Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы развития интеллектуальной компетентности будущих инженеров 19
1.1. Компетентностный подход в обучении будущих инженеров 19
1.2. Основные принципы профессионально направленного обучения физике будущих инженеров 40
1.3. Информационные технологии в физическом образовании будущих инженеров 57
Глава 2. Методика формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров в процессе профессионально направленного изучения физики 72
2.1. Модель формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров в процессе профессионально направленного изучения физики 72
2.2 Этапы формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном обучении физике 99
2.3 Методика формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном изучении 121 физики .
Глава 3. Экспериментальное исследование эффективности формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при изучении физики 153
Заключение 176
Список литературы 180
Приложения
- Основные принципы профессионально направленного обучения физике будущих инженеров
- Информационные технологии в физическом образовании будущих инженеров
- Этапы формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном обучении физике
- Экспериментальное исследование эффективности формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при изучении физики
Введение к работе
Актуальность исследования. Концепция инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года1 к числу высших приоритетов относит задачу развития отечественной науки и технологий.
В авиационной отрасли создаются уникальные технические системы, применяются передовые достижения науки, реализуются прорывные технологии. Перед военными вузами поставлена цель перехода к подготовке специалистов нового поколения, способных создавать, испытывать и обслуживать современную технику.
Авиационный инженер должен быть конкурентоспособным, высококвалифицированным специалистом: стремиться к достижению успеха; самосовершенствоваться в профессиональном плане; иметь сформированное научное мировоззрение; уметь применять полученные знания для решения практических инженерных задач; обладать творческим, критическим мышлением; обладать профессионально значимыми качествами; принимать эффективные решения в профессиональной области деятельности, особенно в экстремальных условиях; осознавать ответственность за результаты своей деятельности; быть профессионально мобильным.
Курс общей физики в инженерном авиационном вузе составляет научную базу, на которой строится общепрофессиональная и специальная подготовка будущих инженеров, формируется естественнонаучное мировоззрение, систематизируются представления о явлениях природы, физических законах.
В процессе изучения физики будущий инженер должен развить способности: применять понятийный аппарат, в том числе и в дальнейшей деятельности (формирование физических понятий как основы технических), выявлять физические процессы и явления, протекающие при применении авиационных боевых комплексов и влияющие на их работоспособность, применять физические знания для решения практических инженерных задач, быстро принимать эффективные решения в профессиональной деятельности; сформировать: базу образов физических и технических объектов (оперирование взаимосвязью физических понятий, законов, эффектов, явлений и технических элементов), логическое и техническое мышление. Вышесказанное коррелирует с требованиями ФГОС ВПО к результатам освоения основных образовательных программ выпускниками высших военных авиационных инженерных вузов: обладание развитым абстрактно-логическим мышлением, собственным компетентным мнением, способностью к принятию обоснованных решений в нестандартных условиях обстановки и организации их выполнения, самостоятельных действий в пределах предоставленных прав; способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования эффективности боевой авиационной техники на всех стадиях е жизненного цикла и т.д.
1 Стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020г. от 8 декабря 2011 г. № 2227-р. URL:
Анализ результатов анкетирования, тестирования, контрольных срезов, проведенных в рамках констатирующего педагогического эксперимента, показал, что у большинства курсантов (около 72%) не развита познавательная деятельность в области физики и техники, только 28% курсантов способны выявить физические эффекты, законы, явления, положенные в основу принципа действия авиационного прибора, всего 8 % испытуемых читают литературу об изобретении новой техники. Число курсантов, имеющих низкий и очень низкий уровень развития технического мышления (тест Беннета), составляет 47 % от числа испытуемых. Почти половина курсантов (49,2%) затрудняются в решении профессионально направленных физико-технических задач (вопросов). Полученные результаты констатирующего эксперимента подтверждают необходимость поиска путей, средств и методов развития мотивации, технического мышления курсантов, их способности применять свои знания для практической инженерной деятельности, рефлексии как компонентов интеллектуальной компетентности будущих инженеров.
Проблемы повышения качества подготовки по физике студентов технических вузов исследовались А.Е. Айзенцоном, Г.В. Ерофеевой, А.Б. Жмодяк, В.В. Ларионовым, И.А. Мамаевой, Л.В. Масленниковой, A.A. Червовой и др.
Ряд работ посвящен профессионально направленному обучению будущих инженеров при изучении физики (А.Е. Айзенцон, М.Г. Агеева, Н.М. Бауэр, Е.В. Дубас, Е.В. Дырнаева, Л.М. Коренкова, Л.В. Масленникова, Е.Г. Надолин-ская, Л.П. Скрипко, Л.А. Устинова, A.A. Червова и др.).
Н.В. Вознесенской, Т.Ю. Вьюновой, И.Л. Горбачевой, Г.В. Ерофеевой, H.A. Клещевой, В.В. Ларионовым, A.B. Смирновым, М.Е. Чекулаевой и другими исследователями изучено применение информационных и коммуникационных технологий в процессе изучения физики при подготовке студентов вузов к профессиональной деятельности.
Концепция модернизации российского образования с учетом запросов рынка труда ставит задачу повышения качества подготовки специалиста на основе внедрения компетентностного подхода к обучению во всех звеньях системы образования. Различные аспекты компетентностного подхода к обучению рассмотрены в работах В.И. Байденко, В.И. Безрукова, Э.Ф. Зеер, Дж. Равена, Г.К. Селевко, М.А. Холодной, A.B. Хуторского, В.С. Шишова, Б.Д. Эльконина и др.
