Системный анализ, представляющий собой совокупность методологических средств, предназначенных для подготовки и обоснования решений по сложным научным, технологическим и другим проблемам, развивает методы проектирования систем и технологий. Айнштейн В.О. отмечает, что важные моменты методического плана, определяющие характер научного мышления, становятся ясны преподавателю после 10- лет педагогической деятельности, что подтверждает необходимость методов системного анализа для разработки технологии образования.

В исследовании технологии обучения выделены основные этапы проектирования учебного процесса: разработка модели технологии учебного процесса, модели представления знаний по каждой дисциплине и модели по отдельным ее темам. При этом технология обучения спроектирована с оптимальной структурой, в которой предусмотрена рациональная организация взаимодействия элементов, режимы их функционирования, учтено влияние внешней среды. В рамках исследования были проведены следующие этапы работ по моделированию учебного плана.

1. Проведен анализ взаимосвязей множества дисциплин с требованиями принятого стандарта образования. Результатом анализа стала модель, в которой предлагаемое множество дисциплин либо обеспечивает выполнение требований ГОСа, либо нужна корректировка множества дисциплин.

2. Осуществлен междисциплинарный анализ с целью создания единого терминологического и идентификационного пространства, предусматривающий разработку следующих моделей:

модели взаимосвязи между учебными дисциплинами, модели взаимосвязи между дисциплинами и разделами других дисциплин. Анализ позволил сформулировать требования к знаниям абитуриента, осуществить экспертизу разработанных моделей и выработать предложения по их корректировке с учетом рынка труда.

3. Проведена структуризация лекционных материалов на основе проведенного анализа.

Среди известных моделей из-за простоты и наглядности для решения задачи моделирования содержания учебного материала автор использует систему взаимоувязанных матриц. В этой системе матриц описаны: связи между перечнем знаний, умений, навыков принятого стандарта образования и учебными дисциплинами (например, высшего учебного заведения), связи между учебными дисциплинами, связи учебных дисциплин с дисциплинами средней школы (первый квадрант); связи между дисциплинами и разделами других дисциплин (второй квадрант), методическое обеспечение разделов учебных дисциплин и самих учебных дисциплин (третий, четвертый квадранты). Под методическим обеспечением понимается:

множество лабораторных, практических работ и тем семинарских занятий, поддерживающих разделы учебных дисциплин; идентификационное и терминологическое пространства, с помощью которых излагают содержание учебных дисциплин. Для описания связей введены два понятия "выпускающая" дисциплина и "поддерживающая" (в последующем эти понятия записаны без кавычек). Каждая выпускающая дисциплина при своем изложении использует те или иные разделы поддерживающих дисциплин.

Первый квадрант представляет собой матрицу связности, строки которой предназначены для записи требований стандарта образования (количество требований z) и дисциплин учебного процесса (количество дисциплин n), а столбцы только для дисциплин, причем требования стандарта образования записаны в первых строках матрицы, а дисциплины учебного пиана в последующих. В первых столбцах матрицы записано п дисциплин, а в х последующих дисциплины средней школы. Принято, что дисциплине, записанной в строке, присвоен статус выпускающей дисциплины, дисциплине, записанной в столбце - статус поддерживающей дисциплины. В процессе работы столбцы и строки меняются между собой.

Такой итерационный процесс смены статуса дисциплины и поиска взаимосвязей входного интерфейса выпускающей дисциплины с выходным интерфейсом поддерживающей происходит до тех пор, пока не будут определены поддерживающие дисциплины школьного курса. Этими действиями выявлены требования к знаниям студентов по школьным курсам для освоения учебного материала по выбранной ими специальности.

Второй квадрант представляет собой матрицу, в которой количество строк равно количеству строк первого квадранта, а количество столбцов в основном определено суммарным количеством разделов поддержи-вающих дисциплин. В этом квадранте отражена взаимосвязь требований стандарта образования и выпускающих дисциплин с разделами поддер-живающих дисциплин. Взаимосвязь указывается простановкой номера требования стандарта или выпускающей дисциплины из матрицы перво-го квадранта. Для каждой поддерживающей дисциплины введен столбец «Всего», указывающий на количество ее разделов, используемых при изложении требования стандарта или выпускающей дисциплины. В матрице второго квадранта введен итоговый столбец «Итого», в котором фиксируют общее число разделов по всем поддерживающим дисциплинам, без знания которых затруднено формирование любого требования стандарта образования и восприятие любой выпускающей дисциплины. Этот столбец определяет входной интерфейс любой дисциплины учебного плана и входной интерфейс требований стандарта образования.

Итоговая строка для поддерживающей дисциплины отражает частоту использования любого ее раздела. Чем больше это значение, тем "важность" этого раздела в подготовке специалиста увеличивается. В диссертации описан способ определения входного и выходного интерфейса любого требования стандарта образования и выпускающей дисциплины.

Третий квадрант представляет собой трехмерную матрицу: первая матрица - для связи разделов учебных дисциплин с лабораторным практикумом, вторая - для связи с семинарскими занятиями, третья - для связи с самостоятельной работой студентов. Все матрицы имеют количество столбцов, совпадающее с количеством и наименованием столбцов второго квадранта. В строках первой матрицы записаны наименования практических занятий, в строках второй матрицы записаны темы семинарских занятий, в строках третьей матрицы - темы разделов учебных дисциплин, переданных студентам для самостоятельной проработки. Строки соотнесены с разделами учебных дисциплин метками.

