Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обеспечение качества графической подготовки студентов в инженерном образовании как педагогическая проблема 14
1.1. Анализ факторов и условий, влияющих на качество геометро-графической подготовки будущих инженеров 14
1.2. Педагогические и методические основы обучения студентов начертательной геометрии и роль самостоятельной работы студентов в обеспечении качества графической подготовки 59
Выводы по первой главе 81
ГЛАВА 2. Проектирование технологии самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии на основе использования мультимедийных средств 83
2.1. Психолого-педагогические особенности преподавания курса «Начертательная геометрия» и дидактические принципы организации самостоятельной работы студентов 84
2.2. Электронный учебно-практический комплекс как дидактическое средство активизации учебной деятельности студентов 99
2.3. Технология организации самостоятельной работы на основе ЭУПК и особенности её применения для различных форм обучения 130
Выводы по второй главе 146
ГЛАВА 3. Апробация технологии организации самостоятельной работы студентов в процессе графической подготовки с использованием ЭУПК 148
3.1. Организация опытной проверки эффективности технологии организации самостоятельной работы в свете формирования базовой графической компетенции в курсе начертательной геометрии 148
3.2. Анализ и оценка достоверности результатов экспериментальной апробации технологии организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии 164
Выводы по третьей главе 177
Заключение 179
Список используемых источников
- Педагогические и методические основы обучения студентов начертательной геометрии и роль самостоятельной работы студентов в обеспечении качества графической подготовки
- Электронный учебно-практический комплекс как дидактическое средство активизации учебной деятельности студентов
- Технология организации самостоятельной работы на основе ЭУПК и особенности её применения для различных форм обучения
- Анализ и оценка достоверности результатов экспериментальной апробации технологии организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии
Педагогические и методические основы обучения студентов начертательной геометрии и роль самостоятельной работы студентов в обеспечении качества графической подготовки
Быстрое развитие мирового общественного производства во второй половине XX и в начале XXI веков обусловлено появлением новых технологий, что привело к повышению требований к уровню квалификации специалистов технического профиля. Эта ситуация широко обсуждается в специальной литературе. Достаточно полно выявлены требования, критерии, направления изменения инженерного труда. М.Л. Лопатина отмечает: "Технологическая революция XX века и возникновение постиндустриального общества привели к тому, что к специалистам стали предъявляться новые функциональные требования: от работника теперь требуются как хорошо развитые производственные функции, так и способности и умения проектировать, принимать решения и выполнять творческую работу. Эти способности и умения должны формироваться и постоянно развиваться как во время обучения, так и во время трудовой деятельности" [1].
Бесспорно, что в основе всех преобразований в современном мире лежит инновационная высокотехнологичная инженерная деятельность. Сегодня качество и результаты инженерного труда напрямую отражаются на экономическом, социальном, культурном и экологическом благосостоянии общества. Поэтому нельзя не согласится с Н.Ю. Ермиловой в том, что "сложившаяся ситуация настоятельно требует от будущих инженеров предприимчивости, профессиональной компетенции, коммуникабельности, творческого и ответственного отношения к решению производственных проблем. В связи с этим проблема качества инженерно-технического образования в целом и геометро-графического как его основы в частности становится особенно актуальной" [2].
Подготовка в области геометрии и графики не случайно названа автором "основой" инженерно-технического образования. Хорошая графическая подготовка студентов, наряду с необходимым объёмом знаний и навыков, даёт возможность им- успешно осваивать избранную специальность и более продуктивно использовать современные разработки в инженерной области, поскольку учит работать с техническими, чертежами; схемами, документацией. Кроме:.того, грамотно организованная: графическая подготовка будущих инженеров ориентирована на использование возможностей современных информационных технологий и повышает уровень их информационной культуры. Высокий уровень графической подготовки позволяет расширить кругозор, повысить качество образования, даёт возможность сту 16 дентам участвовать в проектной и изобретательской деятельности, а после окончания учебного заведения — быстро адаптироваться к условиям современного производства. Но главным для технических вузов является, по мнению Н.Ю. Ермиловой, особое место графических дисциплин в общей системе профессиональной подготовки инженера, которое определяется тем, что: "Их изучение закладывает основу знаний и умений, необходимых для успешного освоения других дисциплин технического профиля, и оказывает значительное влияние на профессиональное становление будущих инженеров, развитие их проективного воображения, логики мышления, интеллекта личности" [2]. Ведущая роль начертательной геометрии, как науки о графическом моделировании многомерных пространств состоит в инженерном осмыслении геометрических знаний и решении прикладных задач графоаналитическими методами. Инженерные языки графического представления информации являются областью геометро-графических дисциплин, наиболее полно использующей функции коммуниката [3].
