Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние изменений в профессиональной деятельности на графическую подготовку будущих инженеров - нефтяников.
1.1. Особенности профессиональной деятельности инженеров нефтяной промышленности в условиях компьютеризации производства.
1.2. Задачи и особенности обучения инженерной графике в высшей школе.
1.3. Состояние и возможности использования новых информационных технологий при обучении инженерной графике.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Моделирование и реализация системы обучения инженерной графике с использованием новых информационных технологий в техническом вузе.
2.1. Концептуальные основы педагогической системы обучения в инженерной графике.
2.2. Проектирование технологии обучения инженерной графике.
2.3. Ход и результаты экспериментального исследования.
Выводы по главе 2.
Заключение
Список использованных источников
Приложения
- Особенности профессиональной деятельности инженеров нефтяной промышленности в условиях компьютеризации производства.
- Задачи и особенности обучения инженерной графике в высшей школе.
- Концептуальные основы педагогической системы обучения в инженерной графике.
Введение к работе
Актуальность. Успешная интеграция России в мировую экономическую систему во многом зависит от научно - технического потенциала страны, развитие которого определяется формирующимся инженерным корпусом, уровнем и качеством новых инженерных решений. В связи с этим существенно изменяются требования к квалификации современного инженера.
Инженер имеет дело с разнообразными техническими объектами и системами. Одним из основных элементов общности инженерных специальностей является использование в деятельности любого инженера общего языка, роль которого выполняет чертеж. Владение этим языком является обязательным для инженера любой специальности. Чертежи используются при проектировании, изготовлении, испытаниях, продаже, эксплуатации или исследованиях машин любого типа.
В настоящее время во всех развитых странах создаются уже не отдельные машины, а технические системы, обеспечивающие нормальную эксплуатацию создаваемых машин. Эти системы становятся все более сложными, что влечет за собой изменение и усложнение труда инженеров. Инженеру приходится сталкиваться с большим объемом информации. Объемы информации, необходимые для проектирования отдельного объекта, машины и системы несопоставимы. Создание сложных технических систем старыми методами практически невозможно. Необходимы новые подходы, способы, средства проектирования, предполагающие использование современных информационных технологий. Одним из ключевых требований к современному инженеру является ныне умение использовать сложные программные системы, которые устанавливаются на высокопроизводительные компьютеры, рабочие станции или локальные компьютерные сети.
В то же время в России ощущается острый дефицит квалифицированных инженеров, способных работать с современной техникой. Для преодоления возникшего отставания реализуется Федеральная целевая Программа «Электронная Россия». В концепции модернизации российского образования на период до 2010 года также подчеркивается необходимость всемерной компьютеризации и информатизации образования и повышения качества подготовки специалистов для наукоемких производств.
Традиционные методы обучения, разработанные в свое время для умеренных объемов информации, оказались малопригодными в условиях современного информационного взрыва. Возникла проблема острой нехватки учебного времени, необходимого для изучения сложных систем старыми методами. Таким образом, налицо противоречие между изменившимися требованиями к квалификации инженеров и традиционными методами преподавания, которые
оказываются неэффективными при резком увеличении объемов информации.
Внедрение сложных систем в большинстве отраслей сдерживается их высокой стоимостью. В нефтяной промышленности финансовое положение за счет экспортных поставок существенно лучше, чем в других отраслях, поэтому внедрение различных систем идет более быстрыми темпами, чем в среднем по стране. Современные компьютеры имеются в нефтяной отрасли в достаточном количестве, причем не только на предприятиях и в организациях нефтяной промышленности, но и непосредственно на промыслах и в пунктах сбора и подготовки нефти. Все чаще инженерам-нефтяникам приходится иметь дело с чертежами и другой документацией, представленной не на бумаге, а в электронном виде. Обычно первыми, или одними из первых, начинают использоваться системы компьютерной графики, которые позволяют системно рассматривать конструкцию создаваемых или эксплуатируемых объектов. Они обеспечивают полноценное проектирование технических систем. Однако инженеров, способных к такой работе, в нефтяной отрасли пока явно недостаточно. Указанное противоречие проявляется в нефтяной промышленности особенно остро.
Таким образом, в нефтяной отрасли имеется повышенный спрос на инженеров, имеющих высокий уровень графической подготовки, владеющих системами компьютерной графики как средством решения профессиональных задач. Эта ситуация обуславливает необходимость проектирования педагогической системы обучения инженерной и, в том числе, компьютерной графике в процессе подготовки инженеров и научно-методического обеспечения этого процесса с учетом новых требований отрасли.
