Теоретичні та методичні засади підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій

Abstract

У дисертації розроблено і теоретично обґрунтовано систему підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності. У процесі дослідження з’ясовано вимоги ринку праці до майбутніх фахівців комп’ютерного профілю, охарактеризовано особливості їх професійної підготовки з опорою на інтегративний характер діяльності, яка поєднує інженерний і педагогічний сладники. На основі аналізу науково-методичних джерел визначено, що цифрова трансформація освіти базується на перспективних цифрових технологій (Індустрії 4.0), які створюють нові можливості для вирішення освітніх завдань. Встановлено, що процес підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю потребує аналізу можливостей і впровадження цифрових технологій для забезпечення гнучкого навчання в інтерактивному освітньому середовищі з використанням відкритого активного навчального контенту, що забезпечує максимально високий рівень освіти і дає змогу майбутнім фахівцям адаптуватися в умовах стрімкого розвитку цифрових технологій. Теоретико-методологічну базу дослідження склали системний, компетентнісний, інтегративний, особистісно орієнтований, мультимодальний та BYОD-підходи, які дали можливість окреслити завдання дослідження; визначити понятійне поле категорійного апарату дисертаційної роботи; розробити концепцію та спроєктувати структурно-функціональну модель системи підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій; обґрунтувати організаційно-педагогічні умови та концептуальні напрями підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю в контексті реалізації смартосвіти; здійснити аналіз емпіричних даних та сформулювати висновки. Комплексний аналіз проблеми дослідження уможливив визначення концептуальних засад підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій. Окреслено основні напрями підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю в контексті реалізації смартосвіти (технологізація підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю; залучення здобувачів освіти до науково-дослідницької роботи; створення і застосування цифрових ресурсів у процесі підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю; практико орієнтована підготовка майбутніх фахівців комп’ютерного профілю), які опираються на низку загальнопедагогічних і специфічних принципів, інтеграцію перспективних технологій та методів навчання з метою покращення процесу підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю і, водночас, формування їх професійного досвіду. Виокремлено та обґрунтовано організаційно-педагогічні умови підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій: організація навчально-дослідницької діяльності майбутніх фахівців комп’ютерного профілю засобами цифрових технологій; імплементація технологій Індустрії 4.0 у зміст підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю з урахуванням тенденцій цифровізації освіти; реалізація принципу смартосвіти у процесі підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю для забезпечення їх професійного спрямування. З урахуванням результатів наукових розвідок і власного досвіду запропоновано реалізація трирівневої цифровізації системи підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю: змістовий рівень (удосконалення змісту підготовки майбутніх фахівців відповідно до темпів розвитку цифрових технологій та вимог суспільства до зазначених фахівців); інформаційнотехнологічний рівень (застосування та адаптація сучасних цифрових технологій в освітньому процесі відповідно до професійної спрямованості фахівців); організаційно-методичний рівень (розробка сучасного навчально-методичного забезпечення через створення електронних комплексів, освітніх ресурсів, навчальних лабораторій тощо). Визначено основні компоненти готовності майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій: потребнісномотиваційний, когнітивно-змістовий, діяльнісно-технологічний та рефлексивний. Основними критеріями потребнісно-мотиваційного компоненту є цілеспрямованість здобувачів освіти до самореалізації у професійній діяльності, когнітивно-змістового – сформованість професійних компетентностей майбутніх фахівців відповідно до змісту їх підготовки, діяльнісно-технологічного – навички майбутніх фахівців застосування сучасних цифрових технологій у професійній діяльності, рефлексивного – здатність до самоаналізу, самоосвіти та науково‐дослідницької діяльності. Виокремлені критерії дають змогу діагностувати рівні (понятійно-ілюстративний, репродуктивний, інтегративний, творчий) сформованості компонентів готовності майбутнього фахівця комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності. Діагностика сформованості такої готовності здійснювалась відповідно до етапів контролю (самоконтроль, вхідний контроль, поточний, проміжний та підсумковий контроль), які дають можливість досягти основних цілей діагностики: самоствердження, готовність до вивчення нового матеріалу, підтримка адаптивного навчання, діагностика рівня засвоєння навчального матеріалу, визначення рівня оволодіння системою вмінь, визначення результатів навчання майбутніх фахівців комп’ютерного профілю. Розроблено структурно-функціональну модель системи підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності, яка складається із взаємопов’язаних і взаємозалежних блоків (цільового, методологічно-концептуального, змістовопроцесуального та діагностувального). Згідно з цією моделлю процес підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій розглядається як складова їх професійно-педагогічної підготовки і передбачає врахування загальних освітніх цілей, змісту, форм та методів навчання, особливостей освітнього процесу, а також формування змісту й організацію діяльності