Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Новые информационные технологии в профессиональном образовании 15
1.1. Изменения в содержании и характере профессиональной деятельности инженера-нефтяника, обуславливающие необходимость применения новых информационных технологий 15
1.2. Новые информационные технологии в системе подготовки инженеров - нефтяников 32
Выводы к 1 главе 77
ГЛАВА 2. Дидактические условия применения новых информационных технологий в высшей школе 79
2.1. Состав дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженеров- нефтяников 79
2.2. Реализация дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников 98
2.3. Экспериментальная проверка эффективности дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников 132
Выводы ко 2 главе 151
Заключение 154
Библиография 159
Приложения 177
- Изменения в содержании и характере профессиональной деятельности инженера-нефтяника, обуславливающие необходимость применения новых информационных технологий
- Новые информационные технологии в системе подготовки инженеров - нефтяников
- Состав дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженеров- нефтяников
Введение к работе
В преодолении кризиса в экономике, в решении острейших глобальных, национальных и региональных проблем человечества огромная роль принадлежит образованию. "Ныне общепринято, -говорится в одном из новейших документов ЮНЕСКО, что политика, направленная на улучшение здоровья общества, защита окружающей среды, укрепление прав человека, улучшение международного взаимопонимания и обогащение национальной культуры не дадут эффекта без соответствующей стратегии в области образования, будут безрезультатны усилия, направленные на обеспечение и подготовку конкурентоспособности в области освоения передовой технологии" [164, с.44].
В современных условиях демократизации образования, создания рынков труда, требующих высококвалифицированных специалистов, необходимым условием развития высшего профессионального образования является принцип его информатизации.
Использование новых информационных технологий в системе высшего образования отражает сегодня политику государства в области образования, целевые установки субъектов образовательного процесса и способствует приближению образования к конкретным обстоятельствам общественной и профессиональной жизни.
Процесс использования информационных технологий в высшей технической школе направлен на удовлетворение потребностей производства в инженерных кадрах нужной квалификации; определение условий, методов подготовки специалистов широкого профиля, которым свойственны не только высокий профессиона лизм, но и творческое начало, без чего не мыслимо решение проблем современности.
Необходимо отметить, что проблемой масштабного включения и внедрения новых информационных технологий в учебный процесс занимались учёные на протяжении многих лет, рассматривая широкий спектр вопросов, связанных с освоением информационных технологий.
Большой вклад в становление и развитие курса информатики как дисциплины внесли такие учёные, как Аверьянов Т.П., Рошаль А.С.[3], И.Н. Антипов [7], Ершов А.Щ63], Монахов М.Ю. [117] и
ДР Вопросу включения новых информационных технологий в
учебный процесс посвятили свои исследования учёные Н.Е. Астафьева [9], Н. Атанасова [10], С.А. Бешенков [15], И.М. Бобко [17], Д. Богданов [18], Б.С. Гершунский [44], В.Г. Домрачев [57,58], Л.В. Зайцева [71], Е.И. Машбиц [113], И.В. Ретинская [135,136], А.Ю. Уваров [149] и др.
С развитием компьютеров появилась возможность усиливать человеческий интеллектуальный потенциал во много раз. Этим объясняется заинтересованность учёных в использовании компьютера как средства обучения.
В работах учёных-педагогов Елесеевой Е.В.[62], Велислава Османьска-Фурманэк [33] информационные технологии рассматриваются в профориентационном плане, выделяются основные задачи информационных систем в этой сфере, объективные и субъективные факторы их применения.
Анализ применения информационных технологий при изучении учащимися предметов школьной программы проведён в дис
сертационных исследованиях Огурцовой Е.Ю.[125], Апатовой Н.В.[8], Васениной Е.А.[28], Мамонтовой Е. А. [107], Шатовой ф Н.В.[158]. Принципиальные основы большинства приложений мас сового применения (графика, мультимедиа, технология OLE, локальные сети, "клиент-сервер", информационные системы, телекоммуникации) изложены в учебных пособиях для старшеклассников, составленных Шафриным А.А.[159], Ефимовой О.В. и Морозовым В.В.[65].