Четвертый квадрант представляет собой трехмерную матрицу: первая матрица - для связи терминов с разделами учебных дисциплин и поддерживающими дисциплинами первого квадранта, вторая - для связи идентификаторов. Обе матрицы содержат одинаковое число столбцов, равное числу столбцов первого квадранта, а число строк равно числу строк первой матрицы третьего квадранта. В строках соответствующих матриц записаны термины и идентификаторы, на множествах которых будет изложен учебный материал. Назначение четвертого квадранта состоит в создании терминологического пространства при изложении связанных между собой дисциплин и в создании идентификационного пространства, исключающего полисемию при написании формул, смысл, которых заложен в соответствующем разделе поддерживающей дисциплины при применении их в соответствующей выпускающей дисциплине.

В диссертации представлен результат анализа взаимосвязей набора дисциплин с требованиями Госстандарта на примере учетно-финансового факультета (УФФ). К данной специальности предъявлены требования, предусматривающие четыре цикла дисциплин (общим числом 49): общие гуманитарные и социально - экономические; математические и общие естественно - научные; специальные; общие профессиональные.

Анализ выполнен с помощью матрицы, элементы которой увязывают учебные дисциплины с требованиями Госстандарта образования, содержащие 18 групп. Требования групп располагают в строках матрицы, а в столбцах перечислены 49 учебных дисциплин. В матрице созданы итоговая строка и итоговый столбец. В итоговой строке матрицы путем подсчета меток проставляют числа, соответствующие частоте востребования дисциплины по реализации требований Госстандарта («вес» дисциплины). В итоговом столбце матрицы связности записывают числа, определяющие «вес» требования Госстандарта («вес»

характеризует количество дисциплин, участвующих в выполнении требования). Полученные «веса» дисциплин и требований Госстандарта могут быть использованы для принятия решений, например, по организации спецкурсов, семинаров, конференций, выставок.

Результаты анализа сформулированы следующим образом.

1. Между требованиями Госстандарта и рынком нет согласованности. Например, частота востребования знаний по дисциплине АРМ специалиста составляет малую величину - 4, в то же время рынок эти знания выдвигает как основные для специалиста экономической профессии.

2. Многословность и нечеткость выдвинутых требований в группах Госстандарта затрудняет выявление связей с учебными дисциплинами.

3. Предложенный перечень дисциплин УФФ слабо обеспечивает выполнение всех требований Госстандарта. В результате моделирования выявлена необходимость введения дополнительной дисциплины «Теория принятия решений».

4. «Веса» дисциплин могут служить основой корректировки содержания курсов повышения квалификации в свете принципа «непрерывности» экономического образования, отвечающего современным требованиям.

Таким образом, разработан принцип системно-структурного анализа дисциплин учебного плана подготовки специалиста, основанный на системе взаимоувязанных матриц, расположенных в четырех квадрантах, позволяющий в технологии обучения:

• произвести анализ взаимосвязей учебных дисциплин учебного плана с требованиями принятого стандарта образования;

• определить совокупность разделов всех «поддерживающих» дисциплин, обеспечив безызбыточный процесс передачи знаний;

• сформировать терминологическое и идентификационное пространства, на которых происходит передача знаний обучаемым.

• определить «веса» дисциплин, участвующих в выполнении требований стандарта образования; «вес» каждого требования стандарта образования; «вес» каждого раздела «поддерживающих» дисциплин.

Во второй главе «Методологические вопросы структуризации информации» предметом исследования являются информационные аспекты процесса передачи знаний обучаемому.

Структура является важнейшей характеристикой всякого информационного процесса и отражает связи, функции и цели между ее компонентами, особенности взаимодействия с внешней средой. Так, структура становится методом понимания «устройства» учебного материала и способствует взаимоотношениям с другими учебными материалами (внешней средой). Рассмотрение структур различных предметных областей (в диагностике и идентификации объектов, структуры в теории передачи дискретной информации, структуры в автоматизированных системах управления, структуры в сетях ЭВМ и структуры в учебных материалах) позволило выявить следующее.

1. Модель структуры учебного материала должна быть понятна и не требовать от обучаемого специальных знаний, не относящихся к изучаемому предмету.

2. Структура учебного материала должна быть открытой, т.е. позволяющей введение новых отношений между изучаемыми объектами, открытыми недавно.

3. Структура учебного материала должна быть наглядной. Как показано в работах Столяр А.А. и Каштан Б.С., из различных видов наглядности широкое применение находит символическая (чертеж, график, схема, графы). Символы являются своеобразным метаязыком, имеют свою семантику, без знания которой затруднено их понимание и использование. Авторы отмечают, что средством наглядности являются графы, используемые для представления отношений.

4. Структура учебного материала должна предоставлять обучаемому возможность поиска взаимосвязей между идентифицированными элементами и ответов на вопросы по изучаемой теме. Кроме того, структура должна вызывать различные ассоциации.

Ассоциации внутрисистемные и межсистемные возникают у обучаемого тогда, когда произведена систематизация. Известно, что мыслительная деятельность по установлению более удаленных связей освобождает память человека от необходимости запомнить материал как сумму частных, изолированных, не связанных между собой сведений и фактов, так как группирует их в более крупные единицы, которые легче запомнить и в нужное время воспроизвести (Каплан Б.С.).

Понятие «Структура» широко использовано в различных областях человеческой деятельности: связь, управление, сети, педагогика и социология. Оно находит широкое применение и в педагогической науке, так как позволяет понять конструкцию учебного материала, динамику его изложения, отношения тем и их компонентов.

