Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теория и практика профессионально направленного обучения с применением моделирующих компьютерных программ будущего инженера 15
1.1 Взаимоотношение профессиональной направленности обучения и межпредметных связей 15
1.2 Поэтапное обеспечение профессиональной направленности обучения с применением компьютерных моделирующих программ 31
1.3 Потенциал моделирующих компьютерных программ учебного назначения в подготовке будущих инженеров для нефтедобывающей отрасли 48
Выводы по I главе 60
Глава II. Дидактические условия применения моделирующих компьютерных программ 62
2.1 Проектирование моделирующих компьютерных программ для профессионально направленного обучения инженеров нефтедобывающей отрасли 62
2.2 Дидактические условия и методы применения компьютерных моделирующих программ в естественнонаучном цикле 82
2.3 Подготовка преподавателей к применению в учебном процессе моделирующих компьютерных программ 95
Выводы по II главе 102
Глава III. Экспериментальное исследование реализации профессиональной направленности обучения инженеров с применением моделирующих компьютерных программ 105
3.1 Методика проведения исследования в процессе общеобразовательной подготовки будущих инженеров нефтедобывающей отрасли 105
3.2 Анализ и обобщение полученных в ходе эксперимента данных 132
Выводы по III главе 143
Заключение 145
Библиографический список использованной литературы 151
- Поэтапное обеспечение профессиональной направленности обучения с применением компьютерных моделирующих программ
- Проектирование моделирующих компьютерных программ для профессионально направленного обучения инженеров нефтедобывающей отрасли
- Подготовка преподавателей к применению в учебном процессе моделирующих компьютерных программ
- Методика проведения исследования в процессе общеобразовательной подготовки будущих инженеров нефтедобывающей отрасли
Введение к работе
/ 5"5 "7F
Актуальность исследования. Для современного общества характерно усложнение, интеллектуализация и информатизация деятельности инженера. Специфичным для инженера является необходимость рассматривать любое явление как часть более сложной системы, характеризуемой закономерностями внешнего и внутреннего характера, имеющей особенности, связанные с конкретной профессиональной деятельностью. Современному высококвалифицированному инженеру, работающему в любой отрасли и востребованному на рынке труда, необходимы профессиональная мобильность, творческая активность, развитое техническое мышление, системное восприятие действительности, умение оперативно принимать ответственные решения.
Деятельность инженеров нефтедобывающей отрасли, например, направлена на совершенствование разработки трудно извлекаемых нефтяных месторождений. При принятии решений и оценке их перспектив и последствий, зависящих от того или иного пути реализации технологического процесса нефтедобычи, инженер должен выполнить расчеты в рамках определенной математической модели, а затем интерпретировать их, используя имитационные или вероятностные модели.
Необходимым условием повышения эффективности подготовки специалиста в системе высшего профессионального образования в современных условиях является усиленный акцент на решение профессионально значимых задач от первого до последнего курса. Одной из основных причин, затрудняющих формирование профессиональной готовности современного конкурентоспособного инженера нефтедобывающей отрасли, является недостаточное внимание к освоению и использованию методов моделирования. Использование моделирующих компьютерных программ для этой группы специальностей значимо не только для процесса изучения специальных дисциплин, но и для общеобразовательного цикла. Таким образом, уже на первых курсах должна обеспечиваться профессиональная направленность подготовки инженеров для нефтяной отрасли.
Профессиональная направленность высшего образования в инженерном вузе должна строиться на органичном сочетании общего и профессионального образования с применением новых информационных технологий и в первую очередь компьютерных моделирующих программ. Обеспечение применения моделирующих компьютерных программ в общеобразовательном цикле имеет важное значение для успешности всего образовательного процесса. Использование моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров нефтедобывающей отрасли призвано повышать эффективность лекционных и лабораторных занятий, обеспечивать на основе моделирования возможность изучения студентами процессов, которые в реальной жизни проследить невозможно, а в последствии избегать ошибок при разработке месторождений. Все это в конечном итоге может сделать. продесс^е4!тедобьгчи
- FJC ііЛЦИСКАЛЬІіАЯ і
БИБЛИОТЕКА !
С. Петербург ґ4и\
1 оэ шЗт*6*г і
~~"" «ищи?
более производительным. Проектирование и использование моделирующих компьютерных программ учебного назначения нацелено на совершенствование использования учебного времени за счет применения рациональной совокупности методов, приёмов и средств обучения, ориентированных на познавательную активность и формирование устойчивых навыков самостоятельной работы. Применение моделирующих компьютерных программ позволяет добиваться повышения объективности контроля за сложной и многогранной профессионально направленной деятельностью студентов и имеет большую актуальность.
Однако, проектирование и применение моделирующих компьютерных
программ в профессионально направленном обучении требует тщательного
исследования. Обоснование дидактических условий, обеспечивающих
оптимальные пути профессионально направленной подготовки за счет <
использования возможностей компьютерной техники, является важной задачей современной педагогики.
Систематические исследования в области проектирования и реализации процесса профессиональной подготовки с использованием электронной техники имеют более чем 30-летнюю историю. За этот период в США, Канаде, Англии, Франции, Японии, России и ряде других стран было разработано большое количество компьютерных систем учебного назначения.