Применение новых информационных технологий и их влияние на учебный процесс при обучении учащихся начального про- фессионального образования рассмотрены в исследовании Зауэр
Л.С. [76].
В условиях строительства самостоятельности регионов, достижения экономического, социального, духовного прогресса одним из определяющих факторов является подготовка квалифицированных педагогических кадров. Методы использования различных информационных технологий при подготовке будущих учителей рассмотрены в исследованиях Прокудина Д.Е.[133], Некрасовой Г.Щ122], Жданова С.А.[66], Лавиной Т.А.[97], Сафарова Р.Х. [141] и др.
Динамическое развитие информационных технологий и их постоянное внедрение в учебный процесс требуют от педагогов постоянного повышения своего профессионального уровня. Знания, умения, навыки работы с информационными технологиями можно приобрести только в том случае, если при повышении квалификации ции преподавателей будут использоваться новейшие достижения в информационной сфере. Этой проблеме посвящены работы Алек сеевой М.Б.[4], Богдановой С.В.[19], Иванова В.Г.[79], Хузиной
С.А. [156].
Подготовка студентов строительных и технических вузов посредством применения информационных технологий рассмотрены в современных педагогических исследованиях Денисовой А.Л.[51], Жилиной Н. Д.[67], Клименко Е.В.[83], Муравлёва Д.П.[119].
Использованию новых информационных технологий в подготовке инженеров нефтяной и химической отраслей посвящены работы Галеева И.Х. [39], Левицкого А.Э. [101], Ментюкова И.В. [114], Светлакова А.П., Харитонова Е.А., Чиркунова Э.В.[ 154] и др.
Огромные возможности информационных технологий в сфере научных исследований раскрыты, в частности, в диссертации Васенина В. А. [27].
Повсеместное распространение компьютерных технологий становится неизбежной реальностью. При этом поистине огромные изменения во многих сферах жизни общества, происходящие в результате использования информационных технологий, требуют глубокого осмысления. Проблемы развития информационных технологий и их социальные последствия анализируются в исследованиях Борцова Ю.С.[24], Василенко Л.А.[26], Домановой С.Р.[56].
В последние годы вопросам внедрения и использования новых информационных технологий в образовании большое внимание уделяет Министерство образования РФ и его структурные подразделения.
Однако анализ источников, посвященных изучению применения информационных технологий в сфере образования, позволил выявить лишь немногие работы, характеризующие использование
информационных технологий в области подготовки специалистов с
высшим образованием. Большинство работ связано с методикой применения новых технологий в системе средних образовательных школ и педагогических вузов. Недостаточно, на наш взгляд, работ, посвященных вопросам применения информационных технологий в подготовке инженеров нефтяного профиля.
Анализ практики также показал, что в настоящий момент проблема применения достижений информационных технологий в нефтяном вузе занимает одно из приоритетных мест. Преподаватели высших технических учебных заведений стремятся использовать достижения в информационной сфере, однако данный процесс недостаточно подкрепляется научно обоснованными методическими рекомендациями или реализуется на основе традиционных методик и технологий, которые зачастую не обеспечивают эффективности применения информационных технологий.
Таким образом, на основе вышесказанного можно вычленить несколько противоречий в решении вопроса об использовании современных информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников:
? Между тенденциями внедрения информационных технологий в учебный процесс вузов нефтяного профиля и неразработанностью проблем, связанных с их использованием;
? Между практической значимостью применения информационных технологий в нефтяном вузе и отсутствием научно обоснованных условий их применения.
Необходимость устранения данных противоречий и составляет суть проблемы данного исследования.
Данное исследование является не абстрактным теоретизированием по поводу внедрения новейших информационных достижений в образовательный процесс, а попыткой конкретно соотнести подготовку инженеров -нефтяников с огромными возможностями использования компьютера.
Исходя из этого были определены цель, объект и предмет исследования.
Цель исследования - теоретически обосновать и экспериментально проверить комплекс дидактических условий применения новых информационных технологий в образовательном процессе как средства повышения качества подготовки инженеров-нефтяников.
