Содержание к диссертации
Введение
1. Научно-теоретические основы формирования графической компетентности студентов технического вуза 16
1.1. Ретроспективный анализ развития графических дисциплин 16
1.2. Пути повышения эффективности графической подготовки в техническом вузе 22
1.3. Сущностная характеристика понятия «графическая компетентность студентов технического вуза» в условиях информатизации образования и компетентностного подхода в подготовке студентов по графическим дисциплинам 43
Выводы по 1 главе 48
2. Современные компьютерные технологии как средство форми рования графической компетентности 49
2.1. Проблемы подготовки будущих инженеров в области графических дисциплин 49
2.2. Приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки студентов. Модель формирования графической компетентности 76
2.3. Технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности 107
Выводы по 2 главе 113
3. Исследование эффективности использования средств трех мерного моделирования в процессе становления графической компетентности будущего инженера 114
3.1. Описание констатирующего этапа эксперимента Мониторинг графических знаний студентов 114
3.2. Описание эксперимента по формированию графической компетентности студентов технического вуза 127
3.3. Обобщение результатов экспериментальной работы 141
Выводы по 3 главе 156
Заключение и выводы 157
Библиографический список
- Сущностная характеристика понятия «графическая компетентность студентов технического вуза» в условиях информатизации образования и компетентностного подхода в подготовке студентов по графическим дисциплинам
- Приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки студентов. Модель формирования графической компетентности
- Технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности
- Описание эксперимента по формированию графической компетентности студентов технического вуза
Введение к работе
Актуальность исследования. Современные направления развития постиндустриального общества, характеризующиеся ростом наукоемкого производства, обуславливают необходимость усиления требований к подготовке высококвалифицированных технических специалистов. На рынке труда интерес для работодателя в настоящее время представляет специалист технического профиля, обладающий профессиональными компетенциями, которые соответствуют уровню развития современных проектно-конструкторских технологий. Работодатели предъявляют ряд требований к уровню подготовки молодых специалистов, декларируют намерение участвовать в формировании содержания подготовки будущих инженеров; предлагают отражать меняющиеся требования промышленности в тех программах, которые сегодня реализуют вузы; высказывают неудовлетворенность уровнем профессиональной и психологической готовности молодых специалистов участвовать в производственной деятельности. Работодатели требуют от выпускников технического вуза способности к изменению видов и способов деятельности с учетом современного состояния и перспектив развития производства, позиционировать себя в профессии как компетентного специалиста.
Проблема формирования профессиональной компетентности связана с переходом отечественной промышленности на рыночную экономику, с изменением целевых установок образования в связи с введением новых ФГОС ВПО, а также с необходимостью решения профессиональных задач с применением компьютерных технологий. Особое место в современном производстве отводится технологиям проектирования объектов профессиональной деятельности на основе трехмерного моделирования. Таким образом, графическая компетентность становится значимой составляющей профессиональной компетентности, уровень сформированности которой определяет успешность овладения знаниями в ходе подготовки по специальным дисциплинам и эффективность будущей профессиональной деятельности выпускников технического вуза. Следовательно, возникает необходимость теоретических и методических основ формирования графической компетентности специалистов инженерного профиля и совершенствования методик преподавания графических дисциплин в техническом вузе.
Степень научной разработанности проблемы. Вопросами, связанными с формированием компетентности в профессиональном образовании и компетентностного подхода занимались В.И. Байденко, И.Д. Белоновская, А.С. Белкин, И.А. Зимняя, Э.Ф. Зеер, Е.А. Климов, А.Я. Найн, Р.М. Петрунева, З.С. Сазонова, В.В. Сериков, А.В. Хуторской, С.Е. Шишов и др.
Дидактическим аспектам преподавания начертательной геометрии и инженерной графики (геометрического моделирования) посвящены работы Н.А. Бабулина, М.Б. Воловича, В.А. Гусева, В.А. Далингера, А.В. Кострюкова, В.И. Курдюмова, А.И. Лагерь, Г. Монжа, Н.А. Рынина, Я.А. Севастьянова, Е.С. Федорова, Н.Ф.Четверухина, В.И. Якунина и др. Вопросами разработки и внедрения компьютерной графики в учебный процесс занимались Г.Ф. Горшков, И.И. Котов, С.А. Фролов, Т.В. Чемоданова В.И. Якунин, и др. Проблемам визуализации и наглядности в обучении посвятили свои труды такие исследователи, как В.Н. Березин, Р.Л. Грегори, Е.И. Машбиц, Л.М. Фридман, Ю.Е. Шаболин, И.С. Якиманская, геометрическому моделированию при помощи компьютерных технологий П. Безье, К.И. Вальков, Н.Н. Голованов, М.И. Григорьев, П. Кастельжо, А.Л. Хейфец и др. Е.П. Вох рассматривалась графическая компетентность в контексте познавательной деятельности, П.А. Острожков выделяет факторы формирования графической компетентности, связанные с самостоятельной работой студентов. Следует отметить, что понятие «графическая компетентность» не было выделено в качестве отдельной составляющей профессиональной компетентности для выпускника технического вуза, хотя очевидна необходимость рассмотрения процесса формирования графической компетентности как составной части профессиональной, что вызвано потребностями практики современного производства.