Л.В. Васяк, В.В.Городецкий, Н.А. Краевая, И.В. Овчинникова, С.Г. Там-
биев и др. исследовали проблему формирования профессиональной компетент
ности будущих инженеров. Большинство авторов (И.Д. Белоновская, С.Г. Доб-
ротворская, Н.А. Краевая, С.Г. Тамбиев и др.) в состав профессиональной ком
петентности включает: общеинженерную, инженерную, техническую, исследо
вательскую, проектно-конструкторскую и другие компетентно
сти/компетенции.
Ряд исследователей (В.П. Иванова, Э.Г. Гельфман, Г.И. Егорова, Г.П. Ла-нец, Н.В. Назаров, Е.Е. Полянская, Е.Ю. Савин, Е.Г. Марчук, О.Н. Ярыгин и др.) выделяют в структуре профессиональной/ключевой/базовой компетентно-
сти интеллектуальную компетентность. Соглашаясь с R.Glaser2, W.Schneider3, Дж.Равен4, М.А.Холодной5, интеллектуальную компетентность будущих инженеров (ИКБИ),
мы понимаем как метаспособность, которая определяя меру освоения субъектом физики и техники, характеризуется особым типом организации физико-технических специфических знаний и эффективными стратегиями принятия решений в данной предметной области, особенно в экстремальных условиях.
Несмотря на значительный интерес большого числа исследователей к проблеме повышения качества знаний и формирования компетентностей будущих специалистов с использованием информационных технологий, исследования, посвященные формированию интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном изучении физики, с применением информационных технологий нами не выявлены.
Результаты исследования процесса обучения физике и специальным дисциплинам в высшей школе, анкетирование обучающихся и преподавателей СВВАИУ(ВИ), ВУНЦ ВВС «ВВА», собственный опыт педагогической деятельности позволили выявить противоречия между:
необходимостью формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики и существующим классическим преподаванием курса физики в учреждениях высшего военного образования, недостаточно эффективно решающим эту проблему;
необходимостью подготовки высококвалифицированного, компетентного специалиста (авиационного инженера) и отсутствием модели формирования интеллектуальной компетентности будущего инженера на занятиях по физике как компонента профессиональной компетентности будущих инженеров;
потребностью в методике обучения физике, учитывающей специфику профессиональной деятельности и позволяющей формировать интеллектуальную компетентность будущего инженера и сложившейся методической системой обучения физике в вузах.
Актуальность проблемы, е теоретическая и практическая значимость, а также недостаточная научная разработанность обусловили выбор темы диссертационного исследования, проблема которого сформулирована следующим образом: каковы сущность и структура интеллектуальной компетентности будущих инженеров (ИКБИ); механизмы формирования ИКБИ в процессе профессионально направленного изучения физики с использованием информационных технологий, критерии и показатели сформированности ИКБИ.
Объект исследования - подготовка специалистов инженерного профиля в образовательных учреждениях высшего профессионального образования.
2 Glaser R. A research agenda for cognitive psychology and psychometrics // Amer. Psychologist. 1981. V.36 (9). P.
923-936.
3Schneider W. Acquiring expertise: Determinants of exceptionals performance // Heller K.A. International
4 Равен Дж. Компетентность в современном обществе: выявление, развитие и реализация / Дж. Равен; пер. с
англ. - М.: Когито-Центр, 2002.
5 Холодная М.А. Психология интеллекта. Парадоксы исследования. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Питер,
2002. – 272 с.
Предмет исследования - методика формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров при профессионально направленном изучении физики.
Цель исследования состоит в обосновании, разработке и реализации методики формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров в процессе профессионально направленного изучения физики с использованием информационных технологий.
Гипотеза исследования. Эффективность процесса формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров повысится, если методика ее формирования будет включать профессионально направленные физико-технических проблемные задачи с использованием ИКТ, выполнение лабораторных работ с элементами ЦОР, логических тестов на основе физических понятий; творческую внеаудиторную работу и тем самым направлена на активизацию познавательной деятельности курсантов, осуществление ими рефлексии собственной деятельности.
Критериями эффективности формирования ИКБИ являются:
качество знаний по физике;
активная познавательная деятельность в области физики и техники;
владение физическим понятийным аппаратом на уровне связи физических и технических объектов;
сформированность технического мышления;
способность применять физические знания для решения практических инженерных задач;
наличие достижений в научной деятельности и специальных дисциплинах;
способность к оценке и корректировке своей деятельности.
В соответствии с целью, предметом и гипотезой исследования был поставлен для решения ряд задач.
-
Изучить состояние проблемы формирования ИКБИ будущих военных авиационных в процессе изучения физики.
-
Уточнить понятие интеллектуальной компетентности и выявить компоненты интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров.
-
Разработать модель методики формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров в процессе профессионально направленного обучения физике с использованием информационных технологий, с учетом роста уровня сформированности ИКБИ.
-
Разработать и внедрить методику формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров в процессе профессионально направленного обучения физике с использованием информационных технологий.
