Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретико-методологические основы формирования базовых компетенций студентов технического профиля на основе САПР 13
1.1 Базовые компетенции в системе подготовки студентов технического профиля 13
1.2. Формирование технологической компетенции студентов технического профиля в области автоматизированного проектирования 33
1.3. Формирование технической компетенции студентов технического профиля на основе применения САПР 52
1.4. Формирование информационной компетенции студентов технического профиля при изучении курса «Основы САПР» 61
Выводы по первой главе 71
Глава 2. Реализация и опытно-экспериментальная оценка эффективности педагогической технологии при формировании базовых компетенций студентов технического профиля в процессе изучения основ САПР 73
2.1. Компетентностная модель специалиста технического профиля 73
2.2. Проектирование и реализация педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля 91
2.3. Информационно-дидактическая база формирования базовых компетенций .студентов технического профиля в процессе изучения САПР 104
2.4. Методика проведения и результаты экспериментальных исследований проверки эффективности педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля 117
Выводы по второй главе 129
Заключение 132
Литература 135
Приложения 149
- Формирование технологической компетенции студентов технического профиля в области автоматизированного проектирования
- Формирование информационной компетенции студентов технического профиля при изучении курса «Основы САПР»
- Проектирование и реализация педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля
- Методика проведения и результаты экспериментальных исследований проверки эффективности педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля
Введение к работе
Актуальность исследования определяется необходимостью повышения качества подготовки студентов технического профиля по направлениям, определяющим формирование их инновационного потенциала, в рамках которого система автоматизированного проектирования (САПР) выступает основным инструментом разработчика, конструктора, определяющим качество, сроки и технический уровень создаваемых объектов.
Проблема определения содержания и разработки новых технологий формирования компетенций студентов – будущих специалистов технического профиля – в настоящее время является одной из актуальных проблем, стоящих перед системой высшего профессионального образования всех уровней. Актуальность проблемы подтверждается возрастающими требованиями к выпускникам со стороны работодателей.
Формирование нового понятийного аппарата, проведение соответствующего широкого круга исследований требует применения в российской системе образования компетентностно-ориентированного подхода, необходимого для достижения качества подготовки специалистов, соответствующих развивающемуся рынку труда.
Анализ понятия «профессиональные компетенции» и основы компетентностного подхода в образовании освещены в исследованиях В.А. Болотова, С.М. Вишняковой, А.Н. Дахина, Э.Ф. Зеера, Д.А. Иванова, Б.С. Митина, A.M. Новикова, Дж. Равена, В.В. Серикова, В.А. Сластенина, В.Д. Шадрикова, С.Е. Шишова, А.В. Хуторского и других авторов.
Ориентация на компетентностно-ориентированное образование была нормативно закреплена в 2001 году и подтверждена решением Коллегии Министерства образования и науки РФ «О приоритетных направлениях развития образовательной системы Российской Федерации», принятым в 2005 г.
Таким образом, актуальность настоящего диссертационного исследования определяется:
тенденциями социально-экономического развития нашей страны и возрастающими требованиями к специалисту на рынке труда;
требованиями к системе высшего профессионального образования как важнейшему фактору экономического роста и стабилизации социальной жизни общества;
необходимостью организации процесса подготовки специалиста в системе высшего профессионального образования, ориентированного на выполнение требований работодателя.
Анализ существующей практики обучения позволил выявить в качестве основного недостатка ограниченность традиционных методик формирования компетенций студентов технического профиля, не обеспечивающих современные требования качества профессиональной подготовки, и определить ряд противоречий между:
запросами рынка труда к специалисту технического профиля, который должен обладать профессиональной мобильностью, способностью к адаптации и компетентностью в широкой предметной области, и системой подготовки специалистов, ориентированной на получение квалификации в узкой предметной области;
содержанием учебных планов, рабочих программ и методик, ориентированных на приобретение профессиональной квалификации в рамках ранее заданной когнитивной парадигмы, и необходимостью применения методик компетентностно-ориентированного подхода при подготовке специалистов технического профиля;
существующей системой профессиональной подготовки специалистов технического профиля и необходимостью приоритетного формирования компетенций (противоречие между направленностью на формирование знаний и необходимостью ориентации на деятельность в условиях дефицита времени на подготовку).
Сформулированные противоречия определили проблему исследования: как в условиях, соответствующих ГОС и ФГОС, обеспечить повышение качества профессиональной подготовки студентов технического профиля? Недостаточная разработанность проблемы и практическая значимость ее решения обусловили выбор темы исследования: «Формирование базовых компетенций студентов технического профиля (на примере изучения курса «Основы систем автоматизированного проектирования»)».
Цель исследования – повышение качества профессиональной подготовки студентов технического профиля на основе формирования базовых компетенций.
Объект исследования – педагогический процесс подготовки специалистов технического профиля.
Предмет исследования: формирование базовых компетенций студентов технического профиля на примере изучения основ САПР.
