Содержание к диссертации
Введение
1 .Разработка критериального аппарата для анализа обучения графическим дисциплинам
1.1. Общее положение 15
1.2. Критерии уровня знаний 18
1.3.Психолого-педагогические концепции формирования знаний 25
1.4. Теоретическая модель структуры обучения 30
1.5.Выводы 32
2. Анализ обучения графическим дисциплинам в вузах 34
2.1. Общее положение 34
2.2. Структурный анализ обучения графическим дисциплинам 36
2.3. Анализ обучения графическим дисциплинам по содержанию 42
2.4. Анализ обучения фафическим дисциплинам в динамике 44
2.5. Анализ обучения фафическим дисциплинам по уровню 45
2.6. Выводы 48
3. Анализ обучения фафическим дисциплинам в школе 49
3.1. Общее положение 49
3.2. Анализ уровня усвоения знаний по фафическим дисциплинам 52
3.3. Анализ школьной программы по черчению 54
3.4.Анализ школьной программы по геометрии 57
3.5, Выводы 59
4 .Анализ методов обучения графическим дисциплинам 61
4.1. Общее положение 61
4.2. Инновационные методы обучения 63
4.3. Инновационные методы обучения
графическим дисциплинам 64
4.4. Анализ исследовательского метода обучения графическим дисциплинам 65
4.5. Методические особенности использования графических программных средств в учебном процессе 79
4.6. Выводы 88
5. Двухуровневое обучение графическим дисциплинам 89
5.1. Принятие решения 89
5.2. Схема рационального обучения 91
5.3. Обоснование научных концепций по структуре и содержанию обучения графическим дисциплинам 93
5.4. Подготовка кадров 106
5.5. Стратегия школьного обучения 109
5.6. Стратегия вузовского обучения 111
5.7. Структура рационального обучения 113
5.8. Выводы 122
6. Рекомендации по изучению графики в школе 123
6.1. Цели и задачи 123
6.2. Опыт довузовского обучения начертательной геометрии 125
6.3. Организация учебного процесса 128
6.4. Требования к графической подготовке учащихся 131
6.5. Содержание обучения 133
6.6. Тематическое планирование учебного материала 135
6.7. Выводы 137
7. Рекомендации по изучению графических дисциплин в вузе 139
7.1. Цели и задачи 139
7.2. Содержание обучения 141
7.3. Выводы 143
Заключение 145
Литература 148
Приложение 1 163
Приложение 2 167
- Критерии уровня знаний
- Структурный анализ обучения графическим дисциплинам
- Анализ уровня усвоения знаний по фафическим дисциплинам
Введение к работе
Наша система образования в условиях российской действительности, как и все общество в целом, находится в двуедином процессе преодоления всего негативного, что было в прошлом с одной стороны и интенсивного наращивания интеллектуального и духовного потенциала с другой.
На рубеже XXI века особенно актуальными становятся вопросы воспитания и обучения нового поколения. Сегодня нельзя ограничиваться сообщениями лишь элементов знаний, нужна основательная подготовка к жизни и деятельности в условиях сложной современной цивилизации. Это требует коренной переоценки системы образования, изменения модели специалиста.
Каким должен быть инженер наступающего века - века развития творческих способностей и человеческой интуиции? Этот вопрос не может не интересовать общество в целом и во многом определяет стратегию всех образовательных учреждений. «Формирование будущих специалистов означает наделение учащихся такими знаниями и навыками, которые обеспечат им достойную жизнь» [113].
Современные темпы развития технических средств во всех сферах производства и обслуживания требуют постоянного увеличения объема знаний. Образование должно стать шире, полезнее, более практичным и фундаментальным, связанным с профессиональной деятельностью, приобретением навыков решения выдвигаемых жизнью задач.
Рассматривая эти вопросы с позиции изучения графических дисциплин, традиционный взгляд на содержание обучения, его роль и место в образовании будущего специалиста требуют существенной переоценки и уточнения, и в первую очередь в связи с появлением новых информационных технологий и компьютерной графики.
