Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические аспекты подготовки студентов технических специальностей к исследовательской деятельности 17
1.1 Структура и содержание исследовательской деятельности инжене ра 17
1.2 Характеристика готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности 3 8
1.3 Описание методической системы развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин 53
Глава II. Опытно-поисковая работа по развитию готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности 78
2.1 Методика развития готовности студентов к исследовательской деятельности в процессе решения учебно-профессиональных задач с естественнонаучным содержанием 78
2.2 Развитие исследовательской деятельности студентов технических специальностей с помощью исследовательского естественнонаучного эксперимента 116
2.3 Содержание и результаты педагогического эксперимента 146
Заключение 176
Список литературы
- Характеристика готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности
- Описание методической системы развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин
- Развитие исследовательской деятельности студентов технических специальностей с помощью исследовательского естественнонаучного эксперимента
- Содержание и результаты педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Государственный стандарт высшего профессионального образования рассматривает исследовательскую деятельность как одну из обязательных и необходимых составляющих профессиональной деятельности инженера независимо от его профилирующей специальности. Необходимость подготовки специалистов, способных к проведению различных видов исследования, отмечается в концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, а также в послании президента Российской Федерации Д. Медведева Федеральному Собранию от 5 ноября 2008 года. Навыки исследовательской деятельности, способность к самообразованию позволят будущим инженерам постоянно пополнять багаж профессиональных знаний и умений в течение всей творческой жизни, а при необходимости - переходить к другим областям и видам инженерной деятельности.
В связи с этим в последние годы многие отечественные ученые обратились к рассмотрению исследовательского подхода в образовании (С.Л. Белых, А.В. Леонтович, А.С. Обухов, А.Н. Поддьяков, А.И. Савенков, П.В. Середенко и др.). В работах Г.С. Альтшуллера, Д.Б. Богоявленской, Л.С. Выготского, И.Я. Лернера отмечается высокий уровень познавательной ценности исследовательской деятельности, развивающей творческие способности, самостоятельность и интересы личности. Проблема развития исследовательской деятельности школьников рассматривается также и в частных методиках С.Д. Абдурах-мановым, В.И. Земцовой, М.И. Старовиковым, А.Ю. Фадеевым и др.
Проблеме профессиональной подготовки специалиста с высшим образованием посвящены работы О.А. Абдулиной, С. И. Архангельского, В.П. Бес-палько, В.В. Герчиковой, С.Д. Смирнова и др. Общепедагогические принципы подготовки студентов к будущей профессиональной деятельности разработаны З.И. Васильевой, М.У. Пискуновым, В.Г. Рындак, В.А. Сластениным и др. Теоретические аспекты высшего технического образования рассматривались Н.А. Аитовым, С.Я. Батышевым, П.И. Пидкасистым, М.Н. Скатанным и др. Образованием инженера занимались также Г.Н. Александров, И.Д. Белонов-ская, Б.Ф. Ломов, P.P. Мавлютов и др. Вопросы организации исследовательской деятельности в высшей школе отражены в трудах П.Г. Грудинского, Я.Н. Марата, А.И. Сенина. Проблема организации исследовательской деятельности студентов вузов рассматривалась в диссертационных работах Т.П. Злыдневой, И.В. Карасевой, А.В. Козлова, Г.С. Кочетковой, О.В. Носовой и др.
Однако вопросы, связанные с развитием исследовательской деятельности будущих инженеров, рассмотрены недостаточно полно. В научной литературе основное внимание уделяется научно-исследовательской работе студентов старших курсов либо кружковой исследовательской работе, в то время как методологическая основа проведения исследований закладывается на первом и втором курсе обучения студента в вузе. Большую роль в этом играют дисциплины естественнонаучного цикла (физика, химия, экология, теоретическая механика и др.). Поэтому знания, умения и навыки, приобретенные при изучении л естественнонаучных дисциплин, позволяют студентам старших курсов, а впо- V
следствии и инженерам на производстве глубже «проникать» в суть работы любого технического объекта или технологического процесса. Кроме того, изучение естественнонаучных дисциплин формирует такие мыслительные операции, как теоретический анализ, синтез, сравнение, обобщение и др., с помощью которых формируется техническое мышление. В процессе изучения данных дисциплин закладываются основы экспериментальной деятельности будущего специалиста, которые в дальнейшем будут использоваться при проведении инженерного эксперимента - неотъемлемой части любого производственного исследования.
Вопросы, связанные с развитием исследовательской деятельности школьников и лицеистов средствами естественнонаучных учебных предметов, рассматриваются в работах С.А. Старченко, А.В. Усовой, О.А. Яворуки др. Однако содержание естественнонаучных дисциплин и методы их изучения в вузе имеют свою специфику.
Анализ научной литературы и диссертационных исследований позволяет сделать вывод о том, что проблема развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин изучена недостаточно и требует более глубокого рассмотрения.