В работах исследователей доказано, что применение графических и наглядных моделей в современных компьютерных программах учебного назначения не только позволяет увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию профессионально важных качеств специалиста.
По проблематике, связанной с данным исследованием, имеются
определенные наработки ученых и практиков. Тем не менее, несмотря на то,
что компьютеры уже много лет используются в образовании, а их
функциональные преимущества для лабораторно-практической,
экспериментальной деятельности студентов не подвергаются сомнению, в педагогической теории нет единого подхода к проблеме проектирования и применения моделирующих компьютерных программ учебного назначения. Особое значение моделирующие компьютерные программы приобретают, когда проведение реальных экспериментов затруднено или просто невозможно. Кроме того, компьютерное моделирование в значительной степени решает проблему экспериментального изучения сложных многоэлементных объектов. Моделирующая компьютерная программа учебного назначения дает возможность оперативного, опережающего изучения функционирования новых сложных образцов техники и передовых технологий, ещё до появления соответствующих технических устройств и образцов в учебных заведениях. Все это позволяет предвидеть, предупредить возможные затруднения и ошибки в деятельности инженера нефтедобывающей отрасли, подготовить его к сложным изменениям реального оборудования и условий профессиональной деятельности.
Отдельные аспекты применения моделирующих компьютерных программ затронуты в работах Яа-Аро Кай-Микаэль, Питера Койя, Р.Хофа, А.И.Райкова, В.А.Рыжова, Н.П.Петровой и других исследователей.
Исследование показали, что сложность проектирования и применения
компьютерных моделирующих программ связаны не только с материальным
оснащением вуза, но и несоответствием уровня компетентности
преподавателей общеобразовательных дисциплин в области использования
информационных технологий. Преподаватели высших технических учебных
заведений стремятся использовать достижения информационной сферы, однако
данный процесс недостаточно подкрепляется научно обоснованными
методическими рекомендациями, деятельность преподавателя часто
реализуется на стихийной основе и базируется на традиционных методиках и технологиях, которые не обеспечивают достаточной эффективности применения компьютерных моделирующих программ.
Таким образом, для обеспечения профессиональной направленности общеобразовательной подготовки инженеров нефтедобывающей отрасли характерно противоречие между актуальностью внедрения методов моделирования в профессиональную деятельность инженеров нефтедобывающей отрасли и не разработанностью проблем проектирования и применения моделирующих компьютерных программ учебного назначения для инженерного вуза, а также между высокой практической значимостью применения в общеобразовательном цикле моделирующих компьютерных программ, обеспечивающих профессиональную направленность и недостаточным вниманием к научному обоснованию их применения.
Исходя из изложенного может быть сформулирована проблема данного исследования: каковы дидактические условия применения моделирующих компьютерных программ, обеспечивающих профессиональную направленность в общеобразовательной подготовке инженеров нефтедобывающей отрасли?
Цель исследования - теоретически обосновать и экспериментально проверить комплекс дидактических условий применения моделирующих компьютерных программ, обеспечивающих профессиональную направленность обучения инженеров для нефтедобывающей отрасли.
Объектом исследования является учебный процесс в высших учебных заведениях инженерного профиля, ориентированный на обеспечение профессиональной направленности обучения инженеров для нефтедобывающей отрасли.
Предметом исследования являются дидактические условия применения моделирующих компьютерных программ в естественнонаучной подготовке студентов, обеспечивающих профессиональную направленность обучения инженеров для нефтедобывающей отрасли.
Гипотеза исследования: моделирующие компьютерные программы будут эффективно обеспечивать профессиональную направленность обучения инженеров для нефтедобывающей отрасли в предметах естественнонаучного цикла, если:
этапы обеспечения профессиональной направленности будут связаны с ведущими типами моделей, применяемых в профессиональной деятельности инженера нефтедобывающей отрасли, и учтены при проектировании моделирующих компьютерных программ;
мировоззренческая, ориентационная, систематизирующая, мотивационная и методологическая функции моделирующих компьютерных программ будут охватывать содержательную и процессуальную стороны учебного процесса;
дидактические возможности моделирующих компьютерных программ будут адекватно сочетаться с потенциалом компьютерной техники и подготовленностью преподавателей,
требования к компьютерным моделирующим программам, лабораторному эксперименту в условиях компьютерного моделирования будут составлять органическую целостность, единство.
Задачи исследования.
Осуществить системный анализ теории и практики профессионально направленного обучения инженера и обосновать его этапы
Выявить потенциал моделирующих компьютерных программ учебного назначения в подготовке будущих инженеров для нефтедобывающей отрасли и обосновать требования к ним.
Обосновать дидактические условия применения компьютерных моделирующих программ в предметах естественнонаучного цикла
Осуществить экспериментальное исследование эффективности реализации профессиональной направленности обучения инженеров нефтедобывающей отрасли при применении моделирующих компьютерных программ.
