Введение к работе
Актуальность данного исследования, таким образом, обусловлена социальным заказом, требованиями профессиональных стандартов и работодателей, необходимостью реализации положений образовательных стандартов.
Степень изученности и разработанности проблемы. Обоснование современных методологических подходов, теории и практики, структуры, содержания, технологий геометро-графической подготовки отражено в работах Г.Ф.Горшкова, Л.П.Григоревской, В.Н.Гузненкова, Г.С.Иванова, В.И.Иващен-ко, И.Б.Кордонской, М.В.Покровской, Р.М.Сидорука, Е.И.Шангиной, В.Н.Юри-на, В.И.Якунина и др.; вопросы компетентностно-ориентированной инженерной подготовки и геометро-графической подготовки в ее составе рассматриваются в работах Э.Д.Алисултановой, В.И.Байденко, Н.Н.Матушкина, А.Б.Пузан-ковой, В.А.Рукавишникова, Н.В.Соснина, И.Д.Столбовой, А.В.Хуторского, Т.В.Чемодановой и др.
Вопросы визуализации и наглядности в образовательно-познавательной деятельности рассматривают в своих работах Р.Арнхейм, У.Боумен, Р.Л.Грегори, Г.В.Лаврентьев, В.М.Монахов, Г.А.Монахова, И.А.Пресс, Б.Шнайдерман, И.С.Якиманская и др.
Учитывая несомненную теоретическую и практическую значимость вышеприведенных работ, следует констатировать, что исследования по формированию геометро-графической компетентности, в контексте комплексной информатизации производств на базе концепции параллельного инжиниринга, в практике высшей технической школы России находятся пока в начальной стадии.
Анализ состояния изученности проблемы исследования выявляет существующие противоречия:
между потребностью высокотехнологичных производств в высококвалифицированных инженерно-конструкторских кадрах и не соответствующим этому требованию уровнем геометро-графической компетентности студентов технических вузов - будущих специалистов в области техники и технологии;
между необходимостью формирования базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии и недостаточной разработанностью организационно-педагогических условий их геометро-графической подготовки и модели формирования у них базового уровня геометро-графической компетентности в российской высшей технической школе.
С учетом выявленных противоречий определена научная задача исследования, заключающаяся в определении и обосновании комплекса организаци-
онно-педагогических условий геометро-графической подготовки и содержательно-процессуальной модели формирования базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии.
Актуальность необходимости ее разрешения позволили сформулировать тему данного исследования: «Формирование базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии».
Объект исследования: процесс геометро-графической подготовки будущих специалистов в области техники и технологии.
Предмет исследования: организационно-педагогические условия геометро-графической подготовки и модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии.
Цель исследования: выявить и обосновать организационно-педагогические условия геометро-графической подготовки, разработать и апробировать модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии.
Гипотеза исследования: формирование базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии, отвечающего требованиям современных высокотехнологичных производств, будет эффективным, если:
-
определены требования к базовому уровню геометро-графической компетентности;
-
выявлены и обоснованы организационно-педагогические условия геометро-графической подготовки на основе системно-деятельностного, компе-тентностного, когнитивного, информационного, личностно-ориентированного и проблемного подходов;
-
на основе выявленных организационно-педагогических условий разработана и реализована в образовательном процессе содержательно-процессуальная модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности, обеспечивающая усвоение базовых геометро-графических знаний, умений и навыков владения прикладными приемами графических ин-
формационных технологий в создании электронных моделей изделий и проект-но-конструкторской документации к ним.
Задачи исследования:
1. Выявить требования к базовому уровню геометро-графической компе
тентности.
-
Выявить и обосновать на основе системно-деятельностного, компе-тентностного, когнитивного, информационного, личностно-ориентированного и проблемного подходов организационно-педагогические условия геометро-графической подготовки будущих специалистов в области техники и технологии.
-
Разработать и экспериментально апробировать содержательно-процессуальную модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности в контексте методологии параллельного инжиниринга в процессе геометро-графической подготовки.
Методы исследования. Для решения этих задач использованы теоретические методы исследования: изучение и анализ научной психолого-педагогической, методической и специальной литературы; анализ нормативной документации (профессионально-квалификационные характеристики, профессиональные стандарты, образовательные стандарты и их новые проекты, учебные планы, программы, сертификационные требования освоения CAD-систем); эмпирические методы исследования: педагогический эксперимент, тестирование; математические: статистическая обработка результатов эксперимента.