Использование безграничных возможностей вычислительной техники позволяет принципиально изменить круг решаемых инженерных задач. Если раньше методы геометрического моделирования соотносились только с внешними формами изделий, то теперь это могут быть и любые процессы внутри них. Иллюстративные и когнитивные (познавательные) возможности компьютерной графики приводят к пониманию необходимости ее изучения как закономерного этапа развития инженерной графики, принципиально меняя подходы к ее изучению.
Уже недостаточно знать законы построения пространственных форм на чертеже, необходимо понимание алгоритмов и правил отображения их на экране дисплея. Для продуктивной деятельности в современном информационном мире требуется фундаментальная базовая графическая подготовка. Важной задачей обучения становится обеспечение некоторого гарантированного уровня подготовки всех специалистов независимо от профессии не только как пользователей универсальных графических пакетов, но и как специалистов, способных использовать принципы отображения результатов решения стоящих перед ними задач с помощью современной техники для восприятия научных знаний, интерпретации разнообразной социальной, экономической, технической и др. информации.
Одна из задач системы образования состоит в адаптации к но-
*
вым требованиям жизни, передаче значительно больших знаний в ус
тановленные сроки обучения, привитии учащимся умений само
стоятельно их осваивать. Результаты многочисленных исследований в
области методологии обучения [4,6-8,13,18-20,32,57,68-70,79-
80,103,118,146,148], внедрения новых информационных технологий [34,43,63,72,86,93,97,125,128,141,147], совершенствования содержания общего образования в связи с развитием науки, культуры, техники и производства говорят о том, что возможности экстенсивного пути развития образования к настоящему времени в основном уже исчерпаны [ 77 ]. В необходимости кардинальных изменений в структуре изучения графических дисциплин для подготовки качественных специалистов новой формации и определена проблема исследования.
Целью работы является разработка рациональной методики обучения графическим дисциплинам на основе современных научно-педагогических концепций, имеющих важное значение в период перестройки системы высшего и среднего образования для повышения качества подготовки будущих специалистов.
Научно - педагогическая концепция исследования: количественное и качественное повышение уровня знаний по графическим дисциплинам, развитие творческих способностей учащихся с помощью организации рациональной непрерывной структуры изучения графических дисциплин.
Предметом исследования является структура обучения графическим дисциплинам в школе и вузе, которая позволяет обеспечить необходимый уровень профессиональной подготовки специалистов.
Объектом исследования являются учебные программы, технологии обучения, а также уровень подготовки учащихся в школе и вузе по графическим дисциплинам.
Проблема, предмет и цель исследования определили следующие теоретические и прикладные задачи:
- разработать критериальный аппарат для анализа структуры обу
чения графическим дисциплинам;
разработать модель структуры обучения по графическим дисциплинам;
провести научный анализ существующих программ, учебных планов и технологии обучения по графическим дисциплинам;
Щ - разработать структуру рационального обучения фафическим
дисциплинам;
- дать научное обоснование структуры обучения графическим дис
циплинам, как базисным наукам;
- дать рекомендации к графической подготовке в школе и вузе;
В основу исследования положена гипотеза, согласно которой
і структура рационального двухуровнего обучения графическим дисципли-
її нам в системе школа-вуз, основанная ни теоретических и эксперименталь-
ных исследованиях с соблюдением принципа преемственности и непрерывности, и позволяющая обеспечить требуемый уровень графической подготовки специалистов в условиях лимита академического времени, соответствует современным концепциям структуры содержания общего образования, может служить базой при разработке новых программ, методик
[ обучения и стандартов образования.
L Основным методическим принципом данной работы является
принцип конкретного анализа каждого этапа обучения фафическим дисциплинам, осмысление и понимание современных концепций структуры содержания образования.
Концептуальную основу исследования составляют научные наблю-
*
дения, теоретические и практические данные процессов обучения графическим дисциплинам как базовой науки для умственного развития и профессиональной творческой деятельности будущих специалистов.
