МЕТОДИКА НАВЧАННЯ МЕРЕЖЕВИХ ТЕХНОЛОГІЙ СТУДЕНТІВ ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Краткое содержание

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 «Навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів як педагогічна проблема» проведено аналіз навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів, досліджено розвиток мережевих технологій та їх вплив на методику навчання студентів зазначених спеціальностей комп’ютерного профілю.

Аналіз сучасних тенденцій у галузі інженерно-педагогічної освіти (А. Ашеров, Є. Громов, О. Коваленко, М. Лазарев, А. Мелецинек, С. Хоменко та ін.) свідчить, що підготовка фахівців інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю повинна спиратися на поглиблення теоретичної і практичної підготовки у галузі мережевих технологій відповідно до сучасного рівня науки і техніки, оволодіння знаннями та уміннями використання мережевих технологій у професійній діяльності і визначається замовниками ураховуючи напрямки трудової діяльності. Проведений аналіз освітньо-кваліфікаційної характеристики інженерів-педагогів комп’ютерного профілю показав, що цілі навчання мережевих технологій потребують конкретизації. Вивчення змісту навчального матеріалу з мережевих технологій для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю. Це дозволило визначити ряд причин зниження якості навчально-пізнавальної діяльності студентів: відсутність обґрунтованої системи організації повторення навчальної інформації, порушення послідовності викладання (відставання або випередження у вивченні понять), розриви між засвоєнням студентами окремих понять (втрата логічного зв’язку між темами), втрата цілісності навчального матеріалу як завершеної структури. Це зумовило необхідність обґрунтувати та розробити спосіб представлення структури змісту дисципліни «Комп’ютерні мережі» на основі урахування внутрішніх логічних зв’язків між поняттями та інформаційних контурів між ними для реалізації модифікованого повторення навчальної інформації. Вивчення підходів до модульного структурування змісту навчального матеріалу з мережевих технологій показав, що чинне структурування не дозволяє досягти у повному обсязі самостійності і логічної завершеності модулів, що є не достатнім для організації відображення фактів повторного викладення навчального матеріалу вже засвоєних понять, на більш конкретному рівні при вивченні нових наукомістких понять, тобто реалізації керованої структури змісту для реалізації повторення навчального матеріалу на основі динамічної зміни елементів з метою формування навичок та підвищення рівня засвоєння навчальної інформації. Проведений аналіз існуючих методик навчання мережевих технологій у вищих навчальних закладах виявив відсутність цілісності та системності у виборі методів навчання з урахуванням змісту дисципліни «Комп’ютерні мережі» та цілей підготовки майбутніх фахівців інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю та підтвердив необхідність розробки й обґрунтування засобів навчання мережевих технологій на основі системного використання комп’ютерних мереж.

Аналіз наукових досліджень у галузі мережевих технологій (В. Антонов, Т. Валецька, А. Гуржій, М. Жалдак, І. Жуков, С. Захарченко, В. Олифер, В. Поліщук, В. Хоменко, В. Швидкий, В. Юринець, Ю. Якусевич та ін.) та їх впливу на методику навчання студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю показав, що подальше вдосконалення змісту навчального матеріалу повинного ґрунтуватися на виділенні двох стеків мережевих протоколів: Open Systems Interconnection Reference Model (ISO/OSI) та Transmission Control Protocol / Inte
et Protocol (TCP/IP) та відповідній їм ієрархії мережевих рівнів як основи проектування та побудови мереж відповідності сучасних вимог; локальних мережах на основі технології Ethe
et та бездротовій передачі даних; глобальних мережах на основі комутації пакетів та прикладних протоколах як основи для створення єдиного інформаційного простору. Це дозволить найбільш повно досягти цілей навчання з урахуванням інформаційного ядра мережевих технологій і сучасних тенденцій розвитку науки та підготувати спеціаліста, здатного орієнтуватися в різноманітних технологіях локальних, глобальних, регіональних та об’єднаних мереж.