-
Разработать критерии и показатели уровней сформированности интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров в процес-
се профессионально направленного обучения физике с использованием информационных технологий.
6. Экспериментально проверить гипотезу исследования.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: аналитико-синтетическое изучение философской, психолого-педагогической, методической литературы, диссертационных работ, научных публикаций и нормативных документов, посвященных проблеме исследования; наблюдение, интервьюирование, анкетирование, обобщение положительного опыта преподавания; моделирование учебного процесса, абстрагирование; педагогический эксперимент; обработка результатов педагогического эксперимента методами математической статистики; анализ и обобщение экспериментальной работы.
Теоретико-методологической базой исследования послужили: психолого-педагогические работы по теории деятельности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.); основные положения компетентностного подхода (В.И. Байденко, Л.К. Гейхман, В. Гутмахер, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, Д. Мертенс, Б. Оскарсон, Дж. Равен, М.Н. Скаткин, Р. Уайт, А.В. Хуторской, С.Е. Шишов, Г.П. Щедровицкий, Б.Д. Эльконин и др.); личностно ориентированного (Е.В. Бондаревская, И.А. Зимняя, И.Б. Кото-ва, В.В. Сериков, Е.Н. Шиянов, И.С. Якиманская и др.) обучения; идеи проблемного (А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, В.А. Оконь, С.Л. Рубинштейн, Л.М. Фридман и др.) и контекстного (А.А. Вербицкий и др.) обучения; достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике (А.Е. Айзен-цон, Г.А. Бордовский, А.В. Ельцов, Г.В. Ерофеева, В.А. Извозчиков, С.Е. Каме-нецкий, А.С. Кондратьев, И.Я. Ланина, В.В. Ларионов, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, Н.С.Пурышева, А.В. Усова, Т.Н. Шамало и др.).
База экспериментального исследования – Ставропольское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт), Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия» им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина.
Основные этапы исследования: Первый этап (2004–2005 гг.) – сбор ис-точниковой базы данных; разработка целей, задач и гипотезы исследования, выбор методик и составление плана исследования. Второй этап (2005–2011 гг.) – моделирование путей решения проблемы, разработка критериального аппарата и диагностики сформированности интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров; разработка, проверка и уточнение в ходе педагогического эксперимента методики формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров профессионально направленным изучением физики с использованием информационных технологий. Третий этап (2012 г.) – анализ и систематизация экспериментальных данных, обобщение и оформление результатов исследования.
Общий объем проделанной работы. В ходе исследования было изучено и проанализировано более 250 литературных источников (докторских и кандидатских диссертаций, монографий, научных статей, учебников, учебных пособий и др.), проведены констатирующий и формирующий эксперименты, осуще-
ствлена обработка полученных результатов. В тестировании приняли участие 485 студентов, в анкетировании участвовало 23 преподавателя. Научная новизна результатов исследования:
обоснованы возможность и необходимость формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров с опорой на физико-технические специфические знания, позволяющие принимать эффективные решения в данной предметной области;
выделены, формирующиеся в процессе изучения физики, мотивационно-ценностный, функционально-деятельностный, рефлексивно-оценочный компоненты ИКБИ, опирающиеся на понятие «интеллект», профессионально важные качества будущего военного авиационного инженера, рефлексию.
разработана модель методики формирования ИКБИ, основанная на лич-ностно-деятельностном, контекстном подходах, включающая активные формы и методы обучения, ИКТ, учитывающая индивидуальные способности каждого курсанта, специфику будущей профессии, позволяющая активизировать познавательную деятельность и рефлексию;
разработана методика формирования ИКБИ в процессе профессионально направленного обучения физике, позволяющая повысить качество знаний по физике, сформировать элементы технического мышления, логического мышления, приобрести способность применять полученные знания при решении профессиональных задач, в том числе с помощью ИКТ, самосовершенствоваться в учебной и научной деятельности, профессиональном плане;
определены критерии сформированности ИКБИ, позволяющие осуществлять мониторинг состояния сформированности ИКБИ, своевременно корректировать развитие интеллектуальной компетентности и обеспечивать педагогическую поддержку обучающимся.
Теоретическая значимость определяется вкладом в теорию и методику обучения физике в высшей школе, в части формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров, и состоит в том, что
внесен вклад в определение понятия «интеллектуальная компетентность будущих инженеров» в предметной области физики и техники;
обоснованы значимость, возможность и целесообразность формирования интеллектуальной компетентности как основы профессиональной компетентности будущих инженеров на занятиях по физике, что способствует расширению научных представлений об изучаемом явлении и границ применимости полученных результатов;
внесен вклад в определение содержания этапов формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров, что способствует повышению качества обучения по физике и специальным дисциплинам; развитию внутренней мотивации; активизации познавательной деятельности, развитию мышления, способности применять физические знания для решения практических инженерных задач, способности к саморазвитию и самосовершенствованию в учебной, научной и практической деятельности;
внесен вклад в создание предпосылки для научного управления процессом
формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров через количественные характеристики этапов и уровней ее сформированности.
Практическая значимость исследования определяется разработкой и внедрением учебно-методического обеспечения процесса формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров на различных видах занятий по физике, включающего:
методику формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном обучении физике с использованием информационных технологий; тематический план занятий для формирования ИКБИ; учебно-методические пособия: «ФИЗИКА. Лабораторный практикум. Части I-IV. На основе компьютерной программы с элементами цифровых образовательных ресурсов»;
комплекс профессионально направленных физико-технических проблемных задач трех уровней сложности, заданий, вопросов, логических тестов на основе физических понятий: «Исключение лишнего», «Простые аналогии», «Сложные аналогии», «Выделение существенных признаков» и методика его использования при профессионально направленном обучении физике с применением информационных технологий (специально разработанная компьютерная программа «Физический эффект» и приложения к ней фонда «Образов» физических объектов);
диагностические материалы для определения показателей и уровней сформированности интеллектуальной компетентности будущих инженеров при обучении физике.
Достоверность и обоснованность исследования обеспечивалась теоретической и методологической непротиворечивостью исходных позиций, надежностью теоретических оснований, целостным подходом к решению поставленной проблемы, логической структурой построения исследования, использованием комплекса методов теоретического и экспериментального уровней, адекватных объекту, цели и задачам исследования, соблюдением требований к технологии проведения педагогического эксперимента, длительностью проведения опытно-экспериментальной работы, достоверной значимостью результатов исследования.
На защиту выносятся: 1. «Интеллектуальная компетентность будущих инженеров» - это метаспо-собность, которая определяя меру освоения субъектом физики и техники, характеризуется особым типом организации физико-технических специфических знаний и эффективными стратегиями принятия решений в данной предметной области, особенно в экстремальных условиях.
Компонентами интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров являются: мотивационно-ценностный (учебно-профессиональная мотивация, стремление к достижению успеха в области физики и технических дисциплин, потребность в самосовершенствовании, саморазвитии), функционально-деятельностный (познавательная способность, понятийный аппарат, техническое мышление, логическое мышление, профессиональная мобильность), рефлексивно-оценочный (осознание потребности в ин-
теллектуальной компетентности для будущей профессиональной деятельности, самоанализ, самооценка в учебной и научной деятельности, самореализация в учебной и научной деятельности).
-
Модель формирования ИКБИ основана на личностно-ориентированном, деятельностном, проблемном, контекстном подходах, активных формах и методах обучения, учитывает индивидуальные способности каждого курсанта, специфику будущей профессии, позволяет активизировать познавательную деятельность и рефлексию. Модель включает блоки аудиторной и внеаудиторной работы и отражает 3 этапа (начальный, обучающий, итоговый) формирования ИКБИ, учитывающие рост уровня ее сформированности и уменьшения роли преподавателя.
-
Методика формирования ИКБИ предполагает использование специально организованных учебных задач различной степени сложности и проблематики, направлена на развитие и саморазвитие обучающихся, их профессионально значимых качеств и индивидуально-психологических свойств (проблемные лекции, решение проблемных физико-технических профессионально направленных задач, самостоятельная работа курсантов, выполнение лабораторных работ с элементами ЦОР, учебно- и научно-исследовательская работа (УИР, НИР, ВНК и др.).
-
Диагностика сформированности ИКБИ должна носить комплексный характер и осуществляться на основе «Дневника саморазвития курсанта», включающего диагностическую карту, карту саморазвития курсанта, таблицу перспектив совершенствования ИКБИ. В этом случае она позволяет осуществлять мониторинг уровня сформированности ИКБИ, своевременно корректировать развитие интеллектуальной компетентности и обеспечивать оказание педагогической поддержки обучающимся.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе их обсуждения на:
Международных научно-практических и научно-методических конференциях (Москва (ЕврАзЭС), 2004, 2006, 2007, 2008; Ростов, 2007; Санкт-Петербург (ФССО), 2007, 2011; Кемерово, 2009; Рязань, 2009; Казахстан, 2012; Прага, 2012).
Всероссийских научно-практических конференциях (Сызрань, 2006; Иркутск, 2007).
межвузовских научно-практических конференциях (Москва, 2006; Ставрополь 2006; Челябинск, 2009).
региональных совещаниях-семинарах (Сызрань, 2008).
Внедрение результатов исследования осуществлялось в процессе преподавания физики в Ставропольском высшем военном авиационном инженерном училище (военном институте), они также внедрены в учебный процесс Военного учебно-научного центра военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия» им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина.
Структура диссертации. Общий объем диссертационного исследования - 251 страница. Оно включает основной текст - 202 стр., список литературы 253 наименования, 15 приложений, 43 рисунка и 14 таблиц.
Основные принципы профессионально направленного обучения физике будущих инженеров
Развитие конкурентоспособной, современной, с высоким уровнем жизни России, возможно при модернизации и технологическом развитии экономики страны, причем одним из приоритетных направлений является повышение качества и престижа инженерного образования [160, 242].
Основной проблемой системы образования является повышение качества подготовки будущих специалистов в соответствии с требованиями новых образовательных стандартов с учетом инновационных педагогических технологий. Целями обучения становятся воспитание компетентной, интеллектуально развитой, ответственной, технически и технологически грамотной личности. «Одной из важнейших задач профессионального образования является создание педагогических условий для развития креативных способностей и качеств творческой личности учащегося, необходимые для творческой деятельности, независимо от будущей профессии. Прежде всего, это способность критического осмысления производственной ситуации, технологии, технических средств, а так же способность анализа и синтеза, выявление недостатков и достоинств предметов, выдвижения гипотез. Системное мышление, понимание причинно-следственных связей, грамотное обоснование своих решений, способность видеть скрытые качества предмета, отличают творческого специалиста от так называемого исполнителя» [244, с. 504].
Одной из фундаментальных наук, способствующей научно-техническому прогрессу, является «физика», поскольку она во многом определяет уровень подготовки будущих инженеров и служит основой техники и технологий. «Целью изучения физики в техническом вузе является создание основы теоретической подготовки будущего инженера и той фундаментальной компоненты технического образования, которая будет способствовать в дальнейшем освоению самых разнообразных инженерных специальностей в различных областях техники» [17]. «Специфика технического университета заключается в связи физики с дисциплинами учебных планов специальностей и направлений, следствием этого является зависимость профессиональной компетентности выпускников технического вуза от процесса обучения физике» [85, с. 96]. К сожалению, в последние десятилетия сложилась тенденция спада качества высшего профессионального образования, в частности инженерного, ряд авторов согласны с этой позицией и отмечают его недостатки: высшая школа обособлена от производства и большой науки; включение в программу новых дисциплин, увеличение объема изучаемого материала и как следствие высокая загруженность студентов; неумение студентов применить теоретические знания к практической деятельности, в том числе из-за отсутствия производственной практики; преподавателями при обучении больше внимания уделяется аудиторным занятиям, а не индивидуальной и самостоятельной работе студентов [11, 143]. Снизилась роль фундаментальной подготовки в инженерном образовании в последние десятилетия. Это проявляется, в том числе и в уменьшении в среднем вдвое с конца 50-х и до начала 90-х годов XX века объема курса физики в технических вузах, в 90-е и последующие годы продолжается его дальнейшее сокращение. Ограничение естественнонаучного образования привело к тому, что у дисциплин, в частности физики, теряется мировоззренческая основа, снижается фундаментальная подготовка будущих инженеров и возникает вопрос о статусе технического образования [226]. «С падением производства все труднее стало осуществлять интеграцию образования, науки и производства. Из опыта ведущих фирм мира становится ясно, что уровень компетентности специалистов на современном этапе определяется в основном их способностью постоянно переучиваться. В условиях рыночной экономики конкурентно способным станет специалист, который готов осваивать новые методы, технику, а уровень знаний (не столько объем памяти, сколько качество знаний и умение ими пользоваться) становится важнейшим критерием компетентности специалиста сегодняшнего дня» [143, с.5]. Учебная дисциплина «Физика» является одной из основных в фундаментальной подготовке военных специалистов в вузах Министерства обороны. Это связано с огромным влиянием физики на совершенствование вооружения и военной техники, поскольку физические модели, законы являются базой (теоретической основой) для разработки и описания конкретных процессов и явлений. Курс общей физики составляет научную базу, на которой строится общепрофессиональная и специальная подготовка будущего инженера. Основными задачами изучения физики наряду с получением системных представлений о явлениях природы, знаниях физических законов, эффектов, усвоением методики постановки и проведения эксперимента, формированием умений пользоваться контрольно-измерительной аппаратурой и приборами, вычислительной техникой; является формирование знаний о роли физических законов, явлений, эффектов в создании и совершенствовании современных техники и технологий. Реализация поставленных задач в процессе обучения физике позволяет сформировать у будущих инженеров не только мотивированный фундамент физических знаний, но и интеллектуальную компетентность.
Однозначна концептуальность профессиональной направленности фундаментальных дисциплин технического образования. Организация процесса обучения при профессиональной направленности реализуется таким образом, что все предметы ориентированы на профессиональную деятельность, а решение учебно-профессиональных задач способствует развитию мотивации и профессионально значимых способностей. «…Принцип профессиональной направленности предполагает отражение в содержании дисциплины «Физика» профессионально значимого для студентов материала, реализуется в деятельности по освоению умений, значимых для будущей профессиональной деятельности» [174, с.18]. Профессионально направленное обучение отождествляется с побуждением обучающихся к применению полученных знаний в будущей профессиональной деятельности [238]. Л.П. Скрипко в диссертационном исследовании выделяет следующие направления профессионально ориентированного обучения физике в технических вузах: включение описаний технических объектов, технологий и средств автома 43 тизации в содержание курса физики; показ значимости физических знаний при изучении производственных и технологических процессов; разработка дидактических средств (физических задач, лабораторных работ, заданий для учебно-исследовательской самостоятельной работы студентов) с профессиональной направленностью [200, с. 26]. Профессиональная направленность обучения может способствовать освоению студентами фундаментального (программного) уровня теоретических знаний, умений и навыков; формированию блока профессионально значимых компетенций, для осуществления будущей профессиональной деятельности с учетом научно-технического прогресса; развитию у будущих специалистов интереса, ценностного отношения к своей профессии, постоянного развития интеллектуальных и моральных качеств [175].