На основании гребований к структуре учебного материала выбрана семантическая иерархическая сеть, с помощью которой отображено взаимодействие частей. Выбор языка отображения взаимодействия декомпозируемых частей учебного материала стал одной из задач диссертационной работы.

Необходимость декомпозиции учебного материала рассмотрена с точки зрения его усвоения обучаемым. Критерием качества декомпозиции взято уменьшение числа ошибок при ответе на зачете, экзамене. На основании принятых допущений получено выражение, определяющее наименьшее допустимое число декомпозируемых частей п учебного материала при заданном уровне достоверности ответа Р 0 и интенсивности Р ош - вероятность обнаруживаемой ошибки в ответе. Из данного уравнения определена величина п для различных значений Р0, Р, Р ош и а.

Семантическая сеть состоит из вершин, связанных ребрами. Одна из вершин является корнем этого дерева, в котором записано название структурированного материала. Корень дерева связан с вершинами первого уровня иерархии, которые соединены другими ребрами с вершинами второго уровня и т.д. Ребра указывают на отношения между вершинами сети.

При проектировании сети приняты ограничения на число уровней иерархии, которых не должно быть больше четырех, и на количество вершин i +1 уровня, находящихся в непосредственной связи с i - той вершиной, которых не должно быть больше семи. На любом уровне иерархии могут быть висячие вершины (листья), которые не подлежат дальнейшей декомпозиции. Висячее ребро может быть только листом или листом, указывающим на связь с другой семантической сетью, являющейся внутренней или внешней процедурами сведений декларативного характера. Итак, внешняя процедура - это тоже дерево (сеть) со своими вершинами, распределенными по четырем уровням, при эгом любая вершина может быть новой внешней процедурой сведений. Такой вложенный процесс позволяет более глубоко описать данную тему и обеспечить вариативность ее передачи обучаемым. Количество вложений при этом не ограничено.

Названия вершин для изображения структуры лекционного материала, по мнению автора, целесообразно производить в отдельном блоке «Идентификация уровней иерархии по горизонтали». Смысловая нагрузка корня поделена между подчиненными ему элементами, что позволяет обучаемому познавать проблему по частям, так как элементы дополняют друг друга. Оценка содержания частей и целого позволяет сделать вывод, что сутью всякого устойчивого объединения является уменьшение содержания целого по сравнению с содержанием частей за счет установления их взаимозависимости. Вопрос целостности системы состоит в том, что множество идентификаторов всех уровней иерархии должно характеризовать тему полно и с разных точек зрения. В качестве примера приведена семантическая сеть процедуры «** Вычисление площади плоской фигуры».

В сети выделены три вершины, являющиеся самостоя 1ельными семантическими сетями представления знаний по темам "подынтегральная функция **", "точный способ вычисления (взятия) интеграла **", "приближенный способ вычисления интеграла **". Для любой вершины сети можно выделить ретроспективные и перспективные темы. Такая визуализация учебного материала, по мнению автора, является положительной для обучаемого.

Идентификация вершин семантической сети по горизонтали:

1-й уровень/площадь квадрата; площадь ромба; площадь трапеции; площадь криволинейной трапеции/;

2-й уровень:/атрибуты понятия трапеции; формула определения площади трапеции;

декомпозиция фигуры/,/понятие интеграла, способы вычисления интеграла/;

3-й уровень:/декомпозиция трапеции на треугольники; декомпозиция трапеции на треугольники и квадрат; декомпозиция трапеции на параллелограмм и треугольник/;/историческая справка; атрибуты и понятие интеграла; связь между интегрированием и дифференцированием; основная задача интегрального исчисления;

классификация интегра-лов/;/точный способ вычисления интеграла **, приближенный способ вычисления интеграла **/, 4-й уровены/подынтегральная функция **; первообразная функция, обозначение интеграла, приращение аргумента; пределы интегрирова-ния/,/определенный интеграл;

неопределенный интеграл/.

Описание уровней иерархии по вертикали Тексты описания не приводятся по причине значительного увеличения объема автореферата В целом процедура «Вычисление площади плоской фигуры» реализует деятельностный подход - развивает творческий подход к вычислению площади различных фигур. При вычислении площади квадрата, ромба, трапеции используют понятие декомпозиции фигуры, то есть представляют их площади в виде совокупности других фигур, вычисление площадей которых известно.

Анализ сети подтверждает тезис о многообразных способах реализации одного и того же закона функционирования объекта, за счет этого у обучаемого происходит расширение словарного запаса. Для плоских фигур (квадрат, ромб, трапеция) словарный запас один, а для вычисления площади плоской фигуры, одна из сторон которой расположена на оси абсцисс, или параллельна ей, а другая подчинена какой-либо функциональной зависимости, необходимы знания'по интегральному исчислению. Однако, если вид функциональной зависимости не позволяет использовать стандартные приемы взятия интеграла, то необходимы знания численных методов интегрирования.

Взаимосвязь имен текстов с вершинами сети производят с помощью лексикографической модели, ее детализация и применение приведены в диссертации.

Описание взаимодействий внутренних и внешних процедур сведений декларативного характера с вершинами текущей сети формализованы. В диссертационной работе приведены форматы, по которым производят объявления процедур, а также формат, по которому производят обращение к ним. Внутренней процедурой может быть объявлена любая вершина текущей сети, обращение к которой возможно из любой вершины этой сети.

Обращение к внешним процедурам можно производить из любых вершин, расположенных на любых уровнях иерархии. Ограничений на количество внутренних процедур и обращений к внешним процедурам в сети не существует.

