Преемственность графической подготовки учащихся средних школ и вузов в соответствии с их профориентацией

В настоящее время одной из наиболее серьезных проблем, связанных с развитием и дальнейшим совершенствованием системы высше-, го образования и эффективной организации учебного процесса, является проблема создания учебных планов и программ на научной основе, где должны быть заложены определенные принципы планирования учебного процесса в высшей школе, опирающиеся на законы дидактики и призванные обеспечить оптимальное решение задачи выпуска квалифицированных специалистов. Научное обоснование об’ема и содержания высшего образования должно исходить из определения конечной цели профессионального обучения, требований к квалификации молодого специалиста, установления об’ема знаний, навыков и умений, которыми он должен владеть.

Как указывалось в докладах на ХХУ с"езде КПСС, в современных условиях, когда об"ем необходимых для человека знаний резко и быстро возрастает, уже невозможно делать главную ставку на усвоение определенной суммы фактов. Важно прививать умение самостоятельно пополнять свои знания, ориентироваться в стремительном потоке научной и политической информации / 6 /.

В постановлении партии и правительства «О дальнейшем развитии высшей школы и повышении качества подготовки специалистов» (1979) сформулированы главные требования к преподавателям вузов: готовить специалистов широкого профиля, сочетающих фундаментальность теоретического образования с основательными практическими знаниями, умениями и навыками. Именно подготовка таких специалистов определяет актуальные и перспективные направления развития системы обучения в вузах, вытекающие из новых задач высшего образования, выдвинутых на ХХУ1 с"езде партии.

Задачи, поставленные партией и правительством перед преподавателями вузов /6,7,8,9,10,11,12/, явились программой исследований. Методологической основой исследований служат труды классиков марксизма-ленинизма, а также программные документы Коммунистической партии и Советского правительства о народном образовании.

В качестве рабочей гипотезы выдвинуто предположение о возможности на основе теоретического и экспериментального исследований, учитывая уровень школьной подготовки учащихся, современные требования к предстоящей деятельности выпускников вуза, бюджет времени, отведенный программой Минвуза СССР на изучение инженерной графики в вузе, и используя все средства повышения эффективности обучения, построить обучающую программу, которая позволит сформировать знания, умения и навыки, необходимые будущему специалисту высокой квалификации у учащихся с разным уровнем школьной подготовки по графическим дисциплинам.

Объектом исследования является деятельность студентов в процессе изучения инженерной графики в условиях жесткого лимита времени обучения, с учетом разного уровня их школьной подготовки по черчению и профориентации при поступлении в вуз.

Предмет исследования — обучающая программа курса инженерной графики и деятельность студентов при изучении этой программы.

Цель исследования: создать оптимальный вариант обучающей программы курса инженерной графики, способствующей формированию необходимых будущему специалисту знаний и навыков у студентов с разным уровнем школьной подготовки по этому предмету в условиях жесткого лимита учебного времени.

Цель исследования определила необходимость решения следующих основных задач:

— исследование профессиональной графической деятельности специалистов связи, радиотехники, электроники;

— определение типовых задач курса инженерной графики, которые необходимо решать будущим специалистам в их практической деятельности;

— построение обучающей программы курса, дающей возможность сформировать у студентов знания, умения и навыки, обусловленные целью обучения: а) составление структурно-логической схемы курса инженерной графики, б) выявление в курсе задач, решаемых общим алгоритмом, в) планирование нужного качества знаний, умений и навыков по каждому разделу курса, г) выбор оптимального варианта методов обучения, дающих возможность проследить за процессом формирования запланированного качества знаний;

— расчёта времени, необходимого на изучение курса инженерной графики: а) на лекционное изложение, б) на практические занятия с учетом рассчитаного заранее необходимого числа повторений ряда разделов, в) на выполнение домашних заданий;

— определение оптимальных соотношений времени работы студента под руководством преподавателя и самостоятельно.