Проблема настоящего исследования обусловлена следующими противоречиями:
между потребностью общества в новом типе специалиста, способного к развитию производства, внедрению инновационных технологий, и недостаточным уровнем подготовки выпускников технического вуза к исследовательской деятельности;
между высоким потенциалом естественнонаучных дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) в развитии исследовательской деятельности студентов технических специальностей и недостаточной разработанностью средств и технологий его актуализации в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров.
Перечисленные противоречия определили выбор темы диссертационного исследования: «Развитие исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин» и позволили выделить его проблему: выяснить, какие средства и технологии изучения естественнонаучных дисциплин способствуют развитию исследовательской деятельности будущих инженеров.
Цель исследования: разработать и теоретически обосновать методическую систему развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей.
Объектом исследования является исследовательская деятельность студентов технических специальностей.
Предмет исследования - процесс развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей при изучении естественнонаучных дисциплин.
Исходя из цели, объекта и предмета исследования, в работе решались следующие задачи:
Выявить содержание и структуру исследовательской деятельности инженера и на этой основе сконструировать модель готовности инженера к исследовательской деятельности.
Выделить и обосновать показатели, уровни и критерии оценки уровней готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности.
Выявить признаки и стадии развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей.
Определить особенности содержания естественнонаучных дисциплин, которые необходимо учитывать преподавателю при развитии исследовательской деятельности студентов.
Теоретически обосновать методическую систему развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин (определить подходы для конструирования системы, выявить закономерности и соответствующие им принципы подготовки студентов технических специальностей к исследовательской деятельности). Раскрыть структуру и описать содержание данной системы, доказать наличие системных признаков.
Разработать средства и технологии подготовки студентов технических специальностей к исследовательской деятельности в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.
Экспериментально проверить эффективность сконструированной методической системы.
Гипотеза исследования: Исследовательская деятельность инженера -это деятельность, направленная на получение новых знаний, необходимых для развития производства и улучшения его технико-экономических показателей.
Развитие исследовательской деятельности студентов технических специальностей имеет стадиальный характер и является эффективным, если:
в данном процессе содержание качественных и количественных изменений личностных профессиональных характеристик студента определяется компонентами модели готовности инженера к исследовательской деятельности;
при организации учебно-исследовательской деятельности студентов учитываются особенности содержания естественнонаучных дисциплин;
систематически проводится оценка уровня готовности студентов к исследовательской деятельности на основе специально разработанных показателей и критериев, актуальный уровень развития учитывается при организации процесса обучения;
в процессе подготовки студентов к исследовательской деятельности системно применяются средства и соответствующие им технологии обучения, которые обеспечивают осуществление студентами исследовательских функций инженера в естественнонаучном познании, реализацию ими циклов познания при выполнении различных исследований, а также позволяют осуществлять дифференцированный подход к организации учебной деятельности студентов.
Методологическую базу исследования составляют: теории деятельности (А.В. Брушлинский, Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн); теоретические основы профессиональной подготовки специалиста (СИ. Архангельский, А.А. Вербицкий, В.И. Земцова, И.Я. Конфедератов, А.К. Маркова, В.А. Сластенин и др.); теоретические аспекты психологии исследования (А.В. Леонтович, А.С. Обухов, А.Н. Поддьяков, А.И. Савенков, П.В. Середенко и др.).
С целью решения поставленных задач были использованы методы исследования: изучение научных трудов и документов по указанной проблеме, теоретический анализ структуры и содержания исследовательской деятельности инженера, моделирование, наблюдение, анкетирование, педагогический эксперимент, статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.
Опытно-экспериментальной базой нсследопання явился механико-технологический факультет Орского гуманитарно-технологического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».
Педагогическое исследование проводилось с 2000 по 2008 гг., в нем приняли участие 584 студента и 11 преподавателей.
Этапы исследования:
Первый этап (2000 - 2001 гг.) включает изучение документов, философской, психолого-педагогической, методической литературы, диссертационных исследований; выяснение состояния проблемы, формулирование темы, определение цели и задач, выдвижение рабочей гипотезы; разработку понятийного аппарата; поисковый эксперимент.
На втором этапе (2001 - 2002 гг.) осуществлялись: разработка и теоретическое обоснование модели готовности инженера к исследовательской деятельности; проектирование и обоснование методической системы развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей; определение критериев оценки уровня готовности студентов к исследовательской деятельности; констатирующий эксперимент.
На третьем этапе (2002 - 2007 гг.) проводился формирующий эксперимент; осуществлялась экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы; применялась разработанная методическая система развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин; оценивалась результативность проведения педагогического эксперимента.