Объектом исследования является процесс профессиональной подготовки студентов в высших учебных заведениях нефтяного профиля в современных экономических условиях.
Предмет исследования- дидактические условия применения новых информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников.
Гипотеза исследования.
Повышение эффективности подготовки специалистов нефтяного профиля в высших учебных заведениях может быть достигнуто, если:
1. Новые информационные технологии будут направлены на достижение главной цели - подготовку высококвалифицированного специалиста, способного использовать возможности ЭВМ при разработке проектов нефтегазовых объектов и производств.
2. В учебном процессе реализуется следующий комплекс дидактических условий:
- структура и содержание профилирующих дисциплин отражают
содержание, характер и условия профессиональной деятельности специалиста нефтяного профиля и строятся на основе учета преемственности формирования знаний;
- в процессе подготовки реализуется система непрерывного формирования навыков использования новых информационных технологий (НИТ) в решении профессиональных задач;
- блок специальных дисциплин дополняется изучением разработанного с учётом указанных целей подготовки спецкурсом «Применение ЭВМ в расчётах по разработке нефтяных месторождений», позволяющим подготовить будущего инженера к решению реальных задач в сфере профессиональной деятельности, имеющей региональную специфику.
- использование НИТ в процессе обучения обуславливается:
a) возможностями учебного материала;
b) содержанием и характером учебно-профессиональных задач;
c) возможностями компьютера как средства обучения и формами его использования;
- в процессе решения учебно-профессиональных задач с использованием НИТ при коллективных формах обучения используются дифференцированные задания, предусматривающие самостоятельный выбор студентом вариантов подзадач, стратегий моделирования и поиск оптимальных решений, что позволяет формировать познавательную активность и самостоятельность будущих инженеров.
Для проверки и обоснования выдвинутой гипотезы необходимо выполнить следующие зауШ9Ш
? Выявить социальный заказ общества на подготовку современного инженера нефтяного профиля.
? Показать целесообразность использования новых информационных технологий в процессе подготовки инженеров-нефтяников на базе интеграции дисциплин.
? Определить состав дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженера-нефтяника.
? Реализовать дидактические условия применения новых информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников.
? В ходе обучающего этапа педагогического эксперимента проверить эффективность применения информационных технологий в профессиональной подготовке инженеров -нефтяников.
Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих метрдрв исследования:
? Изучение психолого-педагогической, философской, математической, методической и научной литературы, литературы о новых информационных технологиях.
? Анализ содержания квалификационной характеристики инженера-нефтяника и государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, учебных планов, программ, учебников и пособий по математике и информатике, содержания новых информационных технологий.
? Поисковый педагогический эксперимент, направленный на проверку целесообразности применения новых информационных технологий в нефтяном Вузе, влияния НИТ на формирование профессиональных знаний и умений студентов нефтяного профиля.
Обучающий педагогический эксперимент, направленный
на внедрение информационных технологий в процесс обучения.
Статистические методы обработки результатов исследования.
Научная новизна и теоретическая значимость заключаются:
1. В раскрытии дидактических возможностей новых информационных технологий в формировании умений проектировать нефтяные месторождения.
2. В определении и обосновании комплекса дидактических условий применения новых информационных технологий в специальной подготовке инженеров-нефтяников:
- структура и содержание профилирующих дисциплин отражают содержание, характер и условия профессиональной деятельности инженера нефтяного профиля и строятся на основе учета преемственности формирования знаний;
- в процессе подготовки реализуется система непрерывного последовательного формирования навыков использования новых информационных технологий (НИТ) в решении профессиональных задач;
- блок специальных дисциплин дополняется изучением разработанного с учётом указанных целей подготовки спецкурсом «Применение ЭВМ в расчётах по разработке нефтяных месторождений», позволяющим подготовить будущего инженера к решению реальных задач в сфере профессиональной деятельности, имеющей региональную специфику.