Теоретико-методологической основой исследования явились общие педагогические и психологические аспекты компьютеризации образования, рассматриваемые П.Я.Гальпериным, Ю.СИвановым, А.А.Кузнецовым, Е.И.Машбицем, И.В.Ретинской, Н.Ф.Талызиной, С.А.Христочевским, Н.В.Чекалевой, М.В.Шугриной, анализ информационных технологий в образовании, проведенный в работах Г.Н.Александрова, С.А.Бешенкова, И.М.Бобко, Г.В.Ившиной, Г.И.Кириловой, И.В.Роберт, А.В.Соловьева, подходы к использованию компьютеров в процессе самостоятельных и лабораторно- практических работ, предложенные в трудах В.А.Белавина, И.Ю.Паскаля, Б.Н.Пойзнера, теоретические основы разработки обучающих компьютерных программ и тренажеров обозначенные в исследованиях А.И.Башмакова, А.И.Соловьева.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы проектирования и анализа, обобщения психолого-педагогической литературы, программ, учебников, учебных и методических пособий, изучение опыта работы преподавателей, проведения конкурсных экзаменов, дипломного проектирования, математического моделирования, планирования и проведения констатирующего и формирующего эксперимента, статистической обработки данных.
Исследование проводилось в три взаимосвязанных этапа с 1995 по 2003 год.
На первом этапе (1995-96) изучалась психолого-педагогическая литература, выявлялись тенденции развития базового профессионального образования в условиях перехода к рыночному хозяйствованию, определялось направление научного поиска, в качестве которого было избрано исследование влияния применения в учебном процессе моделирующих компьютерных программ на развитие профессионально-важных качеств личности, гипотетически определялись организационно-педагогические условия осуществления эксперимента.
На втором этапе (1996-2000) продолжалось углубленное изучение и анализ литературы, велась систематическая работа с педагогическим коллективом, осуществлялись опытно-экспериментальная проверка разработанной модели и обоснование организационно-педагогических условий ее реализации. Обучающий эксперимент проводился в течении четырех учебных лет на базе Альметьевского Нефтяного института (АлНИ) на факультете нефти и газа.
Для проверки целесообразности применения в обучении компьютерных моделирующих программ были отобраны однородные по уровню знаний экспериментальная и контрольная группы.
На третьем этапе (2000-2003) проводилось оформление диссертации, анализировались результаты проделанной работы, осуществлялось их внедрение в практику, готовились публикации и выступления на научно-практических конференциях, семинарах, круглых столах.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается:
- в обосновании поэтапного обеспечения профессионально направленной естественнонаучной подготовки будущего инженера, ориентированной на специфику деятельности инженеров нефтедобывающей отрасли. К первому этапу отнесено формирование общетехнологических умений (умений выявлять, анализировать и объединять в систему множество разрозненных фактов), ко второму - формирование естественнонаучной подготовки, имеющей технико-технологическую ориентацию, к третьему этапу - формирование умений и навыков оперативно оценивать ситуацию и принимать ответственные решения, основанные на интегрированных естественнонаучных знаниях технико-технологического плана и профессиональных знаниях;
в обосновании и экспериментальной проверке следующих дидактических условий применения моделирующих компьютерных программ в профессионально направленном обучении инженеров для нефтедобывающей отрасли: а) обеспечение соответствия моделирующих программ современным требованиям компьютеризации и потребностям нефтедобывающей отрасли, б) формирование структуры и содержания обучения в тесной взаимосвязи с характером и условиями профессиональной деятельности в нефтедобывающей отрасли, г) ориентация на межпредметные связи в профессионально
направленном обучении, позволяющие формировать у студентов умения и навыки использования компьютерного моделирования при решении профессиональных задач;
- в выделении общих и специфических требований к компьютерным
моделирующим программам, позволяющих наиболее эффективно использовать
их в процессе обеспечения профессиональной направленности обучения
инженера для нефтедобывающей отрасли. К общим требованиям отнесены: а)
выделение и формализация основных признаков формируемых понятий; б)
достаточное количество и разнообразие как положительных, так и
отрицательных примеров; в) использование физических и математических
моделей доступных для анализа; г) сочетание вербального и наглядного
представления учебного материала при использовании различных уровней
абстрагирования; д) систематический контроль усвоения. Специфические і
требования: а) в мотивационном блоке обучающей программы должны создаваться проблемные ситуации, характерные для деятельности инженера нефтедобывающей отрасли; б) система предлагаемых задач, интерфейс программы должны отражать наиболее характерные действия инженеров, занятых на различных этапах процесса нефтедобычи.
Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в конкретных дидактических материалах и в рекомендациях по совершенствованию способов применения компьютерных моделирующих программ, обеспечивающих профессиональную направленность в естественнонаучном цикле общеобразовательной подготовки будущих инженеров, которые могут быть использованы в учебном процессе инженерных вузов.
Достоверность результатов исследования обусловлена выбором надежных методологических позиций, разнообразием используемых теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его цели, задачам, гипотезе, полнотой рассмотрения предмета исследования, результатами опытно-экспериментальной работы. Подтверждена эффективность применения моделирующих компьютерных программ в профессионально направленном обучении.
Апробация и внедрение основных положений диссертации осуществлялись на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях (Альметьевск, 2000, 2001 гг.), на итоговой научно-практической конференции ГНИ (Казань, 2001 г.).
Результаты внедрены в Альметьевском нефтяном институте на факультете нефти и газа.
Основные положения и результаты работы опубликованы в учебно-методических пособиях, статьях, докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях.
На защиту выносятся:
1. Обоснование поэтапного обеспечения профессионально направленной многоуровневой естественнонаучной подготовки будущего инженера,
ориентированной на специфику деятельности инженеров нефтедобывающей отрасли.