Четвертый этап (2007 - 2008 г.г.) включал в себя контрольный эксперимент, обобщение, систематизацию полученных данных и оформление результатов исследования.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
выделены существенные признаки, предложено определение понятия «исследовательская деятельность инженера» и дана характеристика ее структуры;
введено понятие «готовность инженера к исследовательской деятельности» и сконструирована модель данной готовности, включающая в себя знания, умения и личностные характеристики специалиста;
выделены признаки развития исследовательской деятельности (стадийность, преемственность, направленность, необратимость, закономерность) и соответствующие ему стадии (низшая, средняя и высшая), а также критерии оценки уровней готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности для двух показателей: 1) знания и умения для исследования любых объектов, конкретных технических объектов, производства в целом; 2) личностные характеристики, необходимые для осуществления исследовательской деятельности;
разработана и экспериментально проверена методическая система развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин, включающая в себя пять компонентов: целевой, содержательный, процессуально-деятельностный, контрольно-оценочный, корректировочно-результативный;
разработаны технологии развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей (организация решения учебно-профессиональных исследовательских задач с естественнонаучным содержанием; организация естественнонаучного исследовательского эксперимента; организация исследовательской деятельности студентов на основе применения компьютерных технологий, имитирующих естественнонаучные закономерности и производственные процессы).
Теоретическая значимость исследования заключается в развитии элементов теории и методики высшего профессионального образования:
раскрыта структура исследовательской деятельности инженера, объединяющая в себе философский и психологический подходы в определении компонентов деятельности, построена иерархия мотивов исследовательской деятельности инженера, выделено ее содержание;
на основе проведенного сравнительного анализа компонентов исследовательской деятельности ученого и инженера определены ее общие и отличительные признаки, которые необходимо учитывать в процессе подготовки студента к выполнению функций инженера-исследователя;
выявлены особенности содержания естественнонаучных дисциплин, которые необходимо учитывать преподавателю при развитии исследовательской деятельности студентов технических специальностей; проведен сравнительный анализ методики выполнения учебного естественнонаучного и инженерного исследовательского эксперимента; выделены критерии оценки уровня готовности студентов пользоваться экспериментальным циклом познания при осуществлении исследовательского эксперимента;
определены закономерности и соответствующие им принципы развития готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности: преемственности методики естественнонаучного познания и исследования производственных процессов в учебно-исследовательской деятельности студентов, профессиональной направленности организации естественнонаучных исследований студентов - будущих инженеров, непрерывности и диф-ферепцированности развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей;
уточнено понятие «учебно-профессиональные задачи с естественнонаучным содержанием», определены требования к составлению их условий, построена их классификация по различным основаниям (содержание условия задачи, характер исследования, дидактическая роль, способ формулировки условия задачи);
разработаны алгоритмы деятельности преподавателя и студентов при решении учебно-профессиональных задач естественнонаучного содержания, выполнении исследовательских разноуровневых лабораторных работ и при выполнении имитационного исследовательского эксперимента, моделирующего естественнонаучные и производственные процессы.
Практическая значимость исследования заключается в разработке:
программы спецкурса «Исследование свойств металлов и полупроводников», позволяющего осуществлять студентами междисциплинарные исследования;
структуры и содержания исследовательских лабораторных работ для изучения студентами естественнонаучных дисциплин;
компьютерной программы для выполнения студентами разноуровневого имитационного исследовательского естественнонаучного эксперимента «Изучение работы электронного осциллографа»;
комплекса учебно-профессиональных задач с естественнонаучным содержанием по курсу общей физики, развивающих компоненты готовности инженера к исследовательской деятельности;
- критериально-диагностического инструментария для определения
уровней готовности студентов технических специальностей к исследователь
ской деятельности;
- методических рекомендаций по развитию готовности студентов техни
ческих специальностей к исследовательской деятельности в процессе изучения
курса общей физики.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены использованием взаимодополняющих методов педагогического исследования, адекватных поставленным задачам; длительностью эксперимента, его повторяемостью; применением статистических методов обработки результатов эксперимента; соблюдением основных требований к организации педагогического эксперимента.
Основные положення, выносимые на защиту:
Исследовательская деятельность инженера - это деятельность, направленная на получение новых знаний, необходимых для развития производства и улучшения его технико-экономических показателей. Она имеет следующую структуру: объект (производственные процессы, технологии, отдельные технические элементы); предмет (совокупность исследуемых свойств технического объекта и процесс получения новых знаний); мотивы (по степени убывания значимости: стремление к познанию, потребность в самосовершенствовании и самореализации, профессиональная ответственность, потребность самоутверждения и признания, стремление к получению материальных благ); цели (обеспечение непрерывного функционирования производства, повышение производительности, снижение себестоимости выпускаемой производством продукции, улучшение ее качества, повышение рентабельности производства); содержание (организационные, операционные и контрольно-оценочные действия) и результат деятельности (ликвидация сбоев и технических неисправностей, улучшение технико-экономических показателей производства, внедрение в производственный процесс новых средств и технологий, рационализаторское предложение, техническое изобретение).