Проведена робота дозволила зробити висновок про доцільність розробки методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю та визначити можливі шляхи розв’язання цієї проблеми, що полягають у теоретичному обґрунтуванні та розробці змісту методів та засобів навчання.

У другому розділі «Теорія та методика навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів» визначено теоретичні засади методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей та розкрито основні її складові, а саме мету, зміст, методи і засоби навчання.

На основі положень системного та діяльнісного підходів до навчання, вимог до становлення майбутнього інженера-педагога, теоретично обґрунтована методика навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів комп’ютерного профілю, яка містить мету навчання, зміст навчання, засоби навчання, організаційні форми навчання і методи навчання. Цільовий компонент методики навчання сформовано на основі положень щодо постановки цілей навчання, розроблених С. Артюхом, Н. Брюхановою, О. Коваленко, А. Мелецинеком та ін. і представлено у вигляді таксономії цілей формування умінь з мережевих технологій через визначення загальної мети, та побудови структурованого дерева цілей, заснованого на стратегічних, тактичних та операційних цілях відповідно до вимог диференційованості та діагностичності.

На основі аналізу праць з відображення в теорії змісту положення про єдність змістового та процедурного аспектів навчання (В. Краєвський, І. Лернер, В. Ледньов і М. Скаткін та ін.), функціонального аналізу змісту (І. Лернер, А. Сохор та ін.), положень професійної діяльності інженера-педагога (Н. Брюханова, О. Коваленко та ін.), підходів до структурування навчального матеріалу технічних дисциплін та методів побудови змісту (А. Ашеров, Н. Лазарєв, Г. Сажко, А. Сохор) встановлено, що ефективним засобом формування знань та умінь з мережевих технологій є представлення структури змісту навчального матеріалу у вигляді системи інформаційних контурів n-го порядку. У розробленій структурі змісту використані інформаційні контури n-го порядку ієрархії з динамічною зміною елементів та додаткові інформаційні контури. Запропоноване структурування змісту навчального матеріалу за модульною технологію, на основі використання системи інформаційних контурів n-го порядку, що полягає у виділенні груп ключових понять кожного змістовного модуля залікового кредиту. Ці поняття утворюють ієрархію інформаційних контурів з динамічною зміною елементів, використання яких дозволяє здійснювати модифіковане повторення навчальної інформації з метою підвищення рівня її засвоєння та формування навику. Визначення додаткових інформаційних контурів здійснюється на кожному рівня ієрархії для організації логічних зв’язків інформаційних контурів.

Розробка модульної структури змісту навчального матеріалу складається з декількох етапів. Перший – побудова системи інформаційних контурів першого порядку (інформаційний контур всієї дисципліни). Наступним етапом є виділення інформаційних контурів понять на рівні змістовного модуля (контур другого порядку), залікового кредиту (контур третього порядку), теми (контур четвертого порядку). Розроблена система є наскрізною, це пояснюється тим, що контури різного порядку пов’язані між собою за рахунок повторення спільних понять дисципліни. Включення понять у контури різного порядку приводить до посилення зв’язків навчальних модулів, міжтемних зв’язків; визначені інформаційні контури використовуються як на рівні всього навчального матеріалу, так і окремих тем.

