Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обоснование необходимости совершенствования учебных программ и методики изучения ЭВТ в военном вузе 10
1.1. Исторический анализ содержания компьютерной подготовки в военном вузе 10
1.2. Психолого-педагогические основы изучения устройства ЭВТ 38
1.2. Анализ существующих подходов к разработке учебных программ общепрофессиональных и специальных дисциплин 53
ГЛАВА 2. Формирование содержания дисциплин, изучающих устройство ЭВТ, обеспечивающего системность знаний курсантов военного вуза 60
2.1. Системный подход в современной педагогической науке 60
2.2. Обоснование содержания дисциплин, изучающих устройство ЭВТ в военном вузе 69
2.3. Выявление и обоснование системообразующих факторов в дисциплинах, изучающих устройство ЭВТ, и условий реализации системности знаний 80
ГЛАВА 3. Практическая реализация и апробация методики изучения устройства ЭВТ 91
3.1. Методика преподавания дисциплин, изучающих устройство ЭВТ, на основе системного представления их предмета 91
3.2. Экспериментальная проверка влияния системности знаний курсантов по устройству ЭВТ на изучение штатной цифровой аппаратуры 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
ЛИТЕРАТУРА 123
ПРИЛОЖЕНИЯ 130 ї 5
- Исторический анализ содержания компьютерной подготовки в военном вузе
- Системный подход в современной педагогической науке
- Методика преподавания дисциплин, изучающих устройство ЭВТ, на основе системного представления их предмета
Введение к работе
Актуальность темы исследования. На этапе развития инфраструктуры информатизации образования в военных вузах МО РФ прежде всего необходимо определить содержание образования курсантов и слушателей в области информационной подготовки. В период перехода к обучению по новым учебным планам и программам эта задача должна решаться комплексно, так как базовые знания по информатике служат целям интенсификации учебного процесса по изучению целого ряда естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин при подготовке военных кадров, а одним из основных направлений научных исследований по проблемам военного образования является разработка методических подходов обеспечения взаимосвязи и преемственности дисциплин учебного плана и оптимизация содержания учебных планов и программ.
В Организационно-методических указаниях Главнокомандующего РВСН по подготовке кадров в ввузах вида войск поставлена задача: сосредоточить усилия по исследованию проблем развития системы военного образования и формированию практических рекомендаций, обеспечивающих эффективную реализацию новых учебных планов и программ [60]. Частным направлением этой работы является разработка и апробация методики синтеза содержания общепрофессиональных дисциплин, изучающих быстроэволюционирующую область знания на примере дисциплин, изучающих устройство электронной вычислительной техники (ЭВТ) в военном вузе.
Изучение устройства и эксплуатации ЭВТ входит в информационную подготовку слушателей и курсантов, которым в будущей практической деятельности необходимы знания, умения и навыки практического использования и эксплуатации различных цифровых устройств и систем, в том числе универсальных и специализированных ЭВМ, поскольку современное развитие науки и техники характеризуется широким внедрением цифровых устройств в те области, где до этого функционировали аналоговые устройства (автоматические и автоматизированные системы управления, системы и средства связи и др.) .
В силу этого возрастает значение дисциплин, направленных на изучение аппаратных средств цифровой техники вообще и ЭВМ в частности, а также алгоритмов их функционирования, взаимодействия между цифровыми устройствами в сложных системах хранения, обработки и передачи информации.
Изменение содержания образования и уровней теоретической и практической подготовки обучаемых в данной предметной области должно учитывать следующие факторы:
- широкое внедрение ЭВТ во все сферы деятельности военных специалистов;
- наличие большого объема штатной цифровой техники;
- глубокую интеграцию элементной базы ЭВТ (недоступная внутренняя структура и алгоритмы функционирования многих цифровых узлов и устройств);
- развитие и совершенствование смежных областей зна- ї ния, изучаемых другими дисциплинами и, как следствие, \, сокращение времени на изучение устройства ЭВТ.