В определении методологии исследования ключевую роль сыграли труды ученых:
- в области актуальных вопросов педагогики, методики препода
вания и проблем высшей школы: СИ. Архангельского, Н.Ф. Талызи
ной, В.П. Беспалько, Т. В. Габай, B.C. Леднева, М.В. Кларина, П.И. Пид-
KacHCToro, Т.И. Рудневой и др. [10,16-17,33,35,62,66,77,113,121];
в области психологии обучения : П.Я. Гальперина, B.C. Кузина, Н.Ф. Талызиной, Е. И. Машбиц, И.С. Якиманской, Н.А. Менчинской, А.А. Радугина и др. [37,64,74,85,87,101,104,109,110,142];
в области традиционных и инновационных методов обучения графическим дисциплинам: С. А. Фролова, В.А. Гервера, В. И. Якунина, ГС. Иванова, И.Н. Акимовой, Л. Н. Сайгак, Д. Роджерс, А.Д. Ботвинни-коваидр. [2,24-25,38,56,111-112,115,129,144,145].
Для решения поставленных задач и проверки гипотезы исследо-
I вания использовались синтетические методы научного наблюдения,
{ эмпирические методы сбора научных фактов, сравнительный метод со-
поставления результатов, а также:
- анализ методической, педагогической, психологической науч
но-технической литературы по проблеме исследования;
Ф - анализ учебной литературы, справочников, стандартов образо-
вания, методических указаний, вузовских и школьных учебных планов и программ по графическим дисциплинам и др.;
- анализ результатов учебной деятельности студентов и школьни
ков в процессе практической и экспериментальной работы;
*
методы контроля и оценки учебной деятельности студентов;
методы статистической обработки данных.
В работе обобщаются опыт и результаты исследований по организации факультативного обучения графическим дисциплинам в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи (ПИИРС), опыт довузовского обучения графическим дисциплинам в Московском государственном авиационном институте (ТУ), Нижегородском техническом университете, Самарском техническом университете и других вузах города Самары.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в следующем.
В исследовании обобщен и подвергнут анализу обширный теоретический и практический материал по педагогике, психологии и технологии обучения графическим дисциплинам, в результате чего:
1) дано научное обоснование изучения графических дисциплин
как базисных в структуре содержания общего образования, требующих
систематического непрерывного усвоения на всех ступенях образования;
2) разработаны научно-обоснованные требования к программе
непрерывного обучения графическим дисциплинам в школе для целе
направленного развития образно-логического и пространственного мыш
ления учащихся;
3) разработаны и апробированы рекомендации по методике ис
следовательского обучения для достижения высокого уровня усвоения
учебного материала;
4) даны научно-обоснованные рекомендации по профессиональ
ной переподготовке преподавателей графики в педагогических институ
тах и университетах с целью поднятия статуса изучения графических
, I и
дисциплин в школах;
5) даны методические рекомендации по использованию графических программных средств в учебных процессах вузов и школ с це-
j лью повышения эффективности обучения.
Практическая значимость научных результатов и их внедрения
,| заключается в комплексном подходе к изучению графических дисцип-
лин в системе школа - вуз, как базисных дисциплин, что позволит повысить количественно и качественно объем усваиваемой информации
а на всех ступенях образования.
і Теоретические выводы исследования основаны на практических
результатах, которые нашли отражение:
1) В организации обучения исследовательского типа на факультативных занятиях студентов в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи (ПИИРС). Практическое использование этого метода показало, что студенты усваивают учебный материал на качественно
Ф новом уровне, проявляют творческий подход, лучше усваивают смежные дисциплины, имеют высокий уровень остаточных знаний даже
і через несколько лет.
I 2) На практических занятиях по инженерной графике в ПИИРС с
I использованием результатов авторской методики и составлением учащи-
мися обобщающего алгоритма решения задачи в расчетно-графических ра-ботах. Практическое использование этой методики показало, что она способствует активизации учебной деятельности студентов, увеличению
* объема усвоенной информации и более глубокой ее проработке, орга-
низует студентов на самоанализ и самоконтроль своей учебной дея-
] тельности.
%
В организации на протяжении нескольких лет факультетов довузовской подготовки в Самарском государственном техническом университете для учащихся 10-11 классов, Самарском аэрокосмическом университете и других вузах Самары, а также в Нижегородском техническом университете, Московском государственном авиационном институте (техническом университете), что позволяет сократить время адаптации на изучение начертательной геометрии в академических условиях.