В настоящее время компьютерная графика вводится в подготовку инженеров в техническом вузе в качестве компонента блока графических дисциплин. Проблемы содержания и методики преподавания этих дисциплин достаточно подробно раскрываются в работах А.Д. Ботвиникова, А.В. Бубенникова, В.А. Гервера, В.О. Гордона, Д.И. Каргина, И.И. Котова, В.И. Курдюмова, А.И. Лагеря, B.C. Левицкого, А.А. Павловой, B.C. Полозова, Г.В. Рубиной, Н.А. Ры-нина, Я.А. Севастьянова, М.А. Семенцов-Огиевского, С.А. Фролова, А.А. Чек-марева, Н.Ф. Четверухина и многих других.
На основании вышеизложенного, задачу проектирования технологий обучения компьютерной и ручной графике следует, по-нашему мнению, считать актуальной.
Информатизации образования, применению компьютеров и других технических средств в процессе обучения посвящены работы В.П. Беспалько, В.К. Бондаренко, Т.В. Габай, В.Г. Житомирского, А.А. Золотарева, Г.В. Карпова, С.Н. Кузнецова, А.А. Кузнецова, И.И. Мархеля, О.В. Околелова, Л.П. Пресс-ман, И.А. Романовой, И.В. Роберта, А.В. Соловова, Н.Ф. Шахманова и других ученых.
В русле данной тематики проведен ряд диссертационных исследований (М.Л. Гайнетдинов, Г.И. Кириллова, А.С. Лесневский, А.Ф. Иванов, М.В. Моисеева, Г.В. Рубина, О.В. Федорова и др.). Компьютерная графика как объект
5 исследования рассматривается в работах М.В. Матвеева, В.А. Арбузова, Е.Г. Крушель, В.П. Большакова, А.Л. Хейфеца, И.М. Беловой, А.Н. Богомолова и
др.
Исследования показали, что проблема обучения будущих инженеров-нефтяников инженерной графике с использованием новых информационных технологий для решения профессиональных задач в условиях повсеместной компьютеризации нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий представляется актуальной и экономически обоснованной. В то же время, введение в блок графической подготовки в техническом вузе компьютерной графики не подкреплено адекватным научно-методическим обеспечением и реализуется, преимущественно, не системно, опираясь на традиционные методики, которые не могут обеспечить эффективность и требуемый уровень подготовки. Таким образом, возникает противоречие между:
содержанием профессиональной деятельности инженера нефтяной отрасли, включающей все более сложные профессиональные задачи, требующие для своего решения использование новых информационных технологий, и содержанием учебного процесса в вузе, в котором отсутствует составляющая, обеспечивающая формирование соответствующего компонента профессиональной компетентности специалиста;
необходимостью современных подходов и способов формирования умений использовать компьютерную графику для решения профессиональных задач и неразработанностью научно - методического обеспечения формирования указанных умений в процессе подготовки будущих инженеров нефтяной отрасли в техническом вузе.
Устранение данных противоречий и составляет проблему нашего исследования.
Цель исследования. Спроектировать, обосновать и апробировать педагогическую систему обучения инженерной графике с использованием новых информационных технологий (НИТ) в подготовке инженеров - нефтяников в техническом вузе.
Объект исследования: профессиональная подготовка будущих инженеров-нефтяников в техническом вузе.
Предмет исследования: педагогическая система обучения инженерной графике с использованием новых информационных технологий в подготовке инженеров-нефтяников в техническом вузе.
Гипотеза исследования: проектирование педагогической системы обучения инженерной графике с использованием НИТ и ее реализация посредством разработанной на ее основе технологии обучения позволит повысить эффективность профессиональной подготовки инженеров для нефтяной промышленности, если:
1. Главной целью проектируемой педагогической системы является формирование графической компетенции, включающей совокупность графических знаний, умений и навыков, ключевым из которых является умение читать и строить чертежи технических систем
6 с использованием традиционных методов и современных информационных технологий.
Отбор содержания инженерной графики осуществляется на основе деятельностного подхода в соответствии с принципами профессиональной направленности, обеспечения прогностического, опережающего характера содержания обучения; соответствия образования уровню развития науки, техники, производства и общества. Структурирование осуществляется на основе интегративного подхода в соответствии с логикой формирования графической компетенции в виде модулей с интегрированным содержанием;
Процессуальный компонент педагогической системы характеризуется:
сочетанием наглядных, аудиовизуальных и практических методов обучения при ведущей роли практических методов на всех видах учебных занятий;
использованием и оптимальным сочетанием средств обучения (макеты, слайды, мультимедийный проектор, ПК и др.), реализующих различные формы наглядности (натурную, изобразительную, схематичную, символическую) при ведущей роли компьютера;
4. Основным средством формирования графической компетенции яв
ляется подсистема заданий, дифференцированных по уровням
(учебные, квазиучебные, учебно-профессиональные), для выполне
ния которых используются традиционные методы и информацион
ные технологии.