Гипотеза исследования состоит в том, что повышение качества профессиональной подготовки студентов технического профиля путем формирования выделенных базовых компетенций возможно, если необходимым условием педагогического процесса подготовки специалистов будет разработка и реализация содержания и методического сопровождения дисциплины «Основы САПР», ориентированных на выполнение требований работодателя.
Соответственно, учитывая гипотезу, объект, предмет и цель исследования, необходимо решить следующие задачи:
определить и обосновать совокупность базовых компетенций, обеспечивающих формирование конкурентоспособных специалистов в области применения средств автоматизированного проектирования объектов машиностроения;
разработать компетентностную модель специалиста с учетом видов и задач профессиональной деятельности;
спроектировать и реализовать педагогическую технологию формирования базовых компетенций студентов технического профиля, выявив в содержании дисциплины «Основы САПР» соответствующую технологическую, техническую и информационную дидактическую базу;
разработать и апробировать в учебном процессе учебно-методический комплекс, обеспечивающий реализацию педагогической технологии, оценить эффективность его применения в ходе опытно-экспериментальной проверки, используя диагностику определения сформированности базовых компетенций специалиста.
Теоретико-методологическую основу исследования составляют общие положения философии, психологии, педагогики профессионального образования по направлениям:
методология комплексного исследования и системный подход к анализу деятельности педагогических систем (В.В. Арнаутов, С.И. Архангельский, П. Дитрих, В.В. Кондратьев, Е.С. Кузнецов, А.М. Моисеев, В.М. Монахов и др.);
представление технологии обучения как процесса управления учебно-познавательной деятельностью и формированием компетентности выпускника вуза (О.М. Железнякова, Е.М. Иванова, В.Х. Килпатрик, М.М. Левина, А.В. Никитин, Т.Г. Новикова, А.М. Павлова, М.А. Петухов, Н.Н. Суртаева, Н.Ф.Талызина и др.);
личностно ориентированный, личностно деятельностный подходы к обучению (В.С. Безрукова, А.Н. Дахин, А.А. Маркова, Н.А. Маркова, Л.Г. Семушина, М.А. Чошанов, Б.Д. Эльконин и др.);
системно-деятельностный подход к определению конечных и промежуточных целей подготовки специалистов (В.И. Байденко, М.В. Горшенина, Д.А. Махотин, А.А. Муравьева, О.Н. Олейникова, В.П. Сухинин и др.);
теория и методика использования компетентностного подхода к проектированию ГОС и ФГОС высшего профессионального образования и профессиональной подготовки специалистов в вузе (В.А. Демин, В.А. Болотов, В.В. Сериков, В.Д. Шадриков и др.);
проектирование педагогических технологий и квалиметрия образования (М.И. Грабарь, В.А. Кальней, К.А. Краснянская, А.И. Суббето, Ю.К. Чернова, С.Е. Шишов, В.В. Щипанов и др.).
Методы исследования определялись поставленными задачами: теоретический анализ научной и психолого-педагогической литературы по теме исследования, моделирование, сравнение, конкретизация, метод экспертной оценки, педагогический эксперимент, метод математической статистики, формализация экспериментальных данных.
Опытно-экспериментальной базой исследования явилось ГОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет». Исследованиями были охвачены студенты 3 курса специальности 210301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)». В экспериментальной апробации разработанной педагогической технологии и учебно-методического комплекса дисциплины приняли участие 156 человек.
Этапы исследования. Исследование проводилось в течение 2003–2011 гг. и включало 3 этапа.
На первом этапе (2003–2005 гг.) проанализирована основная психолого-педагогическая и методическая литература по проблеме исследования. Определены цель, объект, предмет, задачи, научный аппарат, методы и база исследования. Рассмотрено содержание понятий «базовые компетенции», «профессиональные компетенции», «ключевые компетенции». Установлена совокупность базовых компетенций, необходимых для решения профессиональных задач, выделены базовые компетенции, формируемые при изучении специальной дисциплины. Исследованы психолого-педагогические условия и средства формирования базовых компетенций будущих специалистов. Разработано информационное сопровождение процессов формирования базовых компетенций студентов применительно к специальности 210301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)».
На втором этапе (2006–2008 гг.) исследованы основные виды и задачи будущей профессиональной деятельности студентов. На основе результатов исследования разработана компетентностная модель специалиста. Подготовлен набор тестовых заданий для определения уровня сформированности базовых компетенций студентов. Перед изучением специальной дисциплины САПР проведен констатирующий эксперимент по оценке сформированности базовых компетенций. Модернизирована рабочая программа дисциплины. Спроектирована педагогическая технология формирования базовых компетенций студентов при изучении основ САПР, разработаны учебные пособия и методические указания для проведения лабораторных работ по дисциплине.
На третьем этапе (2009–2011 гг.) проведена коррекция основных составляющих педагогической технологии формирования базовых компетенций будущих специалистов. Осуществлены экспериментальные исследования эффективности разработанной педагогической технологии, сформирована база экспериментальных данных. Проведена обработка данных методами математической статистики; оценена, подтверждена высокая эффективность разработанной технологии формирования базовых компетенций специалистов в области применения средств САПР.