В создании комплексной системы графических программных средств в Самарском аэрокосмическом университете. Практическое использование базовых графических систем способствует более быстрому и глубокому усвоению учебного материала, развитию компьютерной грамотности.
Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка литературы и приложений.
Во введении обосновывается актуальность темы, сформированы цели и задачи исследования, показаны новизна и область приложений.
В разделе 1 «Разработка критериального аппарата для анализа обучения графическим дисциплинам» определены общие принципы и критерии формирования знаний, оценки их уровня.
За основу принята система Беспалько В.П., как наиболее конкретная, практичная, объективная при оценке уровня знаний; рассмотрены психолого-педагогические особенности формирования знаний и на их основе разработаны модель формирования знаний и рекомендации по организации учебного процесса.
В разделах 2 и 3 проведены анализы систем обучения графическим дисциплинам в школе и вузе. Выявлена закономерность снижения уровня подготовки и факторы, от которых это зависит.
В разделе 4 «Анализ методов обучения графическим дисциплинам» рассмотрены современные инновационные методы обучения в педагогике и методологии обучения графическим дисциплинам.
Подробно рассмотрен и проанализирован метод исследовательского типа по графическим дисциплинам. Выполнен анализ эффективности этого метода по уровню остаточных знаний. Раскрыты его достоинства, учитывающие все новаторские идеи в общем и графическом обучении. Выявлены методические закономерности применения графических программных средств.
В разделе 5 «Двухуровневое обучение графическим дисциплинам» на основе проведенных исследований сделан единственный вывод о необходимости изменения структуры обучения графическим дисциплинам в школе и вузе.
Проведено системное теоретическое обоснование принятого решения, опираясь на концепции структуры личности, ее деятельности, познания окружающей действительности, разработанные Ледневым B.C.. Сделаны выводы о необходимости изменения принципиального подхода к изучению графики, как базисной дисциплины, требующей непрерывного «сквозного» изучения на всех ступенях образования как самостоятельной дисциплины.
Даны рекомендации по подготовке кадров, стратегии образования в школе и вузе. Разработана рациональная структурная схема изучения графических дисциплин в школе и вузе, приведена таблица и диаграмма распределения времени по темам изучения на разных ступенях обучения.
В разделах 6 и 7 приведены рекомендации по изучению графики в школе и вузе, требования к подготовке и содержанию образования.
По теме диссертации опубликованы 6 научно-методических работ, в которых отражены основные теоретические и практические результаты исследований.
Критерии уровня знаний
Каждое полушарие человеческого мозга является самостоятельной системой восприятия внешнего мира, переработки информации о нем и планирования поведения в этом мире. Левое полушарие представляет собой как бы большую и мощную ЭВМ, имеющую дело со знаками и процедурами их обработки. Естественно-языковая речь, мышление словами, рационально-логические процедуры переработки информации и т.п. - все это реализуется именно в левом полушарии. В правом же полушарии реализуется мышление на уровне чувственных образов: эстетическое восприятие мира, ассоциативное узнавание, рождение принципиально новых идей и открытий и т.п. Весь механизм образного мышления, который нередко определяют одним термином «интуиция», и является правополушарной областью деятельности мозга.
Человеческое мышление и человеческое поведение обусловлено совместной работой обоих полушарий мозга. В одних ситуациях преобладает логический компонент мышления, в других - интуитивный.
Описанные фундаментальные различия между лево - и правополушарной стратегией переработки информации имеют прямое отношение к формированию различных способностей. Так для научного творчества, т. е. для преодоления традиционных представлений, необходимо восприятие мира во всей его целостности, что предполагает развитие способностей к образно - логическому мышлению. Отсюда ясно, как важно с ранних пор строить обучение таким образом, чтобы оба нужных человеку типа мышления развивались гармонично, чтобы образное мышление не оказалось скованным рассудочностью, чтобы не иссякал творческий потенциал человека.
Исходя из этого, одной из важнейших задач педагогики является гармоничное непрерывное развитие образно - логического и пространственного мышления человека, а задачей системы образования является целенаправленное непрерывное введение соответствующих дисциплин в учебные процессы, среди которых должное место занимают геометрия и графика. Именно эти науки дают необходимые знания об окружающей действительности с одновременным развитием образно - логического мышления, так необходимого для гармоничного и творческого развития человека.