Система методів на основі положень щодо формування професійних умінь в умовах навчального процесу (В. Жигірь, О. Ільїна та ін.) реалізована поетапно: формування умінь з використання та налагодження мережевих технологій шляхом розв’язання задач на основі програмування як практичного методу навчання та введенні завдань з інваріантною та варіативною частинами для забезпечення багаторазового модифікованого повторення навчальної інформації. Під час вивчення теми з використанням програмування на етапі постановки задачі здійснюється попередній аналіз проблеми. На етапі моделювання виділяються важливі елементи задачної системи і синтезується їх взаємодія на основі оптимізації задачі шляхом визначення базового інваріанту та варіативної частини. На етапі експерименту перевіряються алгоритми поведінки елементів та системи загалом. На цьому ж етапі перевіряється функціонування алгоритму в умовах конкретного програмного середовища. На етапі аналізу отриманих результатів визначається коло задач, де може бути застосоване розроблене мережеве програмне забезпечення. Базовий інваріант завдання використовується для окреслення тієї частини, що встановлюється інформаційним контуром та описує спільну функцію мережевого програмного забезпечення. Варіативна частина завдання реалізує додатковий інформаційний контур та дозволяє виконати модифіковане повторення навчальної інформації.

Як головний засіб навчання обґрунтовано використання комп’ютерних мереж на основі реалізації підтримки представлення навчальної інформації та відображення систем додаткових контурів n-го порядку для представлення змісту навчання з використання комп’ютерних мереж. Це дає можливість викладачеві публікувати теоретичні та практичні матеріали в мережевому навчальному середовищі та створювати інтерактивні зв’язки між ними для реалізації органічного поєднання когнітивного та операційного компонентів навчання. Залежно від одержаних результатів з теоретичного та практичного навчання викладач здійснює керівництво діяльністю студентів. Використання мережевих технологій як засобу навчання дозволяє якісно змінити контроль за діяльністю студентів, забезпечуючи при цьому гнучкість управління навчальним процесом.

Авторська методика побудована відповідно до кваліфікаційних вимог професійної підготовки майбутніх інженерів-педагогів комп’ютерного профілю, теорії цілепокладання та визначених рівнів засвоєння знань з мережевих технологій. Сформульовано цілі засвоєння знань і формування умінь та навичок з мережевих технологій. Згідно цілей розроблено зміст дисципліни «Комп’ютерні мережі»: установлені додаткові інформаційні контури n-го порядку, на основі яких розроблена динамічна система контурів та реалізована модульна побудова змісту висвітлена у робочій програмі з дисципліни.

Експериментальна методика передбачає таксономію цілей, зміст, методи та засоби навчання мережевих технологій. Модульна структура змісту представлена у вигляді системи інформаційних контурів n-порядку, розроблена програма дисципліни «Комп’ютерні мережі» для студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю, яка містить теми: «Стеки протоколів TCP/IP та ISO/OSI. Архітектура фізичного рівня моделі ISO/OSI», «Архітектура канального рівня комп’ютерних мереж. Протоколи канального рівня», «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Транспортний рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) та File Transfer Protocol (FTP)», «Прикладні протоколи (Simple Mail Transfer Protocol) SMTP, Post Office Protocol Version 3 (POP3) та Telnet».

Методику навчання мережевих технологій майбутніх інженерів-педагогів побудовано на основі використання пояснювально-ілюстративних, проблемних, програмованого та практичних методів навчання. Розроблені практичні завдання з таких тем: «Мережевий рівень моделей протоколів ISO/OSI та TCP/IP», «Прикладні протоколи HTTP та FTP», «Прикладні протоколи SMTP, POP3 та Telnet», що передбачають використання поетапних дій з програмування, шляхом виділення базового інваріанту та варіативної частини. Усі зазначені методи в тому чи іншому обсязі знаходять місце під час усіх видів аудиторних занять і самостійної роботи.

Системне використання засобів навчання у вигляді мережевого навчального середовища для організації теоретичної, практичної підготовки та здійснення контролю стало підґрунтям для підвищення рівня сформованості знань з мережевих технологій.

У третьому розділі «Дослідно-експериментальна перевірка розробленої методики навчання мережевих технологій студентів інженерно-педагогічних спеціальностей вищих навчальних закладів» визначено організаційно-методичні основи експериментального дослідження, способи обробки та аналізу результатів.