2. Комплекс дидактических условий применения моделирующих
компьютерных программ, обеспечивающих профессиональную направленность
J в естественнонаучном цикле общеобразовательной подготовки будущих
инженеров.
3. Общие и специфические требования к компьютерным моделирующим
программам.
[ Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,
трех глав, заключения и приложений. Библиография включает 220 источников. В тексте диссертации 11 рисунков и 7 таблиц.
|>
Поэтапное обеспечение профессиональной направленности обучения с применением компьютерных моделирующих программ
Как говорилось выше, требуемый уровень подготовки может быть реализован в рамках обеспечения профессионально направленной естественнонаучной подготовки инженера нефтедобывающей отрасли, которая должна быть ориентирована на специфику их профессиональной деятельности. В данном параграфе будут детализованы этапы подготовки, связанные с определенными аспектами профессиональной деятельности и характерным для этой деятельности уровнем применяемых моделей.
В данном исследовании нас интересовали дидактические условия реализации профессиональной направленности обучения естественнонаучным дисциплинам в процессе профессиональной подготовки инженера нефтедобывающей отрасли, акцент делался на познавательный аспект. Под дидактическими условиями будем понимать теоретические положения, на основе которых принципы и правила дидактики трансформируются в процессе обучения конкретному учебному предмету. Таким образом, дидактические условия реализации профессиональной направленности обучения - это такие теоретические положения, на основе которых требования и правила реализации принципа профессиональной направленности трансформируются в процессе обучения.
Большинство исследователей (С.Я.Батышев, А.Я.Кудрявцев, М.И.Махмутов, А.П.Сейтешев и др.) в профессионально направленном обучении на первое место выдвигают содержание обучения, его связь с практикой. Наиболее полно профессиональная направленность как педагогическое явление и дидактический принцип изучена М.И.Махмутовым и А.О.Измайловым [67]. Для выражения основной идеи принципа профессиональной направленности и его практического применения авторы сформулировали вытекающие из него требования и правила, среди которых видное место занимают положения, относящиеся к соответствующей перестройке содержания обучения. Так, исследователи подчеркивают, что профессиональная направленность реализуется усилением политехнического содержания общеобразовательных предметов и профессионально-политехнической направленности дисциплин профессионально технического цикла, связи обучения с жизнью, теории с практикой; установлением межпредметных связей общего и профессионального образования в содержании, форме и средствах обучения; установлением межпредметных связей внутри предметов естественно-математического цикла с учетом изучаемой профессии.
Первые три правила принципа профессиональной направленности (из шести выделенных авторами) так же нацеливают на переработку содержания:
1. При изучении основ наук раскрытие сущности законов, принципов, положений науки сопровождать конкретными примерами их применения в изучаемой профессии (в технике, технологии, инструментах, приемах и методах работы).
2. В ходе профессиональной подготовки раскрывать законы, принципы и положения науки, лежащие в основе изучаемых техники, инструментов, технологии производства и профессиональных умений и навыков.
3. Систематически предлагать для решения задачи в курсе физики, химии, математики, биологии с производственным содержанием по изучаемой профессии [67, 26 ].
А.П.Сейтешев, изучая основные стимулы формирования профессиональной направленности личности, отмечает: "Особенности учебного материала по теоретическому и производственному обучению представляют широкие возможности для их использования при формировании профессиональной направленности учащихся [165, 109].
Таким образом, первое необходимое условие реализации профессиональной направленности - это подготовка содержания, его соответствующая дидактическая обработка. В него включаются: установление межпредметных связей общеобразовательных дисциплин с предметами профессионально-технического цикла; установление межпредметных связей внутри предметов естественно-математического цикла с учетом изучаемой профессии; выделение профессионально значимых знаний и умений; включение в учебный материал задач, заданий, примеров профессионального содержания и т.д.
Выполнение указанного условия обеспечит связь системы понятий основ наук с системой профессионально-технических знаний и умений, содержащихся в общетехнических и специальных дисциплинах и производственном обучении конкретной профессии, усилит связь теории с практикой.
Познавательный аспект профессиональной направленности наряду с дидактической подготовкой содержания включает выделение тех компонентов учебной деятельности, которые необходимы для овладения профессией. Так, А.И.Власенков, рассматривая содержание познавательного аспекта, отмечает, что обучение общеобразовательным предметам должно развивать у учащихся способности, необходимые для овладения профессией; должно "усилить применительно к своему предмету те компоненты учебной деятельности, которые крайне необходимы при овладении профессиональными знаниями и умениями [95, 20].
М.И.Махмутов, раскрывая суть принципа профессиональной направленности, выделяет "своеобразное использование элементов знаний, умений и навыков конкретной профессии в качестве компонентов содержания, форм и методов общего образования" [96, 50] как главный, характеристический признак профессионально направленного обучения. Одним из основных требований принципа профессиональной направленности он называет связь способов познавательной деятельности, формируемых при изучении основ наук с системой профессионально-технических знаний и умений, содержащихся в технических и специальных дисциплинах и производственном обучении конкретной профессии [96, 25].