здобувачів освіти в межах їх освітнього процесу. Проведено експериментальну перевірку ефективності системи підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності. Результати дослідно-експериментальної роботи підтвердили гіпотезу дослідження та засвідчили дієвість запропонованої системи в освітньому процесі. Наукова новизна і теоретичне значення дослідження полягає у тому, що вперше: на основі авторської концепції, що охоплює методологічний, теоретичний і практичний концепти (рівні), обґрунтовано систему підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності; в узагальненому вигляді ця система спроєктована у структурно-функціональній моделі, яка відображає: мету і завдання системи; компоненти готовності майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій та їх взаємозв’язки; методологічні підходи до організації освітнього процесу (системний, компетентнісний, інтегративний, особистісно орієнтований, мультимодальний, BYОD-підхід); загальнопедагогічні (цифровізації, безперервної освіти, доступності, модульності, професійної мобільності) і специфічні (динамічного змісту освіти, перспективних технологій, смартосвіти) принципи підготовки; зміст, форми (традиційні (лабораторні і практичні заняття, лекції, індивідуальна робота, педагогічна і технологічна практики), інноваційні (науково-практичні гуртки, неформальна освіта), методи (ілюстрування і демонстрування, дискусії, творчий, проблемно-пошуковий, проєктів, проблемних ситуацій, науково-дослідницький) і засоби (цифрові посібники, вебресурси, мультимедіа, програмне й апаратне забезпечення технологій Індустрії 4.0) їх формування; сукупність взаємопов’язаних організаційно-педагогічних умов; діагностичний інструментарій, що охоплює етапи перевірки та їх цілі, інструменти, критерії і показники для визначення рівнів готовності майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності; очікуваний результат (готовність майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій у професійній діяльності); визначено й охарактеризовано компоненти (потребнісно-мотиваційний, когнітивно-змістовий, діяльнісно-технологічний та рефлексивний), критерії (цілеспрямованість здобувачів освіти до самореалізації у професійній діяльності, сформованість професійних компетентностей майбутніх фахівців відповідно до змісту їх підготовки, наявність навичок майбутніх фахівців щодо застосування сучасних цифрових технологій у професійній діяльності, здатність до саморозвитку, самоосвіти та науково‐дослідницької діяльності), показники та рівні готовності (понятійно-ілюстративний, репродуктивний, інтегративний, творчий) майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій; обґрунтовано і реалізовано організаційно-педагогічні умови підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій (організація навчально-дослідницької діяльності майбутніх фахівців комп’ютерного профілю засобами цифрових технологій; імплементація технологій Індустрії 4.0 у зміст підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю з урахуванням тенденцій цифровізації освіти; реалізація принципу смартосвіти у процесі підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю для забезпечення їх професійного спрямування). Уточнено сутність понять «система підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю до застосування цифрових технологій», «професійна підготовка майбутніх фахівців комп’ютерного профілю», «цифрові технології», «смартосвіта». Подальшого розвитку набули: наукові положення щодо організації процесу підготовки майбутніх фахівців комп’ютерного профілю на засадах смартосвіти; методика навчання дисциплін циклу професійної підготовки, що потребує врахування специфіки застосування технологій Індустрії 4.0 в освітньому процесі; методичні підходи до організації навчально-дослідницької діяльності здобувачів освіти в умовах ЗВО засобами цифрових технологій. Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці та впровадженні в освітній процес електронних навчально-методичних комплексів освітніх компонент циклу професійної підготовки для студентів спеціальності 015 Професійна освіта за спеціалізацією «Цифрові технології», які розміщено на сервісах електронних курсів Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка («Інженерна комп’ютерна графіка», «Програмування», «Перспективні мови Web-розробок», «Smart-технології в освіті», «Системи автоматизованого проєктування», «Архітектурна візуалізація»); інтерактивного довідника термінів та понять з інформаційнотехнічних засобів навчання; посібників «Smart-технології в освіті», «Геометричне проєктування засобами САПР», «Програмування засобами С++», «Перспективні мови Web-розробок», методичних рекомендацій для інших освітніх компонентів, зокрема курсових робіт та практик. Платформою для апробацій ідей дослідження став спеціально створений «Інноваційний центр 3Dтехнологій проєктування та виробництва», а також розроблений вебресурс для організації наукової роботи студентів. На основі результатів дослідження розроблено освітню програму «Цифровий дизайн та Smart-технології» та впроваджено в освітній процес Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. На основі результатів дослідження розроблено освітню програму «Цифровий дизайн та Smart-технології» та впроваджено в освітній процес Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Матеріали дослідження можуть бути використані для укладання навчальних посібників і методичних рекомендацій із дисциплін професійної підготовки. Матеріали дисертації слугуватимуть написанню курсових і кваліфікаційних робіт, проєктів. Розроблене навчально-методичне забезпечення може використовуватись в освітньому процесі підготовки фахівців суміжних спеціальностей (наприклад, 014.09 Середня освіта (Інформатика), 122 Комп’ютерні науки).