Для теоретического обоснования и экспериментальной проверки правильности решения перечисленных выше задач применялись следующие методы исследования:

— изучение трудов основателей марксизма-ленинизма, постановлений ЦК КПСС, Совета Министров СССР о высшей школе;

— изучение программ, учебников, справочников, методических пособий;

— изучение литературных источников и научных трудов по различным областям знаний — философии, психологии, педагогики;

— изучение научных трудов, статей, публикации по методике преподавания графических дисциплин преподавателей вузов, техникумов и школ;

— анализ конструкторских документов по специальности связь, радиотехника и электроника с целью выявления типовых задач курса инженерной графики;

— анализ графической деятельности студентов в процессе их обучения в вузе;

— расчёт и построение с помощью методов математической статистики диаграммы, определяющей цели обучения;

— построение структурно-логической схемы курса;

— применение вероятностных характеристик и информативности элементов конструкторских документов для расчёта времени на изучение курса инженерной графики, на выполнение домашних заданий, а также для расчёта объёма количества информации демонстрационных пособий;

— использование математических методов теории надёжности и теории массового обслуживания для расчёта количества повторений некоторых разделов курса;

— проведение тематического и рубежного контроля знаний студентов в экспериментальных и контрольных группах;

— проведение хронометража, сопоставляющего время, затрачен^ ное на решение типовых задач студентами экспериментальных и контрольных групп;

— применение методов математической статистики для расчёта эффективности обучения по качеству и скорости решения задач в экспериментальных группах.

Новизна проведённого исследования состоит в том, что впервые разработаны и экспериментально проверены.

— метод построения обучающей программы курса инженерной графики с учетом школьной подготовки учащихся по этому предмету, их профориентации при поступлении в вуз, а также современных требований к предстоящей деятельности специалиста высокой квалификации. Для чего был проведен анализ конструкторских документов предприятий связи, радиотехники и электроники и разработана методика выявления типовых графических задач, которые должен уметь решать специалист в своей практической деятельности. Построенная структурно-логическая схема курса позволила выявить разделы, входящие в традиционное изложение курса, но не нужные для решения типовых задач будущего специалиста;

— метод оптимизации содержания курса. С этой целью I) курс инженерной графики приведен в систему, где все задачи рассматриваются как частный случай общегодля общего вида задач разработаны алгоритмы их решения- 2) запланированы качества усвоения знаний и действий по каждому разделу курса /т.е. для какого вида деятельности они должны быть усвоены/, что позволило заранее запрограммировать процесс усвоения знаний и действий и выбрать оптимальный вариант методики обучения по каждому разделу;

— метод расчета времени, необходимого на изучение разработанной обучающей программы: на лекционное изложение материала, на выполнение практических упражнений, самостоятельных работ и домашних заданий;

— метод расчета объема количества информации учебников, методических разработокдемонстрационных пособий, используемых в учебном процессе;

— метод расчета необходимого количества упражнений до полного усвоения знаний на определенный срок запоминания;

— метод расчета оптимальных соотношений времени изучения тем и разделов курса студентами под руководством преподавателя и самостоятельно;

— математическая модель курса и сформулированная функция цели, позволяющая выбрать оптимальный вариант практических заданий в случае непредвиденных помех в расписании или при разработке новой программы.

Практическая ценность работы:

— метод построения обучающей программы курса может быть рекомендован всем кафедрам любого вуза, где проводятся исследования по научному обоснованию содержания предмета;

— метод оптимизации содержания курса и метод расчета времени на его изучение могут быть рекомендованы всем кафедрам инженерной графики для составления рабочей программы и рабочего плана в вузах с ограниченным лимитом времени на изучение курса инженерной графики;

— математическая модель курса и сформулированная функция цели могут быть использованы кафедрами любых дисциплин, где дается большой набор практических задач;

— метод расчета необходимого количества упражнений до полного усвоения знаний на определенный срок запоминания может быть использован при разработке обучающей программы по черчению для школ и техникумов.

По результатам исследований были составлены программа и учебный план курса инженерной графики для одного потока факультета автоматической электросвязи Куйбышевского электротехнического института связи. Результаты рубежного контроля знаний студентов в этом потоке показали большую эффективность процесса обучения по новой программе.

Материалы диссертации опубликованы в научно-методических сборниках и доложены на научных конференциях.

Выводы по методике проведения контрольных работ можно сделать следующие:

1. Установлено, что наиболее эффективным видом контроля является непрерывный контроль.

2. Один из возможных вариантов непрерывного контроля представляет собой тетрадь-шаблон с отпечатанными задачами, решаемыми на практических занятиях и самостоятельной работе.