Дисциплина «Начертательная геометрия» является одной из базовых учебных дисциплин, подготавливающих студента к освоению графических образов деталей и сборочных узлов машин, без чего дальнейшее обучение специалиста в области техники невозможно [4].
Исходя из указанной особой роли начертательной геометрии, следует сделать вывод, что она соединена междисциплинарными связями с теми областями инженерного образования, которые студенту ещё предстоит изучать. Начертательная геометрия — это геометро-графическая дисциплина, имеющая математическую природу, и её задача заключается не только в обслуживании курсов «Инженерная графика» и «Техническое черчение», но и множества других дисциплин [5]. Подтверждением этого высказывания являются слова В.И. Якунина, Л.Г. Нартовой, акцентируя на том, что "... начертательная геометрия служит мощным средством интеллектуального развития студентов в технических университетах. Это объясняется тем обстоятельством, что геометрическая интерпретация явлений в любых формах пронизывает прак 17 тически всю систему учебных дисциплин, как общеинженерного цикла, так и специальных циклов профессионального технического образования" [6].
Такого же мнения в своей публикации [1] придерживается М.Л. Лопатина, утверждая: "... формирование графической культуры не заканчивается курсами «Начертательная геометрия» и «Инженерная фафика». Графическая подготовка осуществляется попутно при изучении других общепрофессиональных дисциплин:
Помимо этого, графические дисциплины являются связующим звеном в процессе обучения общеинженерным и специальным дисциплинам. От уровня подготовки по этим дисциплинам во многом зависит умение студентов грамотно выполнять графическую часть курсовых работ, курсовых и дипломных проектов, зависит умение выпускника грамотно использовать приобретённые знания для решения различных инженерных задач.
Многие специалисты и педагоги-практики справедливо отмечают, что достичь высокого уровня геометро-графической подготовки невозможно без сбалансированных учебных программ, важную роль в которых играют курсы графических дисциплин. Они полезны всем будущим инженерам и крайне необходимы в подготовке специалистов инженерно-конструкторских и инженерно-технологических специальностей.
Электронный учебно-практический комплекс как дидактическое средство активизации учебной деятельности студентов
В содержании обучения по другим специальностям могут быть отражены иные разделы.
Что касается методов решения типовых задач, то позиционные и метрические задачи начертательной геометрии могут решаться как графическими, так и аналитическими методами. Необходимо отметить, что традиционными являются графические методы. В настоящее время существует мнение о необходимости параллельного изучения графических и аналитических алгоритмов решения. Г.С. Иванов объясняет это изменением роли начертательной геометрии как учебной дисциплины, вызванным широким внедрением в производство и образование ЭВМ [79].
Поскольку в основе компьютерной реализации решения графической задачи лежат аналитические способы, их необходимо включать в содержание обучения начертательной геометрии. Кроме того, параллельное знакомство с графическими и аналитическими способами задания геометрической информации, предоставляет студенту возможность сравнения и анализа различных способов моделирования геометрических объектов, а преподавателю - организовать личностно-ориентированное, индивидуализированное обучение студентов. При этом реализуются рекомендации основоположника начертательной геометрии Г. Монжа о совместном изучении графических и аналитических методов. Сравнивая начертательную геометрию с алгеброй, Г. Монж указывал: "Обе науки имеют тесную связь. Нет ни одного построения в начертательной геометрии, которое нельзя было бы перенести на язык анализа; и если вопрос касается не более чем трёх неизвестных, каждая аналитическая операция может быть трактована как запись геометрической картины" [80, с. 5]. Однако необходимо учитывать, что параллельное изучение в курсе начертательной геометрии требует увеличения учебного времени.