- использование НИТ в процессе обучения обуславливается:
a) возможностями учебного материала;
b) содержанием и характером учебно-профессиональных задач;
c) возможностями компьютера как средства обучения и формами его использования;
- в процессе решения учебно-профессиональных задач с использованием НИТ при коллективных формах обучения используются дифференцированные задания, позволяющие формировать познавательную активность и самостоятельность будущих инженеров.
Достоверность результатов исследования определяется корректным применением новых информационных технологий и методов математической статистики, согласованностью результатов исследования с основными выводами и теоретическими положениями педагогической науки. При этом теоретические расчеты ожидаемого педагогического эффекта согласовываются с экспериментальными результатами исследования.
Практическое значение работы определяется тем, что на её материалах диссертантом разработан, апробирован и внедрён в педагогический процесс Альметьевского нефтяного института на основе новых информационных технологий специальный курс «Применение ЭВМ в расчётах по разработке нефтяных месторождений» для подготовки инженеров нефтяного профиля.
Предложенные методические рекомендации по включению в учебный процесс информационных технологий, способствующих формированию у студентов потребностей в приобретении знаний, могут быть использованы во всех нефтяных вузах. При творческом подходе (с учётом специфики) они могут быть использованы и в других вузах.
Основные идеи и положения исследования внедрены в практику методической подготовки будущих инженеров-нефтяников посредством проведения занятий по математике, информатике и спецкурсу «Применение ЭВМ в расчетах по разработке нефтяных месторождений», которые автор ведёт с 1993 года в Альметьевском нефтяном институте.
Результаты исследования были представлены на различных научных уровнях:
? на международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» г. Шахты;
? на межвузовской научно-технической конференции "Управляющие и вычислительные системы. Новые информационные технологии" в г. Вологде;
? на заседании кафедры педагогики и методики высшего профессионального образования ЦППКПВ КГТУ;
? на заседаниях кафедры высшей математики и кафедры информатики Альметьевского нефтяного института. Материалы диссертации нашли отражение и в публикациях. На защиту выносятся:
1. Дидактические условия применения новых информационных технологий в процессе подготовки студентов высших учебных заведений нефтяного профиля;
2. Разработанная система подготовки инженеров-нефтяников на основе реализации дидактических условий применения новых информационных технологий.
Изменения в содержании и характере профессиональной деятельности инженера-нефтяника, обуславливающие необходимость применения новых информационных технологий
Республика Татарстан занимает ведущее положение в развитии нефтяной промышленности всей страны, начиная с 1943 года после открытия Шугуровской площади Ромашкинского месторождения.
В известной книге "Геология и разработка крупнейших и уникальных нефтяных и нефтегазовых месторождений России" под редакцией В.Е. Гавуры упоминается, что накопленная добыча нефти за 100-летнюю историю России составляет 13,7 млрд. тонн. Из них в Татарстане добыто более 2,6 млрд. тонн.[40,с.11].
За прошедшие десятилетия нефтяниками Татарстана накоплен богатый опыт разработки нефтяных месторождений. Из нефтяных месторождений Татарстана с начала разработки отобрано около 77% начальных извлекаемых запасов.
До недавнего времени основные усилия нефтяников были направлены на освоение и совершенствование систем разработки высокопродуктивных месторождений. Длительная и интенсивная разработка этих месторождений истощила их запасы, что послужило причиной падения добычи нефти в настоящее время.
Таким образом, структура запасов нефти в недрах республики в последние годы ухудшается. Из года в год повышается доля трудноизвлекаемых и понижается доля активных запасов нефти. В настоящее время в Татарстане отобрано 92,9% активных и 45,4% трудноизвлекаемых запасов, в накопленном отборе доля активных запасов составила 80,2%, а трудноизвлекаемых- 19,8%. «С целью снижения падения добычи нефти всё чаще начинают вводиться в активную разработку так называемые малоэффективные месторождения» [106, с.20]. В связи с тем, что в республике доля трудноизвлекаемых составляет более 90%: в составе добываемой продукции растёт доля высоковязких, сернистых нефтей, в перспективе ожидается ввод в промышленную разработку тяжелых нефтей и природных битумов [40], необходима подготовка инженеров, способных работать в новых условиях.