3. Контрольные вопросы, предлагаемые решить студенту в начале каждого занятия за 10 мин., должны способствовать развитию и формированию пространственного представления у студента. При разработке контрольных вопросов необходимо основываться на научных исследованиях ряда учёных, занимающихся проблемой развития пространственного представления у учащихся.

6. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КУРСА ДЛЯ ВЫБОРА ЕГО ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА.

Для проверки правильности определения содержания курса, а также для выбора оптимального варианта его в случае непредвиденных помех (участие студентов в сельхозработахизменение расписания в праздничные днипропуск занятий по болезни, участию в соревнованиях и по другим причинам) встала необходимость математического описания разработанного курса инженерной графики. Об удобстве применения математических моделей в педагогической практике неоднократно указывали С. И. Архангельский /1Я./, Виду ев /39 '-/, Г. А. Мартынова ДоХ/ и др.

Модель курса составлена по рабочей тетради, в которой даны условия всех задач, решаемых на практических занятиях (I семестр]. Модель представляет собой матрицу, в строках которой перечислены все задачи, в столбцах — все изучаемые темы (табл.11). Например, ЛЗ. о-это задача № 5, решаемая на листе 3. Т 13 — это тема № 13 — пересечение многогранника плоскостью частного положения. На пересечении строки и столбца показана вероятность совместного появления событий, выраженная в минутах, которые потребуются для решения данной темы в данной задаче. Время рассчитывалось исходя из того, что на каждый лист отводится 4 часа занятий (2 часа аудиторных занятий, 2 часа — самостоятельных занятий). Распределение времени по обращению к каждой теме в каждой конкретной задаче ведется в основном поровну за исключением особо значимых тем, весовой коэффициент которых наиболее высок, например, TI2, TI5, TI7, TI8.

Будем считать, что представленная в виде матрицы программа (прилож.5) имеет в данный момент оптимальный вариант. А это значит, что количество обращений к l-той теме при решении задач за весь курс обучения (A j, max) должно быть таким, как это получилось по модели. В случае непредвиденных помех в расписании нельзя ограничиваться тем, чтобы изъять из программы тот лист рабочей тетради, на который выпало сокращение часов. Необходимо из оставшихся задач выбрать такие, чтобы соотношение обращений к lтой теме соответствовало их соотношению по модели. Т. е. необходимо выбрать оптимальный вариант программы из оставшихся задач, которые надо решить за определенное время.

Проблеме оптимизации за последнее время уделяется большое внимание учеными и научно-техническими работниками /42,120 ,/.

Если систему управления обучением принять как АСУ в промышленности, то необходимо использовать следующие основные положения /13/: для каждой системы управления должны быть четко сформулированы цель, к которой она стремится, определено конечное состояние, которого она должна достигнутьу каждой системы управления должна быть некоторая свобода выбора траектории движения к конечной цели, чтобы выбрать наилучшую из возможных траекторий движения, система должна иметь способ их сравнениячтобы из набора возможных управляющих воздействий выбрать наиболее целесообразное, необходимо иметь сведения о поведении системы под влиянием этих воздействий (для этого необхоцима модель системы, так как отсутствие её приводит к использованию метода проб и ошибок, что существенно снижает качество управления), :^ункцию цели молено сформировать следующей формулой.

Фч = Z oii Мта* - Ai (6.1) v? sf A L max к ' где Aimax — количество обращений к iтой теме при решении задач за весь kvdc обучения;

Г ЛJ L d *.

Al — количество обращений к iтой теме при решении задач за часть курса обученияdl — весовой коэффициент (значимость) каждой темы: задается посредством экспертной оценки;

У — число тем, составляющих изучаемый курс. Из формулы (6.1) следует, что целевая. пункция принимает максимальное значение, равное У.

Фу так = TL <*i когда в процессе обучения в полной мере использованы часы, отведенные на изучение курса.

Если предположить, что при изучении курса должны быть исключены часы, выделенные на Лтой неделе, то функция цели изменится л/ л rA — V-, Aimax — Ai цех —? oCi -^Г—(fi?).

A l max > где ~ количество обращений к Iтой тематике при: решении задач на Лтой неделе.

Тогда вместо задач Лтой недели, предусмотренных исходным распределением (матрица прилож.-5) будут решаться задачи, предусмотренные этим же распределением, на последующих неделях. Значение функции цели будет следующее ф = «>>"* -А* (6−3).