Модель готовности инженера к исследовательской деятельности содержит два компонента (показателя): исследовательские 'знания и умения необходимые для исследования любых объектов, конкретных технических объектов, производства в целом и личностные характеристики инженера-исследователя (особенности мотивации, психических процессов и личностно-профессиональные особенности). Выделение уровней (исполнительный, частично-поисковый, креативный) позволяет зафиксировать достоверные различия в развитии компонентов готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности и учитывать их при организации процесса обучения.
Развитие исследовательской деятельности у студентов технических специальностей происходит стадиально (низшая, средняя, высшая стадии). В процессе перехода от низшей стадии к высшей у студентов накапливаются профессиональные исследовательские знания, приобретаются умения и навыки применения методологии познания в инженерных исследованиях, совершенствуются личностные характеристики инженера-исследователя, что позволяет студентам самостоятельно заниматься поиском новых технических знаний. Развитие у студентов умений решать учебно-профессиональные задачи и выполнять исследовательский естественнонаучный эксперимент осуществляется постепенно в соответствии со стадиями развития исследовательской деятельности (по мере перехода с одной стадии на другую изменяется степень сложности выдаваемого студенту исследовательского задания, варьируется степень самостоятельности студентов на разных этапах решения задачи и проведения исследовательского естественнонаучного эксперимента).
Содержание естественнонаучных дисциплин имеет особенности, которые необходимо учитывать преподавателю при развитии исследовательской деятельности будущего инженера:
наличие теоретического базиса, необходимого для дальнейшего успешного изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, лежащих в основе проведения инженерного эксперимента;
специфика научного языка (методологичность, математическая направленность), овладение которым позволяет студентам интенсивно развивать свое креативное мышление и компоненты готовности к исследовательской деятельности;
методология наук, лежащих в основе естественнонаучных дисциплин, позволяет успешно развивать знания, умения и навыки студентов пользоваться методологией исследования, включающей в себя методы, этапы, способы и содержание исследовательской деятельности, развитие личностных характеристик, необходимых для осуществления инженерных исследований.
5. Оптимизировать процесс развития исследовательской деятельности
будущего инженера позволяет реализация методической системы развития ис
следовательской деятельности студентов технических специальностей в про
цессе изучения естественнонаучных дисциплин, сконструированная на основе
функционально-деятельностного подхода, а также принципов преемственности
методики естественнонаучного познания и исследования производственных
процессов в учебно-исследовательской деятельности студентов, профессио
нальной направленности организации естественнонаучных исследований сту
дентов - будущих инженеров, непрерывности и дифференцированности разви
тия исследовательской деятельности студентов технических специальностей.
Указанная методическая система включает следующие компоненты: целевой,
содержательный, процессуально-деятельностный, контрольно-оценочный и
корректировочно-результативный.
6. Развитие готовности студентов технических специальностей к исследо
вательской деятельности обеспечивается применением следующих технологий
обучения: организация решения учебно-профессиональных задач с естествен
нонаучным содержанием; организация разноуровневого исследовательского
естественнонаучного эксперимента; организация исследовательской деятельно
сти студентов на основе применения компьютерных технологий, имитирующих
естественнонаучные закономерности и производственные процессы. Примене
ние перечисленных технологий позволяет студентам в образовательном про
цессе выполнять исследовательские функции инженера, преподавателям диф
ференцировать деятельность студентов в зависимости от уровня их готовности
к исследовательской деятельности и применять методологию естественнонауч
ного познания при организации исследования студентами производственных
процессов в учебно-профессиональной деятельности.
Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические положения и результаты исследования опубликованы в печати (всего 22,2 п.л.) и представлены на международных, всероссийских, региональных и внутривузовских научно-практических конференциях в городах: Оренбурге, Орске, Иваново, Челябинске. Система развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей успешно прошла апробацию в учебном процессе механико-технологического факультета Орского гуманитар-
но-технологического института (филиала) ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» и филиала ГОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения» в г. Орске. Кроме того, результаты исследования были внедрены на занятиях по повышению квалификации инженерно-технического персонала на ОАО «Комбинат «Южуралникель».
Структура диссертации. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы (166 наименований) и 6 приложений. Кроме текстовых материалов в работу включены схемы, рисунки, таблицы, диаграммы.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, приведен его научный аппарат, раскрыта научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, указаны положения, выносимые на защиту, изложены сведения об апробации результатов исследования.
В первой главе «Теоретические аспекты подготовки студентов технических специальностей к исследовательской деятельности» введены понятия «исследовательская деятельность инженера» и «готовность инженера к исследовательской деятельности», проведен анализ их содержания. Обоснована модель готовности инженера к исследовательской деятельности, раскрыты показатели и критерии оценки уровня данной готовности. Теоретически обоснована и разработана методическая система развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.
Во второй главе «Опытно-поисковая работа по развитию готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности» анализируется содержание предложенных автором средств и технологий развития исследовательской деятельности будущих инженеров, проводится оценка их эффективности.