К трудноизвлекаемым запасам нефти отнесены запасы в залежах, которые при естественном режиме и традиционных методах заводнения вырабатываются весьма низкими темпами отбора нефти. Конечный коэффициент не превышает 20-30%. Полнота выработки трудноизвлекаемых запасов требует более тщательного изучения залегания и физико-химических свойств пластовых флюидов и обоснованного подхода к проектированию и разработке залежей. Поэтому необходимо уделять особое внимание изучению особенностей состава и свойств остаточных нефтей, влиянию их на характер фильтрации и вытеснения нефти из коллекторов различных типов.
Работы по повышению нефтеотдачи пластов в настоящее время предусматриваются всеми проектами разработки, реализация которых позволяет максимально рационально извлечь нефть из продуктивных пластов. «Необходимость повышения нефтеотдачи пластов обусловлена следующими факторами:
1. Нефтяные месторождения, как правило, являются многопластовыми, состоящими из нескольких пластов и объектов разработки. По мере выработки запасов нефти и полного обводнения пластов приходится их отключать из разработки и осваивать новые.
2. Сами продуктивные пласты по разрезу литологически неоднородные нередко чередуются пропластки с различной проницаемостью и гидропроводностью. Для регулирования выработки запасов нефти по толщине пласта в нагнетательные скважины закачиваются различные химические реагенты и инертные материалы. Нередко из-за той же неоднородности пластов по толщине, по наиболее проницаемым пропласткам прорывается вода. Запасы нефти в менее проницаемых прослойках остаются невыработанными. Скважины при этом обводняются, дают 100% воды.
3. Из-за несовершенства технологии вскрытия нефтяных пластов при бурении, последние кальмотируются глинистым раствором и при вводе в эксплуатацию дебиты скважин бывают в 2-3 раза ниже добывных возможностей пласта. Возникает необходимость проведения работ по восстановлению естественной проницаемости пласта, а следовательно планируемой нефтеотдачи пласта.
Новые информационные технологии в системе подготовки инженеров - нефтяников
Известно, что современный инженер-нефтяник должен обладать широкими познаниями в своей и в смежной областях, в совершенстве владеть методами расчета, принятия экономически выгодных решений [6]. Эти задачи невозможно решить, если не использовать в своей деятельности последние достижения в сфере компьютерных технологий.
В настоящее время, чтобы быть конкурентоспособным, недостаточно обладать только узкопрофессиональными навыками. Радикальные социальные и экономические изменения диктуют необходимость подготовки инженеров-нефтяников, способных активно и плодотворно применять новые информационные технологии. Это значит, что необходимо готовить инженеров нефтяной отрасли двойной компетенции: технология + компьютер.
Двойная компетенция обеспечивает инженеров более широкими возможностями выбора для развития своих способностей и адаптации ко всем изменениям, происходящим в мире, достигаемым на основе развития мотивации студентов, личностной направленности их действий на результат, взаимодействие и "дело", при которых нет необходимости убеждать молодых людей изучать информатику, языки, экономику и т.д.[81].
Таким образом, для обеспечения качественной подготовки выпускников высших учебных заведений к профессиональной деятельности основными направлениями можно считать следующее:
повышение статуса вуза за счёт введения и развития профилей профессиональной подготовки, связанных с использованием компьютеров в профессиональной деятельности;
выявление и изучение актуальных для потребителей профессиональных функций в сфере предполагаемой деятельности выпускников и организации соответствующей подготовки;
пересмотр содержания и уточнение требований к подготовке современного инженера.
Решить эти проблемы призвана система Государственных образовательных стандартов [46].
Образовательный стандарт - это интегрированная междисциплинарная категория, представляющая базовый профессиональный потенциал в виде комплекса требований, норм, ценностей правил к базовому уровню, содержанию, качеству профессиональной подготовки в соответствии с многообразием форм собственности и развитием рынка труда.
