CC BY
27
Образовательные технологии наука и практика
Сведения для цитирования: Вербицкая, Н. О. Нейродидактическое моделирование развития инженерного мышления: система возможностей и зеркальные нейроны / Н. О. Вербицкая, Н. А. Лобашева // Инновационное развитие профессионального образования. — 2022. — № 3 (35). — С. 19-29.
УДК 004 ББК 32.81
НЕЙРОДИДАКТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ: СИСТЕМА ВОЗМОЖНОСТЕЙ И ЗЕРКАЛьНЫЕ НЕЙРОНЫ
Н. О. Вербицкая, Н. А. Лобашева
Исследования, представленные в статье, продолжают экспериментальный подход получения и анализа эмпирических данных и решения практических задач формирования естественных нейросетей мозга человека. Такой социально-психологический подход позволил рассмотреть нейродидактику как методический источник идей формирования у человека определенных навыков и компетенций. Основным исследовательским вопросом является то, как обеспечить целенаправленное формирование у человека необходимых компетенций, которые устойчиво сохраняются и воспроизводятся в течение заданного периода. Развитие идей нейродидактики расширяет спектр применения исследований в области инженерного образования, в частности формирования современного инженерного мышления, которое составляет основу профессиональных компетенций выпускников университетов и является востребованным на рынке труда. Предпринята попытка решения этой исследовательской задачи в условиях реального российского университетского образования на базе преподавания математических дисциплин в Уральском федеральном университете. Нейробиологическим базисом исследования явилась вычислительная структура, объединяющая теоретические представления, полученные в процессе изучения двух нейросистем: выбора множественных возможностей и системы зеркальных нейронов. Основные эмпирические данные, представленные в статье, демонстрируют значительную эффективность применяемых подходов нейродидактического моделирования; наблюдаются значительные различия между результатами работы в условиях нейрометодов и традиционных форм. Выявлено статистически значимое улучшение средних результатов по всей выборке студентов.
Ключевые слова: нейродидактическое моделирование, система возможностей, зеркальные нейроны, инженерное мышление, математические дисциплины.
Введение
Интерес к нейроисследованиям, нейроди-дактике как прикладному и междисциплинарному подходу к обучению человека имеет волнообразный характер, что отмечалось в ряде
обзорных исследований зарубежных ученых (P. A. Howard-Jones [1], M. Beauchamp [2]). Десятилетие за десятилетием, вслед за достижениями в области нейробиологии и технологическими успехами в изучении работы естественных
нейросетей мозга, возобновляется и теоретико-прикладной интерес ученых и специалистов сферы образования.
Не обошли вниманием возможности ней-ронаук в образовании и нейродидактике и российские ученые (С. Н. Костромина [3]). В ряде работ представлен системный академический анализ возможностей нейродидактики в системе профессионального образования. Интерес представляет изложение нейродидактики в качестве учебников для будущих педагогов и исследователей (С. Н. Костромина [4], М. П. Карпенко [5], Л. В. Наумович [6]).
Российские ученые, как и зарубежные исследователи, подвергают детальному теоретическому и практическому анализу возможности, предоставляемые нейронауками в поиске новых принципов, методов и дидактических технологий (А. А. Мальсагов [7], М. Х. Мальсагова [8], Е. Н. Дзятковская [9]), в том числе в образовании взрослых (О. В. Соловьева [10]). Предлагается рассмотреть инновационный потенциал нейродидактики в персонализированном обучении (Э. Ф. Зеер [11]).
Большой пласт нейродидактических исследований связан с различными направлениями обучения языкам (Р. Р. Девлетов [12], А. В. Каминская [13]) и нейролингвистикой (О. В. Куликова [14]). Интересны и исследования гигиенических аспектов нейродидактики (О. Л. Подлиняев и др. [15]), а также ее особенностей в условиях дистанционного обучения (В. В. Лебедев [16]).
Наши исследования, в том числе и представленные в настоящей статье, имеют экспериментальное начало и связаны с получением эмпирических данных и решением практических задач формирования естественных нейросетей мозга человека, наиболее эффективно позволяющих взаимодействовать со сложной процессорной техникой [17; 18]. Такой сугубо прагматический подход позволил рассмотреть нейродидактику как методический источник конкретных подходов к формированию у человека воспроизводимых и сохраняемых во времени компетенций. Для того чтобы междисциплинарные связи ней-робиологии и гуманитарных наук, педагогики давали синергетический эффект, необходимо выявить и экспериментально проверить ней-родидактические знания о том, как и какие естественные нейросети головного мозга реально развивать в процессе обучения. Основным стратегическим исследовательским вопросом остается то, как обеспечить целенаправленное формирование у человека необходимых компе-
тенций, которые устойчиво сохраняются и воспроизводятся в течение определенного периода. При этом важно сохранить энергетический баланс работы головного мозга и естественных нейросетей с целью обеспечения реального здо-ровьесбережения как в обучении, так и в последующей работе.
