Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы содержания компьютерной подготовки инженеров в вузе
1.1. Информатизация высшего образования как фактор становления современного информационного общества 10
1.2. Анализ концепций использования компьютера в обучении и методическое обеспечение компьютерной подготовки в технологических вузах 37
1.3. Основы отбора и структурирования содержания компьютерной подготовки инженеров-технологов 68
Глава 2. Практическая реализация специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов
2.1. Отбор и структурирование содержания специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов 92
2.2. Проведение констатирующего эксперимента и методические рекомендации по осуществлению специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов 106
2.3. Реализация специальной компьютерной подготовки на примере специальности 250600 - Технология переработки пластических масс и эластомеров и экспериментальная проверка результатов исследования 123
Заключение 149
Библиографический список использованной литературы 151
Приложения 168
- Информатизация высшего образования как фактор становления современного информационного общества
- Анализ концепций использования компьютера в обучении и методическое обеспечение компьютерной подготовки в технологических вузах
- Отбор и структурирование содержания специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов
Введение к работе
Актуальность исследования. Основные достижения в науке и технике на современном этапе развития в значительной степени связаны с применением новых материалов. Одно из главных мест среди них занимают пластмассы, обладающие универсальными свойствами. Пластмассовые изделия широко используются практически во всех отраслях народного хозяйства и в быту людей. Потребность в них из года в год увеличивается. К творческому процессу создания новых пластмассовых деталей постоянно привлекается большое количество конструкторов и технологов. Использование ими новых информационных технологий необходимо для того, чтобы проектирование проходило наиболее рационально и эффективно.
Компьютеризация проектно-конструкторских и технологических работ при создании и запуске в производство новых изделий обеспечивается CAD/CAM/CAE-системами (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing I Computer Aided Engineering). Эти системы представляют собой мощное специализированное программное обеспечение ЭВМ. Они позволяют конструктору и технологу решать широкий круг задач с применением методов компьютерного моделирования, автоматизированного формирования конструкторской документации и управляющих программ для обработки деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
Любое спроектированное изделие должно удовлетворять определенным критериям качества. Соответствие этим критериям возможно только при комплексной оценке влияния геометрических параметров, свойств используемых материалов и условий работы изделия на его поведение. Проведение такого анализа с учетом все возрастающей сложности инженерных решений возможно лишь с применением самых эффективных современных компьютерных технологий. При этом резко сокращаются сроки проектирования и подготовки производства, обеспечиваются современные требования к дизайну и качеству выпускаемых изделий.
В связи с этим меняются и требования к подготовке специалистов в вузах технологического профиля, где высокого качества подготовки невозможно достичь без внедрения в учебный процесс хорошо отлаженного механизма компьютерного обучения.
Вопросам, связанным с использованием информационных технологий в учебном процессе вуза с целью его интенсификации, посвящены работы СИ. Архангельского, В.А. Белавина, В.П. Беспалько, М.Л. Гайнет-динова, Б.С. Гершунского, Ю.С. Иванова, А.Я. Савельева, А.В. Соловова и др., а также диссертационные исследования А.Ф. Иванова, Г.И. Кирилловой, СМ. Куценко, Н.С. Назиповой, Н.Х. Насыровой, Л.Ф. Плеуховой и др.
Однако обзор литературы показывает, что недостаточно разработаны содержание и конкретные методики компьютерного обучения специалистов технологического профиля.
Традиционно, блок дисциплин, который отвечает за компьютерную подготовку студентов начальных курсов, выполняет, как правило, пропедевтическую функцию, т.е. студенты овладевают лишь элементами компьютерной грамотности (пользовательские навыки), что совершенно недостаточно для будущего специалиста. С появлением в современном производстве систем компьютерного моделирования, позволяющих выполнять анализ процессов изготовления изделий непосредственно на стадии проектирования, уровень подготовки специалистов перестал удовлетворять потребностям производства.