Выпускники по специальности «Разработка нефтяных и газовых месторождений» могут быть подготовлены к выполнению следующих видов профессиональной деятельности:
-производственно-технологической;
-организационно-управленческой;
-исследовательской;
-проектной;
-эксплуатационной.
При этом инженер по нефтегазовому делу должен быть подготовлен к решению следующих типов задач:
а) в производственно - технологическая деятельности:
-организация и эффективное осуществление входного контроля качества сырья, производственного контроля полуфабрикатов и параметров технологических процессов, качества готовой продукции;
-эффективное использование материалов, оборудования, соответствующих алгоритмов и программ расчетов параметров технологического процесса;
-проведение стандартных и сертификационных испытаний материалов и продукции;
-осуществление метрологической проверки основных средств измерений, реагентов, углеводородного сырья и конечных продуктов;
Состав дидактических условий применения новых информационных технологий в подготовке инженеров- нефтяников
При разработке нефтяных месторождений необходимо учитывать комплекс требований, среди которых важнейшими являются: удовлетворение экономических потребностей региона в нефтяном обеспечении, повышение эффективности работы нефтедобывающего комплекса, охрана окружающей среды, экономия денежных и материальных ресурсов при строительстве и эксплуатации скважин. Одним из основных направлений в повышении обоснованности и качества проектных решений, оптимально сочетающих эти требования, является использование ЭВМ.
ЭВМ -важнейший инструмент в руках современного инженера, исследователя, учёного. Решение многих задач, необходимых для интенсивного развития нефтедобычи, сегодня уже невозможно без использования современных средств вычислительной техники и новых информационных технологий.
В настоящее время все нефтяные организации имеют в своём распоряжении современные ЭВМ, представляющие собой исключительный по своим возможностям аппарат, позволяющий решать проблемы повышения нефтедобычи. Однако эффективность их ис пользования зависит во многом от подготовки и квалификации инженерно-технического персонала.
В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования сказано, что в задачи профессиональной деятельности выпускника нефтяного вуза входит использование компьютерных технологий, обеспечивающих получение эффективных решений при разработке и строительстве нефтегазовых объектов и производств.
Таким образом, первое дидактическое условие можно сформулировать в следующем виде: НИР, вводимые в процесс подготовки инженеров-нефтяников должны быть направлены на достижение главной цели -подготовку высококвалифицированного специалиста, способного использовать возможности новых информационных технологий при решении профессиональных задач.
В связи с этим, на кафедре информатики Альметьевского нефтяного института (АлНИ) особое внимание уделяется вопросам обучения студентов применению ЭВМ при разработке нефтяных месторождений.
Однако, при изучении обязательной дисциплины «Информатики», входящей в блок математических и естественнонаучных дисциплин, а также дисциплины «Прикладное программирование», включённой в обязательный учебный процесс по инициативе кафедры информатики, студенты не могут в полной мере приобрести те навыки, которые им необходимы в профессиональной деятельности. Это в первую очередь связано с тем, что изучение вышеназванных дисциплин происходит в первый и второй годы обучения соответственно, тогда как специализация студентов начинается лишь в шестом семестре. Таким образом, в данный период студенты получают лишь общие сведения о возможностях компьютера, методах защиты информации, имеют возможность работать в локальных и глобальных сетях.
Проведённый нами анализ содержания других дисциплин, предусмотренных федеральным компонентом государственного образовательного стандарта, в том числе и специальных, показывает, что их изучение не дает тех знаний, которые бы позволили специалисту использовать возможности вычислительной техники в своей профессиональной деятельности в полной мере.
Поэтому, как показывает опыт, именно в период специализации, когда студенты начинают приобретать профессиональные навыки при изучении специальных дисциплин, целесообразно в учебный процесс включить курс, основанный на применении новых информационных технологий. Внедрение такого курса в учебный процесс позволит решить несколько проблем:
-во-первых, студенты ликвидируют те пробелы, которые у них образовались при изучении курсов информатики и прикладного программирования;
-во-вторых, с помощью компьютера можно более эффективно изучать специальные дисциплины;
- в третьих, будущие инженеры научатся применять возможности информационных технологий при решении профессиональных задач.