С появлением ЭВМ и программного обеспечения, позволяющих аналитическими методами более точно решать геометрические задачи и автоматически отображать результаты решения в графическом виде на экране монитора, стали высказываться мнения об изменении содержания начертательной геометрии как учебной дисциплины, так и сохранении его в традиционном виде. Так ряд исследователей (P.M. Сидорук, Е.Е. Плоткин, Л.И. Райкин) одним из путей совершенствования геометрической и графической подготовки студентов признаёт: "...углубление фундаментальной геометрической подготовки, переход на компьютерную начертательную геометрию, изучение в рамках курса вычислительной геометрии понятий топологического пространства, многообразия, групп преобразований, изоморфизма, систем интерполяции клеточных комплексов , соответственно, сеточных, каркасных поверхностей, объёмных, многомерных геометрических моделей, необходимых для САПР, АСНИ и ГАПС" [81, с. 49]. С.А. Попов и П.А. Варфоломеева считают, что использование "элементов компьютерной графики удачно дополняет традиционный курс начертательной геометрии, когда выполнение обычных чертежей дополняется лабораторным практикумом, в котором студенты разрабатывают программы для построения на экране монитора линии пересечения поверхностей вращения" [82, с. 41]. И.В. Глазкова предлагает дополнить программу курса начертательной геометрии комплексом дизайн-составляющих и предусмотреть привлечение современных графических программ при изучении некоторых тем [83]. Л.С. Шабека отмечает, что "... машинная графика должна изучаться как обеспечивающая подсистема системы автоматизированного проектирования, не как альтернатива ручному черчению, а как эффективное средство визуализации процесса и результатов познавательной и творческой деятельности" [84, с. 5]. По мнению B.C. Полозова, на компьютерное обучение в рамках графических дисциплин, изучение разделов «геометрическое моделирование», «вычислительная геометрия», «машинная графика» должно быть отведено дополнительное время. Эти разделы должны изучаться после усвоения курсов начертательной геометрии и черчения [85].
Практика показала, что широкого внедрения ЭВМ для автоматизации аналитического решения задач начертательной геометрии в процесс обучения пока не произошло. Это объясняется тем, что студенты первого курса не имеют достаточного опыта работы с вычислительной техникой, а выделить время на изучение языков программирования в курсе начертательной геометрии не представляется возможным. Однако, при современном уровне программного обеспечения, появлении прикладных графических программ, таких как AutoCAD,- T-FLEX, KoMnac-3D, Solid Works и т.д. язык начертательной геометрии стал понятен компьютеру. Использование таких графических редакторов позволяет получать точное графическое решение задач на экране дисплея и требует только элементарной компьютерной грамотности. Это открывает большие возможности для использования компьютеров при изучении начертательной геометрии.
Учитывая, что начертательная геометрия является фундаментальным разделом инженерной графики, при определении содержания обучения начертательной геометрии и вопросов, выносимых на самостоятельную проработку, может быть принята за основу обобщённая структурно-функциональная модель содержания графической подготовки, разработанная Л.С. Шабекой и содержащая «пять основных функционально-соподчинённых компонентов [84]:
1) пространственно-логический - включает умения и навыки представления пространственных форм по чертежу (изображению на экране дисплея) или описанию, а также проведению логических действий с образами в пространстве;
2) изобразительный - определяет владение методами построения пространственных форм на плоскости (бумаге, экране дисплея);
3) геометро-графический - включает знания и умения анализировать н определять форму, положение, метрические характеристики объектов с помощью графических методов, в том числе с применением ЭВМ;
4) конструктивно-графический - определяет умение применения графических, в том числе машинных методов, к решению различных задач, связанных с конструированием машин и механизмов, анализом и расчётом технологических процессов;
5) интеллектуально-деловой — включает качества личности, развиваемые в процессе графической подготовки (пространственное представление и воображение, техническое мышление, аккуратность, точность, чувство эстетического вкуса, зрительную память, умение применять нормативную информацию и т.д.)» [84, с. 7].
Технология организации самостоятельной работы на основе ЭУПК и особенности её применения для различных форм обучения
Важным компонентом проектирования педагогической технологии является отбор целесообразных методов обучения, составляющих методическую основу реализации технологии в условиях конкретного учебного процесса.