Анализ научной литературы и диссертационных исследований позволяет сделать вывод о том, что при всей научной и методической ценности представленных работ, проблема формирования графической компетентности выпускников технического вуза требует дальнейшего научно-теоретического обоснования по таким направлениям как: овладение специальными знаниями, умениями и навыками, необходимыми для дальнейшей продуктивной профессиональной деятельности; развитого пространственного мышления, готовности использовать в учебной и последующей профессиональной деятельности современные методы автоматизированного проектирования, в частности методы трехмерного моделирования.
Таким образом, в настоящее время существует потребность разрешения объективно существующих противоречий между:
1. социальным заказом постиндустриального общества на подготовку компетентных технических специалистов, владеющих современными методами графического проектирования на основе трехмерного моделирования и существующей практикой обучения графическим дисциплинам в техническом вузе;
2. традиционными методами преподавания графических дисциплин в техническом вузе и необходимостью совершенствования преподавания графических дисциплин в контексте формирования и развития графической компетентности для успешного осуществления профессиональной деятельности выпускников вуза в проектно-конструкторской, научно-исследовательской, технологической деятельности.
Противоречия обозначили проблему исследования, которая заключается в определении теоретических и методических основ организации графической подготовки студентов технического вуза, обеспечивающих формирование графической компетентности как основы профессиональной компетентности выпускника вуза на базе использования трехмерного моделирования.
Выявленные противоречия, актуальность и необходимость решения обозначенной проблемы, а также ее недостаточная научно-теоретическая и практическая разработанность, обусловили тему исследования «Формирование графической компетентности студентов технического вуза на основе трехмерного моделирования».
Цель исследования – теоретическое и методическое обоснование процесса формирования графической компетентности будущих специалистов инженерного профиля в техническом вузе.
Объект исследования – процесс графической подготовки студентов в условиях высшего технического образования.
Предмет исследования – формирование графической компетентности студентов технического вуза на основе трехмерного моделирования.
Гипотеза исследования заключается в том, что формирование графической компетентности, обеспечивающей профессиональное продвижение студентов при дальнейшем изучении цикла специальных дисциплин, будет более эффективным, если:
-
графическая компетентность будет признаваться значимой составляющей профессиональной компетентности будущих инженеров, раскрываться в направленности на профессиональное развитие, предусматривать владение специальными знаниями, характеризоваться способностью эффективно применять знания, умения, навыки в графических дисциплинах на основе современных информационных технологий, а также актуализировать субъектные качества личности для решения профессиональных задач различной сложности в соответствии с требованиями постиндустриального общества;
-
графическая подготовка студентов технического вуза будет осуществляться на основе модели, учитывающей приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки в вузе и современные технологии для реализации профессиональной деятельности, которые обеспечиваются современным учебно-методическим сопровождением;
-
технология организации учебного процесса будет ориентирована на поэтапное достижение заданного уровня графической компетентности на основе современных средств обучения.
Цель и гипотеза исследования обусловили необходимость решения следующих задач:
-
раскрыть сущностные характеристики понятия «графическая компетентность» на основе анализа ФГОС ВПО нового поколения в условиях информационного общества;
-
определить и теоретически обосновать приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки студентов в техническом университете; разработать структурно-процессуальную модель формирования графической компетентности на основе трехмерного моделирования;
-
разработать технологию графической подготовки студентов с использованием современных графических пакетов программ для формирования графической компетентности;
-
разработать критериально-диагностический аппарат для определения уровней владения графическими дисциплинами студентами и степени сформированности их графической компетентности.
-
Провести опытно-экспериментальную проверку разработанной модели.