Последнее особенно актуально, так как широкое внедрение персональных ЭВМ во все сферы деятельности военного специалиста потребовало кардинального изменения форм и методов компьютерной подготовки и перераспределения учебного времени между подготовкой пользователя современной ПЭВМ и подготовкой специалиста по эксплуатации цифровой техники. Подготовка пользователя потребовала существенного увеличения времени на изучение общего и специального математического обеспечения: операционных систем, программных оболочек, редакторов, электронных таблиц, баз данных и других программных продуктов. При этом время на подготовку специалиста по эксплуатации уменьшилось. Кроме того, несение внутренней и караульной службы, участие в гарнизонных и других мероприятиях предполагает восполнение пропущенных занятий за счет самостоятельной работы курсантов и консультаций с преподавательским составом, что также накладывает свой отпечаток на методику преподавания.
Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному обоснованию содержания и методики изучения устройства вычислительной техники в военном вузе с уровнем обученности, обеспечивающим успешное изучение курсантами штатной цифровой техники и дальнейшую профессиональную деятельность выпускника военного вуза.
Таким образом, противоречие между большим объемом и сложностью учебного материала, связанного с широким использованием вычислительной и другой цифровой техники в военном деле, с одной стороны, и ограничениями во времени на его изучение, определяемыми спецификой учебного процесса в военном вузе, с другой стороны, определило проблему исследования: каким образом при возрастающих объеме и сложности учебного материала и временных ограничениях в учебном процессе военного вуза обеспечить системность знаний курсантов по устройству вычислительной и другой штатной цифровой техники?
Объектом исследования является педагогический процесс изучения устройства цифровой техники курсантами военного вуза.
Предмет исследования: влияние содержания и методики изучения устройства вычислительной техники в военном вузе на успешное изучение и эксплуатацию штатной цифровой аппаратуры.
Цель работы: на основе системного подхода теоретически и экспериментально обосновать содержание и методику изучения устройства вычислительной техники в военном вузе с уровнем обученности, обеспечивающим дальнейшую учебную и профессиональную деятельность.
Гипотеза исследования: изучение универсальной и специализированной вычислительной техники в системе учебного процесса военного вуза будет успешным, если преподавание учитывает эволюцию знания в предметной области, потребности войск и осуществляется на основе системного представления предмета учебных дисциплин.
Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы были поставлены следующие частные задачи исследования:
На основе исторического анализа содержания компьютерной подготовки в военном вузе выявить тенденции изменения содержания учебных программ.
2. На основе деятельностного подхода и метода экспертных оценок выявить роль, место и объем знаний по устройству вычислительной техники в профессиональной деятельности выпускника военного вуза.
3. Сформировать содержание учебной дисциплины с учетом выявленных и обоснованных системообразующих факторов и определить необходимые условия достижения системности знаний курсантов военного вуза.
4. Разработать и апробировать методику преподавания устройства вычислительной техники, обеспечивающую требуемый уровень обученности выпускника военного вуза при существующих временных ограничениях.
Методологическую основу исследования составили следующие философские и педагогические теории: -системный подход к исследованию и организации учебного процесса (С.И.Архангельский, В.И.Загвязинский, М.Н.Скаткин, Н.Ф.Талызина, Л.Я.Зорина); -деятельностный подход (С.Л.Рубинштейн, В.В.Мачу-лин, В.Г.Михайловский). При проведении исследования использовались методы: исторический анализ, анализ научно-педагогической литературы, учебников, учебных пособий, методической литературы и учебных программ по исследуемой проблеме, анкетирование, метод экспертных оценок, функционально-структурный подход, педагогический эксперимент, статистические методы обработки результатов сравнительного педагогического эксперимента.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
- выявлены исторические тенденции изменения содержания учебных дисциплин, изучающих устройство вычислитель-% ной техники в военном вузе, отражающие эволюцию объекта изучения;
- выявлены и обоснованы системообразующие факторы формирования содержания компьютерной подготовки в военном вузе;
- определены и экспериментально проверены условия достижения системности знаний курсантов военного вуза по устройству вычислительной техники.