Методы
Вслед за отечественной нейропсихоло-гической научной школой (Л. С. Выготский, А. Р. Лурия и др.) примем за основу суждение о том, что высшие психические функции имеют системную динамическую локализацию и поддерживаются нейрофизиологическими процессами нейропластичности в любом возрасте человека. Это говорит о том, что попытки любого закрепления, абсолютизации латераль-ности, «привязки» функций к областям мозга могут иметь смыл только в локальных условиях и задачах. В целом же для различных условий и видов деятельности мозг индивидуально формирует системные мозговые образования (Е. Д. Хомская [19]), обеспечивающие различные компоненты (аспекты, параметры, звенья) психических функций. В наших работах мы часто используем термин «нейропаттерн», подразумевая ансамбль, сложно организованный набор частотных и амплитудных характеристик естественной нейросети головного мозга, решающего конкретную задачу. Отметим, что это рабочий термин, который не является единственным и определяющим. С точки зрения когнитивистики он может рассматриваться как мыследеятельный комплекс системного анализа и коллективного решения задачи (Г. П. Щедро-вицкий [20], П. Г. Щедровицкий [21]).
Современную нейробиологическую основу данного положения составляет новая морфо-функциональная концепция «активной среды» головного мозга, предложенная российскими нейробиологами [22].
Необходимость использования идей нейро-дидактики возникла при расширении спектра применения наших исследований в область инженерного образования, в частности формирования современного инженерного мышления, которое составляет основу профессиональных компетенций выпускников университетов и является необходимым на рынке труда. Решение этой исследовательской задачи в условиях реального российского образования возможно только с допущением возможности развития мозга одного человека на основе изучения работы другого (других) с достаточным уровнем обобщения.
В качестве традиционно присутствующей в инженерной подготовке знаниево-умениево-навыковой базы в нашем исследовании выступили курсы математики.
Следующим этапом являлся процесс ней-родидактического моделирования. Одним из используемых нами в исследованиях нейро-дидактических подходов является имитация профессиональной активной среды, способствующей формированию у обучаемого реакций, имитирующих естественные процессы.
Нейробиологическое обоснование выбора нейродидактического метода и интерпретационный подход
Для того чтобы нейродидактическое моделирование достигло тех сложных целей и задач, которые мы ставим, необходимо понимать нейро-биологические процессы того, как формируются и работают в головном мозге сложные синапти-ческий, нейроглиальный и др. [22] комплексы, которые мы называем естественной нейросетью. Именно эти синаптические связи и комплексы нейронов в процессе обучения приобретают устойчивость и воспроизводимость и являются основой того, что обучающийся не просто выполнит какие-то предлагаемые ему действия, но сформирует желательную компетенцию, которая позволит устойчиво воспроизводить определенное действие в будущем в других условиях. Также можно назвать эту нейросеть поддерживающей основой для готовности к выполнению действий.
Для того чтобы прогрессивные достижения нейронаук прочно вошли в практику и теорию педагогической деятельности, необходимо развитие интерпретационного подхода. Ней-робиологические исследования носят эмпирически-описательный характер и решают задачи и проблемы определенной отрасли науки. Кроме того, они излагаются с использованием специфического понятийного аппарата, с освоения которого и необходимо начинать процесс междисциплинарного сближения.
Необходимо технологически анализировать условия, методы, способы, при которых получены новые теоретические представления о работе естественных нейросетей головного мозга; в этом — ключ к формированию интерпретационной базы теоретических оснований (положений) нейродидактики. Понимание условий и способов проявления определенных свойств функционирования нейросетей мозга дает возможность критической проверки и переконструирования дидактических форм, методов, приемов и средств; в этом — ключ к нейроди-дактическому моделированию.
В нашем случае мы опираемся на два ключевых открытия (или принципа), которые позволяют выявить межпредметные нейродидак-тические связи на основе психологического, нейронаучного и вычислительного анализа работы головного мозга. Речь идет о двух системах возможностей и зеркальных нейронов [23; 24], которые в своих проявлениях соответствуют развитию компетенций инженерного мышления, упомянутых выше.
Работа первой системы возможностей проявляется тогда, когда организмы сталкиваются с важной когнитивной проблемой при взаимодействии с их материальной и социальной средой: окружающая среда постоянно предлагает им множество возможностей для действий [25; 26]. В нашем случае это выбор оптимального способа решения задач и организации такой работы.
Понимание второй системы зеркальных нейронов [27; 28] состоит в том, что поведение и лежащие в его основе мозговые процедуры организованы в зависимости от их целей, представленных на нескольких уровнях абстракции. Это позволяет организмам значительно повысить гибкость своего поведения: например, научиться поведению с точки зрения как простых актов подражания поведению других, так и отслеживания их поведенческого успеха. На основе этого система побуждает составлять действия для построения более сложного поведения, распознавать действия при их выполнении другими и т. д.
Объединяющим основанием является вычислительная структура [29; 30], предложенная как некая матрица, объединяющая теоретические представления (научные знания), полученные в результате изучения двух названных ней-росистем.
Сформулированная выше формализованная цель практически однозначно определяет методы: это решение математических задач, требующих системного анализа и предполагающих варианты способов решения в условиях работы малых группах обучающихся.