Теоретико-методологической основой исследования являются:
- деятельностный подход и теория поэтапного формирования навыков (В.П. Беспалько, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Н.Ф. Талызина.); системный подход в образовании (И.Ф.Исаев, В.А. Сластенин, Дж. Шилеппи), личностно-ориентированный подход (Ш.А. Амонашвили, В.В. Сериков; И.С. Якиманская);
- основные идеи философского понимания математического и пространственного мышления (Ж. Адамар, П.П. Блонский, Л.С. Выготский, Ж. Пиаже, Я.А. Пономарев, А. Пуанкаре, С.Л. Рубинштейн, Г.П. Щедровицкий), формирования пространственного мышления в процессе обучения геометрии (Г.Д. Глейзер, И.С. Якиманская), использования конструктивного подхода к изучению геометрии (А.Д. Александров, М.Б. Волович, В.А. Гусев, В.А. Далингер, А.В. Кострюков, А.А. Столяр, Л.М. Фридман др.);
- общедидактические принципы и критерии оптимизации учебного процесса (С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.С. Леднев, И.Я. Лернер, В.И. Загвязинский и др.);
- положения теории профессиональной педагогики и теоретические основы формирования профессиональной готовности специалиста к деятельности (А.П.Беляева, М.Т. Громкова, Л.И. Гурье, А.Л. Денисова, А.С. Казаринов, В.В. Кондратьев, Е.А. Климов, М.И. Махмутов, Н.Н. Михайлова, Н.В. Молоткова, Ю.Н. Семин, М.П. Сибирская, В.А. Сластенин, Ю.К. Стрелков);
- труды, посвященные теории и практике подготовки специалистов, формированию их профессионально важных качеств (А.А. Вербицкий, М.Т. Громкова, В.М. Жураковский, Э. Ф. Зеер, Е.А. Климов, Н.П. Клушина, С.В. Коршунов, П.Ф. Кубрушко, В.С. Леднев, А.К. Митина, Р.М. Петрунева, А.В. Пономарев, А.М. Новиков, Г.М. Романцев, И.П. Смирнов, Ю.Т.Татур, Н.В. Тельтевская, Е.В. Ткаченко, И.Б. Федоров, и др.);
- идеи компетентностного подхода в профессиональном образовании (В.И. Байденко, И.Д. Белоновская, А.С. Белкин, В.А. Болотов, И.А. Зимняя, Э.Ф. Зеер, Е.А. Климов, В.В. Кольга, М.Г. Минин, А.Я. Найн, Р.М. Петрунева, З.С. Сазонова, В.В. Сериков, А.В. Хуторской, С.Е. Шишов и др.);
- идеи о профессиональной ориентации содержания дисциплин по инженерной графике и начертательной геометрии (И.И. Акмаев, А.Д. Ботвинников, Г.Ф. Горшков, В.А. Козаков, В.А. Рукавишников, В.И. Якунин, и др.);
- идеи информатизации профессионального образования (Н.Г. Астафьева, Г.Ф. Горшков, А.Л.Денисова, И.Г. Захарова, М.П. Лапчик, И.И. Мархель, П.К. Петров, И.В. Роберт, М.С. Чванова, Т.В. Чемоданова и др.);
- разработки по проблеме самостоятельной познавательной деятельности студентов (В.В. Завьялов, В.Г. Кучеров, П.И. Пидкасистый и др.), в том числе при изучении графических дисциплин (Л.П. Григоевский, П.А. Острожков, Э.Г. Юматова).
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
а) теоретические: анализ философской, психолого-педагогической, дидактической и методической литературы по проблеме совершенствования графической подготовки будущих инженеров и формирования пространственного мышления и воображения; изучение и обобщение передового опыта преподавателей начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики, изучение нормативных документов (ФГОС ВПО, учебных планов, рабочих программ), регламентирующих процесс графической подготовки в технических вузах;
б) эмпирические: педагогическое наблюдение, беседа, анкетирование, тестирование, изучение продуктов учебной деятельности и документации деканатов, педагогический эксперимент;
в) методы математической обработки экспериментальных данных и их интерпретация.
Эмпирическую базу исследования составил машинострительный факультет ФГБОУ ВПО «Волгоградского государственного технического университета». Эксперимент проводился на кафедре «Начертательная геометрия и компьютерная графика» со студентами первого курса.
Этапы исследования: диссертационное исследование осуществлялось поэтапно в период с 2003-2011 гг.
На первом этапе (2003-2005г.г.) (теоретико-аналитический) – проводился анализ философской, психолого-педагогической и методической литературы, формулирование актуальности и проблемы исследования, происходил сбор и анализ эмпирических данных, осмысление теоретических подходов к определению особенностей современной графической подготовки в техническом вузе, ее содержания и путей совершенствования. Анализ научных концепций, сопоставление и обобщение различных точек зрения позволил определить концептуальный замысел исследования.
Второй этап (2005-2009г.г.) – опытно-экспериментальный – был связан с проведением педагогического эксперимента в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», в ходе которого проверялись выдвинутые гипотетические предположения, выявлялась эффективность организации подготовки по графическим дисциплинам на основе трехмерного моделирования, учебно-методического комплекса и учета опыта успешных преподавателей технических вузов РФ с использованием трехмерного моделирования, анализировались и систематизировались полученные эмпирические данные; создавался критериально-диагностический аппарат для определения уровней владения графикой студентами технического вуза, оценивалась сформированность графической компетентности у студентов контрольных и экспериментальных групп.