В заключении обобщены основные результаты исследования, изложены его концептуальные выводы, подтверждающие гипотезу, намечены перспективы дальнейшей работы.
В приложениях представлены: рабочая программа спецкурса «Исследование свойств металлов и полупроводников», комплекс учебно-профессиональных задач с естественнонаучным содержанием по курсу общей физики, методические материалы для выполнения исследовательской лабораторной работы и для диагностики уровня развития готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности, свидетельство о регистрации разработки компьютерной программы «Изучение работы электронного осциллографа».
Характеристика готовности студентов технических специальностей к исследовательской деятельности
Рассмотрение проблемы подготовки будущих специалистов к исследовательской деятельности требует изучения таких понятий как «исследование», «деятельность», «профессиональная деятельность инженера» и их теоретического анализа.
Первоначально понятие «исследование» возникло в философии. Данный вопрос рассматривали такие великие философы как Рене Декарт, Френсис Бэкон, Джон Локк и др. В результате их научной деятельности в области теории познания появились такие методы исследования как наблюдение, эксперимент,, теоретический анализ, индукция, дедукция и т.п. Указанные методы являются ведущими в исследованиях и в нынешнее время.
Огромный вклад в развитие научной методологии середины и конца XX в. внесли К. Поппер, И. Лакатос, П. Фейерабенд, П. Холтон и ряд других выдающихся философов и ученых. Они основывались на анализе развития нужного знания и реальной деятельности исследователей.
С развитием науки все больше разрабатывались и обосновывались новые методы и приемы проведения исследований. В нашей стране вопросами общей теории исследований занимались Дружинин В.Н. [44], В.А. Васенин [25], П.М. Якобсон [164], Г.С. Альтшуллер [5] и др.
В настоящее время проблема развития методологии исследования- продолжает оставаться актуальной. Широкие возможности в этой области предоставляет использование современных компьютерных технологий, позволяющих создавать различные имитационные модели изучаемых объектов; моделировать анимационные изображения различных процессов и т.д. Таким образом, современные средства и методы исследования позволяют человеку проникнуть «в самые глубины» познаваемых объектов, недоступных для-человеческих органов чувств.
Рассмотрим непосредственно понятие «исследование». При его дефиниции в различных источниках наблюдается определенное единство. В большой советской энциклопедии научное исследование — это процесс выработки научных знаний, один из видов познавательной деятельности. В философии - иссле-довангше - характерный для науки как специализированной формы познавательной деятельности способ производства нового знания [150]. Известные философы Ф. Бэкон [23], И. Лакатос [73], К. Поппер [115], П. Фейерабенд [148] определяли исследование как метод научного познания.
В отличие от непосредственного восприятия, осознания, размышления и т.п., исследование предполагает явную фиксацию цели и средств познания, ориентируется методологическими нормами воспроизводимости результатов, их доказательности и объективности.
В психологии исследование — общий термин, обозначающий любую попытку изучения проблемы путем сбора и/или анализа данных [65, с. 125]. Например, Артур Ребер считает, что "любая честная попытка систематически изучить проблему или что-то добавить к человеческому знанию о проблеме может считаться исследованием" [20, с. 331]. М.А. Вейт указывает, что всякое исследование есть поиск нового знания в ограниченной области известного и неизвестного [26, с. 35].
А.Н. Поддьяков определяет исследование как одну из фундаментальных форм взаимодействия живых существ с реальным миром, направленную на его изучение и познание этого мира [113].
Любое исследование имеет составные компоненты: постановка задачи, предварительный анализ имеющейся информации, условий и методов решения задач данного класса, формулировка исходных гипотез, теоретический анализ гипотез, планирование и организация эксперимента, анализ и обобщение полученных фактов, проверка исходных гипотез, окончательная формулировка новых фактов и законов, получение объяснений или научных предсказаний вне 19 дрение полученных результатов в производство (данный компонент имеет место при проведении исследований на производстве) [44]. Перечисленные компоненты определяют последовательность любого исследования, независимо от того, в какой области знаний оно осуществляется.
Виды исследований и их классификация были рассмотрены В.Н. Дружининым [44] и систематизированы Р.Е. Мажириной [82, с. 18]. По нашему мнению указанная ими классификация является неполной. Эмпирические и теоретические исследования следует дополнить модельными исследованиями, основанными на построении модели — аналога исследуемого объекта. Так, по мнению В.Н. Дружинина [44, с.21], метод моделирования отличен как от теоретического метода, основанного на логических рассуждениях, так и от эмпирического, поскольку моделирование используется тогда, когда невозможно провести экспериментальное исследование объекта. Модельные исследования проводятся при рассмотрении объектов, недоступных экспериментальному изучению, или систем, на которых эксперимент производить по моральным соображениям нельзя. Модельные исследования могут проводиться также исходя из принципа удобства, для большей простоты и экономичности проведения исследования.