Таким образом, инструментом, изображающим структуру учебного материала, выбрана иерархическая семантическая сеть с ограниченной структурой, вершины которой имеют имена. Принято ограничение на количество уровней иерархии. Введены и широко использованы понятия внутренней и внешней процедуры сведений декларативного характера Внешняя процедура представляет собой также сеть, в которой может быть использована другая внешняя процедура. Такие вложения внешних процедур позволяют реализовать контекстное изложение учебного материала.

Произведено обоснование декомпозиции учебного материала. Показано, что при определенном условии возникновения ошибок в ответе обучаемого уровень достоверности ответа прямо пропорционален числу декомпозируемых частей.

Любая тема учебного материала представлена тремя элементами: семантической сетью, блоком идентификаторов вершин, расположенных по горизонтали каждого уровня иерархии, текстами, относящимися к вершинам, расположенным по вертикали семантической сети.

Для взаимосвязи текстов с вершинами семантической сети использована лексикографическая модель, в которой тексты заключены в соответствующие мнемознаки.

Тексты излагают на основании терминологического и идентификационного пространств, полученных в результате моделирования учебного плана.

В третьей главе «Педагогическая практика использования семантических сетей в обучении»

рассмотрены методики использования семантических сетей как одного из способов обобщения учебного материала и как инструмента систематизации знаний. В общем случае структурирование теоретического материала любой дисциплины преследует дидактическую цель создания системы научных знаний у обучаемых. Систематизация - это приведение в определенную систему функциональных взаимосвязей составных частей учебного материала для целей обучения. Как показано во второй главе, эффективным средством декомпозиции учебного материала являются семантические сети. Идентификаторы вершин распределены по уровням иерархии слева - направо. Идентификаторы, относящиеся к каждому узлу верхнего уровня, образуют свой список (блок).

Исследованием установлено, что сложная тема может содержать несколько внешних процедур. Например, в теме «Программное обеспечение ПЭВМ» во внешней процедуре «** Классификация программного обеспечения ПЭВМ» имеется несколько других внешних процедур: «** Операционная система», «** Оболочка Norton Commander»; «** Текстовый редактор», «** Электронная таблица». Выявление таких внешних процедур помогает закрепить основное содержание данного курса в знаниях студента. Неоднократное использование внешних процедур в других темах позволяет проводить их контекстное изложение.

В качестве примера использования внешней процедуры выбрано понятие «работа» в механике. В молекулярной физике эта внешняя процедура использована при изложении работы газа и работы внешних сил. При таком перенесении внешней процедуры «работа» в другую тему формирование понятия происходит для другого вида материи. Здесь видно расширение этого понятия с опорой на предыдущий материал. В разделе электричество понятие «работа» интерпретируется как работа по перемещению неподвижных электрических зарядов, как работа электрического тока, поэтому внешнюю процедуру «работа» можно перенести и в разделы «электростатика», «постоянный ток». Итак, внешняя процедура «работа» может быть использована в нескольких разделах физики для описания взаимодействия разных видов материи.

В сети встречаются вершины, помеченные одной звездочкой - это внутренние процедуры.

Их применяют только в рассматриваемой сети. Примером использования внутренней процедуры в информатике является тема «выражение». В ней выделены три внутренние процедуры. Внутренняя процедура «* арифметическое выражение» используется в другой внутренней процедуре «* выражение отношения». Последняя применена еще в одной внутренней процедуре «* логическая формула». Логика использования внутренних процедур заключена в том, что она работает только внутри семантической сети, в чем ее отличие от внешних процедур.

В диссертации методика использования семантических сетей для любой предметной области (информатика, физика, математика) представлена двумя способами. Первый способ состоит в том, что после традиционного изучения большой темы, когда лектор излагает содержание темы в виде параграфов, разделов, выводов законов, вместе со студентами строит семантическую сеть темы, использует ранее введенные названия ее частей. Построение сети начинают с первого уровня иерархии, показывающего наиболее крупные части этой темы.

На последующих уровнях иерархии каждой крупной части предыдущего уровня производят поиск подчиненных ей имен. В соответствии с содержанием темы могут быть выделены внутренние и внешние процедуры. Такой способ построения семантических сетей следует считать систематизацией уже изученного материала.

Второй способ предусматривает построение семантической сети темы перед ее изложением и заключен в определении начальных представлений о законах, явлениях, процессах, которые имеют отношение к теме. Составленная вместе с учащимися сеть начальных представлений обычно имеет небольшое число уровней (один-два) и не содержит внешних и внутренних процедур. После чтения лекции по теме, для которой построена сеть начальных представлений, ее модифицируют введением новых понятий, расширением и углублением первоначальных. Такая инфраструктура понятий создает полную "модель темы, представляет ее в виде семантической сети. Этот способ позволяет показать некоторый фундамент, на котором будет стоять здание новой темы.

Новая тема первоначально представлена в виде черного ящика, входной интерфейс которого отражает взаимосвязи с понятийным аппаратом, теоремами других дисциплин и предыдущими темами данной дисциплины. Такая методика составления семантических сетей была использована при изучении курса «общая физика» в разделах: механика материальной точки, механика твердого тела, молекулярно - кинетическая теория идеального газа, реального газа. Эти сети приведены в третьей главе диссертации (раздел «Молекулярная физика»).