Практическая значимость: разработаны и апробированы:
- лекционный курс, реализованный в конспекте лекций "Электронно-вычислительные машины и вычислительные системы. Часть 1" [38]; системные задачи; методика преподавания устройства вычислительной техники. Результаты исследования могут быть использованы при определении квалификационных требований к выпускнику военного вуза, а также при разработке учебных программ и методик преподавания общепрофессиональных и специальных дисциплин.
На защиту выносятся:
обоснование роли и места знаний по устройству вычислительной техники в подготовке военного инженера и категории специалиста-выпускника ВИ РВ по отношению к средствам вычислительной техники;
рекомендации по обоснованию содержания и построению дисциплин, изучающих устройство вычислительной техники в военном вузе, на основе системного представления их предмета с уровнем обученности, обеспечивающим дальнейшую учебную и профессиональную деятельность;
методика преподавания устройства вычислительной техники при существующих временных ограничениях в учебном процессе военного вуза.
Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием проверенных на практике педагогических теорий, результатами педагогического эксперимента и личным опытом преподавательской деятельности автора.
Апробация исследования осуществлялась при проведении экспериментальной педагогической работы по внедрению предлагаемой методики в учебный процесс военного вуза. Результаты работы обсуждались на XV, XVI научно-технических конференциях ПВИ РВ, на постоянно действующем семинаре "Методология педагогики", на заседаниях предметно-методической комиссии, представлены в научных публикациях.
Исторический анализ содержания компьютерной подготовки в военном вузе
Задача подготовки специалистов по проектированию, производству, эксплуатации и использованию электронных вычислительных машин возникла с появлением первых ЭВМ, и уже в 50-х годах в Московском энергетическом институте, а затем, в МВТУ им. Н.Э.Баумана началась подготовка студентов по специальности "Вычислительная техника"[47]. В дальнейшем изучение вычислительной техники было включено в учебные планы многих высших и средних технических учебных заведений. Сформировалась новая научно-техническая дисциплина, превратившаяся за более чем сорокалетний период развития в разветвленную сеть дисциплин компьютерной подготовки.
Методологические проблемы технических наук получили достаточно широкое освещение в литературе [52,74], однако акцент до сих пор делается на исследовании их строения, а развитие научно-технического знания, как правило, исследуется мало. Тем не менее, обращение к методологическому анализу развития современных научно-технических . дисциплин представляется весьма актуальным, поскольку" такой анализ объясняет системную организацию таких дисциплин .
Можно выделить два взаимосвязанных способа анализа развития научно-технических дисциплин: модель внешнего развития и модель внутреннего развития научного знания [13]. Анализируя механизмы порождения новых научно-технических дисциплин в условиях развитой технической науки, можно выделить в соответствии с этим два основных их типа.
Первый тип - внутреннее развитие - связан с прогрессивным ветвлением базовой дисциплины, которое приводит к образованию сначала нового исследовательского направления, затем области исследования, а затем дисциплины.
Второй тип - внешнее развитие - вызван изменением взглядов на роль и место данной научно-технической области в научно-техническом процессе.
Развитие дисциплин, изучающих электронную вычислительную технику, в разные промежутки времени подчинялось этим механизмам .
На начальном этапе преподавания в вузах практически отсутствовала дифференциация среди различных категорий обучаемых, т.к. это было целесообразно с точки зрения последующего использования специалиста. Действительно, хорошие знания структуры ЭВМ, умение программировать на машинном языке были одинаково важны как для инженера по эксплуатации, так и для программиста и оператора ЭВМ. Более того, чрезвычайно низкая надежность первых ламповых ЭВМ требовала от всего персонала определенных навыков локализации неисправностей, а нередко и их устранения. Специалист по вычислительной технике на рубеже 50-х, 60-х годов - это специалист достаточно широкого профиля. Однако последовавшее с начала 60-х годов стремительное развитие вычислительной техники, усложнение структуры ЭВМ и программного обеспечения, расширение возможностей ЭВМ и систематическое расширение области использования ЭВМ как в народном хозяйстве, так и в военном деле привело к дифференциации содержания и методов обучения специалистов различного профиля. Возникла необходимость в разработке основополагающих принципов, которые должны быть положены в основу обучения вычислительной технике. Эти принципы за прошедший, более чем сорокалетний период преподавания вычислительной техники в вузах претерпели существенные изменения, которые были предопределены непрерывным совершенствованием объекта изучения-средств ЭВТ [2,28].