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием методологической и теоретической базы исследования; полнотой информационных источников; комплексом теоретических и эмпирических методов, адекватных предмету и цели исследования; широкой апробацией материалов диссертации в системе высшего профессионального образования.
Научная новизна результатов исследования:
определена совокупность базовых компетенций будущих специалистов, необходимых для решения профессиональных задач с применением средств САПР на основе анализа требований ГОС и ФГОС, Единого квалификационного справочника, содержания видов профессиональной деятельности, учебного плана и рабочих программ учебных дисциплин технических специальностей, а также по результатам проведенных опросов экспертов;
выявлены целевые карьерные ориентиры специалиста, сумма технологий и векторы их развития, обеспечивающие формирование базовых компетенций специалиста, в рамках разработанной компетентностной модели специалиста технического профиля;
определена и разработана информационно-дидактическая база формирования базовых компетенций студентов в процессе изучения специальной дисциплины, прохождения учебно-производственных практик, а также сопутствующей проектной деятельности;
спроектирована, апробирована и внедрена в учебный процесс педагогическая технология формирования базовых компетенций, ориентированная на изучение и практическое применение основ САПР.
Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что они расширяют научные представления о сущности и методологии использования компетентностного подхода в обучении студентов; раскрывают, уточняют и обосновывают совокупность базовых компетенций будущих специалистов технического профиля; способствуют созданию условий для эффективного формирования базовых компетенций студентов и в конечном счете повышению компетентности специалиста технического профиля.
Содержащиеся в работе теоретические положения и выводы могут быть использованы как при подготовке специалистов по техническим специальностям и направлениям, так и для профессионально-педагогической переподготовки, повышения квалификации инженерно-технических кадров, а также при создании учебных пособий и научно-методических рекомендаций.
Практическая значимость исследования заключается:
во внедрении компетентностной модели специалиста, используемой при подготовке студентов технического профиля посредством изучения дисциплины «Основы САПР», в практику профессионального образования, что позволило конкретизировать требования к будущим специалистам со стороны работодателей;
в разработке, апробировании в учебном процессе специализированного учебно-методического комплекса, в состав которого включены компетентностно-ориентированная рабочая программа дисциплины САПР; учебное пособие и методические указания для проведения лабораторных работ по дисциплине САПР, набор тестовых заданий для определения уровня сформированности базовых компетенций студентов.
Практический результат исследований: педагогическая технология формирования базовых компетенций студентов технического профиля разработана, применяется в учебном процессе ГОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет», Самарского государственного технического университета, Самарского государственного архитектурно-строительного университета, Тольяттинского технического колледжа ВАЗа.
Апробация результатов исследования осуществлялась на международных и всероссийских научно-практических конференциях в городах России, стран СНГ и Восточной Европы:
Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2004); Международная научно-техническая конференция «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, 2006); семинар «Проблемы и задачи организации научно-исследовательской работы студентов вузов»» (Новочеркасск, 2007); II Международная научно-техническая конференция «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Резниковские чтения) (Тольятти, 2008); ІI Международна научна конференция «Научният потенциал на света – 2009» (София, 2009); Materily VI mezinrodn vdecko–praktick konference «Vdeck prmysl evropskho kontinentu–2010» (Praha, 2010); VI Международна научна практична конференция «Поглед върху световната наука–2010» (София, 2010); VI Midzynarodowej naukowoi-praktycznej konferencji «Nauka i wyksztacenie bez granic–2010» (Przemysl, 2010).
На защиту выносятся следующие положения:
1. Совокупность базовых компетенций специалиста технического профиля, полученная на основе анализа требований ГОС и ФГОС, требований к качеству профессиональной подготовки специалистов, содержания видов профессиональной деятельности и Единого квалификационного справочника, учебного плана и рабочих программ учебных дисциплин специальности 210301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)».
2. Модель управления процессом формирования базовых компетенций специалиста технического профиля.
3. Педагогическая технология формирования базовых компетенций и информационно-дидактическая база, обеспечивающие формирование компетентности студентов в процессе их профессиональной подготовки.
4. Комплект дидактических средств, обеспечивающих эффективное формирование базовых компетенций в части применения средств САПР, в состав которого входят компетентностно-ориентированная рабочая программа дисциплины САПР; учебное пособие и методические указания для проведения лабораторных работ по дисциплине САПР, набор тестовых заданий для определения уровня сформированности базовых компетенций студентов.
Структура диссертации обусловлена логикой и последовательностью решения задач исследования. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы из 145 наименований и 2 приложений; содержит 15 рисунков, 12 таблиц. Общий объем работы составляет 162 страницы, из них текста – 148 страниц.