Для выполнения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
Определить изменения в содержании и характере профессиональной деятельности инженеров нефтяной промышленности и их влияние на новые требования к подготовке инженеров - нефтяников в области инженерной графики.
Выявить проблемы и задачи обучения инженерной графике и факторы, влияющие на эффективность ее освоения студентами.
Разработать модель педагогической системы обучения инженерной графике будущих инженеров - нефтяников.
Разработать технологию обучения инженерной графике в техническом вузе.
5. Осуществить проверку эффективности разработанной технологии.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы ис
следования: изучение психолого-педагогической, специальной, методической и
научной литературы, анализ содержания нормативной документации (профес
сионально-квалификационные характеристики, государственные образователь
ные стандарты по специальностям нефтяного профиля), учебных планов, про
грамм, учебников и пособий по графическим дисциплинам и компьютерной
графике в частности, наблюдения, педагогический эксперимент, методы ма-
7 тематической статистики.
Экспериментальной базой исследования явились Альметьевский нефтяной институт и Казанский государственный технический университет А.Н. Туполева (КАИ).
Исследование проводилось в период с 1998г. по 2002 г.
Первый этап (1998 - 2000гг.) - диагностический и поисковый. Изучалась сложившаяся практика подготовки специалистов для нефтяной отрасли в области инженерной графики, определялись и уточнялись требования нефтедобывающих предприятий к подготовке инженеров в области компьютерной графики. Одновременно проводился теоретический анализ исследуемой проблемы.
Второй этап (2000-2001 гг.) - разработка теоретической базы исследова
ния, модели педагогической системы, технологии обучения инженерной гра
фике; формирование учебно-методического обеспечения (учебных и методиче
ских пособий) отработка и коррекция методических приемов.
4 Третий этап (2001-2002гг.) - итоговый. На этом этапе окончательно от-
работаны и скорректированы составляющие технологии. Проведена апробация и обобщение результатов исследования.
Методологической основой исследования явилась:
теория деятельностного подхода (П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, Б.Р. Ломов, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф.Талызина, А.А. Вербицкий и др.);
современные теории проектирования и функционирования системы подготовки специалистов в инженерном вузе (А.А.Кирсанов, Д.В. Чернилевский, A.M. Кочнев, Р.Н. Зарипов, В.Г. Иванов);
психолого-педагогические аспекты компьютеризации образования (Ю.К. Бабанский, В.А.Белавин, Б.С. Гершунский, Ю.С. Иванов, Е.И.
_ МашТбиц);
теория создания и использования средств обучения (Г.И. Кирилова,
И.Р. Роберт).
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается:
1. В проектировании педагогической системы обучения инженерной
графике в подготовке современного инженера нефтяной отрасли,
основанной на деятельностном и интегрированном подходе, глав
ной целью которой является формирование графической компетен
ции - совокупности графических знаний, умений и навыков, ключе
вым из которых является умение читать и строить чертежи техни
ческих систем с использованием традиционных методов и совре-
т менных информационных технологий.
2. В разработке технологии обучения, содержательный компонент
которой определяется принципами:
профессиональной направленности;
обеспечения прогностического, опережающего характера содержания обучения;
соответствия образования уровню развития науки, техники, производства и общества, структурируется в соответствии с логикой формирования графической компетенции в виде модулей с интегрированным содержанием, процессуальный компонент которой характеризуется:
сочетанием наглядных, аудиовизуальных и практических методов обучения при ведущей роли практических методов на всех видах учебных занятий;
использованием и оптимальным сочетанием средств обучения (макеты, слайды, мультимедийный проектор, ПК и др.), реализующих различные виды наглядности (натурная, изобразительная, схематичная, символическая) при ведущей роли компьютера, в котором основным средством формирования графической компетенции является подсистема заданий, дифференцированных по уровням (учебные, квазиучебные, учебно-профессиональные) для выполнения которых используются традиционные методы и информационные технологии.
Достоверность результатов исследования обеспечивается выбором методологических позиций и опорой на фундаментальные работы по педагогике; использованием комплекса теоретических и эмпирических методов, адекватных проблеме исследования, его целям, задачам, гипотезе; научной апробации исследования, материалы которого обсуждались на Всероссийских, межрегиональных и межвузовских конференциях; собственным опытом работы автора в качестве преподавателя в техническом вузе.
Практическое значение работы определяется тем, что на ее материалах диссертантом разработаны и внедрены в учебном процессе Альметьевского нефтяного института и Казанского государственного технического университета имени А. Н. Туполева (КАИ) технология обучения инженерной графике в подготовке инженеров для нефтяной и авиационной промышленности и ее программное и учебно-методическое обеспечение.