А.А.Метешкин связывает эту эволюцию с развитием поколений ЭВМ и приводит три этапа, существенно отличающиеся содержанием и методами обучения специалистов по ЭВТ [47].
Первый этап связан с изучением ЭВМ первого поколения, он охватывает период с конца 50-х годов до середины 60-х.
Второй этап связан с изучением ЭВМ второго поколения (с середины б0-х до середины 70-х годов).
Третий этап начался с середины 7 0-х годов и практически завершился к началу 90-х годов. Этап был связан с изучением прежде всего ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ.
Исследование А.А.Метешкина и А.М.Мокринского практически было завершено до широкого внедрения персональных ЭВМ. Это очень полное, всестороннее исследование средств ЭВМ как объекта изучения, в котором были раскрыты психолого-педагогические факторы и дидактические основы изучения вычислительной техники в военном вузе [45,4 7, 48].
Анализируя приведенное деление, следует заметить, что этапы изучения соответствующих поколений ЭВМ не совпадают во времени с производством данных ЭВМ. Производство ламповых ЭВМ завершено к I960 году, однако первый этап завершается серединой 60-х годов. На наш взгляд, это объясняется двумя факторами:
- во-первых, произведенные ламповые ЭВМ, несмотря на невысокие вычислительные возможности и низкую надежность, все еще остаются в эксплуатации (ламповая ЭВМ "Арагац" эксплуатировалась в Пермском Государственном университете до 1972 года);
- во-вторых, существенные отличия в элементной базе и структуре требовали выявления дидактических основ обучения на данном этапе.
Последнее, к сожалению, характерно для большинства вузовских программ, т.е. процесс перехода к новым учебным программам существенно отстает и содержание обучения изменяется неадекватно изменениям требований к специалисту.
Для вычислительных машин первого поколения кроме ламповой элементной базы характерны:
- относительно небольшое количество аппаратуры;
- простейшие системы команд;
- простейшие устройства ввода-вывода, как правило, заимствованные из техники связи (телеграфный аппарат СТА-2М с трансмиттером, рулонные телетайпы РТА и др.);
- программирование на машинных языках; - практическое отсутствие системного программного обеспечения;
- абсолютная программная и аппаратная несовместимость между различными ЭВМ.
Изучение вычислительной техники на данном этапе в значительной мере опиралось на опыт накопленный при обучении электротехническим и радиотехническим системам.
На этом этапе определились общие принципы обучения вычислительной технике. Целевые установки обучения предусматривали детальное рассмотрение процессов, происходящих в узлах и устройствах вычислительной машины, и овладение методикой программирования на машинном языке. Здесь же произошло разделение на специалистов, способных проектировать, производить и эксплуатировать ЭВМ, а также программистов, разрабатывающих и отлаживающих программы. Такой подход был целесообразен из-за низкой надежности аппаратных средств.
Системный подход в современной педагогической науке
Системный подход - направление методологии специально-научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем [11,т.23,с.476].
Система (греч. SYSTEMA - целое, составленное из частей) - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство [11,т.23,с.463].
Системный подход способствует адекватной постановке проблем в конкретных науках и выработке эффективной стратегии их изучения. Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих ее механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину.
Начиная с 50-х годов нашего века, системный подход занимает одно из ведущих мест в научном познании. Предпосылкой его проникновения в науку явился, прежде всего, переход к новому типу научных задач: в целом ряде областей науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов, познание начинает оперировать системами, границы и состав которых далеко не очевидны и требуют специальных исследований в каждом отдельном случае. Так, например, выделение особого класса систем - управляющих и информационных послужило фундаментом возникновения кибернетики.