Умения и навыки конкретной профессии - это профессионально значимые умения и навыки. Они формируются на учебном материале предметов профтехцикла и в производственном обучении, но часть из них может формироваться и в процессе обучения основам наук. Такие как бы "сквозные" умения и навыки должны быть выделены для каждой группы профессий; они должны формироваться и при изучении общеобразовательных дисциплин.
К "сквозным" умениям можно отнести следующие интеллектуальные умения: планировать, наблюдать, создавать образы и оперировать ими [97]. "Умение самостоятельно накапливать, перестраивать и применять полученные знания на практике есть то "сквозное" интеллектуальное умение, - пишет И.С.Якиманская, - которое составляет основу для единства всего учебно-воспитательного процесса в системе высшего образования. Это умение широко используется при изучении общеобразовательных, общетехнических и специальных дисциплин" [198, 22].
На необходимость целенаправленного формирования в процессе обучения интеллектуальных умений, учебно-познавательных приемов, "межпредметных приемов", "качеств ума", необходимых для овладения профессией и называемых поэтому "профессионально значимыми". указывают многие исследователи СА.И.Власенков. Е.Н.Кабанова-Меллер, Т.В.Кудрявцев, М.И.Махмутов, Т.Новацкий. А.П.Сейтешев, И.С.Якиманская и др.).
Реализация профессиональной направленности обучения нацелена на решение актуальной задачи вузовского образования - обеспечение единой линии развития личности человека, испытывающего на себе влияние разных форм обучения - общеобразовательной и специальной. Такой единой линией, по мнению И.С.Якиманской, является целенаправленное формирование мышления учащегося [198,44]. Таким образом, задача соотношения общего и специального образования с психологической точки зрения рассматривается И.С.Якиманской как задача определения взаимосвязи разных форм мышления, изучения их содержания и функций при овладении человеком различными видами деятельности, что дает основание для выделения форм профессионального мышления» и, как отмечает М.И.Махмутов, принцип профессиональной направленности должен обеспечить "высокий уровень профессиональной подготовки человека и его "профессионального мышления" [97, 27].
Проектирование моделирующих компьютерных программ для профессионально направленного обучения инженеров нефтедобывающей отрасли
Передача компьютеру выполнения тех или иных дидактических функций, связана с возможностью формализации и алгоритмизации, реализующих эти функции процедур (необходимые условия) и педагогической целесообразностью (достаточные условия). Очевидно, что передавать компьютеру реализацию некоторой педагогической (дидактической) функции имеет смысл лишь в том случае, если в результате повышается эффективность процесса обучения в целом.
Возможности и преимущества моделирующих компьютерных программ при проведении лабораторно-практических работ связаны с различием в усвоении статической и динамической информации в графическом представлении; иллюстрациями явлений и объектов в ситуациях, которые описываются соотношениями, имеющими сложное аналитическое представление либо не имеющими такового; эффектом сиюминутности и управляемости "действа", связанного с возможностью изменения значений физических параметров, определяющих результат.
Анализ описанных в литературе, имеющихся и использующихся в учебном процессе моделирующих компьютерных програм, прговеденный с позиций, изложенных в первой главе позволяет выделить и сгруппировать в три взаимосвязанные группы требования к моделирующим компьютерным программам:
I. Требования к структуре. Система этих требований включает в себя:
а) МКП должна сопровождаться описанием, содержащим сведения, связанные с эффективным, новейшим применением явления или практическими свойствами;
б) структура программы должна отражать связи явления, значимые для выполнения лабораторно-практической работы;
в) структура программы должна, по возможности, обеспечивать изучение материала в порядке и объемах, соответствующих уровню знаний, умений и психологическому состоянию обучаемого;
г) программа должна быть построена по модульному принципу, при котором каждый модуль должен нести свою функциональную нагрузку соответственно целям лабораторно- практической работы;
д) в структуре моделирующей компьютерной программы должны быть активно использованы средства визуализации, экологизации;
е) структура должна обеспечивать удобство пользования программой.
II. Требования к содержанию:
а) моделирующая компьютерная программа, обеспечивающая лабораторно-практическую работу должна включать в первую очередь тот материал, к восприятию которого учащиеся готовы в данный момент;
б) каждый фрагмент программы должен быть понятен учащимся;
в) информация должна быть достоверна, доступна учащимся и представляет собой законченные сведения;
г) программа, по возможности должна обеспечивать доступ обучаемого к значительно большому объему информации, чем при традиционных формах обучения;
д) программа должна обеспечивать представление информации в образной, наглядной форме, хорошо отражающей суть изучаемого материала;
е) содержание блоков моделирующей компьютерной программы должны быть преобразованы в форму удобную для восприятия, с учетом особенностей восприятия зрительной информации и принципов отображения учебного материала на экране ПЭВМ.
III. Требования к организации и проведению физического эксперимента с помощью МКП, в соответствие с которыми программа должна:
а) выступать связующим звеном между преподавателем и учащимся;
б) обеспечивать включенность каждого учащегося в процесс обучения;
в) предлагать самому учащемуся ведущую роль в выборе содержания материала, его количества по скорости усвоения;
г) стимулировать творческую позицию обучающегося;
д) создавать возможность решения проблемы разными способами;
е) обеспечивать новые возможности в изучении дисциплины, ее частей или тем, недоступные при традиционных методах обучения;
ж) стимулировать и поддерживать активные методы обучения, поощрять инициативу обучающегося.