Возникло противоречие между быстро развивающимися системами автоматизированного проектирования (САПР) в производстве и традиционными методами конструкторско-технологическои подготовки специалистов в вузе. Назрела необходимость качественно улучшить подготовку специалистов технологического профиля. Информационные технологии в образовании должны восполнить этот пробел в обучении специалистов, в данном случае по переработке пластмасс.
Современный инженер-технолог должен профессионально применять новые информационные технологии в своей сфере деятельности, владеть методами решения конструкторских и технологических задач на основе компьютерного анализа проектируемого объекта.
Таким образом, умелое сочетание традиционных курсов и дисциплин с компьютерными технологиями и специальными компьютерными дисциплинами позволит осуществить полноценную подготовку выпускаемого специалиста.
Данная ситуация позволяет сформулировать проблему исследования: каковы особенности отбора и структурирования содержания специальной компьютерной подготовки инженера-технолога в современных условиях?
Объект исследования: процесс профессиональной подготовки студентов по специальности 250600 - Технология переработки пластических масс и эластомеров.
Предмет исследования: содержание и структура специальной компьютерной подготовки, направленной на улучшение профессиональной подготовки будущих специалистов, обучающихся в вузе по специальности "Технология переработки пластических масс и эластомеров".
Цель исследования: определить и обосновать содержание и структуру специальной компьютерной подготовки инженера-технолога.
Гипотеза исследования: специальная компьютерная подготовка студентов может быть эффективной, если:
в основу её построения будут положены общие принципы системного подхода и учтена специфика изучаемого материала (технологические процессы и системы);
она будет строиться на вариативности содержания, форм и методов компьютерного образования, основанных на информатизации и компьютеризации современного образования;
будут создаваться условия ее реализации на практике (информационно-компьютерная среда, непрерывность и преемственность компьютерного
обучения);
- будут оптимально сочетаться аудиторная подготовка и самостоятельная работа студентов.
Задачи исследования:
Теоретически обосновать содержание и структуру специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов в современных условиях.
Выявить инвариантные и вариативные компоненты содержания специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов.
Разработать методическое обеспечение, необходимое для осуществления специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов.
Экспериментально проверить эффективность специальной компьютерной подготовки и внедрить полученные результаты в педагогическую практику.
Для решения поставленных задач в исследовании использовались методы теоретического исследования: системный анализ психолого-педагогической, информационно-технологической, социологической, научно-методической и технической литературы, а также изучение и сравнительный анализ учебно-программной документации, синтез теоретического и эмпирического материала, моделирование, обобщение передового российского и зарубежного педагогического опыта; методы эмпирического исследования: интервьюирование, беседы, анкетирование, констатирующий эксперимент, формирующий эксперимент, метод групповых экспертных оценок, наблюдение за учебным процессом, методы математической статистики.
Методологической основой исследования являются принципы сис
темно-функционального, личностного, деятельностного подходов к проекти
рованию и формированию содержания профессиональной подготовки, тео
рия содержания общего образования (В. В. Краевский, B.C. Леднев,
М.Н.Скаткин), теоретические основы взаимосвязи общего и профессио
нального образования (А.П. Беляева, А.А. Кирсанов, И.Я. Курамшин,
М.И. Махмутов, Ю.С. Тюнников), теоретические основы проектирования и
функционирования системы подготовки специалистов в инженерном вузе
(Р.Н. Зарипов, В.Г. Иванов, A.M. Кочнев), психолого-педагогические аспек
ты компьютеризации образования (Ю.К. Бабанский, В.А. Белавин,
В.П. Беспалько, А.Е. Войскунский, Б.С. Гершунский, В.В.Давыдов,
Ю.С. Иванов, А.А.Крылов, Е.Н. Машбиц, В.В.Рубцов, О.К.Тихомиров), тео
рия ориентировочной основы и содержания деятельности (П.Я.Гальперин,
Н.В.Кузьмина, З.А. Решетова, Н.Ф. Талызина), основные положения про
блемно-развивающего обучения (Т.В. Кудрявцев, И.Я. Лернер,
A.M. Матюшкин, М.И. Махмутов), концепция личности и ее общей структу
ры (Г. Нойнер, К.К. Платонов), развитие мыслительных способностей лично
сти (Д. Зиглер, Л. Хьелл), теория модульного обучения (Г.И. Ибрагимов,
М.А. Чошанов, П.А. Юцявичене), теория развивающего, гуманистического и
опережающего образования, концепции непрерывного образования и ин
форматизации (В.Г. Кинелев, К.К. Колин, А.Н. Тихонов).