Підготовка до педагогічного експерименту передбачала розв’язування таких завдань: вибір експериментально-дослідної методики; створення валідних тестових завдань для перевірки рівня сформованості знань умінь та навичок; аналіз переваг та недоліків існуючої методики професійної підготовки інженера-педагога з метою визначення її ефективності.

Для проведення констатувального етапу експериментального дослідження обрані чотири групи факультету комп’ютерних технологій та систем Бердянського державного педагогічного університету напряму підготовки 6.010104. Професійна освіта. Комп’ютерні системи та мережі.

Дисципліна «Комп’ютерні мережі» вивчається у 3 семестрі і включає 9 тем, відповідно до робочої програми проводяться лабораторні роботи загальним обсягом 16 годин.

На основі таксономії В. Беспалько нами були сконструйовані тестові завдання для перевірки рівня засвоєння змістової та операційної компонент як ознак понять, так і навичок студентів відповідно до мети навчання та логічної структури дисципліни «Комп’ютерні мережі».

Для виконання експериментальних завдань ми розподілили студентів на дві групи. Перша експериментальна вибірка включала 49 студентів факультету комп’ютерних технологій та систем. З якими ми проводили тестування з метою відбору лише тих тестових завдань, що мають змістовну валідність, надійність та необхідну складність.

Друга вибірка складалася з 52 студентів, з якими ми здійснили порівняльне вимірювання ефективності методики навчання комп’ютерних мереж.

У першій частині констатувального експерименту нами було проведено тестування з трьох навчальних модулів за відповідними рівнями сформованості знань умінь та навичок. Результати тестування були сформовані у 9 таблиць даних. Для аналізу тесту використані дисперсійний аналіз і точковий бісеріальний розподіл для визначення валідності завдань та кореляційний аналіз для визначення системотвірної властивості тесту.

У другій частині констатувального експерименту за допомогою розроблених тестів був проаналізована рівень сформованості знань, умінь та навичок студентів. Результати тестування визначили теми («Протоколи канального рівня локальних мереж», «Протокол IP» і «Протокол передавання гіпертекстових документів»), з яких студенти мали низькі коефіцієнти розв’язування відповідних завдань в межах 23%, що підтвердило необхідність розробки методики навчання мережевих технологій.

За результатами проведення констатувального етапу експерименту проведено «пілотажне дослідження», мета якого полягає в перевірці висунутої гіпотези. Підготовка до експерименту передбачала розв’язування таких завдань:

–       провести «пілотажне дослідження» за новою та традиційною методиками навчання мережевих технологіям студентів інженерно-педагогічних спеціальностей комп’ютерного профілю;

–       проаналізувати ефективність кожної з обраних методик;

–       спланувати проведення формувального етапу експериментального дослідження відповідно до одержаних результатів.

Сутність «пілотажного дослідження» полягала в проведенні занять у контрольній групі (КГ) за традиційною методикою з використанням ілюстративно-наочних методів навчання та з використанням системи інформаційних контурів n-го порядку для структурування змісту, мережевих технологій як засобу навчання та практичного методу навчання на основі поетапних дій з програмування в експериментальних групах (ЕГ) №1 та №2. Загальний обсяг експериментальної вибірки складав 59 осіб.

Результати дослідження засвідчили перевагу експериментальної методики порівняно з традиційною з використанням ілюстративно-наочних методів навчання.

Відповідно до отриманих результатів «пілотажного дослідження» для проведення формувального експерименту ми здійснили планування організації занять в експериментальній групі, при якому вибір методики для вивчення конкретної теми залежав від змісту навчального матеріалу та завдань. Головним результатом експерименту стала методика, що ґрунтувалася на розробленій таксономії цілей, удосконаленій структурі змісту, використанні практичних методів на основі поетапних дій з програмування та застосуванні комп’ютерних мереж як головного засобу навчання.

Формувальний етап експериментального дослідження проводився на факультеті комп’ютерних систем та мереж Бердянського державного педагогічного університету, обсяг експериментальної вибірки складав 76 осіб.