Формирование технологической компетенции студентов технического профиля в области автоматизированного проектирования
В диссертационном исследовании выявлению профессиональной компетенции будущих инженеров предшествовала работа по анализу содержания и структуры рабочих программ специальных дисциплин и дисциплин специализации. Цель преподавания специальных дисциплин и дисциплин специализации, на наш взгляд, наиболее близка по своему содержанию к тому, что мы называем «профессиональной компетенцией» студентов, поскольку включает в себя конкретные знания, специфические и специализированные для области. Полученные знания и навыки позволят будущим специалистам более глубоко освоить содержание и виды трудовой деятельности, активизировать интерес к профессии.
В рамках диссертационного исследования был рассмотрен курс специальной дисциплины «Основы систем автоматизированного проектирования» на предмет использования его для формирования профессиональной компетенции студентов технического профиля.
Основой формирования профессиональной компетенции служит не только и не столько лекционные занятия, но и лабораторные и практические занятия, курсовые работы, курсовые и дипломные проекты, деятельность по реализации содержания программ учебных, учебно-производственных и производственных практик.
Анализ научной литературы и специально проведенные исследования показывают, что существуют инвариантные профессионально-значимые компетенции, присущие специалисту любой профессии. Так, компетентностная модель специалиста в сфере техники и технологий содержит в своем составе два блока компетенций - инвариантные и специальные (рис. 1.2). В блок инвариантных компетенций входят группы социально - личностных, экономических и организационно-управленческих, общенаучных и общепрофессиональных компетенций. Общенаучные компетенции (компетенции познавательной деятельности), профессионально ориентированные на основные группы направлений подготовки и связанные с постановкой и решением познавательных задач, поиском нестандартных решений и определяющие фундаментальность образования, формируются в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.
Общепрофессиональные компетенции, инвариантные к направлению подготовки и обеспечивающие подготовку выпускников к решению инженерных . задач и вырабатываются в процессе освоения ими общепрофессиональных дисциплин.
Группа специальных функционально ориентированных компетенции отражает способность специалистов выполнять конкретные содержательные функции в определенной предметной области, его готовность работать, с конкретными объектами и предметами труда. Эти компетенции приобретаются студентами в результате изучения цикла общепрофессиональных и специальных дисциплин, дисциплин специализации.
В Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования [23] специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)» выделяются следующие виды функциональной деятельности специалиста, представленные на рис. 1.3.
Рассмотрим содержание различных видов функциональной профессиональной деятельности инженеров и соответствующие им требования к знаниям и компетенциям.
Специфические компетенции, необходимые для успешной экспериментально-исследовательской деятельности [12, 131]:
- владеть методологией научных исследований и уметь использовать ее при решении профессиональных задач;
- использовать теоретические основы планирования и проведения инженерного эксперимента, статистические методы обработки экспериментальных данных;
- находить и анализировать научно-техническую информацию по технике инжиниринга;
- владеть методами построения математических моделей технических объектов и использовать их для анализа свойства разрабатываемых объектов;
- выявлять технические противоречия и находить способы их устранения;
- использовать типовые эвристические приемы разрешения технических противоречий и владеть навыками их устранения;
- владеть методами и приемами поиска новых идей и использовать их для создания рациональных проектно-конструкторских решений;
- использовать правила проведения маркетинговых исследований и владеть навыками составления бизнес-планов;
- использовать правила патентных исследований, уметь использовать их для выявления патентоспособности разрабатываемых технических объектов, уметь защищать объекты интеллектуальной собственности и результаты исследования.
Специфические компетенции инженеров, занимающихся проектно -конструкторской - технологической деятельностью [32, 106]:
- разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты технических объектов с использованием средств автоматизированного проектирования и расчетов;
- проектировать технологические процессы в конкретной предметной области с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства;
- выполнять расчеты по проектам, проводить технико-экономический и функционально-стоимостной анализ, обоснование эффективности принимаемых конструкторско-технологических решений;
- составлять описание принципов действия и устройства проектируемых объектов и оформлять проектную документацию В соответствии с федеральными и международными стандартами;
- оценивать риски коммерциализации разработанных проектов;
- разрабатывать технические задания на проектирование - и изготовление нестандартного оборудования и средств технологического оснащения;
- обеспечивать технологичность изделий и процессов изготовления, оценивать эффективность технологического процесса.
Компетенции, необходимые инженеру для успешной производственно-технологической деятельности [106, 131]:
- планировать оперативную и перспективную работу персонала малого производственного коллектива по изготовлению технических изделий;
- разрабатывать документацию по созданию системы менеджмента качества производственного предприятия;
- составлять техническую документацию: графики работ, служебные инструкции, фонды оплаты труда, Сметы, заявки на оборудование и материалы, отчетные документы и т. д.;
- организовывать работу производственного коллектива техников;
- владеть современными средствами и конструктивными компонентами монтажа технических объектов и их коммуникаций с устройствами интерфейса;
- налаживать смонтированные технические объекты на заданные режимы его функционирования в статических и динамических режимах;
- пользоваться современными приборами и аппаратами, комплексами для наладки технических объектов любой сложности;
- владеть правилами выполнения работ по стандартизации, готовить к сертификации технические средства, системы, процессы, оборудование.
