середовище (онлайн-IDE, Web-СКМ та ін.) створює нові можливості для обміну навчальними матеріалами та організації співробітництва між усіма учасниками навчального процесу:

...