Третий этап (2009-2011г.г.) – описательно-итоговый. На данном этапе продолжался эксперимент по формированию графической компетентности с использованием учебно-методического комплекса, обсуждались результаты, обрабатывались результаты предложенной методики, систематизировались и уточнялись выводы, оформлялась диссертационная работа.
Научная новизна результатов исследования:
-
В содержании профессиональной компетентности выделена графическая компетентность, как личностная характеристика, раскрывающаяся в направленности на профессиональное развитие будущего технического специалиста и предусматривающая владение специальными знаниями, графическими умениями и практическими навыками необходимыми для дальнейшей деятельности конкурентоспособного специалиста, обладающего высокой мотивацией к конструкторско-проектной деятельности, развитым пространственным мышлением, готовностью к освоению новых технологий в профессиональной деятельности, к постоянному личностному и профессиональному росту в условиях информатизации общества.
-
Обоснована и разработана структурно-процессуальная модель формирования графической компетентности студентов технического вуза при изучении графических дисциплин, в основе которой лежит технология трехмерного моделирования с использованием современных графических программ, что способствует развитию пространственного воображения, более эффективному восприятию и пониманию студентами нового учебного материала.
-
Теоретически обоснованы и реализованы в учебном процессе условия совершенствования графической подготовки студентов технического вуза: отбор содержания учебного материала в соответствии с ФГОС ВПО с усилением их профессионально-контекстного содержания, использование в качестве ведущего педагогического средства формирования графической компетентности современных пакетов графических программ, создание и совершенствование методических систем обучения и соответствующих диагностирующих методик заданного уровня графической компетентности.
-
Разработана технология на основе учебно-методического комплекса дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная графика», базирующаяся на классических принципах «Начертательной геометрии». При этом она позволяет создавать наглядные трехмерные изображения реальных технических объектов сложной формы и получать на их основе проекционные чертежи, которые являются эквивалентами пространственных объектов. При этом у студентов вырабатывается навык перехода от трехмерных к двумерным изображениями и обратно.
-
Обоснована и экспериментально проверена система мониторинга графической подготовки на основе бенчмаркингового метода, дополнено научное знание о степени владения графикой и определяющих ее критериях. Определены уровни и критерии сформированности графической компетентности.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что оно представляет графическую компетентность как важную часть профессиональной компетентности выпускника технического вуза; систематизирует и углубляет теоретические представления о сущности и значении графических дисциплин для профессионального становления будущих технических специалистов; может служить теоретической базой для дальнейшей разработки проблемы совершенствования преподавания графических дисциплин с помощью трехмерного моделирования в образовательном процессе высшей технической школы, в том числе на основе бенчмаркинга; развивает теорию педагогических измерений и пути совершенствования графической подготовки будущих инженеров.
Практическая ценность результатов исследования заключается во внедрении в подготовку технических специалистов в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», что подтверждается Актом о внедрении ФГБОУ ВПО «Волгогадский государственный технический университет» комплекса учебных пособий, методических материалов (комплекс многоуровневых тестов, заданий и упражнений на развитие пространственного мышления), которые могут также использоваться в технических вузах при изучении курса «Начертательная геометрия. Инженерная графика», обеспечении вариативной базы для создания методических разработок и рекомендаций по организации графической подготовки и формированию графической компетентности будущих инженеров в условиях перехода к новым ФГОС. Разработанный методический подход способствует активизации учебно-познавательной деятельности студентов в процессе овладения графическими дисциплинами, мотивации к изучению данного курса и приобретения профессионально-значимого опыта.
В результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:
-
Сущностные характеристики графической компетентности как важной составляющей профессиональной компетентности специалиста инженерного профиля;
-
Структурно-процессуальная модель формирования графической компетентности студентов на основе трехмерного моделирования с учетом приоритетных направлений и условий совершенствования графической подготовки, а также технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности студентов технического вуза;
3. Система мониторинга графических знаний, базирующаяся на бенчмаркинговом методе, позволяющая сделать заключение о результативности графической подготовки студентов технического университета с определением уровней и критериев графической компетентности.
Достоверность результатов исследования и сделанные на их основе выводы обеспечивались исходными методологическими позициями; комплексом методов педагогического исследования, адекватных его предмету, целям и задачам; репрезентативностью выборки; длительностью исследования, проводимого в условиях естественного эксперимента; опытно-экспериментальной проверкой гипотезы; использованием методов математической обработки статистических данных.