Теоретико-методологической основой исследования являются фундаментальные работы, посвященные:
системному (И.В.Блауберг, В.В.Кондратьев, А.И.Субетто, В.Д.Шадри-ков, Э.Г.Юдин, В.Я.Якунин и др.), деятельностному (П.Я.Гальперин, А.Н.Леонтьев, С.Л.Рубенштейн и др.), личностно-ориентированному (В.И.Андреев, Е.В.Бондаревская, Л.Г.Вяткин, И.С.Якиманская и др.), информационно-когнитивному (У.Найссер, Н.Ф.Талызина и др.), компетентностному (В.И.Бай-денко, Л.К.Гейхман, И.А.Зимняя, Н.А.Селезнева, А.В.Хуторской и др.), квали-метрическому (А.И.Субетто, Ю.Г.Татур и др.) подходам;
проблемам проектирования и функционирования профессионального образования (В.П.Беспалько, А.О.Горнов, Л.И.Гурье, В.М.Жураковский, В.Г.Иванов, А.А.Кирсанов, А.М.Новиков, З.С.Сазонова, Р.С.Сафин, Ю.Г.Татур,
Д.В.Чернилевский, Ф.Т.Шагеева, Ю.Г.Фокин, В.Н.Юрин и др.);
концепциям развития пространственного мышления и строения графической деятельности (А.Д.Ботвинников, П.Я.Гальперин, Е.Н.Кабанова-Меллер, Г.И.Лернер, Б.Ф.Ломов, Л.А.Найниш, В.В.Степакова и др.);
психолого-педагогические аспектам информатизации образования (Ю.К.Бабанский, В.П.Беспалько, Б.С.Гершунский, Е.И.Машбиц и др.);
концепциям использования информационных технологий и визуализации информации в обучении (Т.Бьюзен, В.И.Загвязинский, И.Г.Захарова, И.Р.Роберт, В.М.Монахов, И.С.Якиманская и др.);
концепциям психологических механизмов усвоения знаний в условиях информатизации образования (П.Я.Гальперин, К.Кофка, Н.Краудер, Н.Ф.Талызина, Б.Ф.Скиннер, Э.Л.Торндайк и др.).
Экспериментальной базой исследования были Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева, филиал КНИТУ-КАИ в г.Вятские Поляны и колледж информационных технологий КНИТУ-КАИ. В эксперименте участвовали 16 групп студентов филиала, 9 групп колледжа информационных технологий, 8 групп Института автоматики и электронного приборостроения. Общее количество студентов - 504. Исследование влияния инновационных мероприятий в базовой геометро-графической подготовке проводились в три этапа в период с 2005г. по 2015г.
Первый этап (2005-2006г.) - диагностический и поисковый. Изучалась сложившаяся практика геометро-графической подготовки, определялись и уточнялись требования к подготовке инженеров в условиях информатизации технической деятельности предприятий наукоемкого машиностроения. Проводился теоретический анализ исследуемой проблемы.
Второй этап (2006-2014г.) - разработка теоретико-методологической базы исследования, создание электронного учебно-методического комплекса, отработка и коррекция методических приемов. Выявление и теоретическое обоснование организационно-педагогических условий для разработки содержательно-процессуальной модели формирования базового уровня геометро-графической компетентности студентов, разработка модели. Проведение эксперимента.
Третий этап (2014-2015г.) - итоговый. Скорректированы составляющие
содержательно-процессуальной модели формирования базового уровня геометро-графической компетентности (структура, содержание, технология обучения). Проведено обобщение результатов исследования, дальнейшее развитие и внедрение эффективных технологий обучения на базе е-дидактики.
Научная новизна исследования:
-
В структуре геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии выделен инвариантный к направлению подготовки базовый уровень. Дано его определение как способности / готовности осознанного применения полученных знаний, умений и навыков владения ими в анализе, синтезе, параметризации геометрической формы изделия в процессе формообразования электронных 3D-моделей изделий и создания ассоциативных 2D-изображений; в разработке графической и текстовой документации; в командном взаимодействии при разработке изделий с применением графических информационных технологий и систем.
-
Определены компоненты базового уровня геометро-графической компетентности:
мотивационно-ценностный, ориентирующий студента на осознание смысла проектно-конструкторской деятельности;
когнитивный, направленный на применение инженерных знаний в разрешении профессиональных ситуаций;
деятельностный, характеризующий ЗУВ в избранной и смежных сферах;
коммуникативный, характеризующий организационно-коммуникатив
ные качества личности.
3. Выявлены и обоснованы организационно-педагогические условия гео
метро-графической подготовки, влияющие на формирование базового уровня
геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области тех
ники и технологии: преемственность процесса геометро-графической подготов
ки, учет специфики графических дисциплин в структуре и содержании учебно
го материала, применение активных форм обучения (метод проектов, коллек
тивные творческие задания), учет индивидуальных особенностей студента при
обучении графическим дисциплинам, обеспечение современного материально-
техническое оснащения учебного процесса, организация научно-
исследовательской работы студентов, обеспечение повышения квалификации преподавательских кадров.
4. Разработана содержательно-процессуальная модель формирования у будущих специалистов в области техники и технологии базового уровня геометро-графической компетентности, включающая:
мотивационно-целевой блок, устанавливающий цели, задачи, теоретико-методологические основы реализации базовой геометро-графической подготовки специалистов в области техники и технологии;
содержательно-процессуальный блок, определяющий структуру, содержание, технологию обучения, организационно-процессуальные составляющие базовой геометро-графической подготовки;
диагностический блок, описывающий таксономию, критерии, индикаторы оценивания, формы контроля базового уровня геометро-графической компетентности в процессе геометро-графической подготовки.
