Актуальность исследования.
Требования, диктуемые современным развитием общества и научно-техническим прогрессом, состоят в том, что подготовка специалиста должна соответствовать уровню реальных потребностей общества. Вполне закономерным процессом, отражающим требование времени, в современном мире является наметившийся поворот к большей конкретизации, профессионализации образования, к его более тесной увязке с нуждами 'f специальных наук и производства, к большей экономической эффективности образования, в том числе и инженерного.
В настоящее время компьютеризация всех сфер производства, широкое внедрение систем автоматизированного проектирования, выдвигает новые требования к подготовке инженеров. Эти требования заключаются, прежде всего, в необходимости повышения компьютерной грамотности специалистов. Особенно это касается подготовки к инженерно-конструкторской деятельности, так как современный инженер-конструктор должен в совершенстве владеть средствами компьютерной графики, уметь моделировать и конструировать объекты, свободно ориентироваться в разнообразных графических пакетах прикладных программ и, что самое главное, — обладать гибкостью мышления, уметь перестраиваться и самостоятельно осваивать новое в быстро меняющемся мире компьютерных технологий. Использование компьютерных технологий в системе образования предоставляет новые возможности для активизации процесса профессиональной подготовки студентов. Как отмечает в этой связи Б. Ф. Ломов «.научно-технический прогресс открывает колоссальные — до сих пор еще слабо осознаваемые — возможности создания средств развития человека. Вместе с тем он порождает и потребности в таких средствах» [86, С. 131]. Это требует от преподавателей высшей технической школы переосмысления дидактического сопровождения подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности с использованием новых информационных технологий.
Вместе с тем в системе высшего образования существует тенденция к сокращению числа аудиторных часов, отводимых на изучение общеинженерных дисциплин, в частности инженерной графики. На начальном этапе обучения в техническом вузе инженерная графика является основным предметом, при изучении которого студенты получают базовые знания, умения и навыки, необходимые в инженерно-конструкторской деятельности. Традиционные методы обучения, базирующиеся на объяснительном принципе, затрудняют достижение когнитивных целей. Должен быть перенесен акцент с обучения под руководством преподавателя на самообучение и самообразование.
Таким образом, в системе высшего технического образования имеются следующие противоречия:
— между необходимостью совершенствования инженерно-конструкторской подготовки специалистов и невозможностью достичь этого традиционными методами обучения;
— между имеющимися резервами (педагогическими, методическими, техническими) в плане активизации профессиональной подготовки студентов, связанными с компьютеризацией образования, и недостаточным использованием этих резервов в учебном процессе.
С целью поиска путей решения этих противоречий нами рассмотрены труды отечественных ученых по вопросам профессионального образования (Б.С. Гершунский, М. П. Сибирская, Е. В. Ткаченко, В. Д. Шадриков, В.Н. Юрин), по вопросам формирования и развития качеств, важных в профессиональной деятельности инженера (Т.В. Кудрявцев, Б. Ф. Ломов, А. Н. Леонтьев, Э. С. Чугунова, П. М. Якобсон, И.С. Якиманская).
В связи с вопросами активизации процесса обучения рассмотрены труды Л. С. Выготского, П. Я. Гальперина, В. В. Давыдова, А. Н. Леонтьева,.
Ж. Пиаже, C. J1. Рубинштейна, в которых исследовался феномен деятельности, ее компонентов и свойств. Эффективность усвоения знаний в процессе деятельности доказана в работах Г. А. Атанова, В. П. Беспалько, Н. Ф. Талызиной, Б. Ц. Бадмаева.
Для нашего исследования имели значение работы, посвященные схематизации содержания и формы мысли при формировании и исследовании мышления (П.Я. Гальперин, В. В. Давыдов, Б. Ц. Бадмаев и другие). Вопросам применения схем в обучении также посвящены работы ^ И. Ю. Соколовой, С. И. Мещеряковой, Н. Ф. Тищенко, Л. Я. Зориной,.
О.Ф. Федоровой, и других.
Особое внимание обращено на проблему повышения качества образования в связи с использованием новых информационных технологий в работах Б. С. Гершунского, Е. И. Машбица, В. М. Монахова, Н. М. Когдова, Н. Ф. Талызиной, И. Роберта и других ученых. Возможности применения компьютерных технологий в инженерном образовании, использование компьютерной графики и геометрического моделирования рассмотрены в работах А. А. Зенкина, Д. И. Григорьева, Д. А. Поспелова, А. В. Соловова, В. А. Штоффа. Проанализированы особенности дистанционного образования, а также создание гипертекстовых обучающих продуктов в исследованиях Ь А. В. Бочкарева, Н. М. Когдова, Е. Ю. Семеновой, B.C. Токаревой.