Мы уже ранее говорили об использовании слабых форм цифрового квазиинтеллекта в ней-родидактике, но есть случаи, когда мы осознанно работаем только с естественными нейросе-тями. Описываемое нами исследование как раз относится к таким. Поэтому, моделируя метод, мы задаем правила. В нашем случае правило простое: не пользоваться телефонами и иными гаджетами, так как это может дисквалифицировать всю группу.
Следующие правила — случайный выбор состава групп без права поменяться местами и время, которое в нейродидактическом моделировании определяется длительностью погружения в мыследеятельность и частотой повторения погружений. В нашем случае это периодическое использование метода как замены традиционных практических занятий после изучения очередного теоретического блока.
Следующим элементом дизайна нашего эксперимента явился обязательный опрос студентов о том, сколько и каких ролей они брали на себя в команде для достижения цели, а также насколько высоко они оценивают эффективность предложенного им метода работы. Это необходимый элемент рефлексии, для того чтобы процесс формирования нейропаттерна осознавался как особый вид деятельности, а не просто событийный ряд выполнения задачи, пусть и в нестандартной форме.
Результаты и обсуждение
Перейдем к представлению полученных нами результатов и анализу их перспективной значимости для инженерной подготовки в современных условиях.
Метод применялся на практических занятиях для студентов очной формы обучения ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина». Первая экспериментальная группа — 191 человек (три учебные группы, студенты первого курса); длительность эксперимента — второй семестр 2020/21 уч. г. Вторая экспериментальная группа — 153 человека (три учебные группы, студенты первого курса); длительность эксперимента — второй семестр 2021/22 уч. г. Контрольная группа — 344 студента шести групп первого курса.
Выбор темы определяется тем, что можно было при разнообразии вариантов задач подразумевать стандартный метод решения, требующий применения нужной замены именно для этого примера.
Студентов распределяли по командам в алфавитном порядке, такой выбор де-факто был случайным. Команда получала билет с 25 примерами средней сложности плюс один запасной пример.
Время на решение было стандартным: два академических часа по 45 минут без перерыва. Команда делала задания письменно и сдавала отчет.
Проверка отчетов производилась в течение первой недели по ответам, ошибки комментировались письменно. После занесения баллов в рабочий журнал на следующем практическом заня-
тии было предусмотрено время для ознакомления с проверенным отчетом и вопросов, если они были. При оценке работ команды по умолчанию полученные баллы распределялись по принципу «всем поровну», но при сдаче отчета студентам предоставлялось право по желанию написать «процент участия» каждого члена команды.
Для сравнения результатов использовались контрольные работы, которые выполнялись каждым студентом по индивидуальному билету.
Приведем ряд эмпирических результатов, демонстрирующих эффективность исследуемых методов нейродидактического моделирования (рис. 1).
Для обеспечения защиты персональных данных приведем результаты трех групп повышенного уровня без указания номера группы. Результаты были получены в течение двух семестров 2020/21 уч. г.
На рисунке 1 ряд 1 представляет результаты контрольных работ, выполненных с применением нейродидактических методов с опорой на системы выбора и зеркальных нейронов. Соответственно, ряд 2 представляет результаты индивидуального выполнения традиционных контрольных работ по аналогичной теме. Как мы видим, для групп повышенного уровня обучения, взятых в качестве примера в настоящей статье, группа демонстрирует довольно низкие баллы выполнения индивидуальных контрольных работ. В то же время работа нейродидакти-ческими методами сразу дает ощутимый прирост результатов. Мы видим практически полное выполнение поставленных задач. Отметим, что в данном случае «выехать» за счет сильных студентов в группе практически невозможно, так как демонстрируемые индивидуальные результаты довольно низкие.
Результаты следующего периода эксперимента дали возможность увидеть общую динамику развития нейропаттернов, составляющих нейробазис формируемых компетенций будущих инженеров (рис. 2).
На рисунке 2 верхний ряд представляет данные экспериментальных групп (344 человека суммарно). Нижний ряд представляет результаты традиционных контрольных работ. Мы наблюдаем наличие разницы между работой в условиях нейрометодов и традиционных форм, методов, приемов и средств. Вместе с тем мы видим желаемое улучшение средних результатов по всей выборке студентов. При выбранном уровне значимости, равном 0,05, мы получили статистически значимое изменение средних результатов студентов. Таким образом, мы исключили
возможность случайных результатов (флуктуа-ций) для групп повышенного и общего уровней обучения. В течение экспериментальных периодов нейрометоды показывают стабильный синергетический эффект нейродидактическо-
го моделирования с опорой на системы выбора и зеркальные нейронные системы. Именно последние, как показывают исследования, играют важнейшую роль в проявлении синергетического эффекта в продуктивности группы.
Рис. 1. Гистограмма сравнения экспериментальных результатов выполнения задач в условиях нейродидактических методов и традиционных форм обучения
(2020/21 уч. г., группа 1)
Рис. 2. Среднее значение экспериментальных результатов выполнения задач в условиях нейродидактических методов и традиционных форм обучения (экспериментальные периоды 2020/21 и 2021/22 уч. г., группы 1, 2, промежуточные итоги эксперимента)
Следующим важным для нашего исследования блоком данных является самоанализ ролей, которые обучающиеся берут на себя в условиях нейродидактического метода. Распределение ответственности и последующий анализ эффективности результатов — это важнейшая часть нейродидактического моделирования. Можно сказать, что обучение не завершается, а только начинается с анализом результатов, так как показывает, какого уровня развития нейропаттерна добились студенты и какие роли дали им наилучший прирост эффективности.