Теоретическая значимость исследования: в работе уточнено содержание понятия «геометро-графическая компетентность» в контексте профессиональной подготовки будущих специалистов в области техники и технологии для профессиональной деятельности в рамках CE/PLM-методологии, выделены уровни ее сформированности: базовый и проектно-кострукторский. Вкладом в педагогическую теорию является выявление и теоретическое обоснование организационно-педагогических условий, влияющих на эффективность формирования базового уровня геометро-графической компетентности в проблемно-ориентированной и проектно-организованной базовой геометро-графической подготовке с комплексным применением активных форм графических средств представления обучающей информации и CAD-систем. Результаты исследования могут служить теоретической основой для разработки моделей проектно-конструкторской и специальной подготовки на следующих образовательных ступенях в техническом вузе.
Достоверность результатов и обоснованность выводов обеспечиваются: выбором методологических позиций с опорой на современные фундаментальные работы по педагогике и инженерной психологии; использованием комплекса теоретических и эмпирических методов и подходов, адекватных проблеме исследования, её целям, задачам, гипотезе; совокупностью методов исследования и их апробацией; обсуждением материалов исследования на Меж-
дународных, Всероссийских и межвузовских конференциях; собственным опытом работы автора в качестве преподавателя графических дисциплин в техническом вузе.
Практическая значимость исследования:
разработана и апробирована содержательно-процессуальная модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности в учебном процессе Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н.Туполева и в системе дополнительного профессионального образования КНИТУ-КАИ;
разработан комплекс средств для поддержки геометро-графической подготовки, позволяющий использовать полученные результаты при создании новых учебных модулей, как базового блока, так и последующих в проектно-конструкторской и специальной подготовке. Внедрены:
учебный курс для повышения квалификации преподавателей среднего профессионального образования с использованием графических средств представления информации «Предвузовская базовая графическая подготовка в контексте современной стратегии информационной поддержки жизненного цикла изделий с применением CAD/CAM/CAE/PDM и ERP-систем» (2007г.);
электронный учебно-методический комплекс для среднего профессионального образования «Инженерная графика», выполненный в рамках инновационной образовательной программы «Система подготовки специалистов мирового уровня в области создания и использования информационных технологий как определяющий фактор обеспечения конкурентоспособности машиностроительных производств» в КНИТУ-КАИ (2008г.);
электронный учебно-методический комплекс «Электронные обучающие ресурсы для сертифицированной подготовки специалистов, ориентированных на проектно-конструкторскую деятельность в CAD-системах высокого уровня (NX7.5)» при повышении квалификации специалистов в системе дополнительного профессионального образования (2012-2013г.);
электронные контенты для базовой геометро-графической подготовки на базе CAD-систем для LMS Blackboard, раскрывающие основы методологии трехмерного твердотельного геометрического моделирования (2013г.).
Апробация и внедрение результатов исследования. Материалы исследования и его результаты обсуждались на восьми научно-практических конфе-
ренциях: пяти Международных научно-практических интернет-конференциях «Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях перехода на образовательные стандарты нового поколения» (Пермь, 2010, 2011, 2012, 2014, 2015), двух Международных научно-практических конференциях «Электронная Казань-2012, 2014», Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в инженерной графике. Проблемы и перспективы» (Брест, 2013); на пяти научно-методических конференциях: Международной научно-методической конференции «Научно-методические проблемы геометрического моделирования, компьютерной и инженерной графики в высшем профессиональном образовании» (Пенза, 2009), Международных научно-методических конференциях «Информатизация инженерного образования» – ИНФОРИНО (Москва, 2012, 2014); на XXI-ой Международной конференции-выставке «Информационные технологии в образовании» (Москва, МГУ, 2011г.); на XIX Международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» (Москва, МЭИ, 2011).
По теме диссертации опубликовано 26 работ в печатных и электронных изданиях, в том числе 5 в журналах из перечня ВАК, 2 практикума по компьютерной графике.
Положения, выносимые на защиту:
-
Выявленные требования к базовому уровню геометро-графической компетентности (способность/готовность осознанного применения полученных знаний, умений и навыков владения ими в анализе, синтезе, параметризации геометрической формы изделия в процессе формообразования электронных 3D-моделей изделий и создания ассоциативных 2D-изображений; в разработке графической и текстовой документации; в командном взаимодействии при разработке изделий с применением графических информационных технологий и систем) позволяют повысить эффективность его формирования у будущих специалистов в области техники и технологии в процессе их профессиональной подготовки.
-
Формирование базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии обеспечивается при выполнении выявленных организационно-педагогических условий геометро-графической подготовки.
3. Разработанная с учетом выявленных организационно-педагогических условий содержательно-процессуальная модель формирования базового уровня геометро-графической компетентности у будущих специалистов в области техники и технологии закладывает основу для формирования проектно-конст-рукторской компетентности.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы (175 источников), 7 приложений. Объем - 204 стр.