Классификацию исследований по цели следует дополнить пятым типом -диагностическими исследованиями. Эти исследования проводятся для сбора информации об исследуемом объекте и выявления его состояния. В результате проведения диагностики часто очерчивается круг проблем, требующих дальнейшего разрешения.
Исследования также можно различать по их объекту. Здесь можно выделить педагогические, производственные, социологические и т.п. исследования. По характеру результата исследования их можно разделить на субъективные и объективные.
Описание методической системы развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей в процессе изучения естественнонаучных дисциплин
Предложенная методическая система развития исследовательской деятельности студентов технических специальностей при изучении естественнонаучных дисциплин действительно является системой. Покажем это, опираясь на основные системные принципы: целостности, структурности, взаимозависимости системы и среды (в нашем случае средой является образовательное пространство), иерархичности, наличия системообразующего фактора, множественности описания [143, с. 98].
Основным признаком, которым следует руководствоваться, по мнению большинства представителей философской науки, определяя системность объектов, — это их органическая целостность. Опора на данный признак заставляет вести анализ так, чтобы любые части, элементы, входящие в явление, рассматривались не изолированно, а в их связи с целым, с учетом их принадлежности к системе. Другими словами показателями целостности системы являются ее единство и неделимость.
Чтобы доказать неделимость системы достаточно исключить из нее хотя бы один компонент. Так, в случае отсутствия целевого компонента (т.е. цели, задач подготовки студентов к исследовательской деятельности), методическая система теряет свой смысл, т.к. становится неопределенным ее назначение. Очевидно, что при отсутствии содержательного и процессуально1 деятельностного компонентов невозможно достигнуть поставленной цели. Без контроля и оценки, входящих в контрольно-оценочный компонент, нельзя оценить уровень готовности студентов к исследовательской деятельности, в то же время содержание и организация обучения должны учитывать этот уровень. Кроме того, без контрольно-оценочного компонента нельзя судить об эффективности предлагаемой методической системы, а значит и об ее целесообразности. Отсутствие результата также делает систему бессмысленной.
Целостность предложенной методической системы определяется также единством ее компонентов, которое предполагает единство содержательной, технической и процессуальной сторон образовательного процесса. Все компоненты объединены одной целью, а успешное функционирование каждого из них находится в тесном взаимодействии с каждым другим и вместе со всем целым. Поэтому в совокупности выделенные элементы составляют единое целостное образование, т.е. систему.
Принцип структурности подразумевает наличие в системе структурных компонентов и возможность описания системы через установление связей и отношений между ними.
Разработанная в диссертации методическая система имеет следующие структурные компоненты: целевой, содержательный, процессуально-деятельностный, контрольно-оценочный и корректировочно-результативный. Между всеми структурными компонентами системы имеется взаимосвязь: цели, задачи системы (целевой компонент) определяют содержание обучения (содержательный компонент). В то же время для достижения поставленной цели и усвоения содержания необходим адекватный выбор форм, методов и средств обучения, т.е. целевой и содержательный компоненты взаимосвязаны с процессу-ально-деятельностным компонентом. Контрольно-оценочный компонент тоже связан с процессуально-деятельностным компонентом, т.к. мониторинг готовности студентов к исследовательской деятельности не оторван от процесса взаимодействия преподавателя со студентами, а тесно с ним переплетен. Оценка уровня готовности студентов к исследовательской деятельности, которая также относится к контрольно-оценочному компоненту, производится с помощью специально разработанных критериев, закономерно вытекающих из целевого компонента системы, а также посредством специально-разработанных заданий, тематика и содержание которых являются составляющей содержательного компонента методической системы.
Результат функционирования системы определяется всеми ее компонентами. В случае неудовлетворительного результата, коррекции также подвергаются все компоненты системы. Т.е. очевидна связь корректировочно-результативного компонента со всеми остальными структурными составляющими системы. Взаимозависимость рассматриваемой методической системы и среды определяется способностью системы обмениваться с окружающим образовательным пространством информацией, знаниями, и умениями. Так, все образовательное пространство способствует развитию готовности инженера к профессиональной деятельности, а значит и его готовности к исследовательской деятельности. Студент, в свою очередь, сам воздействует на образовательное пространство посредством вопросов, дополнений, просьб, одобрений и критических замечаний, обращенных к преподавателям.
Свойство иерархичности предполагает, что компоненты системы расположены в строго определенном порядке: от высшего к низшему. В самом деле, каждому компоненту методической системы присуще свое место. Так, на первом месте в иерархической цепочке располагаются цель и задачи обучения, поскольку именно они задают основной смысл всей системе, они же определяют и содержание обучения. Процессуальная сущность подготовки студентов к исследовательской деятельности отражает содержание обучения в виде процесса взаимодействия преподавателя и студентов. Поэтому процессуально-деятельностный компонент в иерархической цепочке следует за содержательным. Очевидно, что без указанных компонентов контроль и оценка теряют смысл, поэтому они располагаются на одну ступень ниже. Коррекция, в свою очередь, может осуществляться только после контроля на основе оценки результатов обучения, поэтому корректировочно-результативный компонент располагается в самом низу иерархической цепочки.