Студентам предлагалось заполнить анкеты, где нужно было выбрать роли из набора предложенных, а также указать возможную особую
роль, если таковая имеется. Ниже представлен набор возможных ролей:
1) лидер;
2) помощник лидера;
3) основной исполнитель;
4) инициатор идей;
5) скептик;
6) рядовой участник;
7) другой ответ (напишите).
На рисунке 3 представлены результаты выбора ролей студентами, а также, что является второй важной стороной нейродидактического моделирования, число ролей, которые будут брать на себя студенты для улучшения качества своего командного взаимодействия (приводим репрезентативную выборку по данным одного из семестров).
Рис. 3. Распределение ролей в экспериментальных группах студентов
В силу того, что максимальное число участников каждой команды не превышало пяти человек, эксперимент изначально предполагал возможность выбора ролей из шести возможных вариантов (седьмой вариант был запасным, если бы участники выделили для себя роль иного типа). На горизонтальной оси цифрами 1-6 представлено возможное сочетание ролей, выбранных каждым студентом (1 — одна роль; 2 — две роли; 3 — три роли и т. д.). Гипотетически предполагался выбор одной или двух ролей, однако результаты эксперимента оказались довольно неожиданными: некоторые студенты авторитарно взяли на себя сразу пять ролей. Мы
не ставили перед собой задачу выявления ярких лидеров, но результаты показали, что существует и такая возможность.
Мы видим, что для достижения результата группового взаимодействия обучающиеся активно пробуют различные роли. Наиболее частыми являются сочетания двух и трех ролей. Напомним, что по условиям нейродидактиче-ского моделирования роли и их количество выбирали сами студенты.
Заключение
Основные эмпирические результаты показали значительную эффективность применяемых подходов нейродидактического моделирования.
В заключение важно отметить ряд аспектов полученных результатов.
В силу того, что нейродидактика, как и ее теоретическая база — описательная и вычислительная нейробиология, — это конкретные эмпирические отрасли науки, для получения значимых результатов необходима детальная практическая проверка существующих и модернизируемых
методов и технологий на предмет их нейродидак-тических возможностей. Нейробиологические исследования показывают, как организуются эксперименты, при которых реально проявляются действия тех или иных нейросистем. Нейроди-дактическое моделирование позволяет развить области применения и зоны действия этих систем, расширить возможности человека.
Библиографический список
1. Howard-Jones, P. A. Neuroscience and education: myths and messages / P. A. HowardJones // Nature Reviews Neuroscience. — 2014. — Vol. 15. — № 12. — С. 817-824.
2. Beauchamp, M. Understanding the neuroscience and education connection: themes emerging from a review of the literature / M. Beauchamp, C. Beauchamp // Neuroscience in education: the good, the bad, and the ugly. — 2012. — P. 13-30.
3. Костромина, С. Н. Нейронаука в системе профессионального образования / С. Н. Костроми-на, Д. С. Гнедых // Профессиональное образование и рынок труда. — 2021. — № 4 (47). — С. 8-29.
4. Костромина, С. Н. Введение в нейродидактику : учеб. пособие / С. Н. Костромина. — Санкт-Петербург : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2019. — 182 с. — ISBN 978-5-288-05911-7.
5. Карпенко, М. П. Нейродидактика : моногр. / М. П. Карпенко, Д. Г. Давыдов, Е. В. Чмыхова и др. ; под ред. М. П. Карпенко. — Москва : Изд-во Совр. гум. ун-та, 2019. — 282 с. — ISBN 978-5-8323-1108-1.
6. Наумович, Л. В. Использование принципов нейродидактики в современных учебниках / Л. В. Наумович // Актуальные проблемы гуманитарного образования : материалы II Между-нар. науч.-практ. конф. (Минск, 22-23 октября 2015 г.). — Минск : ИП А. Н. Вараксин, 2015. — С.153-155.
7. Мальсагов, А. А. Нейродидактика в России: развитие и перспективы / А. А. Мальсагов,
B. В. Лезина // Мир науки, культуры, образования. — 2021. — № 4 (89). — С. 149-150.
8. Мальсагова, М. Х. Перспективные направления развития нейродидактики / М. Х. Маль-сагова // Наука и инновации — современные концепции : сб. науч. ст. по итогам работы Международного научного форума (Москва, 28 августа 2020 г.). — Уфа : Инфинити, 2020. — С. 61-65.
9. Дзятковская, Е. Н. Нейродидактика: мифы и реальность / Е. Н. Дзятковская // Методологические ориентиры развития современной научно-дидактической мысли : сб. науч. тр. Всерос. сетевой науч. конф. (21-29 ноября 2018 г.) ; сост. А. А. Мамченко. — Москва : Ин-т стратег. разв. образ. РАО, 2018. — 684 с. — С. 78.