Главным принципом педагогики является поэтапность формирования знаний, многоуровневая система передачи информации [36] .
Наиболее полно в количественном и качественном виде разработаны критерии, характеризующие этот процесс в работах В. П. Беспалько, которые и взяты за основу анализа ситуации обучения графическим дисциплинам в данной работе [16]. Его система дидактических показателей отличается наибольшей логичностью и возможностью практического использования . Рассмотрим ее более подробно.
1.2.1. Показатели уровня представления учебного материала.
Различают четыре формы представления учебного материала, которые соответствуют различным ступеням абстракции в описании:
1) Феноменологическая (описательная) ступень, на которой с использованием обычного естественного языка лишь описывают, констатируют факты, явления, процессы. Иногда дают их классификацию.
2) Аналитико-синтетическое описание (ступень качественных теорий), в котором на естественно-логическом языке излагают теорию частных явлений, что создает предпосылки для предсказания исходов явлений и процессов на качественном уровне.
3) Математическое описание (ступень количественных теорий), в котором на математическом языке излагают теорию частных явлений. Применение математических моделей создает при этом возможность для прогнозирования исходов явлений и процессов на количественном уровне.
4) Аксиоматическое описание, в котором формулируют законы, обладающие междисциплинарной общностью. Примеры таких описаний можно встретить в кибернетике, философии, теории систем.
Структурный анализ обучения графическим дисциплинам
Глобальные перемены и кризисы в обществе неизбежно сказываются на системе образования и приводят, как правило, к пересмотру взглядов на цели и задачи образования.
Цель высшего образования определяется часто неоднозначно -воспитание узкого профессионализма или формирование базовых знаний в широкой области человеческой деятельности. Хотя профессионализм является важнейшей частью деятельности специалиста на рабочем месте, ориентировка на узкоспециальные знания на базовом этапе подготовки в высшей школе нецелесообразна из-за больших изменений в современной промышленности, когда в течение нескольких лет происходит коренная замена техники и технологий из-за значительных достижений в области науки и производства. Система подготовки должна обеспечивать усвоение фундаментальных знаний на весь период профессиональной деятельности будущего специалиста.
В соответствии с решением Госкомитета по образованию с 1 сентября 1994 года изменен стандарт на минимальные объемы знаний по различным специальностям. Это потребовало пересмотра всех учебных планов в вузах, введения новых дисциплин, изменения объема и содержания изучаемых дисциплин. С одной стороны, повышение качества профессиональной подготовки специалистов невозможно без интеграции учебной деятельности вуза с производством, с другой стороны, укрепление базовой подготовки. Рассматривая с точки зрения изучения графических дисциплин, нужно отметить, что появилось новое требование к специалистам - владение компьютерной графикой, которое требует предварительного изучения начертательной геометрии и инженерной графики, т.е. определенных затрат учебного времени, которые не предусмотрены новыми стандартами образования (например,[44]). В свое время был проведен расчет времени, необходимого на изучение полного курса инженерной графики [115]. При этом был проведен структурный анализ всех разделов начертательной геометрии и определен его минимальный объем, необходимый для чтения и построения чертежей, определены сроки запоминания отдельных разделов инженерной графики, рассчитаны минимальные количества упражнений необходимые для их усвоения на запланированный срок, рассчитано оптимальное время работы студентов под руководством преподавателя и самостоятельно. В расчетах были использованы следующие результаты исследований [137], полученные на кафедре инженерной графики МАИ.
- пропускная способность восприятия информации студентами в процессе общения с преподавателем равна максимально допустимому пределу 16 бит/сек;
- пропускная способность восприятия информации студентами при самостоятельном изучении материала равна:
- для сильных студентов - 2 бит/сек;
- для средних студентов -1,5 бит/сек;
- для слабых студентов - 1 бит/сек.
При расчете оптимального времени на изучение курса инженерной графики [115] принималось:
Учитывались коэффициент изменения восприятия информации в зависимости от ее новизны и квалификации преподавателя [115], а также время, необходимое лектору на параллельное вычерчивание на доске при объяснении нового материала.