A i /770Х л* где — количество обращений к ^ -той теме при решении задач на? -той неделепри этом ^ принимает значение от Л +1 до О.. — общее число недель, отведенных на изучение курса.

С целью выбора оптимального варианта программы следует отобрать из полученной совокупности значений функции цели {Фц лн., .. — Фца}, значения, удовлетворяющие условию ф у л > Фч.

Из оставшейся совокупности значений функции цели выбрать фI/ л+к, которая делает разность С Фч-л+л- - фу ¿-/сх) максимальной. Удовлетворение этому условию означает, что из оставшейся совокупности задач исключением тех, которые решаются на Л неделе, в наименьшей степени снижает значение целевой функции и, следовательно, обмен задачами Лтой и Лтой недель можно считать целесообразным.

Можно повысить значение функции цели путем частичной замены задач, решаемых на лток и Л+ктой неделях. При этом подбор исключаемых и вводимых задач должен удовлетворять следующим условиям:

— время решения исключаемых задач должно с заданной точностью равняться времени решения вновь вводимых задач, т. е.

• Тщс#л — • < .

•л-//, //л? — время решения одной искючаемой и одной вновь вводимой задачи соответственно- - погрешность восстановления времени решения задач, равная’отношению времени Т, отведенному на учебное занятие на Лтой неделе к количеству задач f/nox, решаемых на этой неделе;

— при наборе совокупности исключаемых задач / когда /< tf/nax) нужно стремиться в первую очередь выбрать те задачи, решение которых требует обращения к темам с минимальным значением весового коэффициента oCi, а при наборе совокупности вновь вводимых задач ^ стремится к выбору тех задач, решение которых требует обращения к темам с наибольшим значением весового коэффициента, о<:i ;

— условию (6'.4) в общем случае будут одновременно удовлетворять несколько различных наборов // и.

Данный подход к решению поставленной задачи не гарантирует получения глобального максимума функции цели Фч, а обеспечивает лишь получение одного из локальных максимумов. Но при наличии достаточного опыта по оптимизации учебного графика по данному алгоритму преподавателю нетрудно определить «близость» найденного локального экстремума к глобальному.

В тех случаях, когда у преподавателя нет опыта работы по оптимизации программы или когда разрабатывается новый вариант распределения задач, можно рекомендовать алгоритм поиска глобального максимума. Недостатком его является большой «перебор» вариантов, занимающий большее время ЭВМ. Второй вариант поиска оптимального выбора задач заключается в следующем:

1. Задается число исключаемых часов.

2. Перебираются все возможные комбинации задач (исключаемых и вновь вводимых), удовлетворяющих условию (6.4) .

3. .Вычисляются значения функции цели, получаемые при исключении каждой из комбинации, найденной в п. 2.

4. Из полученной совокупности значений функции цели находится максимальное её значение. Комбинации задач, при которых функция цели принимает максимальное значение, должны быть исключены.

Таким образом, при разработке метода оптимизации учебной программы учтены основные положения, существующие для любой системы управления. Разработанный метод позволит безошибочно выбрать тот набор задач, который можно решить за отведенное (или скорректированное в случае помех) учебным планом время и который сохранит соотношение изучаемых тем в той пропорции, в какой они получены в результате научных исследований и экспериментов.

7. ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ПРОГРАММЫ.

КУРСА ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ.

В 1982;83 уч. году в КЭИС по разработанной программе проводились занятия (лекции и практические занятия.- на факультете автоматической электросвязи в экспериментальных группах А-24, А-25, А-26- группы А-21, А-22, А-23 были контрольными. Эффективность обучения по разработанной программе проверяется по трем критериям:

1} результаты зачетов 1-го семестра (в институтах связи студенты вместо экзамена сдают дифференцированный зачет);

2) время подготовки студента на зачетах;

3) коэффициент корреляционной зависимости между входным контролем /исходное состояние абитуриента.) и оценкой на зачете.

5.1. Проверка эффективности внедрения разработанной программы по результатам зачетов.