Инженеры, занятые эксплуатационно-управленческой деятельностью, должны обладать следующими компетенциями:
- организовывать работу малого производственного коллектива по эксплуатации технических объектов и принимать исполнительские решения;
- находить оптимальные решения при эксплуатации технических объектов, с учетом требований качества, надежности, минимизации эксплуатационных расходов, безопасности жизнедеятельности и экологической чистоты;
- использовать государственные и международные стандарты качества и организовывать контроль соблюдения их на конкретном участке производства;
- планировать работу персонала по устойчивой, надежной и эффективной эксплуатации оборудования на конкретном участке производства; - использовать современную диагностическую аппаратуру в конкретных производственных условиях;
- устанавливать причины брака в производстве и разрабатывать технические и технологические мероприятия по его устранению и предупреждению;
- обучать персонал производственного подразделения инновационным приемам работы, правилам безопасной жизнедеятельности, менеджменту качества, рациональному расходованию ресурсов;
- разрабатывать и реализовывать мероприятия по комплексному и экономному использованию сырья, топлива и электроэнергии, по замене дефицитных материалов, заготовок, по выбору оборудования и технологической оснастке.
Формирование информационной компетенции студентов технического профиля при изучении курса «Основы САПР»
В настоящее время в образовательной сфере становится актуальным все большая ориентация на интересы потребителя в подготовке специалистов.
Рыночная система отношений, с одной стороны, резко подняла требования работодателей к качеству подготовки нанимаемых специалистов, а с другой, обусловила необходимость специалистам самим быть готовыми и способными к частой смене объекта деятельности, места работы, отрасли деятельности. Эти факторы определяют сейчас обязательства профессиональной, школы по достижению, поддержанию и улучшению качества подготовки специалистов.
Сегодня крайне необходимо не просто повышение уровня образованности людей, но и формирование нового типа интеллекта, иного образа мышления, готовности людей к быстро изменяющимся экономическим, технологическим, социальным и информационным реалиям окружающего мира.
Основная цель профессионального образования - подготовка квалифицированного работника соответствующего уровня и профиля, конкурентоспособного на рынке труда, компетентного, ответственного, свободно владеющего своей профессией и ориентированного в смежных областях деятельности, способного к эффективной работе по специальности на уровне мировых стандартов, готового к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности; удовлетворение потребностей личности в получении соответствующего образования [99].
Профессионализм - это практическая адаптация работника к производственной системе, дисциплинированность, овладение технологическими операциями; способность обеспечить эксплуатационную надежность и безопасность; совершенное знание предмета, свободная ориентация в потоке технической информации; корректное принятие решений в проблемных ситуациях [63]. На формирование профессионализма будущего специалиста влияют как особенности самой профессии, так и общемировые тенденции в образовании, качество образовательных услуг, престижность профессии в обществе. Анализ ГОС ВПО технических специальностей показал, что инженеру необходимо быть профессионалом в таких вопросах, как автоматизированная обработка данных, автоматизация управления производством, предприятием, автоматизированное проектирование, моделирование и т.д.
Потребность в профессионалах технических специальностей, умеющих грамотно применять информационные технологии для решения специализированных задач, велика. Знания, приобретенные в результате применения информационных технологий, позволяют развивать логическое мышление, учат применять нестандартные методы подхода к решению поставленных задач, показывают необходимость совершенствования. Знание стратегии автоматизации своего рабочего места позволяет разрабатывать принципиально новые методики работы и применять компьютер и программное обеспечение в узких областях профессиональной деятельности.
По В.П. Беспалько [7] «..модель специалиста как общевузовская цель работы педагогической системы - это описание таких качеств специалиста, как: уровень его знаний и умений в определенной области человеческой деятельности; степень развития его психических свойств и качеств; характер сформулированных у него мотивов, потребностей и отношений к окружающей его жизни и требованиям общества к человеку». Согласно другому подходу (Н.Ф. Талызина [ПО]), модель деятельности специалиста должна определять систему задач, которые встают перед специалистом после окончания обучения.
Термин «модель» предполагает создание критериев качества подготовки, которыми должен обладать специалист, установление соотношения между ними и педагогическими условиями, направленными на их формирование. При этом не все авторы вкладывают в термин «модель» одинаковые понятия
При разработке модели специалиста следует учитывать составляющие элементы профессиональной деятельности и определение значимости этих составляющих для технологического производственного процесса: выявление типовых профессиональных задач, которые предстоит решать специалисту; определение места этих задач в содержании обучения; выбор оптимальных форм и методов обучения при рассмотрении каждой задачи. Поэтому при разработке модели формирования информационной компетенции мы ориентировались на содержание будущей профессиональной деятельности; типизацию задач; возможность переноса умений из одной сферы деятельности в другую; учет типичных ошибок при решении профессиональных задач, что позволяет готовить будущего инженера к преодолению возможных проблем; выбор целесообразных форм, методов и приемов обучения для решения задач, что обеспечивает активизацию познавательной деятельности студента в процессе информационной подготовки. Этап довузовской подготовки студентов в области информационных технологий не всегда посвящен знакомству с основами и ключевыми понятиями в области информационных технологий. Изучение же систем автоматизированного проектирования происходит на последующих годах обучения (3 курс).