Еще один способ использования семантических сетей базируется на готовой инфраструктуре понятий. Элементарные понятия могут располагаться на любом уровне иерархии, из них формируют более крупные понятия на верхних уровнях. Такой прием проектирования называют проектированием «снизу - вверх». Он, на наш взгляд, продуктивен для школьников 8-9 классов. Так составленные сети применяли учащиеся на уроках в школе при повторении пройденного материала по физике.

В диссертационном исследовании показано использование семантических сетей на семинарских и лабораторных занятиях со студентами, когда рассказ, ответ студента строился на их основе. Использование идентификаторов вершин сети в их логической последовательности делали ответ студента более грамотным, четким, логически связным.

При проведении экзаменов студентам предлагали структурированные вопросы, ответы на которые становились полнее и содержательнее с более широким использованием принятой терминологии изучаемой дисциплины. Результаты экзаменов с применением структурированных вопросов показали качественный рост знаний, увеличение количества хороших и отличных оценок. Обработку результатов проводили по стандартной схеме.

В третьей главе приведены семантические сети по пяти темам: «Компьютерные технологии обработки информации», «Программное обеспечение ПЭВМ», «Молекулярно - кинетическая теория вещества», «Основные понятия эксперимента», «Физика - 7».

Семантические сети по теме "Компьютерные технологии обработки информации" (КТ) представляет собой структуру курса лекций, читаемого автором диссертации студентам третьего курса ОИ МГУК (таблица 2). Структура представлена набором внешних процедур, находящихся в определенной взаимосвязи. Для наглядности взаимосвязи внешних процедур представлены в виде таблицы, которая легко трансформируется в лексикографическую модель. Далее приведены наиболее значимые, по мнению автора, семантические сети некоторых процедур. Особенность такого представления лекционного курса позволила выявить общие процедуры с другим лекционным курсом «Информационные технологии управления». Общими для этих двух курсов являются две процедуры «Понятие технологии», «Информационное обеспечение технологии».

Процедура «Технология принятия управленческих решений» целиком отнесена ко второму курсу.

Эффективность использования средств структуризации подтверждена педагогическим экспериментом. Результаты экзаменов по дисциплине КТ в сравнении с предыдущим годом показали: снижение числа удовлетворительных и неудовлетворительных оценок на 5,3%, увеличение хороших и отличных оценок в среднем на 6,3% Семантические сети по теме "Программное обеспечение ПЭВМ" представляют собой выдержки курса лекций по этой дисциплине. Содержание лекционного материала соответствует требованиям государственного стандарта образования по дисциплине, согласно которым студент должен иметь целостное представление об информатике как о науке, ее месте в современном мире и в системе наук. Структура лекций, состоящая из основного раздела и шести внешних процедур разработана по этим требованиям.

Для раздела и каждой процедуры дана семантическая сеть, произведена идентификация и описание каждого уровня иерархии. Такая декомпозиция, по мнению автора, помогает студенту уяснить логико - следственную связь между основными компонентами материала Семантические сети по теме "Молекулярно- кинетическая теория вещества" курса общей физики отражают структуризацию этого раздела физики, который изучают студенты в течение целого семестра. В диссертации дана общая семантическая сеть раздела и некоторых ее частей (процедур). Семантические сети показывают методические особенности изучения этого раздела.

Семантические сети по теме "Основные понятия эксперимента", в основу которой положены два учебно-методических пособия, раскрывают понятие «эксперимент» с позиции различных наук, где оно задействовано.

Семантические сети по учебному материалу курса физики 7 класса составлены на базе некоторых методических идей. Физика седьмого класса - это начало изучения физики как учебной дисциплины. Физика связана с химией, географией, биологией и особенно тесно с математикой, для которой она является базой появления новых теорий и очень широко использует различные ее разделы. Понятийный аппарат физики широко применяют другие науки, и поэтому овладение основными терминами физики, знакомство с ними необходимо начинать с первых шагов ее изучения. Физика использует много констант, переменных, являющихся отражением различных явлений и законов природы, значения которых получены в результате многократных опытов. Физика -наука экспериментальная, в связи с этим необходимы знания принципов работы используемых приборов и умения работать с ними. Большое число различных понятий, законов, выводов и практических расчетов требует приведения в определенную систему теоретического и практического материала.

Это отвечает идеям систематизации и структуризации курса, по этой причине весь, курс физики 7 класса структурирован, некоторые процедуры приведены в диссертации.

Педагогический эксперимент, проведенный с учащимися седьмого класса, имел цель проверку гипотезы о том, что структуризация повышает усвояемость учебного материала.

Эксперимент поставлен на двух темах «Основы физики седьмого класса» и «Первоначальные сведения о строении вещества». Первая тема изучалась традиционной формой урока, без внедрения сетей. Изучение второй темы проведено с использованием семантической сети, на основе которой происходило объяснение материала и проверка в виде фронтального опроса учащихся. После осенних каникул проводился срез знаний по вопросам каждой темы в течение одного урока.

В эксперименте приняли участие ученики семи классов (171 человек), имеющих разный интеллектуальный уровень и работоспособность. Результаты среза знаний приведены в таблице 3, где в процентах выражены уровни усвоения учебного материала (отношение числа правильных ответов к числу предложенных вопросов).

Уровни усвоения учебного материала Полученные результаты могут быть объяснены так. 1.Для детей с задержкой психического развития крайне необходимо присутствие основных понятий и терминов с явно обозначенными логическими связями между компонентами темы.

2.Учащиеся, ранее обучаемые по программе развивающего обучения, имеют достаточно высокий уровень знаний по обеим темам, но с использованием семантических сетей процент усвоения учебного материала выше.