Зачеты в экспериментальных и контрольных группах проводились по одинаковым экзаменационным билетам, за исключением небольших изменений. В состав билета входили следующие вопросы: I/ теоретический вопрос по теории изображения, 2) построение третьего вида по двум данным геометрической фигурыпостроение ее аксонометрической проекции- 3/ решение позиционной задачи. В экспериментальных группах в отличие от контрольных групп были изъяты вопросы: I) Теорема прямого угла, 2) определение угла наклона прямой к плоскости общего положения, 3) проведение плоскости, параллельной заданной. В задачах не было плоскостей, заданных следами.

Для удобства расчета результаты зачетов в экспериментальных и контрольных группах сведены в таблицы.

8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. На основе проведенного исследования преемственности изучения черчения в школе и з вузе доказано, что при составлении программы обучения графическим дисциплинам в вузе необходимо опираться на школьную подготовку учащихся по этому предмету, учитывая их профориентацию при поступлении в вуз.

2. При научном обосновании школьной программы по черчению необходимо проводить расчеты на количество упражнений до усвоения учебного материала в запланированном качестве и на срок запоминания 2−3 года /до поступления учащегося в вуз/.

3. Наряду с упражнениями, развивающими пространственное мышление учащихся, включить в программу средней школы упражнения, дающие навыки графической культуры.

4. Для эффективного обучения курсу инженерной графики во всех вузах следует предварительно выявить типовые задачи, которые должен уметь решать в своей практической деятельности специалист и на их основе строить обучающую программу, 0 возможности решения этой задачи доказано в данной работе на примере институтов связи.

5. Решена задача оптимизации содержания курса с целью сокращения времени его изучения. Оптимизацию содержания необходимо проводить в тем вузах, в которых программой Минвуза ССОР на изучение инженерной графики отводится малое количество часов. Для этого, во-первых, весь курс следует привести в систему, т. е. рассматривать все задачи как частный случай общего. Для общего вида задач разработать алгоритмы решения. Во-вторых, запланировать качества знаний по каждому разделу курса. Под качеством знаний в данном случае понимается та деятельность, в которой должны выступать полученные знания. Это дает возможность выбрать методику обучения, обеспечивающую получение знаний в запланиро-. ванном качестве.

6. Для каждого раздела курса инженерной графики должна быть разработана методика обучения, построенная на основе известных в педагогике методов обучения, как на психологической основе, так и на взаимосвязи деятельности преподавателя и студента, и включать в себя: содержание темыконечную цель обучения по данной темев ка^ом качестве должна быть усвоена эта тема /вид деятельности/- форму проведения занятий /лекции, практические занятия, самостоятельная работа, ШРС/- характер лекционного и практического материала /проблемный или непроблемный^ количество и тип задач, решаемых на практических занятиях и обеспечивающих поэтапное усвоение знанийприменение ТСО.

7. При составлении обучающей программы надо быть уверенным в возможности ее изучения за время, отведенное программой Минвуза СССР. Методика расчета времени, необходимого на изучение курса инженерной графики, описана в данной работе. Сюда входит расчет времени на лекционное изложение учебного материала, на практические занятия, на выполнение домашних заданий. Даются рекомендации по расчету оптимального соотношения времени работы студента под руководством преподавателя и самостоятельно. Приводятся формулы расчета объема количества информации учебников, методических разработок и демонтрационных пособий для того, чтобы быть уверенным в полном их восприятии.

8. Предлагаемое студентам количество упражнений для изучения какой-либо темы должно быть подтверждено расчетами на математическое ожидание времени забывания. Если эти расчеты покажут большое количество упражнений, которое не может быть принято из-за лимита времени обучения, необходимо менять методику обучения по этому разделу, с темг чтобы сократить математическое ожидание времени забывания.

9. В случае непредвиденного сокращения часов в расписании или при разработке новой обучающей программы выбор оптимального набора задач, решаемых на практических занятиях, может быть сделан с помощью разработанной математической модели курса и сформулированной функцией цели.

10. Эффективность обучения по научно-обоснованной программе, построенной с учетом школьной графической подготовки учащихся, их профориентации при поступлении в вуз, а также с учетом предстоящей профессиональной деятельности специалиста, представленной в своем оптимальном варианте и соответствующей времени изучения по программе Минвуза СССР, доказана проведенными экспериментами. Результаты по всем трем критериям значимы и могут свидетельствовать об эффективности обучения по предложенной программе.