Процесс освоения информационных технологий происходит при изучении САПР и затрагивает такие области, как программирование; инженерное .моделирование; информационные сети; программирование, проектирование в системах CAD/CAM/CAE; базы данных; офисные программы; инженерный анализ; технологическая подготовка производства; контроль качества и т.д.
На базе кафедры «Автоматизация технологических процессов .- и производств» Тольяттинского государственного университета в рамках дисциплины «САПР» студенты проходят обучение, используя следующие программные продукты:
1. «AutoCAD»- двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk.
2. «MathCAD» - программа для выполнения и документирования инженерных и научных расчётов, разработанная компанией Mathsoft.
3. P-CAD - система автоматизированного проектирования электроники (EDA) производства компании Altium. Предназначена для проектирования многослойных печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств.
4. Unigraphics (производитель UGS PLM Solutions) - система высокого уровня, предназначенная для решения всего комплекса задач, стоящих перед инженерами на всех этапах создания сложных технических изделий (предварительное проектирование, этап инженерного анализа и оптимизации конструкции, изготовление).
Совместное использование таких систем автоматизированного проектирования полностью обеспечивает производственный цикл любой отрасли машиностроения. Такая практика называется «сквозным проектированием». Нарис. 1.8. представлена схема сквозного проектирования.
Сквозное проектирование сокращает затраты на разработку и выпуск новой продукции. Системы автоматизированного проектирования в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ по подготовке производства. С помощью них выполняется разработка чертежей, проводится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируются вспомогательная оснастка, составляется технологическая документация и управляющие программы для станков с числовым программным управлением, выполняются контрольные замеры и доработка оснастки в местах отклонений. Поэтому знания у студентов современных систем автоматизированного проектирования способствует повышению их конкурентоспособности на рынке труда, а также повышению качества выпускаемой продукции.
Проектирование и реализация педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля
Процесс стратегического планирования ресурсного обеспечения образовательной системы, которое бы обеспечивало эффективное достижение запланированных результатов (под ресурсами в данном случае понимаются нормативно-методические, учебно-методические, кадровые, информационные составляющие образовательного процесса) представляет собой педагогическое проектирование образовательных результатов [105]. В отечественной педагогике различные аспекты процесса педагогического проектирования выступали предметом и объектом исследования в работах В.П. Беспалько, Н.Н. Суртаевой, В.В. Кондратьева, B.C. Безруковой, И.О. Яковлевой и др. [6; 7; 66; 136]. Так, Н.Н. Суртаева, рассматривая проектирование педагогических технологий как индивидуальную творческую деятельность педагога, выделяет следующие этапы:
- теоретический - теоретическое создание проекта,
- рефлексивный - самоосмысление, самоанализ,
- экспериментальный - частичное внедрение, апробирование,
- корректирующий - уточнение теоретического проекта,
- заключительный - внедрение проекта [107].
В технической отрасли знаний (М. Азимов, Л.Б. Арчер, В. Гаспарский, Дж. К. Джонс, Я. Дитрих, П. Хилл) под проектированием традиционно понимается подготовительный этап производственной деятельности: Оно предназначено для решения актуальной технической проблемы, основу которого составляет изобретение; содержание проекта определяется ценностными ориентациями; в процессе проектирования моделируется некоторый объект действительности; итоговый проект приспособлен к массовому производству.
Реальная профессиональная деятельность специалиста носит интегративный характер, а в учебном процессе все, что должен знать и уметь специалист, распределено по отдельным учебным дисциплинам. Профессиональная деятельность организована как система последовательно и/или параллельно решаемых профессиональных задач различной степени сложности. Компетентностно-ориентированное образование, в частности, введение в учебный процесс профессиональных компетенций, позволяет разрешить противоречия между структурой профессиональной деятельности специалиста и структурой подготовки к ней.
Следует отметить, что природа профессиональных компетенции — не знаниевая, а деятельностная, поэтому невозможно сформировать профессиональные компетенции в виде знания, необходима соответствующая определенной специальности система учебных действий, что влечет за собой смену педагогических технологий организации процесса обучения. Как указывают В.И. Байденко и Б. Оскарссон, профессиональные компетенции «... не могут преподаваться как традиционные предметы, но должны, напротив, систематически интегрироваться в целостный процесс образования, начиная с возможно более ранних стадий... Это приводит к акценту на педагогических методах, стимулирующих обучение посредством действия, обмена опытом, изучения опыта, экспериментирования, сотрудничества, творческого разрешения проблем, обратной связи посредством социального взаимодействия, постановки предоставления идей и проблем, исследования ролевых моделей и в особенности - посредством взаимодействия с внешним миром» [4]. При таком подходе профессиональные компетенции в качестве новых результатов высшего профессионального образования будут реализовывать интегрирующую функцию, создавая особый метапредметный контекст профессионального образования.