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, первая группа дидактических условий применения моделирующих компьютерных программ связаных с корректростью, целенаправленностью их проектирования. Первое условие данной группы можно сформулировать в следующем виде: моделирующие компьютерные программы, вводимые в процесс подготовки инженеров нефтедобывающей отрасли, должны быть направлены на достижение главной цели - подготовку высококвалифицированного специалиста, способного использовать возможности новых информационных технологий при решении профессиональных задач.
Второе дидактическое условие можно сформулировать следующим образом: в процессе подготовки должен реализоваться принцип профессиональной направленности как система непрерывного формирования навыков использования новых информационных технологий при решении профессиональных задач.
Сформулируем третье дидактическое условие: блок специальных дисциплин необходимо дополнить 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. С этой целью по инициативе кафедр разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (РЭНГМ) и информатики АлНИ в учебный процесс было предложено ввести дисциплину «Применение ЭВМ в расчётах по разработке нефтяных месторождений». Данный курс предполагалось ввести специально для студентов, обучающихся по специальности «Разработка нефтяных и газовых месторождений». И он должен был стать дополнением к читаемому обязательному спецкурсу «Разработка нефтяных месторождений». Такой подход к обучению с помощью новых информационных технологий позволил бы решить и задачу интенсификации обучения в вузе, так как многие вычислительные функции в этом случае передаются машине.
На современном этапе одним из основных направлений совершенствования содержания образования в нефтяном вузе является его целевая профессиональная направленность. Для нефтяного образования такой подход имеет принципиальное значение, так как способствует более гибкому отбору содержания образования при подготовке инженеров в соответствии с изменяющимися условиями жизнедеятельности нефтедобывающей отрасли.
На основе требований специальных дисциплин, в частности спецкурса «Разработка нефтяных месторождений», разработки межпредметных связей с математическими и естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами, анализа достоинств и недостатков компьютерного обучения на кафедре информатики АлНИ были выработаны структура и содержание спецкурса «Применение ЭВМ в расчетах по разработке нефтяных месторождений» как составляющего элемента профессиональной подготовки инженера нефтедобывающей отрасли. Как показывает опыт, для того, чтобы ЭВМ стала настоящим помощником инженера нефтедобывающей отрасли, основным инструментом его профессиональной деятельности, необходимо хорошо владеть принципами математического моделирования, уметь переводить сформулированную на уровне технологического процесса задачу на язык математики, знать численные методы.
Подготовка преподавателей к применению в учебном процессе моделирующих компьютерных программ
Опыт внедрения образовательных инноваций показывает, что в вузах при совершенствовании учебного процесса на первый план выдвигают технические и организационные вопросы, а подготовка технолога преподавателя уходит на периферию внимания руководителей. А между тем неприятие педагогом перемен и психолого-педагогическая неподготовленность к ним являются главным тормозом широкого внедрения инноваций в учебно-воспитательный процесс. Ведущее место при переводе вуза в новое качественное состояние отводится внедрению новых информационных технологий (НИТ) в учебный процесс, реализуемых в комплексе с технологией модульного обучения (ТМО), и работе по переподготовке преподавателей, поскольку судьба всех инновационных процессов зависит, как отмечают многие исследователи, от творческой активности педагогических коллективов, а не от замены одной технологии на другую. Судьба технологических инноваций в вузе напрямую зависит от становления субъектности педагога, так как личность учителя и его мировоззренческие установки являются непосредственным содержанием образования.
Сфера высшего образования по своему укладу и качеству педагогического корпуса не соответствует сегодня двум четко обозначившимся принципам развития социальной системы, которые можно определить как принципы высокого профессионализма и динамичности. Л. Лима, С. Стоуне, М.Т. Громкова, Г.Б. Скок, Л.С. Подымова и др. прямо указывают на функциональную неграмотность вузовских преподавателей как на главную причину непрофессионализма студентов. На наш взгляд, есть три обязательных условия для освоения любой педагогической инновации - это: понимание, рефлексия и личностная подготовленность.
Проблематизация собственной деятельности с целью ее изменения (понимание) и умение ее изменить, предварительно осознав собственные социальные, коммуникативные, экономические и прочие установки и предубеждения (рефлексия) - это обязательные условия для того, чтобы «помыслить иную педагогическую реальность» (Т.П. Щедровицкий). Но поскольку освоение новой технологии, как отмечает М.В. Кларин, - это не столько интеллектуальное принятие и дидактическая проработка, сколько личностное оценивание и интерпретация, то именно личностная подготовленность к использованию нововведений в учебном процессе и становится главным тормозом внедрения новых технологий. Л.С. Подымова и В. А. Сластенин подробно разрабатывают понятие «личностная подготовленность преподавателя к нововведениям» и считают его системообразующим и креативным фактором профессионально-технологической культуры преподавателя.
Изменение профессионально-значимых качеств личности преподавателя и рост его педагогической компетентности для успешного использования НИТ и ТМО в практической работе возможны при создании ряда определенных организационно-педагогических условий перехода на новые технологии обучения.