Научная новизна и теоретическая значимость исследования:
обоснованы и определены содержание и структура специальной
компьютерной подготовки, способствующей выработке у студентов исследо
вательских навыков и включающей в себя два этапа:
- проектирование, конструирование, моделирование процессов переработки;
- САПР и компьютерный инжиниринг, анализ процессов изготовления изделий;
обосновано и определено содержание инвариантных и вариатив
ных компонентов специальной компьютерной подготовки для инженеров-
технологов по переработке пластмасс.
Практическая значимость исследования:
разработано методическое обеспечение компьютерных модулей в инженерных дисциплинах специальности «Технология переработки пластических масс и эластомеров», в состав которого входят: система заданий
разной степени сложности, учебно-методические указания и пособия для изучения информационных технологий по переработке пластмасс, а также рекомендации по методике проведения специальных разделов компьютерной подготовки инженеров-технологов;
составлена рабочая программа по дисциплине «Применение ЭВМ в технологии переработки полимеров».
Специальная компьютерная подготовка реализуется в Казанском государственном технологическом университете на кафедре технологии переработки полимеров и композиционных материалов в рамках специальности 250600- Технология переработки пластических масс и эластомеров.
Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе (1997-1999 гг.) изучалось состояние проблемы в теории и на практике. Анализировалась научно-методическая литература, разрабатывались экспериментальные материалы.
На втором этапе (1999-2001 гг.) разрабатывались основные элементы методики обучения специальной компьютерной подготовке, базирующиеся на специализированных компьютерных программах по переработке пластмасс, проводился педагогический эксперимент.
На третьем этапе (2001-2002 гг.) осуществлялось теоретическое обобщение результатов экспериментальной работы и оформление диссертации.
На защиту выносятся:
1. Содержание и структура специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов, состоящей из двух этапов:
проектирование, конструирование, моделирование процессов переработки;
САПР и компьютерный инжиниринг, анализ процессов изготовления изделий.
2. Методика преподавания специальных разделов компьютерной подготовки инженеров-технологов, ориентированная на формирование аналити-ко-синтетических умений и способов деятельности.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на межвузовской научно-методической конференции "Оптимизация учебного процесса в современных условиях" (КГТУ, 1997 г.), на региональной (Поволжье, Урал) научно- методической конференции "Актуальные проблемы непрерывного образования в современных условиях" и на VII Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы мониторинга качества образования" (г.Казань, 1999 г.), 6-й международной конференции "Современные технологии обучения" (г. С.-Петербург 2000 г.), на IX и X Всероссийской научно-практической конференции «Духовность, здоровье и творчество в системе мониторинга качества образования» (гг. Казань - Йошкар-Ола, 2001 и2002гг).
Исследование проведено на базе кафедры технологии переработки полимеров и композиционных материалов Казанского государственного технологического университета. Работа выполнена на кафедре педагогики и методики высшего профессионального образования Казанского государственного технологического университета.
Объем и структура диссертации: введение, две главы, заключение, библиографический список в количестве 203 наименований (отечественных -186, зарубежных -17), приложения (стандарты, рабочая программа, анкета).
Информатизация высшего образования как фактор становления современного информационного общества
Информатизация как процесс состоит в обособлении и представлении в форме, доступной для хранения, обработки и передачи электронными техническими средствами, всей социально значимой информации как накопленной столетиями, так и оперативной, возникающей в процессе деятельности общества, включая познавательные процессы отражения действительности [55].