З.В классах с учащимися, имеющими средний уровень развития, процент усвоения учебного материала примерно одинаков. 4.В классах с низкой работоспособностью процент усвоения второй темы чуть ниже, так как учащимся не хватило времени ответить наиболее полно на все вопросы. Результаты эксперимента показали эффективность использования семантических сетей для учащихся седьмого класса при изучении физики.

В третьей главе разработана оболочка электронного учебника, в основу которого прложена лексикографическая модель. При таком построении учебника существует опасность усвоения фрагментарных знаний, возникают трудности с их воплощением в умениях, так как рассматриваемая структура позволяет студенту ограничиться изучением только теоретической части. Учебная книга нового поколения отличается своим содержанием, адекватным ГОСам ВПО и современным технологиям обучения.

Основное содержание третьей главы можно представить следующими положениями и результатами.

1. Разработаны семантические сети для разных дисциплин вуза и средней школы, представляющие собой детальный анализ учебного материала по критерию содержательной целостности. Наполнение сетей текстами производит преподаватель по количеству часов, отводимых учебным планом на дисциплину, по степени подготовленности обучаемых, их специализацией.

2. Внедрение семантических сетей учебных дисциплин на 1-3 семестрах вырабатывает интерес к дисциплине, целостное представление о получаемых знаниях, показывает обучаемым положение декомпозируемых частей в теме и взаимосвязь текущих разделов темы с изученными темами или темами, которые еще предстоит изучать, организует самостоятельную работу обучаемых.

3. В семантических сетях сравнительно просто можно выделять инвариантную и вариативные части идентификаторов и текстов дисциплины для различных специальностей.

Сети значительно облегчают контакт лектора, преподавателей и ассистентов.

Семантические сети позволяют формулировать структурированные контрольные и экзаменационные вопросы и ускорить оценку знаний обучаемых.

4. Внедрение семантических сетей учебных дисциплин вырабатывает у обучаемых навыки в структуризации учебных материалов, повышает самостоятельность изучения. В других дисциплинах, где структуризация не имела места, обучаемые могут самостоятельно их структурировать, изучать отдельные вопросы темы по нескольким учебным источникам, подыскивать тексты.

В четвертой главе «Методика использования семантических сетей в лекционном курсе «Язык программирования Паскаль»» приведены фрагменты структурированного учебного пособия.

Описание структуры и содержания лекционного курса полностью приведено в соответствующей депонированной работе.

На первом уровне иерархии расположены три процедуры: понятие задачи, структура языка и структура программы, машинная графика. Каждая из перечисленных процедур в своем составе имеет вложенные процедуры, расположенные на 2-3, 2-3-4-5, 2-3-4 уровнях соответственно. Процедура «** Структура языка и структура программы» в своем составе имеет три вложенные процедуры, расположенные на втором уровне иерархии. В общем случае курс имеет иерархическую структуру, состоящую из 25 процедур сведений декларативного характера, список которых приведен в таблице 4. Любая процедура имеет в своем составе семантическую сеть, блок идентификаторов уровней иерархии по горизонтали и блок описания уровней по вертикали. В каждой процедуре выделены «атомарные элементы». Такая «дотошная» структуризация с указанием взаимоположений идентификаторов и текстов к ним повысила понимание излагаемого материала. Студенты могли по используемым в теле программы данным производить в нужном разделе их онисание, то есть был достигнут следующий уровень усвоения - узнавание используемых в языке объектов. По представленным схемам студенты давали слаженные ответы, т.е. автор считает, что этим достигнут уровень усвоения - репродукция. Кроме того, 50% студентов могли конструировать сложные структуры данных из «простых», типа массив, каждый компонент которого является какой- либо другой структурой. Из учебного материала по языку Паскаль наиболее трудными для понимания являются структуры данных. В таблице 5 приведены результаты усвоения курса по стандартной методике преподавания и с использованием структуризации.

Разработка структурированного курса проводилась автором на протяжении девяти лет в процессе преподавания студентам математического и физического факультета Омского педуниверситета.

Уровни усвоения Процент усвоения Результат использования семантических сетей в лекционном курсе "Язык программирования Паскаль" на протяжении ряда лет на физическом и математическом факультетах Омского педуниверситета показал следующее.

• Структуризация способствует формированию у студентов содержательно - логических связей между отдельными компонентами учебного материала.

• Использование сетей показало, что студенты хорошо воспринимают структурированный материал, это подтверждено результатами, полученными на экзаменах.

• Как показал опыт работы со студентами первого курса, структуризация облегчила усвоение разделов, сложных для понимания, какими являлись, например, «данные и их типы», уменьшила трудности восприятия учебного материала.

• Разработанная структура темы «Язык программирования Паскаль» использована автором на протяжении ряда лет.

• Семантические сети значительно сократили трудозатраты на подготовку к текущим занятиям у лектора и преподавателей.

• Результаты зачетов и экзаменов на протяжении двух семестров по дисциплине " язык Паскаль" показали, что в начале обучения уровень знаний большинства студентов соответствовал оценке 3-4, после использования сетей уровень знаний сдвинулся вправо и составил 4-5. Заметно улучшение профессиональной речи студентов при ответах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе решения поставленных задач на основе проведенных теоретико-экспериментальных исследований и практического использования их результатов доказано и получено следующее.