Очевидно, что «научить» профессиональным компетенциям невозможно. Однако в рамках компетентностного подхода, по выражению Б.Д. Эльконина, необходимо строить и заранее задавать «ситуации включения», т.е. такие учебно-профессиональные ситуации, в которых студент должен самостоятельно проектировать свои действия, принимать осознанные решения и их реализовывать [135].
Предпринято немало попыток [123, 125, 132] операционализировать понятие «профессиональные компетенции» для того, чтобы реализовать квалиметрический подход, т.е. научиться их «измерять». Как правило, общее описание профессиональной компетенции недиагностично («способность использовать программно-целевые методы», «умение проводить анализ рабочих процессов» и т.д.) Для того чтобы можно было подвергнуть эту «способность», «готовность» оценке, необходимо описание показателей, индикаторов, свидетельствующих об уровне их формирования.
Оцениваться уровень сформированности компетенций должен не в рамках отдельного предмета, а «надпредметно». В существующей системе высшего профессионального образования такой вариант реализуется в форме. междисциплинарного экзамена, курсового и дипломного проектирования с мультидисциплинарным содержанием [119].
В публикациях, посвященных проблемам проектирования образовательных программ высшего профессионального образования[110, 111], упоминается о существовании двух различных стратегий достижения образовательных результатов.
Первая стратегия достижения образовательных результатов связана с дополнительным включением в учебные планы новых учебных курсов (спецкурсов) или дополнительных разделов в уже имеющиеся. Таким образом, представляется возможным концентрация дополнительного содержания высшего профессионального образования, либо его распределение в рамках всего учебного плана путем его встраивания во многие учебные дисциплины.
Вторая стратегия ориентирована на изменение образовательных педагогических технологий, т.е. способов освоения содержания высшего профессионального образования. При этом происходит некоторая перекомпоновка учебного материала, но в целом объемы усваиваемого содержания образования существенно не меняются. Здесь подразумевается не только знаниевый аспект, но и способы деятельности и приобретаемый индивидом деятельностныи опыт. По этому поводу Н.Ф. Талызина говорит: «Содержание - царь, технологии - бог. Именно благодаря технологиям достигается высокое качество, доступность и эффективность высшего профессионального образования...» [110]. В соответствии с логикой нашего исследования наиболее приемлемой является вторая стратегия, исходя из которой, проектировалась педагогическая технология формирования базовых компетенций специалистов технического профиля.
Проектирование педагогической технологии - это многошаговый интеграционный процесс, в котором условно выделены относительно автономные этапы (рис.2.3.)
Три начальных этапа в значительной мере определяют уровень и качество разработки технологии. Отметим особенности, назначение выделенных этапов, с применением терминологии системной организации технологических процессов в эргатических системах.
Первый этап — это стратегическое планирование состава базовых компетенций с учетом развития техники и технологий, особенностей предметной деятельности специалиста в проблемной области.
Второй этап - оперативное планирование учебного процесса разработка направлений, содержания выделенных тем дисциплины.
Третий и четвертый этапы — отработка тактических особенностей организации подготовки специалистов, с учетом формирования базовых компетенций.
Этапы пять и шесть — формирование средств реализации технологического процесса, включая отработку методов и средств контроля качества продукции — контроля сформированности базовых компетенций будущих специалистов.
В процессе реализации второго этапа была составлена матрица оценок потенциальной эффективности формирования базовых компетенций при изучении дисциплины, как результата анализа тематического состава содержания дисциплины «Основы САПР» (таблица 2.2).
Методика проведения и результаты экспериментальных исследований проверки эффективности педагогической технологии формирования базовых компетенций студентов технического профиля
Эффективность педагогической технологии формирования базовых компетенций будущих специалистов технического профиля определялась по показателям, полученным в ходе педагогического эксперимента. В эксперименте принимали участие 156 студентов Тольяттинского государственного университета, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)». 72 человека - контрольная группа и 84 человека -экспериментальная группа.
Программу проведения (содержание и этапы) педагогического эксперимента можно обозначить в виде структурной схемы, представленной на рисунке 2.5.
Подготовка, планирование и реализация педагогического эксперимента проводились в три этапа:
1. Констатирующий эксперимент. На этом этапе констатируется состояние анализируемой проблемы, происходит осмысление и формулировка целей, выдвижение рабочих гипотез, подготовка материальной базы проведения эксперимента.
2. Формирующий эксперимент. Этот этап направлен на реализацию новых идей, методик и педагогических технологий обучения.
3. Контрольный эксперимент. На этом этапе проводится контроль, обобщение и оформление результатов педагогического эксперимента.