The thesis develops and theoretically substantiates the system of future computer specialists’ training in the use of digital technologies in professional activity. In the course of the study, the labour market requirements for future computer specialists are clarified, the peculiarities of their professional training are characterized taking into account the integrative nature of activities that combine engineering and pedagogical components. Based on the analysis of scientific and methodological sources, it is determined that the digital transformation of education is based on advanced digital technologies (Industry 4.0), which create new opportunities for solving educational problems. It has been established that the process of future computer specialists’ training requires an analysis of the possibilities and implementation of digital technologies to provide flexible learning in an interactive educational environment, as well as, using open active learning content, which ensures the highest possible level of education and allows future specialists to adapt to the rapid development of digital technologies. The theoretical and methodological basis of the study was formed by the systemic, competence, integrative, personality-oriented, multimodal and BYOD approaches, which made it possible to outline the research objectives and define the conceptual field of the categorical apparatus of the dissertation. It develops a concept and design of a structural and functional model of the system of future computer specialists’ training to use digital technologies; substantiates its organisational and pedagogical conditions and conceptual directions in the course of smart education. It also allows to analyse empirical data and draw conclusions. A comprehensive analysis of the research problem made it possible to determine the conceptual foundations of training of future computer specialists in the use of digital technologies. The main conceptual directions of training of future computer specialists in the context of smart education (technologisation of training of future computer specialists; involvement of students in research work; creation and use of digital resources in the process of training of future computer specialists; practiceoriented training of future computer specialists) are outlined, which are based on a number of general pedagogical and specific principles and integration of advanced technologies and teaching methods into their professional experience. The organisational and pedagogical conditions for training of future computer specialists in the use of digital technologies are allocated and substantiated: organisation of educational and research activities of future computer specialists by means of digital technologies; implementation of Industry 4.0 technologies in the content of training of future computer specialists’, taking into account the trends of digitization of education; realization of the principle of smart education in the process of training future computer specialists’ to ensure their professional direction. Taking into consideration the results of scientific research and own experience, the implementation of a three-level system of digitalization of training of future computer specialists is proposed: content level (improving the content of training of future specialists in accordance with the pace of development of digital technologies and the requirements of society for these specialists); information and technological level (application and adaptation of modern digital technologies in the educational process in accordance with the professional orientation of specialists); organisational and methodological level (development of modern educational and methodological support through the creation of electronic complexes, educational resources, training laboratories, etc.) The main components of the readiness of future computer specialists to use digital technologies are determined: need-orientated and motivational, cognitive and content, activity-technological and reflective. The main criteria of the need-oriented and motivational component are the students' commitment to self-realisation in professional activities. The cognitive and content component is the formation of professional competences of future specialists in accordance with the content of their training. The activity-technological component is the skills of future specialists in the use of modern digital technologies in professional activities. And the reflective one - the ability to self-analysis, self-education and research. The identified criteria allow to diagnose the levels (conceptual and illustrative, reproductive, integrative, creative) of the components of the future computer specialist's readiness to use digital technologies in professional activities. The diagnostics of the formation of such readiness was carried out in accordance with the stages of control (self-control, input control, current, intermediate and final control), which make it possible to achieve the main goals of diagnostics: self-affirmation, readiness to learn new material, support for adaptive learning, diagnostics of the level of learning, determination of the level of mastery of the system of skills, determination of the results of training of future computer specialists. A structural-functional model of the system of training of future computer specialists for the use of digital technologies in professional activity has been developed, which consists of interrelated and interdependent blocks (target, methodological-conceptual, content-procedural and diagnostic). According to this model, the process of training of future computer specialists to use digital technologies is considered as a component of their professional and pedagogical training and involves the consideration of general educational goals, content, forms and methods of teaching, features of the educational process, as well as the formation of content and organisation of activities of students within their educational process. An experimental test of the