10. Соловьева, О. В. Психолого-педагогический анализ использования нейродидактики в обучении взрослых / О. В. Соловьева // Гуманизация образования. — 2018. — № 4. — С. 102-108.
11. Зеер, Э. Ф. Нейродидактика-инновационный тренд персонализированного образования / Э. Ф. Зеер // Профессиональное образование и рынок труда. — 2021. — № 4 (47). —
C. 30-38.
12. Девлетов, Р. Р. Нейродидактика и преподавание языковых дисциплин в педагогическом вузе / Р. Р. Девлетов // Межкультурные коммуникации : тезисы докл. участ. Между-нар. науч. конф. (Симферополь, 06 апреля 2017 г.). — Симферополь : Крым. федер. ун-т им. В. И. Вернадского, 2017. — С. 59-60.
13. Каминская, А. В. Применение методов нейродидактики на уроках английского языка /
A. В. Каминская / Язык и языковое образование в современном мире : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. — Н. Новгород : Мининский ун-т, 2016. — С. 187-190.
14. Куликова О. В. Нейродидактический подход как фактор повышения качества обучения иноязычному профессиональному общению / О. В. Куликова // Вестник Московского государственного лингвистического университета. Образование и педагогические науки. — 2014. — № 14 (700). — С. 107-114.
15. Подлиняев, О. Л. Проблема гигиенической оценки педагогических технологий в общеобразовательной школе в контексте нейродидактики / О. Л. Подлиняев, Н. В. Шишарина, Т. А. Ромм // Вестник Бурятского государственного университета. Образование. Личность. Общество. — 2019. — № 1. — С. 63-69.
16. Лебедев, В. В. Нейродидактика и эффективное обучение в дистанционном режиме /
B. В. Лебедев // Школьные технологии. — 2021. — № 4. — С. 38-46.
17. Вербицкая, Н. О. Формирование нейрометодики профессионального обучения в условиях человеко-машинного взаимодействия / Н. О. Вербицкая, Р. С. Чекотин // Вестник
Южно-Уральского государственного университета. Серия: Образование. Педагогические науки. — 2017. — Т. 9. — № 2. — С. 62-73.
18. Чекотин, Р. С. Оценка действий оператора в полуавтоматических и многозадачных системах в лесозаготовках на основе использования IoT-технологий / Р. С. Чекотин, Н. О. Вербицкая // Системы. Методы. Технологии. — 2016. — № 4. — С. 188-196.
19. Хомская, Е. Д. Нейропсихология : учебник / Е. Д. Хомская. — 4-е изд. — Санкт-Петербург : Питер, 2012. — 496 с. — ISBN 5-469-00620-4.
20. Щедровицкий, Г. П. Схема мыследеятельности — системно-структурное строение, смысл и содержание / Г. П. Щедровицкий // Избранные труды ; ред.-сост. А. А. Пископпель, Л. П. Щедровицкий. — Москва : Школа культ. политики, 1995. — С. 281-298.
21. Щедровицкий, П. Г. Системо-мыследеятельностная методология и психология / П. Г. Щедровицкий // Гуманитарный портал. — URL: https://gtmarket.ru/library/articles/2567 (дата обращения: 27.04.2022).
22. Semyanov A. & Verkhratsky A. Astrocytic processes: from tripartite synapses to the active milieu. Trends in Neurosciences, 2021, no. 44 (10), pp. 781-792, doi:10.1016/j.tins.2021.07.006.
23. Thill S., Caligiore D., Borghi A. et al. Theories and computational models of affordance and mirror systems: An integrative review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2013, no. 37 (3), pp. 491-521, doi:10.1016/j.neubiorev.2013.01.012.
24. Rizzolatti G., Singaglia C. The functional role of the parieto-frontal mirrorcircuit: interpretations and misinterpretations. Nature Reviews Neuroscience, 2010, no. 11, pp. 264-274.
25. Thill S. et al. Theories and computational models of affordance and mirror systems: an integrative review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2013, vol. 37, no. 3, pp. 491-521.
26. Genuth I. All in the mind. Engineering & Technology, 2015, vol. 10, no. 5, pp. 37-39.
27. Hamilton A. F., Grafton S. T., Hamilton A. The motor hierarchy: from kinematics to goals and intentions. Sensorimotor foundations of higher cognition, 2007, vol. 22, pp. 381-408.
28. lacoboni M., Dapretto M. The mirror neuron system and the consequences of its dysfunction. Nature Reviews Neuroscience, 2006, no. 7, pp. 942-951.
29. Kern M. et al. Cortical mirror-system activation during real-life game playing: an intracranial electroencephalography (EEG) study. Conference on Cognitive Computational Neuroscience. 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publication/330822837_Cortical_Mirror-System_ Activation_During_Real-Life_Game_Playing_An_Intracranial_Electroencephalography_EEG_Study (дата обращения: 17.05.2022).
30. Heyes C., Catmur C. What happened to mirror neurons? Perspectives on Psychological Science, 2022, vol. 17, no. 1, pp. 153-168.