Проведенный анализ психолого-педагогической и специальной литературы показал, что достаточно широко рассмотрены вопросы, связанные с инженерным образованием, затронуты некоторые проблемы компьютеризации образования, но вопросы активизации подготовки студентов инженерных специальностей к профессиональной деятельности, в частности к инженерно-конструкторской, не нашли должного отражения в работах педагогов-исследователей. Одни авторы ограничиваются общими методологическими аспектами подготовки инженеров, другие рассматривают, возможности применения компьютерных технологий при изучении отдельных дисциплин. Формирование конструкторских знаний и умений студентов инженерных специальностей, их технического интеллекта и технических способностей на основе современных информационных технологий остается пока недостаточно разработанной проблемой.
Данные противоречия обусловили выбор темы исследования «Активизация подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий (на примере изучения инженерной графики)». Одним из путей решения данной проблемы является рассмотрение возможностей использования в процессе профессиональной подготовки компьютерных технологий. Как было отмечено выше, на начальном этапе обучения базовым предметом в инженерно-конструкторской подготовке является инженерная графика. Поэтому первоочередной задачей является создание, на основе компьютерных технологий, дидактического обеспечения активизации инженерно-конструкторской подготовки студентов в процессе изучения инженерной графики.
Актуальность темы
обусловлена необходимостью создания такого дидактического обеспечения.
Цель исследования: выявить, теоретически обосновать и проверить дидактические условия, способствующие активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе изучения инженерной графики.
Объект исследования: процесс профессиональной подготовки студентов в техническом вузе в условиях компьютеризации образования.
Предмет исследования: активизация подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий.
Гипотеза исследования: активизация подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий в процессе изучения инженерной графики обеспечивается, если соблюдены следующие дидактические условия:
1) разработано дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности на основе компьютерных технологий;
2) реализовано дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в различных видах их учебной деятельности.
Результативность данного процесса выражается в обогащении знаний по инженерной графике, повышении уровня пространственного мышления и технического интеллекта.
Для проверки выдвинутой гипотезы и достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:
1. Теоретически обосновать выбор темы и направление исследования.
2. Уточнить сущность понятия «дидактический инструментарий».
3. Проанализировать и отобрать дидактический инструментарий активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности.
4. Создать дидактические условия, предусматривающие разработку системы дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности на основе компьютерных технологий и реализацию его в курсе инженерной графики в различных видах учебной деятельности студентов.
5. Опытно-экспериментальным путем проверить эффективность дидактических условий активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности и составить методические рекомендации по использованию дидактического обеспечения в техническом вузе.
Общая теоретико-методологическая основа исследования: философские основания образования, положенные в основу педагогических исследований (А.В. Брушлинский, В. А. Дмитриенко, Б. С. Гершунский, C.JI. Рубинштейн) — исследования в области стандартизации высшего профессионального образования (Е.В. Ткаченко, Д.В. Чернилевский) — теории деятельностного и личностно-деятельностного подхода в обучении (Б.Г. Ананьев, В. В. Давыдов, П. Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев) — теория компьютеризации обучения (Е.И. Машбиц, А. В. Соловов, А. А. Зенкин, Д.А. Поспелов) — педагогические технологии активизации познавательной деятельности (В.П. Беспалько, И. Ю. Соколова, Н.Ф. Талызина) — формирование профессиональных способностей будущего инженера (Э.С. Чугунова, П. М. Якобсон, В. Д. Шадриков, Б. Ф. Ломов, Т.В. Кудрявцев).
Сочетание теоретико-методологического уровня исследования с решением задач прикладного характера обусловило выбор комплекса методов исследования: методы теоретического исследования (анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы, изучение специальной литературы и диссертационных материалов по исследуемой проблеме, аналогия, конкретизация, синтез) — методы эмпирического исследования (наблюдение, анкетирование, тестированиеизучение и анализ практической деятельности студентов, опытная работа, педагогический эксперимент) — методы математической статистики.
Экспериментальной базой исследования были определены механический факультет и факультет автоматизации и информационных технологий СибГТУ.
Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (1998;1999 гг.) изучалось состояние проблемы в теории и практике профессионального образованияуточнен понятийный аппаратопределялись методологические положения, цель, задачи исследованияформулировалась рабочая гипотезабыло проведено выявление и теоретическое обоснование дидактического инструментария активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности.
Второй этап (1999 — 2002 гг.) предусматривал проведение формирующего эксперимента по определению эффективности разработанного дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности. На этом этапе разработаны методические рекомендации по использованию дидактического обеспечения в процессе изучения инженерной графики. Проведена математическая обработка и статистический анализ полученных данных.
На третьем этапе (2002 — 2003 гг.) обобщены и систематизированы результаты исследования, сформулированы выводы, заключениевыполнено литературное и документальное оформление диссертации.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
— обосновано и введено в научный аппарат теории и методики профессионального обучения понятие «активизация подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности» как дидактической стратегии, развертывающейся посредством качественного отбора дидактического обеспечения: содержания дисциплины общеинженерного профиля, гибкого использования форм, методов, приемов и средств, направленных на обогащение соответствующих знаний студентов, повышение уровня их пространственного мышления и технического интеллекта;
— уточнена сущность понятия «дидактический инструментарий», под которым понимается комплекс дидактического обеспечения, включающий совокупность научно-обоснованных и проверенных на практике методов, форм и средств, с помощью которых у будущих специалистов формируются соответствующие знания и умения;
— разработано дидактическое обеспечение активизации инженерно-конструкторской подготовки студентов посредством компьютерных технологий, включающее схемы различных типов (структурно-логические, классификационные, ориентировочной основы действий), компьютерные обучающие программы, компьютерные тесты для контроля и коррекции знаний студентов, задания по геометрическому моделированию, электронный учебник по инженерной графике и доказана его эффективность.
Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в том, что изложены доказательства целесообразности дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологийраскрыты и описаны потенциальные возможности представления учебной информации различными формами и методами.
Практическая значимость исследования состоит в возможности использования разработанного и апробированного дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе обучения инженерной графике в вузах, техникумах для дневной и заочной форм обучения, дистанционного образования и в процессе переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров.
Разработанные и апробированные методические материалы по инженерной графике — лабораторный практикум «AutoCAD 2000" — «Олимпиадные задачи по начертательной геометрии и инженерной графике" — «Схемы: электрическая принципиальная схема изделия» для студентов инженерных специальностей внедрены в практику работы вуза.
Достоверность и обоснованность результатов исследования определяются опорой на теоретические положения научной методологии, отражающей специфику подготовки студента к инженерно-конструкторской деятельности, использованием комплекса методов исследования, адекватных его задачам, применением самоанализа и проверки результатов исследования в различных условиях подготовки студентов к инженерноконструкторской деятельности, использованием математических методов обработки результатов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Активизация подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности как дидактическая стратегия развертывается посредством качественного отбора дидактического обеспечения: содержания дисциплины общеинженерного профиля, гибкого использования форм, методов, приемов и средств, направленных на обогащение соответствующих знаний студентов, повышение уровня их пространственного мышления и технического интеллекта.
2. Дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности включает: схемы различных типов — структурно-логические, классификационные, ориентировочной основы действий, компьютерные обучающие программы, компьютерные тесты для контроля и коррекции знаний студентов, элементы геометрического моделирования, электронный учебник по инженерной графике.
3. Подготовка студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий в процессе изучения инженерной графики активизируется при соблюдении следующих дидактических условий:
— разработке дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности, основанного на использовании компьютерных технологий;
— реализации дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в различных видах их учебной деятельности.
Апробация работы.
Основные результаты исследования докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях:
— международных: «Высшая школа на пути реформ» (Красноярск, 1998 г.), «Качество образования» (Новосибирск, 1999 г.), «Качество образования: концепции, проблемы» (Новосибирск, 2000 г.), «Достижения науки и техники — развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001), «IV Сибирская школа молодых ученых» (Томск, 2001);
— республиканских: «Педагогические проблемы и информационные технологии в системе непрерывного образования» (Красноярск, 2000 г.), «Лесной комплекс: проблемы и решения» (Красноярск, 2000 г.), «Химико-лесной комплекс — проблемы и решения» (Красноярск, 2001 г.), «Качество профессионального образования: обеспечение, контроль и управление» (Оренбург, 2003 г.);
— межвузовских: «Компьютерная геометрия и графика в образовании» (Красноярск, 2000 г.), «Актуальные проблемы современной науки и пути их решения» (Красноярск, 2001 г.).