1. Анализ работ в области использования средств формализации показал их большую номенклатуру - таблицы, диаграммы, графы. Исходная информация для работы со средствами поставлялась преподавателями-предметниками, что вносило большую долю субъективизма в ее формирование. Выявлена тенденция использования стандарта образования для моделирования учебной информации, что, в свою очередь, поставило задачу комплексного подхода к выявлению ее содержания. Показана необходимость разработки технологии моделирования содержания учебного материала по критерию, зафиксированному в принятом стандарте образования, обеспечивающим фундаментальность и целостность.

Принято, что технология обучения - процесс итерационный, содержащий и этап разработки, и этап реализации. Средства разработки процесса обучения должны обеспечивать возможность своевременной модификации результатов обучения, являющихся обратной связью, способствующей эффективному обучению.

2. Разработан принцип системно-структурного анализа дисциплин учебного плана подготовки специалиста, основанный на системе взаимоувязанных матриц, позволяющий производить анализ взаимосвязей дисциплин учебного плана с перечнем знаний, умений и навыков принятого стандарта образования. Введение понятий «поддерживающей» и «выпускающей» дисциплин позволило определить множество тем «поддерживающих»

дисциплин, на базе которых излагают учебный материал «выпускающих» дисциплин, сформировать терминологическое и идентификационное пространства, на которых происходит передача знаний обучаемым.

Моделирование на основе системы взаимосвязанных матриц выявило связи содержания разделов учебных дисциплин с семинарскими и практическими занятиями, создало деревья реализации перечня знаний, навыков, умений стандарта образования в разрезе учебных дисциплин и их разделов; реализации разделов учебных дисциплин в разрезе семинарских, практических занятий и в разрезе терминологического и идентификационного пространств.

Моделирование позволило сформировать требования к знаниям абитуриента.

3. Произведено обоснование декомпозиции содержания учебного материала по критерию заданного «уровня надежности» ответа обучаемым. Показано, что при определенном условии возникновения ошибок в ответе обучаемого уровень достоверности ответа прямо пропорционален числу декомпозируемых частей.

4. Понятие «структура» нашло широкое применение в педагогической науке, поскольку она позволяет понять конструкцию учебного материала в целом, иерархию тем и их компонентов. Определены основные элементы структуризации учебного материала, позволяющие понять динамику изложения тем. Инструментом формализации результатов декомпозиции учебного материала приняты вложенные семантические сети с ограниченной иерархией. Взаимосвязь вершин сети с текстами учебного материала установлена лексикографической моделью. Лексикографическая модель обеспечивает возможность отобразить результаты декомпозиции содержания учебного материала современными информационными технологиями, например технологией «электронный документ».

Введены понятия внешней и внутренней процедур сведений декларативного характера, широко использованы в различных учебных дисциплинах. Вложенные семантические сети обеспечили вариативность изложения содержания учебного материала для различных аудиторий, а процедуры дали возможность контекстного изложения.

Лексикографическая модель использована для построения транслятора информационной системы «Метабаза учебного процесса ОИ МГУК». Работа выполнена в рамках НИР Омского института коммерции, объем метабазы составил 3000 различных видов документов. Этапы исследования «Метабазы»

состоят в теоретическом анализе структуры учебного заведения, анализе методических основ учебного процесса, составлении модели и программировании этой модели.

5. Проведен анализ различных дисциплин вуза и средней школы по критерию содержательной целостности. На основе такого анализа разработаны семантические сети учебных дисциплин и внедрены в практику преподавания. Разработаны модели учебного материала для внема-шинного и машинного вариантов по читаемым автором дисциплинам.

6. Проведенные педагогические эксперименты в вузе и в школе подтвердили эффективность использования семантических сетей в учебном процессе по информатике и физике.

Результаты внедрения структуризации темы «Язык программирования Паскаль» показали, что у студентов: сформированы содержательно -логические связи между отдельными компонентами учебного материала; облегчено усвоение сложных для понимания разделов, например, «данные и их типы»; повышен уровень знаний у студентов; уменьшены трудности восприятия учебного материала. Значительно сокращены трудозатраты на подготовку к текущим занятиям у лектора и преподавателей.

Публикации. По теме исследования опубликовано 33 научных работы. Объем работ, выполненных автором лично без учета депонированных рукописей, составил 30 п.л.

Основные публикации по теме диссертационного исследования. Учебные пособия 1. Инфраструктура понятия эксперимента.: Учебн. пособие для студентов технических и экономических вузов. - Омск; Изд-во ОмГПУ, 1999. -248с.

2. Формализация описания содержания учебного материала по курсу логистика. Учебное пособие для студентов экономических специальностей. - Омск.: Копировальный центр, 2000.

- 60с 3. Структуризация учебного материал физика- 7. Учебн. пособие для учителей. - Омск.:

Омский гос. пед ун-т, 1998. -100 с. (В соавт.) 4. Структура курсовых работ: учебно-методическое пособие. - Омск: «Копировальный центр», 1998. - 158с. (В соавт.) 5. Ключевые слова языков программирования Бейсик, Паскаль и проектирования алгоритмов PDL. Глоссарий для студентов физического факультета по курсу ОИВТ. - Омск; Изд-во ОГПИ, 1991. - 56с. (В соавт.) 6. Терминологический словарь. - Справочник по программированию. -Омск, 1989. - 100с. (В соавт.) Методические указания и рекомендации 7. Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ по курсу «Теория алгоритмов, программирование и расчеты на ЭВМ» для студентов специальностей 1105 и 1112. Часть 1-2. Омский институт бытового обслуживания, 1983. - 55с. (В соавт.) 8. Методические указания к выполнению лабораторной работы №6 для студентов физического факультета по курсу ОИВТ. - Омск; Изд-во ОГПИ, 1990. - 24с. (В соавт.) 9. Методические рекомендации по лабораторному практикуму для студентов физикоматематического факультетов. Часть2. - Омск. Изд-во ОГПИ, 1990.- 52с. (В соавт.) 10. Программа и методические рекомендации по вычислительной практике для студентов первого курса физического факультета. - Омск. Изд-во ОГПИ, 1991. - 36с. (В соавт.) 11. Технология использования средств Excel для расчетов: методические указания. - Омск:

Диалог-Сибирь. Издат-во «Наследие», 1998..-30с. (В соавт.) Статьи 12. Модель подготовки учебных планов. //Проблемы высшего технического образования:

Межвуз. сб. науч. тр. Выпуск 2 /Под ред. А.С. Вострикова; Новосиб. гос. техн. ун-т.Новосибирск, 1993.- с. 41-45.

13. Вопросы технологии обучения. //Многоуровневое высшее педагогическое образование.

Вып. 14.- Омск, 1996.- с. 109 - 117.

14. Моделирование основного содержания молекулярной физики. //Многоуровневое высшее педагогическое образование. Вып. 14.-Омск, 1996.- с. 80-85. (В соавт.) 15. Проблемы структуризации учебной информации. //Многоуровневое высшее педагогическое образование. Вып. 15.- Омск, 1996.- с. 76- 82.

16. Модель учебного материала. // Омский научный вестник. - Омск, изд-во ОмГТУ, март 1999. с 84-86.

17. Новые информационные технологии в управлении вызом.//Наука в образовании. Вып. 17.

- Омск, Изд. ОмГПУ, 1999. - с.272-285. (В соавт.) Тезисы докладов на региональных, международных конференциях и совещаниях 18. Детерминированная модель представления знаний.//НИТ в учебном процессе и управлении: Тез. докл. к 8 Республиканской конф.- Омск, 1991.-1 с.

19. Использование матрицы ЦЭМИ в качестве модели представления знаний: Тез. докл. на * Республиканской конф.- Омск, 1991.- 1 с.

20. Учебный план многоуровневого высшего образования по специальностям: "Физика", "Труд": Тез. докл. к совещанию проректоров педвузов России.- Омск, 1992.- 14 с. (В соавт.) 21. Возможности развития личности средствами формализа-ции./Юбразовательные стандарты и развитие личности: Материалы международной конф. Вып. 13, 4.2.- Омск:

ОмГПУ, 1995.- 4 с. (В соавт.) 22. Метаязык описания декларативных знаний. //Инновационно- дидактические системы:

проектирование, развитие, внедрение. Сб. тезисов.-Иркутск, Иркут. ун-т, 1995.- 2 с.

23. Некоторые аспекты подготовки специалиста. Труды 2 научно- прак-тич. конф. Том 1/ Под ред. Д.М. Радички, В.И. Разумова.- Омск, Диалог- Сибирь. Изд. Наследие, 1997.- с.166Модели учебного плана и структуризация учебной информа-ции.//Менеджмент в социальных структурах: Межвузовский сборник научных трудов / Под ред. Jorn Fehr, А.И.

Ковалева. - Омск, Издательство ОмГПУ, 1998, с 111-121. Депонированные рукописи 25. Технология разработки алгоритма./Пустобаев В.П.; ОмГПУ.- Омск, 1996. Рукопись деп.

в ВИНИТИ 16.09.91 г., N 3705- В91.- 60 с.

26. Модель представления результатов эксперимента. Учебн. пособие для учителей. / Пустобаев В.П.; ОмГПУ.- Омск, 1994. Рукопись деп. в ВИНИТИ 08.12.94 г., N 2855- В94. с.

27. Структурно- логический анализ лекционного материала. / Пустобаев В.П.; ОмГПУ.- Омск, 1995. Рукопись деп. в ВИНИТИ 14.02.95 г., N 409В95.-8с.

28. Технология постановки задач./ Пустобаев В.П.; ОмГПУ.- Омск, 1995. Рукопись деп. в ВИНИТИ 14.02.95 г., N 408- В95.- 37 с.

29. Структуризация описания алгоритмического языка./ Пустобаев В.П.;'' ОмГПУ.- Омск, 1996.- 39 с. Рукопись деп. в ВИНИТИ 19.01.96 г., N 229- В96,- 39 с.

30. Эксперимент- форма познания. Учебн. пособие для учителей. / Пустобаев В.П.; ОмГПУ.Омск, 1996. Рукопись деп. в ВИНИТИ 19.01.96 г.,-.' 'N228-B96.-61с.

31. Структуризация описания языка Паскаль./ Пустобаев В.П.; ОмГПУ.-Омск, 1996.

Рукопись деп. в ВИНИТИ 31.10.97 г., N 3240- В97.- 26 с.

32. Программное обеспечение ПЭВМ. Учебн. пособие../ Пустобаев В.П.; Омский институт МГУК.- Омск, 1998. Рукопись деп. в ВИНИТИ 05.02.98 г., N344 - В98. -128 с.

33. Язык Паскаль в терминах лексикографической модели. Учебн. пособие. /Пустобаев В.П.; ОИ МГУК. - Омск, 1999 Рукопись деп. в ВИНИТИ 17.03.99 г., №825- В99. -156с.

Отпечатано ЧП Кухар Г.Г. Заказ № 109.

Подписано в печать 18.05.2000 г. Тираж