For citation: Verbitskaya, N. O. Neurodidactic modeling of the development of engineering thinking: a system of possibilities and mirror neurons / N. O. Verbitskaya, N. A. Lobasheva // Innovative development of vocational education. — 2022. — № 3 (35). — P. 19-29.
NEURODIDACTIC MODELING OF THE DEVELOPMENT OF ENGINEERING THINKING: A SYSTEM OF POSSIBILITIES AND MIRROR NEURONS
N. O. Verbitskaya, N. A. Lobasheva
The researches presented in the article continue the experimental approach of obtaining and analyzing empirical data and solving practical problems of forming natural neural networks of the human brain. Such socio-psychological approach made it possible to consider neurodidactics as a methodological source of ideas for the formation of certain skills and competencies in a person. The main research question is how to ensure the purposeful formation of the necessary competencies in a person, which are sustainably preserved and reproduced over a given period. The development of the ideas of neurodidactics expands the range of application of research in the field of engineering education, in particular the formation of modern engineering thinking, which forms the basis of the professional competencies of university graduates and is in demand on the labor market. An attempt was made to solve this research problem in the conditions of Russian university education on the basis of teaching mathematical disciplines at the Ural Federal University. The neurobiological basis of the study was a computational structure that combines the theoretical concepts obtained as a result of the study of two neurosystems: the choice of multiple possibilities and the system of mirror neurons. The main
empirical results presented in the article demonstrate the significant effectiveness of the applied neurodidactic modeling approaches. From the results presented, there are significant differences between the results of work in the conditions of neuromethods and traditional forms. A statistically significant improvement in the average results for the entire sample of students was revealed.
Key words: neurodidactic modeling, system of possibilities, mirror neurons, engineering thinking, mathematical disciplines.
References
1. Howard-Jones P. A. Neuroscience and education: myths and messages, [Nature Reviews Neuroscience], 2014, Vol. 15, no. 12, pp. 817-824. (In English)
2. Beauchamp M., Beauchamp C. Understanding the neuroscience and education connection: themes emerging from a review of the literature [Neuroscience in education: the good, the bad, and the ugly], 2012, pp. 13-30. (In English)
3. Kostromina S. N., Gnedykh D. S. Neyronauka v sisteme professional'nogo [Neuroscience in the system of vocational education], Professional'noe obrazovanie irynok truda [Professional education and labor market], 2021, no. 4 (47), pp. 8-29. (In Russian)
4. Kostromina S. N. Vvedenie v neyrodidaktiku: ucheb. posobie [Introduction to neurodidactics: textbook. allowance]. St. Petersburg, Izd-vo S.-Peterb. un-ta, 2019, 182 p., ISBN 978-5-288-05911-7. (In Russian)
5. Karpenko M. P. (ed.) Neyrodidaktika: monogr. [Neurodidactics: monograph.]. Moscow, Izd-vo Sovr. gum. un-ta, 2019, 282 p., ISBN 978-5-8323-1108-1. (In Russian)
6. Naumovich L. V. Ispol'zovanie printsipov neyrodidaktiki v sovremennykh uchebnikakh [Using the principles of neurodidactics in modern textbooks], Materialy II Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. "Aktual'nye problemy gumanitarnogo obrazovaniya" (Minsk, 22-23 oktyabrya 2015 g.) [Materials of the II Intern. scientific-practical. conf. "Actual problems of humanitarian education" (Minsk, October 22-23, 2015)]. Minsk, IP A. N. Varaksin, 2015, pp. 153-155. (In Russian)
7. Mal'sagov A. A., Lezina V. V. Neyrodidaktika v Rossii: razvitie i perspektivy [Neurodidactics in Russia: development and prospects], Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya [World of science, culture, education], 2021, no. 4 (89), pp. 149-150. (In Russian)
8. Mal'sagova M. Kh. Perspektivnye napravleniya razvitiya neyrodidaktiki [Perspective directions of development of neurodidactics], Sb. nauch. st. po itogam raboty Mezhdunarodnogo nauch-nogo foruma "Nauka i innovatsii — sovremennye kontseptsii" (Moskva, 28 avgusta 2020 g.) [Digest of articles based on the results of the work of the International Scientific Forum "Science and innovations — modern concepts" (Moscow, August 28, 2020)]. Ufa, Infiniti, 2020, pp. 61-65. (In Russian)
9. Dzyatkovskaya E. N. Neyrodidaktika: mify i real'nost' [Neurodidactics: myths and reality], Sb. nauch. tr. Vseros. setevoy nauch. konf. "Metodologicheskie orientiry razvitiya sovremennoy nauchno-didakticheskoy mysli" (21-29 noyabrya 2018 g.) [Digest of articles of Vseros. network scientific. conf. "Methodological guidelines for the development of modern scientific and didactic thought" (November 21-29, 2018)]. ed. A. A. Mamchenko, Moscow, In-t strateg. razv. obraz. RAO, 2018, 684 p. — p. 78. (In Russian)