В настоящее время осознаны предпосылки и реальные пути формирования и развития информационного общества в России. Этот процесс имеет глобальный характер, неизбежно вхождение нашей страны в мировое информационное сообщество. Использование материальных и духовных благ информационной цивилизации может обеспечить населению России достойную жизнь, экономическое процветание и необходимые условия для свободного развития личности. Россия должна войти в семью технологически и экономически развитых стран на правах полноценного участника мирового цивилизационного развития с сохранением политической независимости, национальной самобытности и культурных традиций, с развитым гражданским обществом и правовым государством. Можно ожидать, что основные черты и признаки информационного общества будут сформированы в России при стабильных социально-политических условиях и глубоких экономических преобразованиях в первой четверти XXI столетия.
К характерным чертам и признакам информационного общества следует отнести [84]:
формирование единого информационно-коммуникационного пространства России как части мирового информационного пространства, полноправное участие России в процессах информационной и экономической интеграции регионов, стран и народов;
становление и в последующем доминирование в экономике новых технологических укладов, базирующихся на массовом использовании перспективных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникаций;
создание и развитие рынка информации и знаний как факторов производства в дополнение к рынкам природных ресурсов, труда и капитала, переход информационных ресурсов общества в реальные ресурсы социально-экономического развития, фактическое удовлетворение потребностей общества в информационных продуктах и услугах;
возрастание роли информационно-коммуникационной инфраструктуры в системе общественного производства;
повышение уровня образования, научно-технического и культурного развития за счет расширения возможностей систем информационного обмена на международном, национальном и региональном уровнях и, соответственно, повышение роли квалификации, профессионализма и способностей к творчеству как важнейших характеристик услуг труда;
создание эффективной системы обеспечения прав граждан и социальных институтов на свободное получение, распространение и использование информации как важнейшего условия демократического развития.
Необходимость перехода к информационному обществу тесно связана с изменением характера воздействия научно-технического прогресса на жизнь людей. В конце XX века скорость смены технологических укладов в производстве, технологиях предоставления продукции и услуг и управлении этими процессами существенно увеличилась. Если в начале и даже в середине века такие смены происходили в периоды времени, значительно превы шающие длительность жизни одного-двух поколений, то сегодня смена технологического уклада происходит за более короткий срок. При этом кардинально меняются образ жизни большей части населения, социально-психологическая модель поведения людей и общества в целом. Особенно существенно начинают отличаться модели поведения нынешнего и будущего поколений - известная проблема "отцов и детей". Очевидно, что одним из факторов, способных в определенной степени ослабить воздействие на психику человека подобных изменений в образе жизни, является уровень информационной подготовленности человека к грядущим изменениям. Одним из важнейших показателей изменения образа жизни во второй половине XX века являлись развитие и использование новых информационно-коммуникационных технологий во всех областях социальной жизни и деятельности, уровень производства и потребления обществом информационных продуктов и услуг. Очевидны изменение отношения к информации и расширение возможностей получения и применения информации для усиления человеческого потенциала и его развития во многих направлениях. Все вышесказанное определяет возникновение и необходимость решения сложной общественно значимой задачи - создание социально-психологической модели поведения члена информационного общества, выявления "точек" и методов воздействий, которые обеспечат нормальную адаптацию и комфортное существование человека в условиях информационного общества, уменьшат противоречия между поколениями.
Анализ концепций использования компьютера в обучении и методическое обеспечение компьютерной подготовки в технологических вузах
В настоящее время вузовская подготовка ориентирована на цели образования, поставленные еще на этапе технической революции. Тогда первостепенную ценность имела система технических знаний, достаточно стабильных и неизменных. Поэтому система образования была направлена именно на овладение системой готовых знаний, методов расчета и проектирования. Но в рамках научно-технической, а тем более социально-технологической революции, знания в их традиционном понимании как цель учебного процесса утрачивают свой смысл.
Все более в качестве целей выступают деятельность, способность к ее перестройке, наконец, личностные качества, определяющие уже не только сугубо профессиональные характеристики человека, но и образ его жизни, уровень его культуры, интеллектуальное развитие [61, 112, 133].