Наряду с развитием системного подхода "вширь", то есть его распространением на новые сферы научного знания и практики, с середины 20 века начинается систематическая разработка принципов системного подхода в методологическом плане. Первоначально методологические исследования группировались вокруг задач построения общей теории систем. Однако развитие исследований в этом направлении показало, что совокупность проблем методологии системного исследования существенно превосходит рамки задач общей теории систем. Для обозначения этой более широкой сферы методологических проблем и применяют термин "системный подход", который с 70-х годов прочно вошел в научный обиход.
Системный подход не существует в виде строгой методологической концепции: он выполняет свои эвристические функции, оставаясь не очень жестко связанной совокупностью познавательных принципов, основной смысл которых состоит в соответствующей ориентации конкретных исследований .
Эта ориентация осуществляется двояко:
Во-первых, содержательные принципы системного подхода позволяют фиксировать недостаточность старых традиционных предметов изучения для постановки и решения новых задач. Во-вторых, понятия и принципы системного подхода существенно помогают строить новые предметы изучения, задавая структурные и типологические характеристики этих предметов и, таким образом, способствуя формированию конструктивных исследовательских программ.
Позитивная роль системного подхода может быть сведена к следующим основным моментам:
Во-первых, понятия и принципы системного подхода выявляют более широкую познавательную реальность по сравнению с той, которая фиксировалась в прежнем знании.
Во-вторых, системный подход содержит в себе новую, по сравнению с предшествующими, схему объяснения, в основе которой лежит поиск конкретных механизмов целостности объекта и выявление достаточно полной типологии его связей. Реализация этой функции обычно сопряжена с рядом трудностей: для действительно эффективного исследования мало зафиксировать наличие в объекте разнотипных связей, необходимо еще представить это многообразие в операциональном виде, то есть изображать различные связи как логически однородные, допускающие непосредственное сравнение и сопоставление.
В-третьих, из важного для системного подхода тезиса о многообразии типов связей объекта следует, что сложный объект допускает не одно, а несколько расчленений. При этом критерием обоснованного выбора наиболее адекватного расчленения изучаемого объекта может служить то, насколько в результате удается построить операциональную "единицу" анализа, позволяющую фиксировать целостные свойства объекта, его структуры и динамику. Исследованию объектов как систем, разработке методов решения системных задач посвящены работы Дж.Клира [32, 33].
Необходимость использования системного подхода в педагогических исследованиях определяется многообразием сторон, элементов, отношений, внутренних и внешних факторов функционирования и развития учебно-воспитательного процесса.
Исследованию процесса обучения и воспитания как системы большое внимание уделено в работах Ю.К.Бабан-ского, В.И.Загвязинского, А.Г.Молибога, С.И.Архангельского, М.Н.Скаткина, В.И.Михеева, П.И.Пидкасистого, И.П.Подласого, Н.Ф.Талызиной, Л.Я.Зориной [9, 8, 24, 53, 4, 3, 65, 51, 28, 61, 62, 67, 66, 68].
В. И. Загвязинский определяет сущность системного подхода в педагогике следующими положениями, полагающими устанавливать свойства системных объектов и совершенствовать их:
1. Целостность системы по отношению к внешней среде, ее изучение в единстве со средой. Вопросы образования в свете этого положения составляют самостоятельный круг вопросов, но изучаются в тесной связи с социальным развитием и запросами общества.
Методика преподавания дисциплин, изучающих устройство ЭВТ, на основе системного представления их предмета
Все дидактические системы содержат хотя бы один из слудующих принципов: системности, систематичности, целостности, последовательности в обучении. Под этим понимается требование, чтобы знания обучаемых были в системе, определяемой логикой соответствующей науки. При разработке методики преподавания устройства ЭВТ мы исходили из принципа, что системный подход является общим подходом к организации обучения и используется во всех формах учебного процесса.