Разработанные подходы, учебно-методическое обеспечение, рекомендации по применению банка данных могут использоваться при выборе компьютерных систем и при обучении инженерной графике в других технических вузах.
Апробация и внедрение результатов исследования. Материалы исследования и его результаты неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры инженерной графики АлНИ и докладывались на 7 научных конференциях: Всероссийской научно-технической конференции « Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы » (Альметьевск, 2001 г); 12-й международном семинаре «Инициатива-01» (Казань, 2001 г); Всероссийской научно - методической конференции « Интеграция образования, науки и производства » (Казань, 2000 г); межвузовской научно - методической конференции «Техниче-
ское образования XXI века » (Казань, 2000 г); межрегиональной научно - методической конференции « Проблемы нефтегазовой отрасли » (Уфа, 2000 г); учебно-методической конференции «Социально - экономические реалии и перспективы развития нефтебизнеса на Юго - Востоке Татарстана » (Альметьевск, 2000 г); втором региональном научно - практическом семинаре (Аль-метьевск,2000 г).
По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 8 учебно-методических пособий.
Положения, выносимые на защиту:
Обучение инженерной графике строится в соответствии с моделью педагогической системы при активном использовании новых информационных технологий, главной целью которой является формирование графической компетенции.
Проектирование содержания обучения инженерной графике осуществляется на основе интегративного и деятельностного подхода в соответствии с логикой формирования графической компетенции.
Эффективность формирования графической компетенции определяется оптимизацией объема учебной информации, достигаемой при использовании внутри вузовского стандарта, критериев выбора и банка систем компьютерной графики; сочетанием наглядных, аудиовизуальных и практических методов и средств обучения, реализующих различные формы наглядности.
Основным средством формирования графической компетенции является подсистема заданий, дифференцированных по уровням (учебные, квазиучебные, учебно-профессиональные), для выполнения которых используются традиционные методы и информационные технологии.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения.
За поддержку в работе, участие в обсуждении, ценные указания и замечания автор искренне благодарит сотрудников кафедры «Начертательной геометрии и машиностроительного черчения» Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (КАИ) и кафедры «Инженерной графики» Альметьевского нефтяного института.
Особенности профессиональной деятельности инженеров нефтяной промышленности в условиях компьютеризации производства.
Важной особенностью практически во всех отраслях современной про мышленности является повсеместное и широкое применение новых информа ционных технологий, использующих компьютеры. Эти процессы являются проявлением общей тенденции информатизации и компьютеризации. Учет этой тенденции особенно важен при подготовке инженеров. Во всех развитых странах мира активно формируются наукоемкие сектора экономики. Они тре буют все больше высококвалифицированных инженеров, способных работать в динамично изменяющейся высокоорганизованной среде с мощной информационной структурой. Резко возрастают требования к таким специалистам, что обостряет необходимость поиска новых подходов и технологий их подготовки в высшей школе. Так, в Японии потребность в таких специалистах оценивается в 2 млн. человек. В США требуются 200 тыс. специалистов, готовых работать в области высоких технологий. В связи с ростом спроса на таких специалистов, Южная Корея за 10 лет увеличила в 10 раз количество подготавливаемых в технических вузах в специалистах нового типа. Это особенно актуально для нефтяной промышленности.
Основная особенность нефтяной промышленности заключается в том, что большая часть ее продукции, т.е. сырая нефть и продукты нефтепереработки, идут на экспорт. Отрасль имеет большую валютную выручку, часть из которой можно расходовать на оснащение предприятий. Поскольку большая часть компьютерной техники и программного обеспечения в России закупается по импорту за валюту, то отрасль оказывается в более выгодном положении. Внедрение сложных систем не сдерживается их высокой стоимостью. Покупка и внедрение различных систем в ней идет более быстрыми темпами, поэтому условия работы инженеров нефтяной промышленности изменяются более быстро, чем в других отраслях народного хозяйства. Более остро сказывается отсутствие специалистов, подготовленных для работы с программными системами.
На международном рынке труда постоянно растет спрос на высококвалифицированных специалистов. С другой стороны, к уровню профессионализма в нефтегазовом секторе предъявляются все более жесткие требования. Сегодня наиболее востребованы специалисты, знакомые с новейшими тенденциями в менеджменте и маркетинге, владеющие самыми эффективными бизнес-технологиями, способные использовать качественно новые подходы к решению практических задач. Профессиональному росту сотрудников в западных компаниях придается огромное значение, повышение квалификации охватывает все уровни персонала - от простых исполнителей до генеральных директоров.