Развитие исследовательской деятельности студентов технических специальностей с помощью исследовательского естественнонаучного эксперимента
Рассмотрим структуру эксперимента. Любой эксперимент включает в себя объект, предмет, цели, методы, средства и результат.
Объект эксперимента - это та область, в рамках которой находится то, что будет исследоваться. Объектом исследования естественных наук является сама природа. Объект инженерной деятельности - производство. Поэтому объект учебно-профессионального исследовательского эксперимента - закономерности природы, положенные в основу производственных процессов и технологий.
Предмет исследовательского эксперимента - это конкретная часть объекта или процесс, в нем происходящий, который исследуется. В нашем случае -это физические, химические закономерности, составляющие основу работы конкретного технического устройства или конкретного технологического процесса.
Целью учебного исследовательского эксперимента является получение субъективно нового знания, т.е. знания, являющего новым только для студентов. К таким знаниям относятся как закономерности природы, так и технические характеристики отдельных производственных элементов, механизм их работы, и даже сам процесс (способ) получения этого знания.
Методы эксперимента делятся на две основные группы: эмпирические и теоретические. К первым мы относим наблюдение и измерение.
Наблюдение отражает событие, существующее независимо от наблюдателя и выражаемое однозначным образом. В литературе по методологии научного познания достаточно полно разработана структура наблюдения и условия его успешного осуществления. Цель наблюдения состоит либо в объяснении наблюдаемого явления, либо в предсказании результатов опыта, либо в уточнении того или иного понятия.
Понятие измерения научно разработано в метрологии. Целью измерения является либо получение количественных характеристик объекта исследования, либо получение (проверка) каких-либо закономерностей. В основе измерения лежит сравнение, предполагающее, что предметы, сравниваемые по определенному свойству, в отношении последнего однородны (а их другие свойства здесь не существенны, мы абстрагируемся от них) и что имеет место экспериментальная ситуация, характеризуемая выполнимостью двух требований: первое — выделены отношения предметов, по которому они должны сравниваться, и второе - определены условия, в которых это сравнение будет производиться [94, с. 8-9].
К теоретическим методам относятся обобщение, систематизация, классификация, анализ и др. Они применяются при обработке результатов экспериментального исследования. Сюда же можно отнести мысленный эксперимент, который представляет собой систему мысленных, практически не осуществимых процедур, проводимых над идеальными объектами. Он относится к области теоретического познания. Будучи теоретическими моделями реальных экспериментальных ситуаций, мысленные эксперименты проводятся в целях выяснения согласованности основных принципов теории.
Средства исследовательского естественнонаучного эксперимента определяются лабораторной базой учебного заведения, в котором обучается студент-экспериментатор. Обычно они представляют собой сильно упрощенные модели реальных технических устройств. Отметим также, что для исследования неизвестного студентам явления обычно применяются средства, предполагающие его известным и достаточно хорошо изученным.
Результат исследовательского естественнонаучного эксперимента соответствует его цели. С одной стороны студент получает подтверждение какого-либо закона, явления, его количественные характеристики, с другой стороны -у него развиваются знания методологии исследования, исследовательские уме 119 ния и другие элементы готовности инженера к исследовательской деятельности.
Современная наука использует разнообразные виды эксперимента. При этом существует множество их классификаций. Например, Ю.А. Воронин отмечает, что в зависимости от целей, которые ставит перед собой экспериментатор, можно различать поисковые (разведывательные), измерительные (метрологические) и проверочные эксперименты. В зависимости от объектов исследования, он делит эксперименты на биологические, физические, социологические и т.п. [28].
В сфере фундаментальных исследований выделяют качественный и измерительный эксперименты [19, 40]. В области прикладных исследований применяется модельный эксперимент, который ставится на материальных моделях, воспроизводящих существенные черты исследуемой природной ситуации или технического устройства. Он тесно связан с производственным экспериментом. Р.Е. Мажирина отождествляет производственный эксперимент с инженерным и отмечает, что инженерный эксперимент относится к активным познавательным процессам, во время которого уточняются качественные и количественные характеристики промышленного объекта [82, с.22]. Следует отметить, что учебный исследовательский эксперимент имеет существенные отличия от инженерного исследовательского эксперимента (см. таблицу 14).
Содержание и результаты педагогического эксперимента
В процессе педагогического эксперимента отслеживалось влияние предложенной методической системы и ее применения на развитие исследовательской деятельности конкретных студентов. Рассмотрим это на примере студента экспериментальной группы Олега М.