Предлагаемая методика основывается на том, что содержание и форма, структура и объем учебного материала, методы, средства и формы обучения
а) учитывают:
- особенности ЭВТ как объекта изучения на современном этапе развития;
- объективно существующие закономерности процесса изучения устройства ЭВТ;
б) разрешают основные противоречия, присущие процессу изучения устройства ЭВТ; в) основаны на анализе психических познавательных процессов при изучении ЭВТ;
г) базируются на принципах изучения ЭВТ.
Методика должна обеспечить повышение эффективности изучения дисциплины на основе:
- устранения существующего разрыва между различными этапами процесса овладения учебным материалом;
- преодоления организационного обособления различных видов учебных занятий;
- привития курсантам правильного взгляда на соотношение между теоретическими представлениями и практическими умениями;
- обучения курсантов рациональной методике организации и актуализации познавательной деятельности.
Научно-обоснованный выбор содержания обучения, системное построение дисциплины, систематичность изложения должны приводить к конечной цели - достижению системности знаний курсантов.
Овладение каждым курсантом учебным материалом разделяется на две последовательные фазы: первая - овладение основами теории, вторая - овладение методами применения теории к решению практических, целевых задач.
Овладение основами теории осуществляется на лекции. Лекция (от лат. lektion - чтение) - систематическое, последовательное изложение учебного материала, какого-либо вопроса, темы, раздела, предмета, методов науки [11, т.14,с.285].
Эффективность учебной деятельности на лекции существенно зависит от характера психических познавательных процессов, протекающих в сознании обучаемых. К ним относятся: восприятие, запоминание, осмысление. В основном психические познавательные процессы, протекающие при изучении ЭВТ не отличаются от процессов, возникающих при изучении других дисциплин, однако специфичность учебного материала приводит к тому, что некоторые познавательные процессы имеют особенности.
Восприятие обеспечивает правильное отражение в сознании обучаемых объектов изучения. В связи с высокой степенью формальности процессов, протекающих в вычислительных средствах, восприятие учебного материала ЭВТ носит опосредованный характер. Как непосредственное наблюдение элементов, узлов и устройст ЭВТ, так и наблюдение их работы с помощью каких-либо приборов и инструментов не может привести к восприятию существа этих объектов и процессов их функционирования.
Следовательно, обучающиеся воспринимают не сами изучаемые объекты, а их знаковые или словесно-знаковые модели, представленные в виде различных схем. Поэтому вопросам выработки умений видеть за изображаемой схемой реальный объект на начальных этапах обучения необходимо уделить особое внимание. Важно, чтобы условное изображение схемы сопровождалось текстом, поясняющим существо построения и функционирования, изображаемой схемы. По мере приобретения умений правильного восприятия схем пояснительный текст можно сокращать, а затем и вовсе опускать. Так как главной задачей элемента, узла, устройства ЭВМ является выполнение некоторых функций по преобразованию данных, то формирование способов их правильного восприятия должно быть сосредоточено на структурных вопросах и логике их функционирования. Запоминание и воспроизведение являются функциями памяти и, как и другие психические процессы, существенно зависят от многих факторов, однако в первую очередь связаны с деятельностью обучаемого. Активная гностическая и практическая учебная деятельность облегчает запоминание материала, способствует более быстрому его узнаванию и точному воспроизведению. При изучении устройства ЭВТ наиболее важное значение имеют зрительная и словесно-логическая память. Именно их необходимо развивать и тренировать.
Осмысление является завершающей и весьма важной составной частью познания материала. В процессе осмысления материала формируются научные понятия, создаются мысленные модели объектов изучения, вырабатываются умения применять полученные знания на практике и осуществлять перенос полученных знаний на новые объекты изучения. Главное внимание преподавателя должно быть направлено на управление формированием понятий в области вычислительной техники, на формирование в сознании обучаемых мысленных моделей элементов, узлов, устройств и ЭВМ в целом. Основной упор при этом целесообразно сделать на функционирование изучаемых объектов, так как именно в нем отражаются основные свойства, связанные с обработкой информации.