Что же касается отечественного нефтегазового сектора, то здесь отмечается двойственная тенденция. С одной стороны, растет разрыв между требуемым уровнем подготовки современного инженера в этой отрасли и имеющимся уровнем квалификации работающих специалистов. Обостряется противоречие между растущей сложностью профессиональных задач, требующих для своего решения использование самых современных информационных технологий, и отсутствием или недостаточным уровнем соответствующей профессиональной компетентности решающих эти задачи специалистов, что тормозит развитие отрасли, реализацию потенциала ее работников. С другой стороны, руководством многих отечественных нефтегазовых компаний это противоречие не осознается в полной мере. Это приводит к тому, что проблемы обучения и повышения квалификации персонала пока не входят в число их первоочередных задач.
На фоне значительного дефицита хорошо обученных специалистов по стране в целом, в ряде нефтегазовых компаний продолжается тенденция к снижению расходов на обучение и развитие персонала. Образовательные программы в отрасли финансируются по остаточному принципу. Отечественные компании тратят на развитие человеческих ресурсов в сотни раз меньше, чем зарубежные, сопоставимые с ними по уровню добычи и переработки.
По имеющимся экспертным оценкам, наибольшие в России инвестиции в обучение и развитие персонала осуществляет «Татнефть», расходы которой на эти цели составляют примерно 2 % фонда заработной платы. В «Газпроме», по данным до 2000 года, расходы на обучение персонала составляли немногим 1 % фонда оплаты труда. Затраты в других крупных компаниях, по сведениям экспертов, в основном не превышают 0,2 %. В то же время крупные западные нефтегазовые компании тратят на эти цели около 10 % фонда оплаты труда. Причем нужно учитывать, что сам фонд оплаты труда этих компаний в несколько раз превышает аналогичный показатель отечественных компаний. [128].
Нами проведен анализ компьютерных систем, используемых инженерами нефтяной промышленности (на примере нефтегазодобывающих компаний Республики Татарстан). Эти системы можно разделить на 2 группы. В первую входят универсальные программные средства, которые широко используются в различных сферах деятельности, и владение ими представляет собой базис компьютерной грамотности любого современного специалиста.
К этой группе мы относим 6 следующих систем (или их аналогов): Word 2000 - для подготовки любых текстов;
Access - для хранения информации;
Excel - для формирования таблиц и размещения соответствующих данных;
Internet Explorer - для обеспечения выхода в Интернет;
Promt 2000 - для перевода с иностранных языков и на иностранные языки;
Windows ХР - операционная система, на которой базируются все перечисленные выше системы.
У каждой из этих систем имеется несколько аналогов, разработанных конкурирующими фирмами, которые могут успешно использоваться вместо них. Отобраны лишь наиболее распространенные. Важно, что эти системы имеют интуитивно понятный интерфейс. Это значительно облегчает их изучение. Выбор системы определяется, в основном, традициями вуза или фирмы. При этом важно обеспечить совместимость всех выбранных систем. Это не только упрощает работу, но значительно облегчает изучение систем. В них появляется много общих разделов, которые становятся знакомыми уже после изучения первой системы.
Однако для специалистов с высшим инженерным образованием нужен еще целый ряд дополнительных систем. Они составляют вторую группу компьютерных систем, имеющих профессиональную направленность и специальный характер. В зависимости от характера работы используются системы, обеспечивающие выполнение различных расчетов. Наиболее употребительными среди них в нефтяной отрасли являются следующие системы:
NASTRAN - прочностные расчеты,
ANSYS - прочностные расчеты,
LS-DYNA - тепловые расчеты,
STAR-CD - гидрогазодинамические расчеты,
ADAMS - кинематические и динамические расчеты,
Statistica - статистические расчеты,
Statgraphics- статистические расчеты.
Очень эффективными являются универсальные математические пакеты (Mathcad, Maple, Mathematica). Они позволяют оперировать формулами, поэтому их можно использовать для выполнения самых сложных расчетов. Близкие возможности имеет пакет Matlab, но он имеет значительные преимущества при использовании матриц большой размерности. Очень широко распространяются системы, обеспечивающие управление фирмами и предприятиями, например, системы R/3, Ваап, МАХ, Галактика, Парус и другие.
Задачи и особенности обучения инженерной графике в высшей школе.
Графические дисциплины присутствуют в учебных планах большинства инженерных специальностей. Как правило, в технических вузах преподаются в рамках одного или нескольких лекционных курсов четыре графические дисциплины:
Начертательная геометрия
Машиностроительное черчение
Компьютерная графика
Техническое рисование
Наиболее традиционной, сложившейся ранее других, является начертательная геометрия, основа которой была заложена еще Гаспаром Монжем1 в известной книге «Начертательная геометрия» (1799 год), т.е. более 200 лет тому назад. Предметом начертательной геометрии является «изложение и обоснование способов построения изображений пространственных форм на плоскости и способов решения задач геометрического характера по заданным изображениям этих форм».