Олег М. - студент механико-технологического факультета ОГТИ, специальности 18.04.00 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» на первом курсе имел среднюю успеваемость по всем дисциплинам. По результатам диагностической работы к началу эксперимента он находился на исполнительном уровне развития готовности к исследовательской деятельности. У него отмечались: низкий уровень технических знаний, знаний методологии исследования, отсутствие умений выявлять противоречия при решении учебно-профессиональных задач, проводить теоретический анализ объекта исследования; недостаточный опыт по осуществлению как теоретических, так и экспериментальных исследований; низкий уровень развития технического мышления; слабо развитые личностные характеристики, необходимые в исследовательской деятельности. В частности, у него отмечалась низкая мотивация исследовательской деятельности (направленность на приобретение знаний составляла всего 4 балла из двенадцати - а это1 ниже среднего для данной группы, направленность на научно-исследовательскую деятельность у него также не наблюдалась, так, он больше склонялся к производственной (эксплуатационной) деятельности).
Таким образом, на первом курсе Олег М. находился на низшей стадии развития исследовательской деятельности. С такими качествами невозможно на должном уровне осуществлять исследования на производстве, что крайне важно в инженерной деятельности.
В индивидуальной беседе было выяснено, что Олег М. не владеет такими понятиями, как гипотеза, исследовательская деятельность, техническое проти 170 воречие, и, что он не имеет практически никаких представлений о естественнонаучном эксперименте, его средствах, методах, формах проведения и значении в профессиональной деятельности инженера.
На первом и втором курсах в рассматриваемой экспериментальной группе применялась предложенная в диссертационном исследовании методическая система развития исследовательской деятельности студентов при изучении естественнонаучных дисциплин: решались учебно-профессиональные задачи с естественнонаучным содержанием, проводился исследовательский естественнонаучный и имитационный эксперимент, применялись компьютерные технологии, проводился контроль и коррекция исследовательской деятельности студентов. Особо обращалось внимание на решение экспериментальных учебно-профессиональных задач исследовательского характера. Например, Олегу предлагалось подобрать оборудование для исследования электростатических полей, созданных заряженными телами различной формы.
К середине третьего курса по результатам диагностической работы Олег М. перешел на частично-поисковый уровень развития готовности к исследовательской деятельности. У него возрос объем технических знаний, знаний методологии исследования, повысился уровень умения решать различные учебно-профессиональные задачи исследовательского характера и проводить экспериментальные исследования, увеличился опыт по осуществлению данного вида деятельности, повысился уровень технического мышления с низкого до среднего. Олег научился самостоятельно выбирать методы и способы решения поставленных задач, устанавливать причинно-следственные связи между рассматриваемыми явлениями, анализировать и оформлять результаты исследования. Кроме того, он стал самостоятельно подбирать оборудование для исследовательского эксперимента, а также планировать последовательность своих действий в его осуществлении. Студент стал отмечать значимость исследовательской деятельности для профессии инженера. В соответствии с описанными качествами Олег М. перешел на среднюю стадию в развитии исследовательской деятельности.
После третьего курса Олег прошел технологическую практику на ОАО «МК «ОРМЕТО-ЮУМЗ» (Южно-уральском машиностроительном заводе), познакомился с работой механосборочного цеха № 14, принял участие в разработке электропривода для подключения станка ДИП 500 к установке ЧПУ НЦ-31.
На четвертом курсе он уже принимал активное участие в различного рода дискуссиях, обсуждениях, выдвигал и защищал собственные экспериментальные проекты, выступал на внутривузовских научно-практических конференциях.
К концу пятого курса по результатам итоговой диагностической работы и анкетирования, данный студент перешел на креативный уровень готовности к исследовательской деятельности, то есть он стал вести целенаправленный поиск научно-технической информации, самостоятельно выдвигать проблемы, формулировать и разрешать технические противоречия, применять творческий подход при решении учебно-профессиональных задач. Кроме того, у него была отмечена высокая подготовка при проведении лабораторных работ: он стал способен самостоятельно планировать эксперимент, подбирать для него оборудование, проделывать все необходимые измерения, обрабатывать и анализировать полученные экспериментальные данные. При обследовании направленности на вид инженерной деятельности было обнаружено, что у него явно выражена направленность на научно-исследовательскую деятельность. Данный уровень готовности студента к исследовательской деятельности соответствует высшей стадии развития исследовательской деятельности и, следовательно, обеспечивает Олегу М. успех в реализации его профессиональных функций.
Таким образом, внедрение в учебный процесс разработанной автором методической системы способствовало развитию у данного студента готовности к осуществлению исследований на производстве, обеспечив поступательный рост эффективности исследовательской деятельности с постепенным переходом от низшей к средней и, наконец, высшей стадии развития данного вида деятельности.
Первичная обработка результатов педагогического эксперимента недостаточна. Для более полной проверки гипотезы была проведена вторичная статистическая обработка результатов эксперимента. Нами была выдвинута нулевая гипотеза о том, что средние значения двух совокупностей данных статистически достоверно отличаются друг от друга. Для проверки гипотезы мы использовали t-критерий Стьюдента. В данном исследовании взяты две группы: контрольная и экспериментальная. Вторичная статистическая обработка приведена для третьего среза. Его основная формула имеет вид:
