Введение к работе
з
Актуальность темы. Л.С. Выготский писал: «Обучение только
тогда является хорошим, когда оно является создателем развития. Оно
побуждает и вызывает к жизни целый ряд функций, которые находятся в
стадии созревания и лежат в зоне ближайшего развития». Поэтому для
вузов МЧС России во главу угла должна становиться задача
переориентации дидактической системы с преимущественно
информационного типа обучения на обучение, позволяющее выявлять и
развивать познавательные и творческие способности курсантов и
студентов, управлять формированием их самостоятельной активности, а
так же воспитывать в этом процессе волевые и профессиональные свойства
личности, обеспечивающие самостоятельную, активную,
целеустремленную и, главное, результативную учебную и профессиональную деятельность обучаемых. При обучении инженерным специальностям значительное внимание уделяется формированию умений и навыков, связанных с измерением величин технических параметров и обработке результатов этих измерений. Однако проведение лабораторных работ по традиционной методике предполагает существенные ограничения в тематике экспериментов, связанные с продолжительностью физического процесса, использовании горючих и токсичных веществ в эксперименте, возможности размещения лабораторных установок в существующих учебных площадях, стоимости лабораторных установок и необходимых расходных материалов.
Развитие новых информационных технологий дает в руки преподавателей и курсантов эффективный инструмент - ПК, который, если дополнить методически корректным программным продуктом, позволит решить задачу выбора тематики лабораторных экспериментов, адекватных задачам подготовки сотрудников Государственной противопожарной службы (ГПС) и свободных от ограничений, налагаемых спецификой
проведения натурных экспериментов. Однако использование только виртуальных моделирующих комплексов не может решить проблемы привития практических навыков работы с реальными измерительными приборами.
Для успешного решения накопившихся противоречий, связанных с организацией и проведением лабораторного практикума в рамках традиционной формы и внедрению его виртуальной формы необходимо:
- провести анализ исследований по разработке дидактических
средств в области лабораторного эксперимента, позволяющих повысить
эффективность профессиональной подготовки сотрудников ГПС;
- разработать модель организации лабораторного практикума для
курсантов вуза МЧС России, включающую виртуальный и натурный
эксперименты с элементами проектной деятельности;
- сформировать оптимальную схему проведения натурно-
виртуальных экспериментов;
разработать оптимальную структуру и произвести программную реализацию программно-компьютерных комплексов, а также необходимую методическую поддержку, позволяющую курсантам и студентам выполнять лабораторные эксперименты;
определить пути и методы интенсификации лабораторных занятий за счет более качественной подготовки курсантов и студентов путем внедрения в педагогическую практику индивидуальных комплексных заданий, содержащих как расчетную, так и экспериментальную компоненты.
Педагогическая значимость поставленной проблемы, ее недостаточная научная разработанность в психолого-педагогической и технической литературе, потребность вузов МЧС России в практических рекомендациях по организации натурно-виртуального лабораторного
эксперимента определили выбор темы исследования, обусловили цель, объект и предмет исследования.
Цель исследования - разработка научно обоснованных и педагогически эффективных технологий проведения натурно-виртуальных лабораторных экспериментов.
Объектом исследования явился процесс подготовки специалистов в учебных заведениях МЧС России.
Предмет исследования - выявление условий и путей повышения
эффективности обучения курсантов и студентов вузов МЧС России
основе использования натурно-виртуальных лабораторных
экспериментов.
В процессе исследования была выдвинута рабочая гипотеза: эффективность обучения специалистов в вузах МЧС России повысится, если:
- при формировании необходимых профессиональных знаний,
навыков и умений наряду с традиционным натурным экспериментом,
будут использованы виртуальные технологии проведения лабораторного
эксперимента;
- тематика натурных и виртуальных лабораторных экспериментов
должна быть общей.
Цель исследования и сформулированная рабочая гипотеза обусловили необходимость решения следующих задач:
Оценить возможности использования существующего отечественного и зарубежного опыта использования современных натурно-виртуальных технологий проведения лабораторного эксперимента в учебном процессе вузов МЧС России по дисциплинам общеинженерного цикла.
Определить и обосновать психолого-дидактические требования к комплекту учебно-методических материалов, поддерживающих натурно-
6 виртуальные технологии проведения лабораторного эксперимента с учетом специфики функционирования комплектующих органов.
Разработать комплекты методической документации и соответствующего программно-компьютерного сопровождения лабораторного практикума, необходимого для внедрения в учебный процесс натурно-виртуальных технологий проведения лабораторного эксперимента по дисциплинам "Основы теплотехники" и «Теплотехника».
Экспериментально подтвердить эффективность использования разработанных натурно-виртуальных технологий проведения лабораторного эксперимента в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России
Методологической основой исследования явились:
философские, психологические и педагогические концепции познавательной деятельности обучаемых при работе над учебным материалом (Ю.Г. Баскин, А.Э. Болотин, В.П. Беспалько, Дж. Гилфорд, В.П. Давыдов, Т.А. Ильина, Н.В. Кузьмина, СВ. Литвиненко, Н.Ф. Талызина, В.А. Якунин и др.);
дидактические и психологические закономерности в учебном процессе (Н.Г. Винокурова, А.А. Грешных, П.Я. Гальперин, О.Ю. Ефремов, Ю.Н. Кулюткин, Я.А. Пономарев, Л.С. Узун, В.Н. Пушкин, В.А. Щеголев и др.);
применение законов кибернетики как наиболее общей теории управления учебным процессом (B.C. Артамонов, А.И. Берг, Н. Винер, В.Д. Никандров, У.К. Ричмонд, И. Столуров и др.).