Апробация результатов исследования осуществлялась посредством публикации в печати в виде 4 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 учебников, изданных в соавторстве, 3 учебных пособий, в том числе с грифом УМО по университетскому политехническому образованию, а также статей в сборниках научных трудов и материалов научных конференций и обсуждением на международных конференциях: IV научная международная конференция «Актуальные проблемы науки и образования» (Варадеро, Куба, 2009); Всероссийской заочной научно-практической конференции «Вопросы совершенствования предметных методик в условиях информатизации образования» (Славянск-на-Кубани, 2009); внутривузовских научных конференций Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2008-2010 гг.) и отчетов на заседаниях кафедры начертательной геометрии и компьютерной графики ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», на заседании межрегиональной научно-исследовательской лаборатории «Современные технологии в образовании и бизнесе» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет». По теме исследования опубликовано 19 работ, авт. 13,44 п. л., а также издано 13 методических указаний к практическим работам, авт. 4,53 п. л.
Внедрение результатов исследования осуществлялось через практическую деятельность, как самого исследователя, так и преподавателей кафедры «Начертательная геометрия и компьютерная графика» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет».
Объем и структура диссертации обусловлены логикой исследовательских задач. Диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, список литературы и приложения.
Сущностная характеристика понятия «графическая компетентность студентов технического вуза» в условиях информатизации образования и компетентностного подхода в подготовке студентов по графическим дисциплинам
Впервые упоминания о чертежах на Руси появились в письменных источниках в середине XVI века. В документах упоминается строительство различных сооружений, выделяются специальные профессии, связанные со строительными и чертежными работами, в связи с чем создаются «артели» во главе со старостами [118].
Развитие чертежного искусства, постижение метода Монжа и начертательной геометрии в целом было обусловлено узкими практическими потребностями общества. Практической задачей для строительных или иных нужд являлось получение плоского изображения объемных предметов (т. е. графические цели). Адептами этой научной области были практики - инженеры, архитекторы и живописцы. Основатель теории начертательной геометрии Г. Монж, будучи великим математиком и практическим инженером, рассматривал начертательную геометрию как область графики, для которой математика служила подсобным средством. Изречение Г. Монжа «чертеж — язык техники» говорит о прикладном значении, которое Г. Монж придавал той науке, создателем которой сам и явился.
Изучение графических документов Древней Руси показывает, что проекционные методы были самобытны, и что по мере накопления опыта, они постепенно совершенствовались от наивных примитивных рисунков до форм, приближающихся к строго научным в современном нам смысле слова.
Московская старина XVI века богата памятниками графики, в особенности миниатюрами. В эту эпоху перед мастерами графики практика выдвинула трудные композиционные задачи, в ходе решения которых произошло совершенствование проекционных методов.
В XVIII веке искусство проектирования и техника выполнения конструкторских чертежей достигла высокого совершенства. Чертежи изобретателя-самоучки И.П. Кулибина представляют совершенно правильные с точки зрения начертательной геометрии ортогональные проекции конструкции многочисленных его изобретений. Следует отметить, что к этому времени еще не были опубликованы теоретические работы Г. Монжа, который был моложе И.П. Кулибина на девять лет.
Все это свидетельствует о том, что ко времени опубликования Г. Мон-жем его труда в России уже был накоплен большой запас практических знаний, так или иначе связанных с начертательной геометрией, и освоение новой науки не встретило затруднений, так как почва уже была подготовлена собственными трудами русских ученых и практиков.
Совершенствование графической подготовки инженерных кадров берет начало со времен Петра I, считавшего графические знания важной частью инженерной деятельности: «Зело нужно дабы офицеры знали инженерство...» [118]. В 1798 году во Франции вышло первое издание труда Г. Монжа «Начертательная геометрия».
На русском языке первый учебник по начертательной геометрии появился уже после смерти И.П. Кулибина в 1821 году. Эта книга положила начало научно - обоснованному подходу к преподаванию графических дисциплин. Впоследствии, большой вклад в развитие методики преподавания графических дисциплин внесли русские ученые конца XIX в. (В.И. Курдю-мов, Н.И. Макаров, Н.А. Рынин и др.). В первые десятилетия XIX столетия математические предметы в учебных заведениях занимали первое место по своему значению, и среди них начертательной геометрии и черчению отводилось 328 сдвоенных лекций, что равнялось половине всего учебного времени. К. Якоби говорит, что «число представляемых учениками ежегодно чертежей было особенно большим, и тягость выполнения их осложнялась трудностью пространственных представлений» [63].