В процессе констатирующего эксперимента была проведена диагностика стартового уровня базовых (технической, технологической, информационной) компетенций студентов, используя тестовые задания (Приложение 2) на знание фактов, принципов, понятий, установление соответствия, причинно-следственных связей, способностей выполнять необходимые операции. Методологической основой проведения диагностики явились рекомендации В.Н. Зайцева [40], А.В. Усовой, В.А. Беликова [112], Ю.В. Фролова, Д.А. Махотина [114], Ю.К Черновой [125]. В соответствии со специально разработанными критериями диагностики среди студентов контрольной и экспериментальной групп были выявлены три категории студентов с соответствующими уровнями сформированности («низкий», «средний», «высокий») каждой из базовых компетенций.
Показатели стартового уровня сформированности компетенций представлены в табл.2.4.- 2.6.
В результате расчетов получены количественные оценки стартового уровня сформированности:
- технологической компетенции студентов контрольной группы ОУСкон = 0,494; экспериментальной группы ОУСэкс = 0,471;
- информационной компетенции студентов контрольной группы ОУСкон = 0,440; экспериментальной группы ОУСэкс = 0,433;
- технической компетенции студентов контрольной группы ОУСкон = 0,476; экспериментальной группы ОУСэкс = 0,452.
Количественные оценки стартового уровня сформированности базовых (технической, технологической, информационной) компетенций студентов контрольной и экспериментальной групп очень близки. Констатирующий эксперимент не выявил существенных различий в количественных характеристиках контрольной и экспериментальной групп, чем подтвердил актуальность исследуемой проблемы и необходимость формирования базовых компетенций.
В ходе формирующего эксперимента обучение в рамках курса «Основы САПР» проводилось по разработанной автором педагогической технологии в экспериментальной группе, в контрольной группе - по традиционной технологии. Формирующий эксперимент предполагал активное вмешательство в образовательный процесс основных положений педагогической технологии, отработку подходов к проектированию содержания и оценке его качества.
Педагогическая технология рассматривалась как методический инструментарий, используемый для творческого саморазвития личности с целью ее профессионального становления и дальнейшего развития. Занятия в экспериментальной группе имели большую практическую направленность, учитывая межпредметные взаимодействия, способствующие формированию базовых (технической, технологической, информационной) компетенций студентов. Формы организации учебного процесса были ориентированы на формирование способности и готовности будущих специалистов технического профиля вести свою профессиональную деятельность.
Содержание проблемных лекций включали в себя информацию о новейших достижениях науки и передовом опыте в науке и в обучении, позволяющие раскрывать обучающимся логику развития важнейших научных идей и теорий дисциплины. Использование принципов наглядности позволяли оптимально провести операции анализа, синтеза, обобщения, абстракции, конкретизации, т.е. проводить занятия с включением активной мыслительной деятельности обучаемых. Участие студентов в лекциях — пресс-конференциях позволяли отрабатывать умения задавать и отвечать на вопросы, варьировать формы общения, находить выход из трудных коммуникативных ситуаций, формировать навыки доказательности и опровержения, учета позиции человека, задавшего вопрос.
На практических занятиях решались задачи, связанные с дисциплинами общеобразовательного цикла, с общепрофессиональными и специальными дисциплинами. Среди них не только расчетные задачи, но и технологические, диагностические, прогностические, с элементами технического усовершенствования, развивающие программированные упражнения. На практических занятиях студенты осваивали общие методы расчета, теоретически изучали следствия каждого метода расчета, их применения при проектировании.
В процессе экспериментальной работы были модернизированы на основе компетентностного подхода лабораторные работы по дисциплине «Основы САПР». Для будущего специалиста технического профиля большую ценность представляют сформированные экспериментальные умения: умения вести наблюдения, ставить опыты. Работа в лабораториях активизировала творческую инициативу студентов, способствуя углублению их знаний и выработке практических умений использования учебного материала.
Осваивая методы планирования и проведения экспериментов и наблюдений, обучающиеся приобретают опыт профессиональной деятельности в реальных или приближенных к реальным условиям, опыт принятия совместных и индивидуальных решений, осознают роль этапности и системности деятельности.
В рамках дисциплины «Основы САПР» введена курсовая работа по теме «Разработка моделей детали типа «....» в инструментальных средах «КОМПАС» («AutoCAD») и Unigraphics». Цель курсового проектирования -закрепление и систематизация знаний, полученных при изучении дисциплины, развитие навыков самостоятельной работы и практическое освоение базовых (технологической, технической и информационной) компетенций, при решении задач в области профессиональной деятельности.
Прохождение студентами различных видов учебных и учебно-производственных практик способствует превращению учебной деятельности в профессиональную. В рамках выполнения отчетов по различным видам практик специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)» было разработано методическое пособие для выполнения расчетов, чертежей, разработки моделей.
Наиболее распространенной методикой педагогического эксперимента по выявлению эффективности педагогических инноваций, является сравнение результатов обучения в экспериментальной и контрольной группах. В связи с этим, по окончании формирующего эксперимента для проверки эффективности педагогической технологии был проведен контрольный эксперимент. При проведении диагностики уровня сформированности каждой из базовых компетенций также были использованы тестовые задания, а также результаты выполнения курсового проектирования по дисциплине «Основы САПР».
Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 2.7.- 2.9.