Основные результаты исследования внедрены в практику работы Сибирского государственного технологического университета.
По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ.
Выводы по II главе.
Практическая часть данного исследования включает дидактические условия активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий, а также опытно-экспериментальное исследование их эффективности. При этом нами проведена следующая работа. Во-первых, на основе дидактического инструментария, описанного в первой главе, разработано дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе изучения дисциплины «Инженерная графика», включающее схемы различных типов (структурно-логические, классификационные и ориентировочной основы действия), а также компьютерные технологии и средства обучения (обучающие программы, компьютерные тесты, геометрическое моделирование на компьютере, электронный учебник).
Во-вторых, для реализации дидактического обеспечения в учебном процессе разработаны следующие методические материалы: рабочая программа курса «Инженерная графика», лабораторный практикум по освоению графического редактора AutoCAD, задания по геометрическому моделированию на компьютере, а также методические рекомендации по использованию дидактического обеспечения в различных видах учебной деятельности студентов.
Рабочая программа отражает логику построения курса инженерной графики с использованием компьютерных технологий. Рабочая программа построена таким образом, что позволяет в рамках обычно отводимого на эту дисциплину количества часов охватить традиционную часть курса (дать базовую графическую подготовку) и также основы компьютерной графической подготовки студентов. Выполнение лабораторного практикума позволяет не только освоить принципы работы с графическим редактором AutoCAD, который является в своем роде универсальным, но и дает возможность студентам самостоятельно моделировать графические объекты, стимулирует развитие творческого подхода к решению задач.
В процессе изучения курса инженерной графики предусмотрено выполнение различных контрольных работ графического характера, в том числе тесты на компьютере. Кроме этого, разработаны средства, помогающие активизировать и систематизировать самостоятельную работу студентовэто обучающие программы и электронный учебник.
В целом, при реализации данного дидактического обеспечения в учебном процессе отмечено, что его использование повышает учебную мотивацию студентов, активизирует их познавательную деятельность, самостоятельную работу, сокращает аудиторное время, затрачиваемое на изучение дисциплины.
В-третьих, проведено опытно-экспериментальное исследование эффективности использования в учебном процессе дидактического обеспечения активизации инженерно-конструкторской подготовки студентов. При этом исследовались уровни пространственного мышления, технического интеллекта, и знания по инженерной графике, которые были приняты в качестве показателей подготовленности студентов к инженерно-конструкторской деятельности. Отмечено, что в экспериментальных группах, по сравнению с контрольными группами, имеется более высокий рост этих показателей. На основании проведенных исследований, нами были разработаны уровни подготовленности к инженерно-конструкторской деятельности: высокий, средний и низкий. Количество студентов с высоким уровнем подготовленности в процентном отношении значительно выше в экспериментальных группах. Проведена оценка статистической значимости результатов опытно-экспериментальных исследований. На механическом факультете статистическая достоверность составляет 98%, а на факультете автоматизации и информационных технологий — 97%. Следовательно, опытно-экспериментальное исследование доказывает эффективность дидактических условий активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий.
Существует возможность использования дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности, разработанного и апробированного автором, при обучении инженерной графике в вузах, техникумах, для дневной и заочной форм обучения, дистанционного образования, в процессе переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров. В заключение хочется отметить, что данное дидактическое обеспечение не является конечным продуктом. Будучи основанным на использовании компьютерных технологий, оно представляет собой гибкую, открытую систему, которая легко может быть изменена, модернизирована применительно к различным условиям и для достижения различных дидактических целей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В результате проведенного исследования была достигнута цель, подтверждена выдвинутая гипотеза и получены положительные результаты в решении всех поставленных задач.
Во-первых, теоретически обоснована проблема подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности. Подготовленность студентов к инженерно-конструкторской деятельности определяется комплексом приобретенных ими в процессе обучения знаний, умений, качеств, которые в будущем определяют их успешную профессиональную деятельность. Обращается внимание на мнение ученых о том, что студент, как будущий инженер, должен обладать высоким уровнем общего и технического интеллекта, хорошо развитым пространственным мышлением, а также иметь высокий уровень теоретических знаний в области профессиональной деятельности. Кроме этого, необходимо сформировать соответствующую систему деятельности, включающую практические навыки и приемы (моделирование, конструирование, построение графических изображений объектов, творческое решение поставленных задач), способствующих развитию практического мышления студентов.