Начертательная геометрия быстро начала распространяться как учебный предмет. К 1821 г. она завоевала прочное место в учебных планах трех школ: в Институте инженеров путей сообщения, Инженерном училище и в Горном кадетском корпусе. Затем она проникла в Артиллерийское училище, Морской кадетский корпус, Училище гражданских инженеров, Технологический институт, Учебный морской экипаж и в Университет.
Далее появились учебные курсы начертательной геометрии А. Галак-тионова (1841), академика И. Сомова (1862) и др. Профессор Института путей сообщения А.Х. Редер оставил пять научных трудов высокого теоретического уровня. В 1870 г. был издан обширный труд руководителя курса начертательной геометрии того же института Н.И. Макарова. Особенно можно отметить классические труды профессора института В.И. Курдюмова: «Курс начертательной геометрии, проекции ортогональные» (ч. I, 1895; ч. II, 1897); «Аксонометрия» (1893); «Проекции с числовыми отметками» (1894) и др.
В 1913 году вышла в свет работа М.А. Дешевого, «Основания для объединения главнейших методов проектирования». В ней автор делает попытку дать общую теорию методов проектирования, основанных на способе координат.
Большинство сочинений, изданных до революции 1917 года, не являлось результатом исследовательских работ, а носило методический характер и служило в качестве учебников для высшей школы.
В России вопросы, касающиеся технического черчения, перед революцией не были объединены общей научной теорией. Единства взглядов среди специалистов не существовало. Правила черчения предоставлялись инициативе и вкусам самих студентов. Согласования в преподавании графики в средней и высшей школе не было. Недооценивалось значение графики в подготовке инженеров. В учебном плане высшей школы графика занимала второстепенное место. Специальных научных кадров по этой дисциплине не было
Приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки студентов. Модель формирования графической компетентности
Формируя профессиональную компетентность студентов как будущих специалистов технического профиля, необходимо вооружить их способами освоения знания, которое часто бывает мало востребованным в практической деятельности. При обучении графическим дисциплинам студентов технического университета, одним из средств формирования пространственного мышления является системный подход.
Будущим техническим специалистам необходимо иметь развитое системное техническое мышление, которое позволяло бы разглядеть и понять смысл и закономерность в наблюдаемых технических и естественных процессах, многоплановой и многофункциональной профессиональной деятельности. Такой тип мышления позволяет также выявлять многообразие связей, существующих между элементами системы и управлять ими.
Проблема системного подхода в науке уже многие десятилетия не перестает быть актуальной. Нередко говорят, что ушедший XX век — это не только век атома или космических исследований, сколько "эпоха систем" [126].
В педагогике проблема системного подхода с особой остротой обозначилась на рубеже XX - XXI веков. До 80-х годов прошлого столетия в педагогике в качестве системного подхода часто рассматривалась ситуация, когда фиксировались те или иные системные свойства педагогических объектов. Однако, если не известны связи между этими свойствами, то сам по себе системный подход на его первоначальной стадии не обеспечивает получения конкретных результатов, то есть в этом случае нельзя говорить о системном подходе как методе. Основоположниками системного подхода являются: Л. фон Берталанфи, А.А. Богданов, Г. Саймон, П. Друкер, А. Чандлер. Говоря о системном подходе, можно говорить о способе организации наших действий, таком, который охватывает любой род деятельности, выявляя закономерности и взаимосвязи с целью их более эффективного использования. При этом системный подход является не столько методом решения задач, сколько методом постановки задач. Как говорится, «правильно заданный вопрос — половина ответа».
Основными принципами системного подхода являются: а) целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней; б) иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня; в) структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры; г) множественность, позволяющая использовать множество математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом; д) системность, свойство объекта обладать всеми признаками системы.
К основные допущениям системного подхода мы относим то, что системы взаимодействуют друг с другом, а, следовательно, всё в этом мире взаимосвязано, мир - это тоже система.
Под системой понимают совокупность элементов, связанных между собой определёнными отношениями, которая выступает как единое целое во взаимодействиях с окружающей средой. Системный подход реализуется при изучении инженерной графики в техническом вузе по следующим признакам: 1) состав системы - множество её элементов или частей. При изучении инженерной графики и начертательной геометрии важно показать и дать четкое представление студентам о каждой новой теме, разделе дисциплины, их взаимосвязи; 2) структура системы - совокупность связей или отношений между частями. По мере овладения графическими дисциплинами необходимо де 38 монстрировать студентам связь между задачами, постепенно усложняя их содержание и методы решения; 3) сама система - то целое, которое образуется в результате соединения частей при помощи связей и не сводится к отдельным частям; 4) взаимодействие системы как целого с окружающей её средой, в котором проявляются свойства системы. Возникает необходимость показывать связь дисциплины с реальными производственными задачами и результатами деятельности на производстве; 5) целевой характер системы или её связь с целью деятельности: цель определяет принцип отбора частей, способы взаимодействия между ними, средства достижения поставленных целей.
Под системностью объекта мы понимаем его свойство обладать всеми признаками системы. Так как в принципе любой объект проектирования (геометрическую модель) можно рассматривать как некоторую сложную многофункциональную систему. Тогда системность окружающего мира, состоящего из естественных и искусственных вещей, приобретает универсальный характер.
Системный подход выступает как способ организации мыслительного процесса специалиста технической сферы и требует выполнения определенной последовательности действий.
В процессе реализации системного подхода при изучении графических дисциплин задействованы все основные операции пространственного мышления: анализ (расчленение на части); синтез (переход от частей к целому); сравнение (сопоставление целого и выявление взаимодействия); абстрагирование (выделение существенно важного с точки зрения цели); обобщение (переход от конкретных объектов к системе); конкретизация (движение от общего понятия системы к частной системе). Таким образом, происходит развитие и активизация мышления в целом.
Технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности
Специфика графических дисциплин, начертательной геометрии и инженерной, компьютерной графики - заключается в том, что они позволяют перейти от реального объекта к его модели и осуществить обратный процесс: от модели - к реальному объекту. При этом данные переходы от объемных фигур к плоскостным и назад позволяют не только сохранить геометрические параметры фигур, но и восстанавливать положение оригинала в пространстве.
Изображение фигуры на плоскости как графический способ представления информации о ней имеет преимущества в сравнении с другими способами: - профессиональное общение между специалистами становится более эффективным, т. к. образы, создаваемые на основе зрительного восприятия, обладают большей ассоциативной силой, чем вербальное описание; - изображение является универсальным языком интернационального общения, тогда как, вербальное общение требует для понимания, как минимум знания языка собеседника.
Начертательная геометрия как научная дисциплина со времен ее основоположника Г. Монжа (1746 - 1818) заняла достойное место в высшей школе. Ее важнейшее прикладное значение состоит в том, что она учит владеть графическим языком, выполнять и читать чертежи и другие изображения плоских и объемных фигур. Изучая курс графических дисциплин, студенты осваивают общие требования к выполнению чертежей в соответствии с ГОСТами Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), основы геометрического и проекционного черчения, правила построения комплексных чертежей и аксонометрических проекций; выполняют чертежи машиностроительного направления. В процессе обучения они решают проекционные задачи, основанные на методах проецирования начертательной геометрии, выполняют комплексные и сборочные чертежи, разрабатывают машиностроительные чертежи.
Графическая подготовка в техническом вузе зиждется на преемственности школьных курсов геометрии, черчения и графических дисциплин вуза. При всей значимости графической подготовки для последующего профессионального образования, изучение графических дисциплин в рамках общеобразовательной школы осуществляется в явно недостаточном объеме. Об этом свидетельствуют трудности, которые испытывают учащиеся средних и высших учебных заведений при решении учебных, производственно-технических, научно-творческих задач, связанных с созданием геометрических образов и оперирования ими [113]. При анализе качества графической подготовки выпускников общеобразовательных школ исследователи постоянно отмечают слабое развитие пространственного мышления, формальное усвоение ими геометрических знаний [173,174].
Для выявления трудностей, возникающих у студентов первого курса при изучении начертательной геометрии и инженерной графики, использовались такие методы как анкетирование, предметное тестирование, контрольные работы по определению остаточных знаний, устные опросы студентов. К основным причинам трудностей студенты отнесли: недостаточно развитое пространственное мышление, низкий уровень школьной подготовки, сложность для восприятия текста учебников по начертательной геометрии, недостаточность учебных часов и консультаций.
Вышеперечисленные причины способствуют потере интереса к изучению графических дисциплин у 50% студентов. Таким образом, основными причинами возникновения трудностей можно считать, прежде всего, низкий уровень школьной подготовки, несформированное пространственное мышление, непонимание сущности и смысла графических дисциплин, преподавание учебных предметов без учета способностей студентов к восприятию учебного материала, отсутствие умения организовывать самостоятельную работу по предмету без участия преподавателя. Согласно используемым в настоящее время рабочим программам, студенты не освобождаются от выполнения рутинных действий при выполнении графических задач. Курс обучения графике как бы разделяется на «теорию» и «практику». Чтобы овладеть предметом «начертательная геометрия», студенты затрачивают значительное количество времени, зачастую в ущерб другим не менее важным дисциплинам. Нельзя не согласиться с высказыванием Н.Михайловой, преподавателя инженерной графики одного из вузов России, о том, что обучать студентов технических вузов начертательной геометрии только с карандашом и бумагой «равносильно обучению студентов изготавливать детали машин в кузнице, в то время как существуют роботизированные поточные линии» [88]. Мы рассматриваем начертательную геометрию и инженерную графику как область человеческих знаний, как науку, направленную на развитие образно-геометрического мышления, а также воспитание графической и геометрической культуры в современной научно-технической деятельности. В процессе изучения этих предметов расширяется и общий кругозор студента, развиваются навыки логического мышления, внимательность, аккуратность, пространственное мышление, формируется графическая компетентность, появляется мотивация к изучению предмета.
К сожалению, большинство преподавателей понимают свою задачу преподавания курса графических дисциплин как представление студентам основных сведений о методах проецирования и изображениях пространственных тел на плоскости, большинство задач решается по готовым алгоритмам. Этого явно недостаточно, не выполняется важнейшая задача - развитие пространственного мышления, как составной части инженерного мышления.
Описание эксперимента по формированию графической компетентности студентов технического вуза
Эффективная организация образовательного процесса невозможна без использования индивидуального подхода к студентам, в соответствии с их наклонностями, интересами и возможностями. В обучении графических дисциплин это имеет особое значение, обусловливаемое спецификой предмета. У одних студентов усвоение предмета сопряжено со значительными трудностями, у них не развито пространственное мышление, а у других проявляются явно выраженные способности к изучению предмета. Проблему прочности знаний по графическим дисциплинам можно решить через технологию разноуровневой дифференциации.
Выбор уровня сложности достаточно подвижен и делается не "навсегда". Для оценки успехов студентов необходимо определить, как усвоено содержание: на уровне воспроизведения фактов, их реконструирования или на вариативном уровне (уровне мыслительных операций).
Данная технология способствует повышению интереса учащихся к различным видам учебной деятельности и познавательной активности. Использование графических программ открывает новые перспективы и поразительные возможности для обучения графики. Одновременное воздействие на два важнейших органа (слух и зрение) облегчает процесс восприятия и запоминания информации. При этом формируются навыки самостоятельной работы по предмету, а так же навыки владения компьютерными технологиями. При подготовке к практическим занятиям студенты могут использовать Интернет-ресурсы, образовательные сайты как информационное поле, позволяющее получить дополнительную оперативную, актуальную информацию по темам занятий.
Использование графических программ дает увеличение плотности занятия без ущерба качеству усвоения, позволяет преподавателю повысить темп занятия, помогает лучше усвоить логику рассуждений. Все это повышает уровень обучения и вызывает интерес к предмету.
Для самостоятельной работы, включающей выполнение практических заданий, решение задач, выполнения семестровых заданий, созданы многоуровневые программы, которые частично выполняются на занятиях и далее самостоятельно. СРС включает следующие этапы: презентация нового материала, практика под руководством преподавателя, независимая самостоятельная работа, самоконтроль и самооценка результатов работы, контроль знаний студентов.
На результативном этапе происходит оценка результатов обучения и оценка сформированности графической компетентности при помощи специальных тестов, определяются уровни графической компетентности - адаптивный, репродуктивный, эвристический, креативный. Этап диагностики и анализа учебных достижений позволяет вносить изменения в процессуальный этап. А этап корректировки, соответственно, влияет на проектирование методики изучения графических дисциплин на основе трехмерного моделирования.
Используемая технология способствует повышению эффективности обучения графическим дисциплинам, формированию и развитию графической компетентности. Об этом говорят следующие показатели. Оценка знаний студентов по итогам сессии имеет позитивную динамику за последние пять лет у всех групп. Количество положительных оценок по предмету «Начертательная геометрия» и «Инженерная графика» составляет от 70% до 95%. Студенты этих групп при работе над бакалаврской работой и при разработке курсовых проектов на 100% используют полученные графические знания, включая использование графических программ. Студенты принимают участие в исследовательской работе, участвуют в олимпиадах, научных конференциях, с интересом выполняют презентации с использованием трехмерного моделирования.
При обучении графическим дисциплинам современный уровень программных и технических средств позволяет перейти от традиционных ручных методов конструирования и проектирования к новым технологиям, основанным на применении трехмерного моделирования.
Спроектированная структурно - процессуальная модель формирования графической компетентности характеризуется целостностью, так как все указанные блоки взаимосвязаны между собой, несут определенную смысловую нагрузку и работают на конечный результат - достижение более высокого уровня сформированности графической компетентности у будущих выпускников технического вуза; прагматичностью, так как модель выступает средством организации учебного процесса; открытостью, так как модель встроена в контекст системы профессиональной подготовки будущих специалистов инженерного профиля. Проблема прочности знаний по графическим дисциплинам решена через технологию организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности.