10. Solov'eva O. V. Psikhologo-pedagogicheskiy analiz ispol'zovaniya neyrodidaktiki v obuchenii vzroslykh [Psychological and pedagogical analysis of the use of neurodidactics in adult education], Gumanizatsiya obrazovaniya [Humanization of education], 2018, no. 4, pp. 102-108. (In Russian)
11. Zeer E. F. Neyrodidaktika-innovatsionnyy trend personalizirovannogo obrazovaniya [Neu-rodidactics-innovative trend of personalized education], Professional'noe obrazovanie i rynok truda [Professional education and labor market], 2021, no. 4 (47), pp. 30-38. (In Russian)
12. Devletov R. R. Neyrodidaktika i prepodavanie yazykovykh distsiplin v pedagogicheskom vuze [Neurodidactics and teaching of language disciplines in a pedagogical university], Tezisy dokl. uchast. Mezhdunar. nauch. konf. "Mezhkul'turnye kommunikatsii" (Simferopol', 06 aprelya 2017 g.) [Abstracts of reports of International scientific conf. "Intercultural communications" (Simferopol, April 06, 2017)]. Simferopol', Krym. feder. un-t im. V. I. Vernadskogo, 2017, pp. 59-60. (In Russian)
13. Kaminskaya A. V. Primenenie metodov neyrodidaktiki na urokakh angliyskogo yazyka [The use of neurodidactic methods in English lessons], Sb. st. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. "Yazyk i yazykovoe obrazovanie v sovremennom mire" [Digest of articles of International scientific-practical. conf "Language and language education in the modern world"]. N. Novgorod, Mininskiy un-t, 2016, pp. 187-190. (In Russian)
14. Kulikova O. V. Neyrodidakticheskiy podkhod kak faktor povysheniya kachestva obucheniya inoyazychnomu professional'nomu obshcheniyu [Neurodidactic approach as a factor in improving the quality of teaching foreign language professional communication], Vestnik Moskovskogo
gosudarstvennogo lingvisticheskogo universiteta. Obrazovanie i pedagogicheskie nauki [Bulletin of the Moscow State Linguistic University. Education and pedagogical sciences], 2014, no. 14 (700), pp. 107-114. (In Russian)
15. Podlinyaev, O. L., Shisharina N. V., Romm T. A. Problema gigienicheskoy otsenki peda-gogicheskikh tekhnologiy v obshcheobrazovatel'noy shkole v kontekste neyrodidaktiki [The problem of hygienic assessment of pedagogical technologies in a secondary school in the context of neurodidac-tics], Vestnik Buryatskogo gosudarstvennogo universiteta. Obrazovanie. Lichnost'. Obshchestvo [Bulletin of the Buryat State University. Education. Personality. Society], 2019, no. 1, pp. 63-69. (In Russian)
16. Lebedev V. V. Neyrodidaktika i effektivnoe obuchenie v distantsionnom rezhime [Neuro-didactics and effective distance learning], Shkol'nye tekhnologii [School technologies], 2021, no. 4, pp. 38-46. (In Russian)
17. Verbitskaya N. O., Chekotin R. S. Formirovanie neyrometodiki professional'nogo obucheniya v usloviyakh cheloveko-mashinnogo vzaimodeystviya [Formation of the neuromethodology of vocational training in the conditions of human-machine interaction], Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Obrazovanie. Pedagogicheskie nauki [Bulletin of the South Ural State University. Series: Education. Pedagogical Sciences], 2017, vol. 9, no. 2, pp. 62-73. (In Russian)
18. Chekotin R. S., Verbitskaya N. O. Otsenka deystviy operatora v poluavtomaticheskikh i mnogozadachnykh sistemakh v lesozagotovkakh na osnove ispol'zovaniya IoT-tekhnologiy [Evaluation of operator actions in semi-automatic and multitasking systems in logging based on the use of IoT technologies], Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2016, no. 4, pp. 188-196. (In Russian)
19. Khomskaya E. D. Neyropsikhologiya: uchebnik [Neuropsychology: textbook]. St. Petersburg, Piter, 2012, 496 p., ISBN 5-469-00620-4. (In Russian)
20. Shchedrovitskiy G. P. Skhema mysledeyatel'nosti — sistemno-strukturnoe stroenie, smysl i soderzhanie [Scheme of mental activity — system-structural structure, meaning and content], Iz-brannye trudy [Selected Works]. ed. A. A. Piskoppel', L. P. Shchedrovitskiy. Moscow, Shkola kul't. politiki, 1995, pp. 281-298. (In Russian)
21. Shchedrovitskiy P. G. Sistemo-mysledeyatel'nostnaya metodologiya i psikhologiya [System-thought-activity methodology and psychology], Gumanitarnyy portal [Humanitarian portal], available at: https://gtmarket.ru/library/articles/2567 (accessed: 27.04.2022). (In Russian)
22. Semyanov A. & Verkhratsky A. Astrocytic processes: from tripartite synapses to the active milieu, [Trends in Neurosciences], 2021, no. 44 (10), pp. 781-792, doi:10.1016/j. tins.2021.07.006. (In English)
23. Thill S., Caligiore D., Borghi A. et al. Theories and computational models of affordance and mirror systems: An integrative review, [Neuroscience & Biobehavioral Reviews], 2013, no. 37 (3), pp. 491-521, doi:10.1016/j.neubiorev.2013.01.012 (In English)
24. Rizzolatti G., Singaglia C. The functional role of the parieto-frontal mirrorcircuit: interpretations and misinterpretations, [Nature Reviews Neuroscience], 2010, no. 11, pp. 264-274. (In English)