Информационные технологии в физическом образовании будущих инженеров
В современном обществе роль информационных технологий чрезвычайно важна, они занимают сегодня центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры [114]. Существуют различные подходы к определению понятия «информационные технологии». Информационная технология - (слово «технология» в переводе с греческого имеет смысл «искусство слова, учения») понятие, которое приобрело особое значение и современный смысл в 70—80-х гг, XX в. как технология машинной, т. е. с помощью ЭВМ, обработки, передачи, распространения информации, создания вычислительных и программных средств информатики [181]. Информационные технологии – система научных и инженерных знаний, совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, обеспечивающих создание, сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности [186]. «Под информационной технологией обучения понимаем дидактический процесс с применением целостного комплекса компьютерных и других средств обработки информации, позволяющий на системной основе организовать оптимальное взаимодействие между преподавателем и обучающимся с целью достижения гарантированного педагогического результата» [47 с. 21]. На сегодняшний день информационные технологии обучения — это педагогические технологии, использующие специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеосредства, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией [93] и «…ИТО следует понимать как приложение информационных технологий для создания новых возможностей передачи знаний (деятельности педагога), восприятия знаний (деятельности обучаемого), оценки качества обучения и, безусловно, всестороннего развития личности обучаемого в ходе учебно-воспитательного процесса» [93, с.15]. «Под информационной технологией мы понимаем технологию, использующую персональные компьютеры, видео и аудиоматериалы, модели и др., основным принципом которой является интерактивный режим работы в сочетании с когнитивными технологиями, ориентированными на развитие интеллектуальных способностей человека» [86, с. 238].
В нашей работе под информационными технологиями будем понимать технологию обучения, включающую применение различного рода технического ос 59 нащения, эксклюзивного программного обеспечения и педагогических технологий (средств), в том числе интерактивных методов обучения, в комплексе способствующие достижению поставленных педагогических целей, а именно формированию интеллектуальной компетентности.
Современные информационные технологии вынуждают изменять, модернизировать процесс обучения. В учебных заведениях США, Франции, Великобритании, Японии, Финляндии, России и ряда других стран было разработано большое количество компьютерных систем учебного назначения, ориентированных на различные типы ЭВМ. В нашей стране исследования в этой области активно ведутся с 1980 года. Среди основных коммерческих разработчиков компьютерных обучающих программ можно выделить следующие фирмы: «Фирма «1С», «Физи-кон», «Формоза». Постоянно ведутся разработки в этой области в ВУЗах страны.
Мероприятия по информатизации высшего образования начались с 1993 года, согласно документам: «Концепция информатизации высшего образования» [114], разработанная рабочей группой Госкомвуза России под руководством первого заместителя Председателя Госкомвуза России академика Л.Н. Тихонова; «Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе» [30], разработанная группой ученых Российского НИИ системной интеграции и специалистов ведущих вузов России (Б.Н. Богатырь, М.Л. Гуриев, А.Д. Иванни-ков, М.Б. Игнатьев, В.С. Лобанов, Б.Я. Советов и др.). Основными задачами реформирования в «Концепции информатизации высшего образования» провозглашались: формирование непрерывного образования; гуманитаризация образования, развитие приоритетов общечеловеческих, духовных и нравственных ценностей; индивидуализация высшего образования, направленная на развитие способностей, склонностей и интересов граждан; усиление развивающего характера образования, смещение приоритетов с усвоения знаний и информации на развитие личности.
Информатизация образования рассматривается как необходимое условие и важнейший этап информатизации России в целом, как процесс подготовки человека к полноценной жизни в условиях информационного общества. Она связана с обеспечением сферы образования теорией и практикой разработки и использования современных информационных технологий, ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения и воспитания. Многими современными исследователями (В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, Е.И. Машбиц, И.В. Роберт, Е.С. Полат и др.) [24, 58, 144, 191, 161] показано, что применение информационных технологий в процессе изучения наук способствует повышению эффективности учебного процесса в области овладения умением самостоятельного извлечения и представления знаний; овладения общими методами познания и стратегий усвоения учебного материала; самостоятельного выбора режима учебной деятельности, организационных форм и методов обучения. Одним из немаловажных средств организации образовательного процесса подготовки студентов технического вуза, являются информационные и коммуникационные технологии. Пока студент учится, уже появляются новая техника, технологии, средства коммуникации, обучение должно ориентироваться на увеличивающийся и изменяющийся объем профессиональных знаний, умений и навыков, поэтому применяемые в процессе обучения педагогические и дидактические средства информационных и коммуникационных технологий должны шагать в ногу со временем и даже забегать вперед, т.е. своевременно интенсифицироваться и модернизироваться. Развитие информационных технологий, компьютерных средств, сети Интернет, телекоммуникаций позволяет принципиально по новому подойти к работе с информацией, способствует мотивации учения, активизации когнитивной деятельности будущих инженеров, увеличивается возможность дифференцированного и индивидуального обучения. Так же студент сам решает где, когда и как он учится и развивает свою коммуникативную компетентность [165].
Этапы формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при профессионально направленном обучении физике
Методика формирования ИКБИ в нашей работе включает в себя три этапа (начальный, обучающий, итоговый), учитывающих повышение уровня сформиро-ванности ИКБИ на основных видах занятий и внеаудиторной работе. Рассмотрим этапы формирования ИКБИ на лекциях, практических, лабораторных занятиях, а так же внеаудиторных. Лекция является одним из основных компонентов дидактического цикла обучения, обеспечивает систематическую работу над теоретическим материалом и основу научной подготовки обучающихся. В нашей работе лекции представлены в виде рекомендаций к организации учебного процесса, в основном, формирование ИКБИ ведется при практической деятельности обучающихся. Начальный этап В рамках начального этапа формирования ИКБИ лекция проводится в виде лекции-беседы. Как правило, многие будущие инженеры (военные авиационные), обладают некоторыми сведениями о летательных аппаратах, устройствах, приборах и процессах, происходящих при их эксплуатации. Преподаватель, читая лекцию, задает вопросы аудитории о практическом приложении физических законов в авиационной технике, при этом направляя, корректируя ответы обучающихся и делая акцент на широкое использование физических явлений и процессов в авиационной технике, что требует глубоких знаний физики для авиационного инженера. Например, беседа о значении уравнений движения для определения местоположения самолета в пространстве, его скорости и ускорения.