effectiveness of the system for training future computer specialists in the use of digital technologies in professional activity was carried out. The results of the experimental work confirmed the hypothesis of the study and showed the effectiveness of the proposed system in the educational process. Scientific novelty and theoretical significance of the study is that for the first time: based on the author’s concept, which encompasses methodological, theoretical, and practical concepts (levels), a system of training of future computer specialists for the use of digital technologies in professional activities has been substantiated; іn a generalized form, this system is designed as a structural-functional model, which reflects: the purpose and tasks of the system of training of future computer specialists for the use of digital technologies; components of the readiness of future computer specialists for the use of digital technologies and their interrelationships; methodological approaches to the organisation of the educational process (systemic, competence-based, integrative, personality-oriented, multimodal, BYOD approach); general pedagogical (digitalisation, lifelong learning, accessibility, modularity, professional mobility) and specific (dynamic educational content, advanced technologies, smart education) principles of their training; content, forms (traditional: laboratory, practical classes, lectures, individual work, practice; innovative: scientific and practical circles, non-formal education), methods (illustrating and demonstrating, discussion, creative, problem-solving, project, problem situations, research) and tools (manuals, web resources, multimedia, software and hardware of technologies of Industry 4.0) for their formation; a set of interrelated organisational and pedagogical conditions. They also offer a methodology for monitoring the effectiveness of the system, which includes the stages of verification and their goals, tools, criteria and indicators for determining the levels of readiness of future computer specialists to use digital technologies and the expected result (readiness of future computer specialists to use digital technologies in their professional activities); defined and characterised components of future computer specialists’ readiness to use digital technologies (need-motivational, cognitive and content, activitytechnological and reflective), the criteria (students’ purposefulness for self-realisation in professional activity, formation of professional competences of future specialists in accordance with the content of their training, skills of future specialists in the use of modern digital technologies in professional activity, ability to self-development, selfeducation, scientific and research activities), indicators, as well as levels (conceptual and illustrative, reproductive, integrative, creative) of the future computer specialists readiness to use digital technologies; the organisational and pedagogical conditions for training of future computer specialists in the use of digital technologies are substantiated and implemented (organisation of educational and research activities of future computer specialists by means of digital technologies; implementation of Industry 4.0 technologies in the content of training of future computer specialists, taking into account the trends of digitization of education; realization of the principle of smart education in the process of training future computer specialists to ensure their professional direction). The core of the concepts of “system of training of future computer specialists to use digital technologies”, “professional training of future computer specialists”, “digital technologies”, “smart education” is clarified. The further development of such issues as scientific provisions on the organisation of the process of training future computer specialists on the basis of smart education; methods of teaching disciplines of the professional training cycle that require taking into account the specifics of the use of Industry 4.0 technologies in the educational process; methodological approaches to the organisation of educational and research activities of students in higher education institutions using digital technologies is being observed. The practical significance of the obtained results lies in the development and implementation in the educational process of electronic educational and methodological complexes for the educational components of the professional training cycle for students of specialty 015 Vocational Education, specialization “Digital Technologies”, which are placed on the e-course services of Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University (“Engineering Computer Graphics”, “Programming”, “Perspective Languages of Web Development”, “Smart Technologies in Education”, “Computer Aided Design Systems”, “Architectural Visa”); an interactive glossary of terms and concepts on information technology teaching tools; manuals “Smart Technologies in Education”, “Geometric Design with CAD”, “Programming with C++”, “Promising Web Development Languages”, and guidelines for other educational components, particularly coursework and practices. The platform for testing the research ideas was the specially created “Innovation Centre for 3DDesign and Production Technologies” and the developed web resource for organising students' research work. Based on the results of the research, the educational program “Digital Design and Smart Technologies” was developed and implemented in the educational process of Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University. The research materials can be used to compile textbooks and methodological recommendations for vocational training disciplines. The dissertation materials will be used to write term papers, qualification papers, and projects. The developed educational and methodological support can be used in the educational process of training specialists in related specialities (for example, 014.09 Secondary Education (Informatics), 122 Computer Science).