По вполне справедливому мнению Ц.Ц. Доржиева [160], в практике применения автоматизированных обучающих систем наблюдается тенденция перехода от метода программированной учебной деятельности к свободному обучению, а также к методу моделирования учебной среды. При этом число программированной учебной деятельности не уменьшается, но более широко начинают использоваться продуктивные методы.
На базе компьютеров и информационных технологий можно существенно расширить арсенал дидактических методов [161]. К таким методам в современной педагогике относятся метод информационного ресурса, ассоциативный метод обучения, метод информационного ресурса, методы искусственного интеллекта, компьютерного моделирования и др. Суть первых двух из названных в работе [162] раскрыта следующим образом:
В основе ассоциативного метода обучения лежит разработка обучающей среды, предоставляющей возможность изучать материал не в каком-то предопределенном порядке, а свободно, руководствуясь своими ассоциативными или какими-либо личными предпочтениями. Этот метод весьма эффективен при изучении дисциплин, имеющих междисциплинарный характер, когда предмет изучения предполагает множество ракурсов, аспектов, позиций освоения материала. В соответствие с этим методом, преподаватель разрабатывает хорошо структурированную и организованную учебную среду, а пути последовательности работы в ней определяются самим студентом.
Метод информационного ресурса предполагает целесообразно организованную работу обучаемого с большим объёмом текстовой, графической, видеоинформации. Разработчики обучающих программ с целью использования этого метода устанавливают различные связи между разными фрагментами данных.
Работа обучаемых с книгой, учебником, справочной, научно-популярной и учебной литературой в дидактике считается одним из важнейших методов обучения. В настоящее время к этим источникам добавились и мул ьти медиа-ресурсы.
Главное достоинство этого метода - возможность для- обучающегося многократно обрабатывать учебную информацию в доступном для него темпе и в удобное время. Учебная литература и мультимедиа-средства успешно выполняют все дидактические функции: обучающую, развивающую, воспитывающую, побуждающую, контрольно-коррекционную. Ещё одним немаловажным фактором выступает то, что современные гипермедиа-технологии позволяют связывать между собой разрозненную мультимедиа-информацию, находящуюся в различных блоках, производить её структуризацию. Задача педагога5 при использовании метода информационного ресурса — подобрать нужные ресурсы, представить их в электронном (а .также в печатном) виде и сориентировать в них студентов.
Основные отличия данного метода от стандартных методов программированного обучения и метода работы с литературой состоят в следующем: — используемые мультимедиа-ресурсы находятся в различных блоках ЭУПК, на различных серверах в сети Интернет; - количество мультимедиа-ресурсов и связей между ними может быть практически неограниченным; - система подачи информации мультимедиа-ресурса с помощью гипертекста и слайд-лекций позволяет обучаемому находить собственную траекторию прохождения учебного материала, углублять и расширять знания по своему желанию и возможностям; - гипермедиа-технологии позволяют при необходимости встраивать в учебный материал иллюстрации, анимацию, видеоролики, озвучивать информацию.
Основная цель использования метода информационного ресурса — закрепление и расширение теоретических знаний и практических умений путём ориентации в учебной информации, которая ему необходима и удовлетворяет его познавательные потребности.
К недостаткам метода информационного ресурса можно отнести значительные затраты времени как со стороны педагога, связанные со сбором и структуризацией мультимедиа-ресурсов, повышенным требованием к качеству используемых мультимедиа-ресурсов в процессе обучения и единообразно-стью ресурсов (сходные интерфейс и навигация), так и со стороны студента: навигация, просмотр, выполнение заданий и т.д.
Большое внимание уделяется сейчас интерактивным методам обучения. Анализируя тенденции развития современных форм обучения в России, академик РАО A.M. Новикова отмечает: "Только недавно мы начинали внедрять активные методы обучения, а сегодня многие основные методические инновации связаны уже с применением интерактивных методов обучения".
Интерактивный ("Inter" - взаимный, "act" - действовать) — означает взаимодействовать, находится в режиме действия и/или диалога с кем-либо.
Исследования проведённые в 80-х годах показали, что интерактивные методы позволяют резко увеличить процент усвоения материала. Результаты этого исследования показывают, что наименьший процент усвоения имеют пассивные методики (лекция — 5 %, чтение — 10 %), а наибольший интерактивные (дискуссионные группы — 50 %, практика через действие — 75 %, обучение других, или немедленное применение — 90 %). [163]. В нашем случае это прежде всего методические приёмы "практика через действие", "немедленное применение" и "обучение других", основанные на широком использовании информационных ресурсов, заложенных в ЭУПК.