Практическое занятие (ПЗ) по теме лекции включает в себя классическое обучение физике (опрос, решение физических задач по образцу, самостоятельное решение физических задач), а так же ознакомление и обучение работе с программой «Физический эффект» и обучение решению логических тестов на основе физических понятий (5-6 определений).
Программа «Физический эффект» имеет открытую базу данных физических эффектов, базу данных изменяемых параметров этих физических эффектов и фонд «Образов». База физических эффектов содержит описание каждого физического эффекта, известные технические применения, список литературы, в которой дано подробное описание физического эффекта. При работе с программой в качестве составителя, чтобы добавить новый физический эффект и список параметров необходимо войти в нее в режиме администратора (рисунок 2.6).
Программа предназначена для поиска технических решений, в том числе и новых; для решения физико-технических и инженерных задач путем выявления и разрешения заложенных в этих задачах проблем, физических и технических противоречий, с использованием массива физических эффектов (рисунок 2.7). На рисунке 2.7 в левом окне представлен список физических эффектов, при выделении нужного физического эффекта, в правом окне появляется его описание и применение, пояснения, замечания, исключения, интересные факты. Так же список литературы, по которому можно изучить данный физический эффект. При «раскрытии» физического эффекта под ним появляются физические параметры, влияющие на данный физический эффект. На рисунке 2.8 в верхнем окне представлен список изменяемых параметров физического эффекта, в нижнем найденные программой физические эффекты и их описания. Функциональность программы заключается в работе с пользовательским интерфейсом для управления списками физических эффектов и физических параметров и определении по набору физических параметров конечного множества физических эффектов, которые оказывают влияние на значения этих параметров. Фонд «Образов» содержит комплект образов физических и технических объектов: принципиальные схемы, рисунки, графики, фотографии, устройства, приборы, оборудование военной авиационной техники, в основе работы которых лежит изучаемый физический эффект. 4. Образы физических и технических объектов отображаются в приложении к программе «Физический эффект» фонд «Образов» (рисунки 2.12, 2.13). На основании найденных физических эффектов, образов физического и технического объектов, будущим инженерам предлагается решение задачи.
Экспериментальное исследование эффективности формирования интеллектуальной компетентности будущих инженеров при изучении физики
Констатирующий педагогический эксперимент в Ставропольском высшем военном авиационном инженерном училище (военный институт) имел своей целью определение уровня сформированности интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров при обучении физике, а также поиск средств и методов повышения уровня сформированности интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров при обучении физике. В ходе констатирующего эксперимента решались следующие задачи: – изучение психолого-педагогической, методической, технической литературы по проблеме формирования интеллектуальной компетентности; – изучение требований Министерства обороны (должностные обязанности), предъявляемых к инженерам; – изучение и анализ современного состояния и опыта работы преподавателей кафедры физики СВВАИУ(ВИ); – доказательство необходимости формирования интеллектуальной компетентности будущего инженера. При проведении констатирующего педагогического эксперимента использовались методы: проведение и посещение всех видов занятий, беседы с ведущими преподавателями, наблюдение, анкетирование, тестирование преподавателей и курсантов, заполнение диагностических карт и карт саморазвития курсанта, проведение контрольных срезов. Для доказательства необходимости формирования интеллектуальной компетентности будущего инженера: мотивационно-ценностного, рефлексивно-оценочного, функционально-деятельностного компонентов разработаны анкеты, тесты, проводились опросы, беседы, использовался тест Беннета [158] (приложение 5), профессионально-направленные задачи (приложение 6). Для определения уровня развития мотивационно-ценностного и рефлексивно-оценочного компонентов ИКБИ нами проведено исследование на первом курсе (в начале и конце изучения курса физики) всех факультетов СВВАИУ, которое включало анкетирование, наблюдение в ходе учебного процесса, беседы с курсантами. Всего было опрошено 187 человек. Анкета и анализ результатов представлены в приложении 7. Анализ анкеты позволяет сделать вывод о том, что у большинства курсантов ( 72 %) не сформирована мотивация к научному техническому поиску физических основ принципа работы приборов (не развита познавательная активность). Очевидно, что всей сложности технических авиационных систем курсанты не осознают и не представляют, какими знаниями, способностями и качествами они должны обладать, чтобы стать компетентными специалистами. Одним из основных компонентов успешной будущей профессиональной деятельности инженера является сформированное техническое мышление курсантов. Для выявления уровня развития технического мышления курсантов на кафедре физики Ставропольского ВВАИУ проведено тестирование курсантов 1 курса. В тестировании принимали участие 10 групп 1 – 4 факультетов, всего 187 человек. Тестирование проведено по тесту Беннета «Оценка уровня развития технического мышления» [158]. Тест предназначен для оценки технического мышления человека, в частности – его умения читать чертежи, разбираться в схемах технических устройств и их работе, решать простейшие физико-технические задачи. В данном тесте испытуемый получает 70 технических рисунков с заданиями и вариантами возможных ответов на них. Задача испытуемого состоит в том, чтобы к каждому из рисунков найти правильное решение изображенной на нем задачи. На всю работу над тестом отводится 25 мин. Уровень развития технического мышления оценивается по количеству правильно решенных за это время задач. По данному тесту уровень технического мышления считается очень низким, если испытуемый правильно решил менее 37% предложенных заданий, низким, если менее 46%, средним – менее 55%, высоким – менее 68%, очень высоким – более 68% заданий [158].