Выяснено, что в современных условиях неотъемлемой составляющей подготовки будущих специалистов к инженерно-конструкторской деятельности является их компьютерная грамотность. Это приводит к необходимости использования компьютерных технологий в процессе изучения инженерных дисциплин, например, инженерной графики, которая соответствует начальному этапу профессиональной подготовки инженера. Кроме этого существует возможность использования компьютерных технологий в качестве средств, активизирующих обучение. Поэтому для активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе изучения инженерной графики необходимо разработать соответствующее дидактическое обеспечение данной дисциплины, основанное на использовании компьютерных технологий. В итоге сформулировано понятие «Активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности» как дидактической стратегии, развертывающейся посредством качественного отбора дидактического обеспечения: содержания дисциплины общеинженерного профиля, гибкого использования форм, методов, приемов и средств, направленных на обогащение соответствующих знаний студентов, повышение уровня их пространственного мышления и технического интеллекта.
Во-вторых, в работе уточнено понятие дидактического инструментария активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в контексте настоящего исследования, под которым понимается комплекс дидактического обеспечения, включающий совокупность научно-обоснованных и проверенных на практике методов, форм и средств, с помощью которых у будущих специалистов формируются соответствующие знания и умения.
В-третьих, проанализированы и отобраны составляющие элементы дидактического инструментария, способствующего активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности. Выяснено, что в качестве таких элементов могут быть использованы схемы различных типов (классификационные, структурно-логические, ориентировочной основы действий) и компьютерные обучающие технологии (обучающие программы, электронные учебники, тесты для контроля и коррекции знаний студентов, автоматизированные обучающие системы и прочее).
В-четвертых, на основе дидактического инструментария разработано дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности, основанное на использовании компьютерных технологий, как дидактическое условие данного процесса. При этом разработаны:
— рабочая программа курса «Инженерная графика» с использованием компьютерных технологий, позволяющая гармонично сочетать традиционные и инновационные элементы в различных видах учебной деятельности студентов, что позволяет в рамках обычно отводимого на эту дисциплину количества часов охватить традиционную часть курса (базовую графическую подготовку) и также основы компьютерной графической подготовки студентов.
— схемы различных типов по инженерной графике (классификационные, структурно-логические, ориентировочной основы действий);
— обучающие программы по начертательной геометрии;
— компьютерные тесты для контроля и коррекции знаний студентов;
— задания по геометрическому моделированию, входящие в лабораторный практикум по освоению графического редактора AutoCAD;
— электронный учебник по инженерной графике, включающий в себя схемы всех типов, графические примеры выполнения задач, комплекс тестов для самоконтроля и коррекции знаний студентов;
В-пятых, дидактическое обеспечение активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности, как дидактическое условие данного процесса, реализовано в различных видах их учебной деятельности и составлены методические рекомендации по его использованию в техническом вузе при изучении инженерной графики.
В-шестых, проведенные опытно-экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность созданных дидактических условий в процессе изучения дисциплины «Инженерная графика». Результаты опытно-экспериментальных исследований позволяют заключить, что уровень подготовленности студентов к инженерно-конструкторской деятельности, который оценивался уровнем развития пространственного мышления, технического интеллекта и уровнем знаний по инженерной графике, в экспериментальных группах выше, чем в контрольных. При статистической обработке результатов опытно-экспериментальных исследований выяснено, что достоверность полученных данных составляет 98%. Следовательно, использование дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе изучения инженерной графики способствует повышению уровня подготовленности студентов к инженерно-конструкторской деятельности.
Таким образом, доказано, что выявленная, теоретически обоснованная и экспериментально проверенная совокупность дидактических условий способствует активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности в процессе изучения инженерной графики, что соответствует гипотезе исследования.
Вместе с тем, проведенная работа не исчерпывает всех аспектов активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности посредством компьютерных технологий. Детальное изучение проблемы можно осуществить в различных направлениях: изучение деятельностных характеристик инженерно-конструкторской деятельности (цели, мотивы, самоконтроль) — выявление возможностей использования компьютерных технологий для активизации учебной деятельности как составляющей профессиональной подготовки, исследование проблем дистанционного инженерного образованиярассмотрение возможностей совершенствования дидактического обеспечения активизации подготовки студентов к инженерно-конструкторской деятельности путем создания новых обучающих программ, повышением уровня интерактивности электронного учебника, включением элементов мультимедиа, автоматизированной системы контроля знаний и обработки результатов. В перспективе планируется создание сетевого курса по инженерной графике.