Изменение целей обучения является ведущим звеном процесса информатизации образования и влечет за собой обновление содержания обучения, которое связано с повышением роли гуманитарной компоненты и формированием у учащихся последовательного естественно-научного представления об окружающем мире [23, 25, 81]. В высшей школе традиционная модель обучения постепенно уступает позиции личностно-ориентированной модели, успешное развитие которой возможно лишь при активном использовании компьютерной техники.
Цель личностно-ориентированной модели - содействовать развитию обучаемого как личности, формировать у него потребности в самообразовании и самоопределении в учебных и жизненных ситуациях с осознанием личной ответственности. Новые информационные технологии целесообразно разрабатывать в рамках личностно-ориентированной модели обучения; в этом случае компьютер, как центральное средство этой технологии, сможет проявить свои специфические свойства и тем самым принципиально преобразовать деятельность, в которую он включается [1, 7, 8, 18, 152].
Изменение содержания обучения идет по нескольким направлениям [43, 50, 69, 83, 100, 136, 145, 152, 157, 158, 176, 177].
Первое направление связано со становлением учебных дисциплин, обеспечивающих общеобразовательную и профессиональную подготовку обучаемых в области информатики.
Второе - с расширяющимся использованием средств информатики, применение которых становится нормой во всех областях человеческой деятельности. Этот процесс влечет за собой изменение предметного содержания всех учебных дисциплин на всех уровнях образования.
Третье направление связано с глубинным влиянием информации на цели обучения. Таким образом, информатизация образования создает предпосылки для широкого внедрения в педагогическую практику психолого-педагогических разработок, позволяющих интенсифицировать учебный процесс, реализовать идеи развивающего обучения. Новые информационные технологии (НИТ) в этой связи представляет собой универсальное средство познавательно-исследовательской деятельности, является вторым по значимости после традиционной письменности знаковым орудием, обеспечивающим оперативный обмен информацией по содержанию выполняемой деятельности.
Педагогически целесообразное использование НИТ позволяет усиливать интеллектуальные возможности обучаемого, воздействуя на его память, эмоции, мотивы, интересы, создает условия для перестройки структуры его познавательной и производственной деятельности. Поэтому неизбежен пересмотр сложившихся организационных форм учебной работы [43].
Информационные и компьютерные технологии проникают во все сферы нашего общества. Современная промышленность ориентируется на ин тегрированные системы автоматизированного проектирования и изготовления, что позволяет вывести производство на качественно новый уровень.
В связи с этим меняются и требования к подготовке специалистов в вузах технологического профиля. Высокого качества ее невозможно достичь без внедрения в учебный процесс хорошо отлаженного механизма компьютерного обучения.
Затрудняет качественную подготовку слабая подготовленность большого числа педагогов в силу недостаточной заинтересованности и отсутствия дополнительного времени на освоение компьютерных технологий. Обучение в среде компьютерных технологий требует от педагога большей профессиональной подготовленности и освоения новых информационных технологий.
Но, несмотря, на эти проблемы, очень важно правильно и корректно определить задачи, необходимые для создания методики применения информационных технологий в учебном процессе. А также выбрать, какой тип компьютерных программ целесообразно применить в каждом конкретном случае. В работе [38] предпринята попытка создания всеобъемлющей классификации типов компьютерных программ:
1. Управляющие и диагностирующие программы, осуществляющие управление процессом обучения при любой форме организации учебной деятельности. Функции, реализованные в этих программах, разнообразны: предъявление учебного материала, анализ полученных ответов и коррекция обучения в зависимости от результатов.
2. Демонстрационные программы, предназначенные для иллюстрации (в более красочной и компактной форме) излагаемого преподавателем материала.
3. Генерирующие программы, которые позволяют создать эффект многовариантности на контрольных и самостоятельных работах.
4. Операционные пакеты обучающих программ, позволяющие обучаемому самостоятельно ставить и решать задачи с помощью машины.
5. Контролирующие программы, рассчитанные на проведение текущего и итогового контроля.