- системный подход в изучении педагогических явлений.
В процессе исследования использовались следующие методы: 1. Определение теоретической основы и разработанности проблемы исследования посредством анализа психолого-педагогической,
методической и технической литературы, а так же информационных источников в сети Интернет.
Контент-анализ учебно-методической литературы и планирующей документации дисциплин общеинженерного цикла.
Программная реализация необходимых функций обработки результатов лабораторных измерений и моделирования физических процессов
Наблюдение за работой курсантов и студентов во время выполнения ими лабораторного практикума.
Педагогический анализ письменных работ и устных ответов курсантов и студентов; статистическая и качественная обработка результатов.
Свободное интервью и анкетный опрос курсантов, студентов и преподавателей, анализ результатов опроса и беседы.
Запись на магнитный носитель результатов обращения курсантов и студентов к моделирующему комплексу.
Использование личного опыта преподавания автора.
Анализ экспертных оценок методических материалов и программных продуктов.
Констатирующий, формирующий и контрольный педагогический эксперимент.
Логика исследования:
Исследование проводилось в три взаимосвязанных этапа в период с 2005 по 2009 годы.
На первом этапе (2005-2006 гг.) проводилось изучение педагогической, психологической, методической и технической литературы по исследуемой проблеме, производилось теоретическое обоснование темы и определение задачи проводимого исследования, сформулирована рабочая гипотеза исследования.
На втором этапе (2006-2007 гг.) в теоретическом плане было проведено уточнение гипотезы исследования, определены связи между компонентами предлагаемого программного продукта и методическим обеспечением. Практический аспект исследования состоял в разработке программы и проведении констатирующего и формирующего экспериментов, была проведена программная реализация бета-версии натурно-виртуальной теплотехнической лаборатории.
На третьем этапе (2007-2009 гг.) в теоретическом аспекте произведено уточнение и доработка предлагаемых условий эффективного использования виртуальной лаборатории. В практическом аспекте -проведение контрольного измерения эффективности использования виртуальной лаборатории, а также программная реализация уточненных версий натурно-виртуальной теплотехнической лаборатории.
На заключительном этапе был проведен теоретический анализ результатов исследования и оформление диссертационной работы.
На защиту выносится:
Систему приоритетов в повышении эффективности практического обучения курсантов и студентов по дисциплинам естественно-научного и технического циклов на основе проведения натурно-виртуального лабораторного эксперимента.
Педагогическая технология использования натурно-виртуальной лаборатории в рамках выполнения комплексного расчетно-экспериментального задания, тематика которого позволяет выдвигать гипотезы по результатам виртуального моделирования и подтверждать или опровергать их в ходе натурного этапа лабораторного эксперимента.
Оптимальная форма реализации натурно-виртуальной технологии проведения лабораторного эксперимента в виде комплексной натурно-виртуальной лаборатории, в которой технические ограничения
возможностей натурной составляющей лаборатории расширяются за счет использования виртуальной компоненты.
Научная новизна исследования состоит в том, что:
Сформирована структура оригинальной натурно-виртуальной лаборатории, реализующей как информационные функции, так и функции проведения натурно-виртуального лабораторного эксперимента применительно к задачам обеспечения интенсивной аудиторной учебной работы курсантов и студентов.
Разработана структура оригинальных расчетно-экспериментальных заданий, адаптированная к возможностям натурно-виртуальной лаборатории.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что сформулированы принципы сопровождения натурно-виртуальных технологий лабораторного эксперимента в учебном процессе вузов МЧС России.
Практическая значимость исследования состоит в том, что: 1. На основании сформулированных психолого-дидактических требований разработан комплект учебно-методических материалов для аудиторной работы курсантов и студентов по дисциплинам «Теплотехника» и «Термодинамика и теплопередача», поддерживающих функции натурно-виртуального лабораторного эксперимента;
2. Внедрена в педагогическую практику Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России натурно-виртуальная теплотехническая лаборатория.
3. Методические и программные разработки, полученные при
создании натурно-виртуальной теплотехнической лаборатории были
использованы при создании технических заданий для других учебных
предметов вуза: «Пожарное водоснабжение», «Гидравлика», «Основы
теплотехники», «Теплотехника», «Электротехника и электроника».
Достоверность научных положений, полученных результатов и обоснованность рекомендаций обеспечивалась:
- выбором проверенных на практике и теоретически обоснованных
показателей эффективности разработанного программного продукта как
необходимого инструментария проведения лабораторных работ;
- длительностью (более 2-х лет) эксперимента, участием
независимых экспертов в измерении остаточных знаний
экспериментальной и контрольной групп;
- применением методов математической статистики и возможностей
современного информационного инструментария при сборе и обработке
данных, полученных в ходе эксперимента;
- согласованностью прогнозов, сформулированных в ходе
исследования и достижений педагогического опыта высших учебных
заведений, а так же личным опытом преподавания.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях» (СПБ.: СПбИ ГПС МЧС России, 2006 г); на 6 международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения последствий чрезвычайных ситуаций», (СПб. СПбУ ГПС МЧС России, 2007 г.).
Внедрение результатов исследования осуществлялось непосредственно в ходе формирующего эксперимента в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России; разработанный автором программный продукт был рекомендован к использованию в учебном процессе кафедры физики и теплотехники с курсантами и студентами.
Публикации. Основные положения опубликованы в 6 печатных работах, в том числе одна - в издании, рекомендованном в ВАК России.
11 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 154 страницах текста, содержит 11 рисунков, 9 таблиц и одну диаграмму.