Педагогическая деятельность рассматривается нами в соответствии с пятикомпонентной моделью Н.В. Кузьминой. Проектировочная и гностическая виды деятельности (и соответствующие им обобщенные умения) непосредственному наблюдению не поддаются, они просматриваются, реконструируются косвенно, например, через методическое обеспечение курса, через качество принятых решений, через выделение системных связей в каких-либо явлениях, через качество рабочих учебных программ. Конструктивный, организационный и коммуникативный компоненты являются наблюдаемыми и материализуются в конкретных занятиях соответственно в трех блоках умений: 1 блок - представление информации и создание ориентировочной основы; 2 блок - организация и активизация познавательной деятельности обучаемых; 3 блок - создание эмоционального комфорта в обучении. Три названных блока базовых умений составляют ядро педагогической компетентности, являются тем минимумом, без которого процесс обучения просто перестает быть процессом обучения. Наличие же этого комплекса обеспечивает исполнительскую сторону продуктивной педагогической деятельности: эти умения, с одной стороны, характеризуют достаточный уровень профессионализма, а с другой -обеспечивают оптимальность и эффективность усилий. Эти блоки умений связаны с дидактическим базисом и соотносятся с теми критериями, которые И.А.Хасанов считает достаточными для определения педагогического мастерства преподавателя и необходимыми, чтобы определить уровень обучающей деятельности, или уровень педагогической компетенции [181,25].
Все представления вузовских преподавателей об учебной деятельности чаще всего ограничиваются педагогической ситуацией урока (лекции, семинара, лабораторной работы) и техникой (методикой) построения моделей собственной деятельности и деятельности обучаемого. Такую деятельность нельзя с полным основанием назвать педагогической. Это скорее некоторое взаимное присутствие студента и преподавателя в едином времени и пространстве. Такой подход означает, что до 75% преподавателей не способны решать образовательные задачи системного уровня, например, организовать целенаправленную учебную деятельность студентов; научить их повышенному уровню оперирования учебным материалом; обеспечить обратную связь с обучаемым, - то есть они не могут осуществить учебный процесс на таком уровне организации, который придал бы ему целостность и управляемость. Компьютер чаще всего используется как информационно предъявляющее или контролирующее средство, а его сущностные функции (информационно-выбирающая, управляющая, тренажерская, координирующая, консультативная и др.) игнорируются. Это означает, что эти преподаватели не готовы к внедрению новых информационных технологий обучения в учебный процесс.
Зачастую преподаватели в качестве критериев (параметров) учебной деятельности называют успеваемость, содержание изучаемой темы, уровень усвоения учебного материала, то есть психолого-педагогическая структура технологии обучения ими не осознается, и процесс обучения как система не воспринимается (и соответственно на практике не реализовывается). Следствием такого неосознания является тот факт, что в понятие «конечный результат обучения» (специалист какого-либо профиля) преподаватели однозначно не вкладывают такие характеристики развития личности в процессе обучения, как приобретенные приемы деятельности, мотивы, установки, способы изменения себя, рост самостоятельности, - то есть всего того, что позволяет студенту стать субъектом процесса обучения.
Преподаватели не ставят на занятиях цели и задачи изучения учебного материала, и студенты не понимают, где и когда он им пригодится; преподаватели не умеют свертывать информацию (сжимать, уплотнять) и представлять ее в виде опорных схем или иной визуальной графики; преподаватели (за исключением математиков) почти не используют компьютеры и ТСО в учебном процессе; из всего разнообразия видов лекций преподаватели используют чаще всего монолог или изложение; ни на лекциях, ни на практических занятиях почти не используется материал из других учебных предметов, т.е. не учитываются межпредметные связи.
Полученные через методистов сведения, а также наши собственные наблюдения показывают, что преподаватели на занятиях делают упор на объем информации, а не на ее структуру; представляют материал, а не организуют поисковую деятельность; знания далеки от жизни, производства и общественных процессов; междисциплинарные связи не устанавливаются; новые информационные технологии применяются лишь эпизодически, хотя возможности учебных компьютерных программ позволяют делать то, что традиционными средствами достичь невозможно: моделировать дискуссии, создавать игровые ситуации проблемного характера, конструировать оптимальные по техническим и экономическим показателям модели в любых нестандартных ситуациях и т.п. Многие преподаватели учат студентов по той схеме, по которой когда-то учили их самих: дать информацию - воспринять ее - запомнить - воспроизвести - применить.
Методика проведения исследования в процессе общеобразовательной подготовки будущих инженеров нефтедобывающей отрасли
Опытно - экспериментальная работа осуществлялась в естественных условиях обучения студентов Альметьевского нефтяного института. Изучение развития профессионально важных качеств личности осуществлялось в ходе проведения лабораторно-практических занятий на младших курсах. Эксперимент носил сравнительный характер: сравнивался уровень развития профессионально-важных качеств личности у студентов контрольной (КГ) и экспериментальной (ЭГ) групп, причем в КГ обучение шло без применения компьютерных моделирующих программ (МКП), а в ЭГ - в условиях применения моделирующих компьютерных программ. При отборе групп учитывалось требование первоначальной однородности ЭГ и КГ, то есть группы должны были быть близки по всем параметрам, которые влияют на успешность их обучения в вузе по выбранному критерию оценки эффективности применения МКП - сформированности готовности к профессиональной деятельности. В качестве таких параметров нами выбирались: социальное происхождение студентов, трудовой стаж, условия до-вузовской подготовки (окончание сельской или городской школы), результаты вступительных экзаменов. Для того, чтобы отобранные группы удовлетворяли требованию однородности, были выбраны студенты групп, обучающихся не на коммерческой основе, причем в целях наибольшей достоверности полученных результатов исследование проводилось в течение четырех лет ( в 1997-2001 гг.) в выбранных группах.