В результате этих расчетов оказалось, что на изучение начертательной геометрии необходимо не менее 58 часов, из них 20 часов -лекции, остальное - практические занятия.
Был также проведен эксперимент [115] по определению времени забывания раздела «Рабочие чертежи деталей» среди студентов радиотехнического факультета. Знания этого раздела необходимы будущему специалисту, однако в процессе обучения подкрепление полученных на первом курсе знаний отсутствует. В результате оказалось, что для обеспечения математического ожидания времени забывания 5 лет изучение этого непервоочередного с точки зрения будущего профессионала - радиотехника раздела требует 130 часов академического времени.
Для изучения современной ситуации в настоящее время были собраны данные о почасовой нагрузке по всем разделам инженерной графики в технических вузах г. Самары за период 1987 - 1997 годы. Осредненные данные по специальностям (факультетам) приведены в таблице 2.1, а динамика изменений хорошо видна на диаграмме рисунка 2.1.
Анализ уровня усвоения знаний по фафическим дисциплинам
Для определения уровня развития образно - логического мышления и освоения школьного теоретического материала по геометрии и черчению для студентов первого курса был разработан тест (см. при-лож.1). На первом практическом занятии по начертательной геометрии он выполнялся учащимися в течение нескольких лет. Вопросы теста охватывают весь курс школьной геометрии с позиции осмысления полученных знаний в объеме, необходимом для дальнейшего успешного изучения курса начертательной геометрии, а также ряд вопросов на проверку образно-логического мышления студентов и элементарных знаний по черчению.
Если принять, что оценке удовлетворительно соответствует Ка= 0,7 - 70% правильных ответов, то положительных результатов добиваются не более 10-15% студентов. Оценки отлично и хорошо (К« 0,8) отсутствуют вообще, зато более 30% студентов дают результаты с К« 0,3.
На вопрос, связанный с образно-логическим мышлением, правильно отвечают еще меньшее количество ребят - никто или не более одного из группы, т.е. менее 5% студентов.
Причем, тенденция к ухудшению прослеживается год от года. В этом году нулевые знания показали студенты уже и по геометрии.
Чем объяснить такие неудовлетворительные результаты?
Во-первых, заниженными требованиями к знаниям геометрии на вступительных экзаменах. Но не это главное. Ведь в тестах мы не требовали доказательств теорем, а только определяли понятийный уровень мышления. Значит, что-то не согласовано в довузовском обучении.
Если принять, что теоретическую базу дает курс геометрии, а практические навыки - черчение, то все легко объясняется. Курс черчения предусмотрен программой в 8 - 9 классов, когда теоретические вопросы, изучаемые в геометрии, связаны только с плоскими фигурами. Зато в 10-11 классах, когда появились пространственные понятия по геометрии, уже нет дисциплины, использующей полученные знания практически.
Иными словами - теоретические вопросы планиметрии не дают необходимой теоретической базы для осознанного изучения черчения, а теоретические вопросы стереометрии не подкрепляются практическими работами проекционного черчения. Отсутствие ассоциативных связей между различными элементами знаний не позволяет сформировать образно-логическое мышление на необходимом уровне. И, как следствие, приводит к осложнению изучения начертательной геометрии.
Нельзя не учитывать и тот факт, что экзамены по геометрии в 11 классе не являются обязательными, в отличие от алгебры.
Интересны наблюдения и за остаточными знаниями по черчению: их, практически, нет совсем. Даже то, что чертеж - это упорядоченное изображение видов изделия, не находит отражения в сознании школьников. И это понятно. Курс черчения наполнен различными стандартами, правилами оформления чертежей, которые не могут быть до конца осознаны в 9 классе. К тому же разрыв почти в три года до изучения технического черчения в вузе приводит к тому, что все пройденное уже забыто. Навыков, полученных в школьный период недостаточно, чтобы сохранить их до вуза, который, в свою очередь, должен расширить их до профессионального уровня. И, как следствие, это не может не сказаться на будущей работе специалиста.
Похожие диссертации на Двухуровневое обучение графическим дисциплинам