Анализ и оценка достоверности результатов экспериментальной апробации технологии организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии
Предварительно на основании экспертных оценок были выделены следующие уровни сформированности:
Высокий - студент хорошо представляет пространственный образ по проекциям, легко переходит от проекции к пространственному объекту и обратно, не допускает ошибок при построении сечений сложных тел и поверхностей, имеет последовательную и чёткую логику рассуждений и может объяснить ход решения задачи.
Средний - студент испытывает иногда затруднения в восприятии пространственного образа геометрического объекта представленного в проекциях, редко допускает ошибки при построении обратимых чертежей пространственных объектов, верно реализует алгоритм графических построений при решении типовых задач курса, но испытывает затруднения в объяснении.
Низкий — студент не может сопоставить наглядное изображение геометрического объекта и его проекции, допускает частые ошибки в проецировании пространственных форм на плоскости проекций; не имеет представления по практическому применению типовых алгоритмов при решении позиционных и метрических задач, не умеет сформировать рассуждения в ходе решения задачи и как следствие этого не может объяснить результат своей работы.
В качестве задания для самостоятельного выполнения была предложена плановая графическая работа, посвященная тематическим разделам "Поверхности" и "Развертки поверхностей". Графическая работа состоит из двух частей, которые рассматривают следующие темы курса начертательной геометрии: 1) взаимное пересечение поверхностей вращения; 2) развертки поверхностей; .: 3) аксонометрические проекции.
Цель графической работы заключалась в закреплении теоретических знаний и усовершенствовании навыка решения обобщённых позиционных задач. Формулировка задания-была следующая: выполнить задачи VII, VIII, IX и X, на двух листах чертежной бумаги формата A3, руководствуясь методическими указаниями, приведёнными в ЭУГЖ. Задача VII. Построить линию пересечения двух непрозрачных поверхностей вращения способом вспомогательных секущих плоскостей. Задача VTII. Построить линию пересечения двух непрозрачных поверхностей вращения способом концентрических сфер. Задача IX. Построить развертку боковой поверхности конуса с нанесением линии пересечения, полученной в результате решения задачи VII или VIII. Задача X. Построить аксонометрическую проекцию пересекающихся поверхностей вращения по исходным данным и результатам решений задач VII и VIII (графическое условие задач см. приложение 8).
Образец решения представлен в приложении 9. Выполнение заданий оценивалось по результату индивидуального собеседования студента и преподавателя, заключавшееся в.защите студентом своей работы. Автором исследования предложены следующие критерии оценки графических работ: 1) состояние графической акрибии — точность и аккуратность графических построений; 2) степень владения теоретическим материалом - свободная ориентация в основных понятиях, чёткость и лаконичность при доказательстве решений задач; 3) уровень сформированности пространственно-образного мышления - формирование знаний; и умений создания визуально-образных геометрических моделей, абстрактных объектов по предлагаемому образцу; 4) наличие и развитость навыков творческого«подхода в процессе решения — применение: оригинальных", элементов, и приёмов графического оформления в решении задач 5) время выполнения - внеаудиторное время, которое затратил студент на выполнение данного графического задания. Фиксация данного показателя осуществлялось со слов студентов; 6) способность перейти к рассмотрению подобных задач более сложного уровня — оценка проявления самостоятельности и мотивации сту дента к углублению своих знаний. В процессе собеседования по содержанию выполненной графической работы, а при необходимости и путём постановки некоторых дополнительных вопросов, у преподавателя создавалось полное представление о том, в результате какой мыслительной деятельности и, опираясь на знание каких теоретических положений, студент выбрал (и почему?) данный путь решения задачи, представление о том, насколько свободно студент ориентируется в учебном материале и умеет применять свои знания к решению задач, что позволяет судить об уровне сформированности графической компетентности. Здесь же выявлялась и общая эрудиция студента, степень овладения им терминологией, его способность абстрактно мыслить и т.д. — словом, все то, что необходимо для объективной оценки его знаний по курсу.