Машиностроительное черчение представляет собой базовую дисциплину, нацеленную на формирование умения создавать и читать чертежи, без которых не может быть изготовлено ни одно, даже самое простое изделие, так как чертеж - это язык инженера. А соответствующее умение представляет собой один из ключевых компонентов профессиональной компетентности инженера, машиностроительное черчение традиционно входит в состав общеинженерной подготовки.
Техническое рисование в большинстве технических вузов в настоящее время уже не преподается. В послевоенные годы техническому черчению уделялось большое внимание, например в КГТУ им. А.Н. Туполева на его изучение выделялось 64 часа. Задача этой дисциплины - формировать у студентов пространственное мышление, в связи, с чем неоднократно специалисты в области инженерной графики поднимали вопрос о восстановлении преподавания этой дисциплины в технических вузах.
Компьютерная графика - новая дисциплина, которая представляется наиболее перспективной частью блока графической подготовки. Она находится в стадии становления. Цель дисциплины - формирование у будущих специалистов умения выполнять и читать чертежи на компьютере. Владение компьютерной графикой становится ключевым элементом, элементом профессиональной компетентности инженера.
Проведенный нами анализ состояния графической подготовки инженера позволил выявить то, что в задачах, роли и месте в учебном процессе указан ных дисциплин происходят значительные изменения. Они связаны, с одной стороны, с изменениями в профессиональной деятельности инженера. Развивающийся процесс компьютеризации отрасли, необходимость и целесообразность использования современных информационных технологий при решении профессиональных задач обуславливают новые требования к графической подготовке инженера. Эти требования, в свою очередь, актуализируют переход от традиционных методов решения задач к современным методам, основанным на сложных компьютерных системах. С другой стороны, изменения обусловлены тенденциями развития высшей технической школы, а именно процессами фун-даментализации, гуманизации и регионализации образования, которые вызывают структурные изменения в содержании образования. Кроме того нельзя не учитывать меняющиеся условия организации обучения, которые непосредственно влияют на качество подготовки. Так, повсеместное сокращение аудиторной нагрузки, акцент на повышение роли самостоятельной работы студентов, интенсификация обучения также требуют переосмысления и пересмотра содержания и соотношения графических дисциплин, подходов к их изучению, оптимизации содержания и в процессе обучения. Современные методы решения профессиональных задач, все более широко используемые на передовых предприятиях отрасли, должны найти адекватное отражение в современных методах, используемых при подготовке инженеров в техническом вузе.
Так за последние годы существенно изменились цели начертательной геометрии. Ранее основной целью ее было графическое решение различных задач, в основном, метрических и позиционных. Разработанные на ее основе методы решения задач ранее успешно конкурировали с методами аналитической геометрии. Круг решаемых задач почти совпадает, но, используемые ими методы, принципиально различны. Главным преимуществом методов начертательной геометрии была их значительно меньшая трудоемкость, так как начертить какой-либо чертеж можно было значительно быстрее, чем выполнить вручную сложные расчеты, не все из которых имели отработанные алгоритмы. С широким распространением компьютеров, на которых реализуются методы аналитической геометрии, были разработаны компьютерные алгоритмы, которые позволили решать любые задачи, ранее решаемые только методами начертательной геометрии. В создавшихся условиях проявились преимущества изучения аналитической геометрии по сравнению с начертательной геометфидйш целью начертательной геометрии была и остается теоретическая основа построения чертежей в ортогональных проекциях, т.е. проецирование. Без него невозможно проекционное черчение, от которого пока отказаться нельзя. Это фактически единственный раздел начертательной геометрии, который используется в последующих дисциплинах. Проецирование - цель в настоящее время важная, но ее значение непрерывно уменьшается, потому что число используемых чертежей в ортогональных проекциях быстро сокращается. Вместо них появилось и широко используется большое количество компьютерных чертежей, которые чаще выполняются в аксонометрических проекциях. Данную ситуацию подтверждают и результаты опроса, проведенного в период с 1990 по 1999 год среди опытных (20-30 лет стажа) инженеров-конструкторов ряда предприятий Санкт-Петербурга, Самары и Николаева. Инженерам задавались вопросы относительно того, используются ли методы начертательной геометрии ими в профессиональной деятельности. Было выявлено, что широко используется только проецирование, тогда как алгоритмы решения графических задач практически не используются. (Более подробное изложение результатов опроса приведено в 2.3).
Таким образом, даже в деятельности конструкторов, которые получают самую полную графическую подготовку в вузе, методы начертательной геометрии при решении графических задач оказываются невостребованными. Для инженера-нефтяника данная ситуация еще более ярко выражена. Повсеместное обеспечение предприятий отрасли современными компьютерами и программным обеспечением обуславливает использование инженерами систем компьютерной графики при решении графических задач. Использование таких систем позволяет:
1. Ускорить создание чертежа за счет автоматизации многих операций.
2. Облегчить создание сложных чертежей за счет постоянно расширяющихся возможностей компьютерных систем.
3. Повысить качество чертежей за счет повышения качества соответствующих систем, широкого диапазона выбора альтернативных систем, операций.
Лавинообразный рост технической информации, усложнение технических систем и соответственно усложнение средств разработки и представления таких систем обуславливает необходимость освоения указанных средств будущими инженерами в период обучения в вузе. Изучение компьютерной графики представляется центральным, систематизирующим элементом современной графической подготовки инженера.
Анализ цели, задач соответствующей отрасли знания позволил выделить ряд особенностей, которые следует учитывать при обучении компьютерной графике в рамках блока графических дисциплин. Учет этих особенностей позволит более полно и обоснованно определить роль, место и соотношение данной дисциплины с другими в системе графической подготовки.
Компьютерная графика является самой сложной частью графической подготовки. Остальные разделы курса (начертательная геометрия, машиностроительное черчение и техническое рисование) не требуют предварительной подготовки. Для успешного усвоения компьютерной графики студент должен в достаточной мере владеть компьютером. Эти знания он получает на первом курсе при изучении дисциплины «Основы компьютерной грамотности». В некоторых вузах она называется «Информатика».
Первая проблема, с которой приходится сталкиваться в начале обучения, -это психологический барьер. Пока лишь немногие абитуриенты имеют какие-то навыки работы на компьютерах. Главная задача начального обучения заключается в преодолении этого барьера. Раньше, когда курс начинался с изучения алгоритмических языков, этот процесс затягивался. Теперь он начинается с изучения одной из хорошо отработанных программ. Чаще всего используется один из простых текстовых редакторов, т.к. для работы на нем нужно минимальное количество новой непривычной информации, которую можно вводить постепенно, и хорошо осваивается работа на клавиатуре. Дальше осваивается другое программное обеспечение. Набор его зависит от специальности и подбирается по согласованию с выпускающей кафедрой. Обязательно изучается операционная система. Студенты, имевшие опыт работы на компьютерах, как правило, обучаются по индивидуальным планам, и весь этот процесс проходят значительно быстрее. В любом случае, программа должна быть согласована со всеми кафедрами, которые ведут занятия на компьютерах. В первую очередь, это кафедра, ведущая графическую подготовку.
Повторение знаний, полученных при графической подготовке, обеспечивается, в основном, при курсовом проектировании. На конструкторских специальностях практически в каждом семестре имеется курсовой проект по какой-либо дисциплине. При его выполнении происходит полноценное повторение всех, наиболее нужных разделов графических дисциплин, так как хороший проект всегда в той или иной степени имитирует реальную работу инженеров. Студенты, хорошо освоившие компьютерную графику, отказываются работать вручную, и приходится их заставлять выполнять запланированный минимум. По мере изучения специальных дисциплин появляются все более сложные чертежи. При хорошей исходной подготовке выполнение их у большинства студентов обычно проходит успешно. В проектах технологического характера вполне возможна разработка и выдача на машинных носителях программ для станков с числовым программным управлением. Конечно, из-за финансовых трудностей только небольшая часть из них может быть завершена изготовлением реальных деталей, но для остальных возможна имитация их изготовления на компьютерах.
Завершается обучение выполнением дипломного проекта, который большинство студентов выполняют в настоящее время на компьютерах. На защите, в основном, вывешиваются чертежи, полученные на графопостроителе, но в распоряжении ГАК обычно имеется компьютер с теми же чертежами в файлах, и члены ГАК имеют возможность рассматривать отдельные узлы с большим увеличением. Первые же такие защиты произвели большое впечатление на профессоров, не занимавшихся ранее компьютерной графикой. Очень перспективным является использование мультимедийного проектора, но его высокая стоимость является серьезным препятствием.
Концептуальные основы педагогической системы обучения в инженерной графике.
Совершенствование графической подготовки инженера, как фактора повышения его профессиональной компетентности, предполагает создание педагогической системы обучения графическим дисциплинам, которая отражала бы основные направления модернизации высшего профессионального образования в современных социально-экономических условиях.
Графические дисциплины входят в цикл общепрофессиональных дисциплин (ОПД), представляющих собой основу общеинженерной подготовки. В условиях перехода современной экономики к наукоемким производствам, высоким технологиям, имеющим в основе эффективные информационные технологии и использование компьютера как мощного и универсального инструмента профессиональной деятельности, особое значение приобретает умение использовать для решения разнообразных профессиональных задач компьютерные системы, в частности, системы компьютерной графики. Системы компьютерной графики представляют собой пакеты, включающие в себя обучающую информацию и операционные модули, и позволяют формировать умения используемые для изготовления чертежей, как проекционных, так и пространственных. Это обуславливает значимость разработки педагогической системы обучения студентов технического вуза графическим дисциплинам в соответствии с требованиями современной динамично меняющейся профессиональной деятельности инженера, в частности инженера-нефтяника.
Под педагогической системой будем понимать комплекс (совокупность) таких взаимообусловленных, взаимодействующих компонентов, как цель, принципы, содержание, формы, методы, средства, субъекты учебного процесса, которые, взаимодействуя, реализуют достижение прогнозируемого результата. Тогда осуществление образовательного процесса должно предусматривать четкую постановку цели, реализацию принципов, научный отбор содержания, обоснованный выбор форм, методов и средств обучения, а также совместную деятельность преподавателя и обучающихся для достижения намеченного результата. Все это требует системного подхода к обучению графическим дисциплинам и проектирования соответствующей педагогической системы.
Главным системообразующим элементом педагогической системы являются цели. Цели, задаваемые педагогическими системами, образуют иерархию целей. Первый уровень целей - социальный заказ общества, его различных социальных групп всем подсистемам образования на определенный общественный идеал формируемой личности, как человека, гражданина, профессионала.
Второй уровень целей — образовательная цель для каждой образовательной программы, для каждого типа образовательных учреждений в отдельности, в которой социальный заказ трансформирован в понятиях и категориях педагогики.
Третий уровень целей - педагогические цели, которые реализуются на каждом учебном занятии.
Реализация целей педагогических систем осуществляется в ходе педагогического процесса. Педагогический процесс обусловлен целями образования и взаимодействием основных его компонентов: содержание обучения; преподавание, т.е. деятельность преподавателя; учение - деятельность обучающихся, студентов; средства обучения.
Объектом проектирования является в общем случае педагогическая система как единство системы целей образования и всех факторов педагогического процесса, способствующих достижению этих целей.
Проектирование обычно рассматривается в последовательных стадиях, этапах его проведения. Процесс проектирования педагогической системы включает следующие этапы: организационно-подготовительный, моделирования системы, проектирования технологии обучения и внедрения.
Для того чтобы результаты проектирования были адекватны поставленным целям и процедуре проектирования и были эффективны, при его реализации необходимо исходить из следующих принципов педагогического проектирования:
1. Адекватности проекта реальному учебному процессу.
2. Системности, предполагающий понимание дидактического проектирования как подсистемы, т.е. элемента системы более высокого уровня, функционально связанной и зависимой от нее.
3. Поэтапности, требующий последовательности педагогического проектирования.
4. Синергетики, предусматривающий проектирование процесса обучения как совместной, согласованной деятельности преподавателя (алгоритм управления) и деятельности студентов (алгоритм функционирования).
Проектирование педагогической системы начинается с организационно-подготовительного этапа, который предусматривает анализ исходных условий, учебного плана, типовой программы по предмету и т.д. Поэтому в первую очередь для разработки педагогической системы необходимо знание квалификационной характеристики выпускника, в том числе объектов и видов профессиональной деятельности, профессиональных задач и квалификационных требований для их решения. В этом смысле для проектирования педагогической системы графической подготовки необходим анализ Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, чтобы затем разработанная педагогическая система обучения инженерной графике стала средством повышения уровня профессиональной подготовки будущих инженеров-нефтяников в техническом вузе.
Организационно-подготовительному этапу проектирования педагогической системы обучения инженерной графике в техническом вузе посвящена глава 1 данного исследования. Нами проанализированы изменения в профессиональной деятельности инженера нефтяной отрасли в условиях компьютеризации предприятий, выделены новые требования к их графической подготовке, проанализированы квалификационные характеристики специальностей, Государственные образовательные стандарты, определены и обоснованы дополнения к требованиям графической составляющей профессиональной компетентности инженера. Проведен анализ объектов и видов профессиональной деятельности инженера-нефтяника, профессиональных задач, требующих для своего решения применения графических методов. Выделены и изучены области применения систем компьютерной графики в деятельности инженера, их виды, основные характеристики, динамика развития. Таким образом, выявлены и систематизированы запросы и ожидания профессиональной сферы, касающиеся графической составляющей профессиональной компетентности инженера нефтяной отрасли.
С другой стороны, изучено состояние графической подготовки этих специалистов в техническом вузе. Выделены и обоснованы особенности изучения графических дисциплин, роль и место в учебном процессе графических дисциплин. Уточнены изменяющиеся цели, задачи и условия их изучения. Особое внимание уделено компьютерной графике, как новой и наиболее перспективной составляющей блока графических дисциплин. На основе анализа используемых в нефтяной промышленности систем компьютерной графики, систематизации данных, создан банк данных систем компьютерной графики.