В результате тестирования курсантов в начале первого курса получили распределение числа курсантов в % от числа испытуемых по факультетам по уровням развития технического мышления (приложение 8). На диаграмме (рисунок 3.1) наглядно представлены результаты тестирования курсантов по тесту Беннета. Сравнение результатов академической успеваемости в основном показали корреляцию успеваемости и уровня развития технического мышления, т.е. слабоуспевающие курсанты имеют очень низкий и низкий уровень развития технического мышления. Курсанты, имеющие высокую академическую успеваемость (4;5) по казали высокий уровень развития технического мышления. Однако ряд среднеус-певающих курсантов показали высокий уровень технического мышления, а некоторые курсанты с хорошей успеваемостью показали низкий уровень технического мышления. Так, например, 17,4% курсантов 352 учебной группы имеют хорошую успеваемость и высокий уровень развития технического мышления; 4,3% курсантов имеют слабую академическую успеваемость, а по тесту – высокий уровень развития технического мышления; 13% курсантов, имеющих успеваемость выше среднего – попали в группу с низким уровнем развития технического мышления; 21,7% курсантов, имеющих удовлетворительную успеваемость, оказались в группе с низким и очень низким уровнем развития технического мышления. В среднем по факультетам, число курсантов, имеющих низкий и очень низкий уровень развития технического мышления, составляет 47 % от числа испытуемых. Можно сделать вывод, что половина курсантов обладают низким уровнем мышления и даже некоторые хорошо успевающие курсанты не могут применить свои знания для решения физико-технических задач.
При изучении курса физики необходимо сформировать у курсантов как ес тественнонаучное мировоззрение, знания, умения и навыки по физике, так и спо собность применять свои знания для решения профессиональных инженерных задач в будущей деятельности. Для оценки этой способности разработаны физико-технические профессионально направленные задачи (приложение 3). К задачам предъявлялись: - критерии: профессионально-направленная задача имеет физико-техническое содержание авиационного приложения, вынуждает курсанта применить свои знания в новых условиях (квазипрофессиональная деятельность); - требования: доступность для курсантов первого года обучения, возможность решения задач за одно занятие (90 мин.), равноценность вариантов. Рассмотрим сформированность мотивации и рефлексии к изучению физики и техники, способности применять свои знания для решения инженерных задач (профессионально-направленные задачи, приложение 6), технического мышления курсантов (тест Беннета, приложение 5), после изучения курса физики, в конце первого года обучения курсантов. Результаты анкетирования представлены в приложении 9. Рассмотрим динамику результатов анкетирования (после изучения курса физики) на третий вопрос анкеты. Сравнительная диаграмма ответов курсантов в начале и конце констатирующего эксперимента показана на рисунке 3.2. Как Вы приступаете к эксплуатации сложных бытовых приборов? А) читаю инструкцию по эксплуатации – 29,8%, б) спрашиваю о правилах пользования у друзей или знакомых – 8%, в) читаю об особенностях устройства в научно-популярной литературе – 6%, г) стараюсь разобраться в принципе действия прибора, выяснить какие физиче ские эффекты или законы положены в основу его действия, - 29,8%; д) включаю и разбираюсь в процессе работы прибора – 26,4%. Анализ результатов анкетирования показал, что почти 30% курсантов выясняют, какие физические эффекты положены в основу принципа действия прибора, не читают инструкции 26% и 6% интересуются техникой из дополнительной научно-популярной литературы. Результаты анкетирования на девятый вопрос анкеты. Сравнительная диаграмма ответов курсантов в начале и конце констатирующего эксперимента показана на рисунке 3.3. Что привлекает вас в военно-инженерной специальности? А) возможность работы со сложными техническими объектами – 14%; 159 б) работа с авиационной техникой – 32%; в)возможность участвовать в создании новых технических систем – 17%; г) творческая работа – 10,2%; д) возможность получать хорошую зарплату – 19%; е) важное значений моей работы для государства – 5,8%; ж) в военное училище я попал случайно – 2%. Анализ показал, что работать с авиационной техникой (на 1-3%) и заниматься творческой работой (на 2%) желают уже большее число курсантов. Мотивация к научному техническому поиску физических основ принципа работы приборов развита у 30% опрошенных (на 2% больше). Курсанты желают участвовать в научно-исследовательской работе вуза и создавать новую авиационную технику, однако, на практике не проявляют никакой деятельности, в работе технических кружков и выставках технического творчества участия не принимают. Анализ позволяет сделать вывод, что классическое изучение курса физики не значительно подкрепляет интерес курсантов необходимыми знаниями, навыками и способностями к будущей компетентной инженерной деятельности.