В работе приведены результаты эксперимента для двух академических групп АлНИ, в которых по учебной программе проводились лабораторно-практические занятия по общей физике, химии, математике, экономическому анализу (бизнес - планированию) и специальным дисциплинам.
Требование первоначальной однородности ЭГ и КГ означает, как было отмечено выше, и сходность начального уровня готовности к профессиональной деятельности в этих группах. До начала эксперимента мы проверили однородность этих групп по этому формируемому качеству по особой методике, сущность которой будет освещена ниже.
За основу определения готовности к профессиональной деятельности мы взяли методику, разработанную учеными, апробированную в диссертации Салаватовой С. С. [163,42], и адаптировали ее для условий проведения лабораторно-практических занятий по специальным предметам.
Для определения готовности к профессиональной деятельности мы использовали, как и автор вышеназванного исследования, методику, разработанную под руководством профессора Половниковой Н.А.. Этот компонент назван нами условно как «общая функциональная готовность» (ОФГ) в связи с тем, что оценивались умения, необходимые для осуществления всего комплекса профессиональных функций инженера нефтедобывающей отрасли. Термин «функциональная готовность» (ФГ) используется по отношению к той или иной отдельной функции: проектно-конструкторской, производственно-технологической, научно-исследовательской, организационно-управленческой. В качестве инструмента нахождения профессиональной готовности инженера нефтедобывающей отрасли выступала профессиограмма, разработанная нами на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.
Профессиограмма инженера-нефтяника имеет следующую структуру (профессиональные функции, которые возможно развивать в ходе обучения с применением моделирующих компьютерных программ).
1. Проектно-конструкторская функция (ПКФ) включает умения:
- формировать цели проекта (программы), решать задачи, строить структуры и выявлять взаимосвязи, определять приоритеты решения задач с учетом нравственных аспектов деятельности;
- разрабатывать обобщенные варианты решения проблемы, проводить анализ этих вариантов и прогнозирование последствий, находить компромиссные решения в условиях многокритериальности, неопределенности, планировать реализацию проекта;
- проектирование деталей, механизмов машин, оборудования и агрегатов по критерию работоспособности; структурообразование механизмов машин, методы их синтеза, расчета кинематических и динамических характеристик машин;
- разрабатывать технологии изготовления технологического оборудования нефтегазовых производств;
- использовать информационные технологии при конструировании оборудования и агрегатов и разработке проектов нефтегазовых объектов и производств.
2. Производственно- технологическая функция (ПТФ) включает умения:
- осуществлять рациональную эксплуатацию машин, оборудования и сооружений нефтегазового производства;
- организовывать и эффективно осуществлять входной контроля качества материалов, производственный контроля параметров технологических процессов изготовления оборудования и агрегатов, качества готовой продукции;
- проводить стандартные и сертификационные испытания материалов, деталей, узлов, агрегатов и оборудования;
3. Организационно-управленческая функция (ОУФ) включает умения:
- организовывать работу коллектива исполнителей, принимать управленческие решения в условиях различных мнений;
- находить компромисс между различными требованиями (стоимости, качества, безопасности и сроков исполнения) как при долгосрочном, так и при краткосрочном планировании и определении оптимальных решений;
- оценивать производственные и непроизводственные затраты на обеспечение качества продукции;
- осуществлять технический контроль и управление качеством оборудования и агрегатов нефтегазовых производств.
4. Научно-исследовательская функция (НИФ) включает умения:
- создавать новые технологии;
- выполнять опытно- конструкторские разработки;
- проводить анализ состояния и динамики объектов деятельности с использованием необходимых методов и средств.
Оценку функциональной готовности каждого студента к профессии инженера нефтедобывающей отрасли согласно методических рекомендаций лаборатории ИППС КГПИ о замерах в педагогическом эксперименте по интенсификации профессиональной подготовки студентов [41] мы провели методом устного тестирования. Примерный перечень вопросов и заданий для шкалирования профессиональной подготовки студентов приведен в приложении 2.
При оценке выделенных умений по каждой профессионально важной функции использовалась шкала, предложенная Н.А.Половниковой и М.З.Закиевым [143, 15]:
1 балл — есть представление, ознакомление (примерно представляет, из каких действий слагается умение);
2 балла — частичное овладение (с определенными усилиями использует умение в простых ситуациях);
3 балла — овладение (без длительного обдумывания применяет умение в различных ситуациях).
0 баллов мы присваивали в тех случаях, если студент не имеет представления о данном педагогическом умении.
При определении коэффициентов значимости каждой из выделенных функций мы опирались на данные проведенного в среде преподавателей АлНИ опроса, согласно которому все профессиональные функции инженера нефтедобывающей отрасли (проектно-конструкторская, производственно-технологическая, научно-исследовательская и организационно-управленческая) имеют равное значение. На основании значимости каждой выделенной функции в профессиональной деятельности инженера нефтедобывающей отрасли весовые коэффициенты каждой функции приняты равными 0,25.