Отбор и структурирование содержания специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов
Интеллектуализация профессиональной деятельности инженеров предопределяет требование интеллектуализации профессиональной подготовки, которое означает опору на преимущественное формирование творческого мышления, направленного на решение теоретических и практических задач. В этой связи смысл подготовки специалиста должен состоять в развитии способности действовать самостоятельно, принимать адекватные решения в быстро меняющихся условиях современного производства, справляться с инженерными задачами, которые носят комплексный характер. Следовательно, в инженерном образовании необходим системный подход и глубокое понимание сущности объектов, процессов и явлений с учетом их воздействия на человека и окружающую среду.
Таким образом, вся подготовка инженера, его профессиональное, нравственное и культурное развитие должны ориентировать сознание студентов на ценностные установки, формирующие умения и навыки управления переходом от индустриальной, техногенной формы производства к экологизированной [59, 81, 133].
В настоящее время личность современного специалиста можно представить в качестве субъекта, способного к самоопределению и саморазвитию, у которого сформирована личностная позиция свободного выбора вида, способов и форм деятельности и который обладает такими качествами как активность, самостоятельность, ответственность, дисциплинированность. В качестве важнейших современных требований к работнику также выступают умения контролировать свои эмоциональные реакции, ладить с людьми, быть корпоративным. Среди важных личностных характеристик выделяется творчество как единство интеллектуальных, эмоциональных и волевых качеств, воплощаемых в интуиции, воодушевлении, гибкости и самостоятельности мышления, инициативе [59, 61, 151].
Для инженера, работающего в современном химическом производстве, профессионально важным качеством становится готовность к решению творческих инженерных задач в быстро меняющихся условиях деятельности, а также сформированность системного стиля мышления, который заключается в целостном восприятии явлений и предполагает, в качестве основы, наличие трансдисциплинарных знаний и умений. Чтобы успешно работать в условиях современного химического производства, у инженера должны быть сформированы профессиональная компетентность и мобильность, а также профессиональная и психологическая готовность к деятельности в постоянно усложняющейся компьютерной среде.
Широкое внедрение гибких наукоемких технологий и производств, позволяющих быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новой продукции, с одной стороны, потребовало разработки и внедрения новейших средств автоматизации и компьютеризации, с другой — существенного изменения содержания инженерного труда. При этом должны происходить, очевидно, изменения в системе подготовки кадров для такого рода деятельности, изменяться требования как к профессионально важным, так и к личностным качествам будущего инженера. Основу этих требований должны составлять профессиональная компетентность и мобильность, включающие в себя [59]:
сформированность системы трансдисциплинарных знаний, умений и навыков;
способность к инновационной деятельности и высокий уровень восприимчивости к нововведениям;
гибкость в применении методов решения инженерных задач;
способность быстро и на профессиональном уровне осваивать новые объекты деятельности;
готовность оперативно менять специализацию;
профессиональная и психологическая готовность адаптироваться к деятельности в условиях постоянно усложняющейся компьютерной среды.
Кроме требований к профессиональным качествам необходимо учитывать, что совершенствование средств труда, внедрение компьютерной техники, возрастание «чисто творческих» эвристических задач в деятельности инженера приводят к необходимости формирования в процессе обучения не столько информационно-репродуктивных способностей, сколько развития творческо-поисковых, системных, аналитических функций технического мышления; а увеличение объема научно-технической информации, динамизм происходящих в обществе изменений, необходимость социальной и профессиональной адаптации предъявляют особые требования к личностным качествам [59].
Основу современных требований к специалисту закладывает образовательный стандарт подготовки по данной специальности. В качестве основы содержания компьютерной подготовки инженера по специальности 250600— Технология переработки пластических масс и эластомеров нами взят «Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по подготовке дипломированного специалиста по направлению 655100 - Химическая технология высокомолекулярных соединений и полимерных материалов», принятый приказом Министерства образования Российской Федерации от 27 марта 2000 года (регистрационный №223) [149]. Содержание стандарта приведено в Приложении 1 нашего исследования.
Рассмотрим содержание подготовки инженеров по исследуемой специальности с позиции выявления наиболее значимых разделов в дальнейшей их профессиональной компетентности.
Похожие диссертации на Содержание и структура специальной компьютерной подготовки инженеров-технологов (На примере специальности "Технология переработки пластических масс и эластомеров)