25. Thill S. et al. Theories and computational models of affordance and mirror systems: an integrative review, [Neuroscience & Biobehavioral Reviews], 2013, vol. 37, no. 3, pp. 491-521. (In English)
26. Genuth I. All in the mind, [Engineering & Technology], 2015, vol. 10, no. 5, pp. 37-39. (In English)
27. Hamilton A. F., Grafton S. T., Hamilton A. The motor hierarchy: from kinematics to goals and intentions, [Sensorimotor foundations of higher cognition], 2007, vol. 22, pp. 381-408. (In English)
28. Iacoboni M., Dapretto M. The mirror neuron system and the consequences of its dysfunction, [Nature Reviews Neuroscience], 2006, no. 7, pp. 942-951. (In English)
29. Kern M. et al. Cortical mirror-system activation during real-life game playing: an intracranial electroencephalography (EEG) study, [Conference on Cognitive Computational Neuroscience], 2018, available at: https://www.researchgate.net/publication/330822837_Cortical_Mirror-System_ Activation_During_Real-Life_Game_Playing_An_Intracranial_Electroencephalography_EEG_Study (accessed: 17.05.2022). (In English)
30. Heyes C., Catmur C. What happened to mirror neurons? [Perspectives on Psychological Science], 2022, vol. 17, no. 1, pp. 153-168. (In English)
Вербицкая Наталья Олеговна, профессор кафедры экономики труда и управления персоналом ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет», доктор педагогических наук, профессор, Российская Федерация, г. Екатеринбург, e-mail: [email protected]
Verbitskaya Natalia Olegovna, Professor of the Department of Labor Economics and Personnel Management, Ural State Economic University, Doctor of Pedagogical Sciences, Professor, Russian Federation, Yekaterinburg, e-mail: n.o.verbitskay@ usue.ru
Лобашева Нина Анатольевна, доцент кафедры высшей математики Института фундаментального образования ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», кандидат физико-математических наук, доцент, Российская Федерация, г. Екатеринбург, e-mail: [email protected]
Lobasheva Nina Anatolyevna, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics, Institute of Fundamental Education, Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Russian Federation, Yekaterinburg, e-mail: nlo.toks @mail.ru
Для цитирования: Елагина, В. С. Управление самостоятельной работой обучающихся / В. С. Елагина // Инновационное развитие профессионального образования. — 2022. — № 3 (35). — С. 29-36.
УДК 378.6 ББК 74.48
УПРАВЛЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛьНОЙ РАБОТОЙ ОБУЧАЮЩИХСЯ
В. С. Елагина
Основополагающим компонентом самостоятельной работы выступает управление ее организацией и качеством, создание оптимальной образовательной среды, в которой положительный результат обучения основывается на позитивном отношении субъектов к обучению, порождающем новые стимулы и мотивы их познавательной деятельности. В статье раскрываются особенности самостоятельной работы, анализируются причины и факторы, вызывающие затруднения в организации и осуществлении самостоятельной работы обучающимися. Рассматриваются основные функции управления самостоятельной работой обучающихся, такие как: целеполагание, планирование, осуществление и регулирование процесса самостоятельной работы, всесторонний анализ и оценка самостоятельной деятельности обучающихся; раскрываются их сущность и содержание. Реализация управленческих функций возможна при определенных условиях, таких как: целенаправленность, систематичность и своевременность контроля результатов самостоятельной работы; разнообразие применяемых видов самостоятельной работы, их сочетание, позволяющее развивать интерес, творческие способности, повышать мотивацию и стимулировать самостоятельную деятельность обучающихся, развивать самостоятельность и проявлять инициативу; использование разноуровневых заданий, максимальный учет индивидуальных способностей и познавательных возможностей обучающихся; использование разнообразных форм и методов самостоятельной работы.
Ключевые слова: самостоятельная работа, управление самостоятельной работой, функции управления.
В соответствии с требованиями федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования (ФГОС ВО), регламентирующими обязательный максимальный объем учебной нагрузки и объем самостоятельной работы, образовательная организация обязана создать условия, необходимые для организации аудиторной самостоятельной работы обучающихся, сформировать у них умения и навыки приобретать знания самостоятельно, без непосредственного участия преподавателя.
«Несмотря на то, что термин самостоятельная работа постоянно находится в поле зрения
ведущих отечественных дидактов, он не имеет статуса однозначно определенного научного понятия», — отмечает И. Р. Сташкевич [1, с. 28]. В дидактике самостоятельная работа определяется как метод обучения или форма организации деятельности обучающихся, раскрывая ее сущность через описание путей управления их деятельностью [2]; как организованная активная деятельность учащихся, направленная на достижение дидактической цели [3]; как форма организации процесса обучения и воспитания [4].
Как форма организации обучения самостоятельная работа способствует активизации
