Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы профессиональной подготовки инженеров в университете 23-76
1.1 Становление инженерного образования в России 23-34
1.2. Современные требования к подготовке инженеров Специалист по технологиям заготовительного производства 41-50
1.3. Роль физики в профессиональной подготовке инженеров 51-60
1.4. Сложившиеся направления реализации профессиональной направленности процесса обучения инженеров 62-73
Выводы по Главе 1 74-76
Глава 2. Методика формирования проектно-конструкторской и технологической деятельности у бакалавров при изучении физики (на примере направления подготовки 15.03.01 машиностроение) 77-133
2.1. Теоретическая идея формирования профессиональных видов деятельности бакалавров технических направлений подготовки 77-82
2.2. Проектно-конструкторская и технологическая деятельности бакалавра технического направления подготовки, способы выполнения которых возможно формировать при изучении физики 83-90
2.3. Обобщенные способы выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности 91-105
2.4. Модель методики формирования у бакалавров, обучающихся по техническим направлениям подготовки, обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности 106-111
2.5. Методика формирования проектно-конструкторской и технологической деятельности у бакалавров при изучении физики 112-131
Выводы по Главе 2 131-133
Глава 3. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента по оценке сформированности проектно 3 конструкторской и технологической деятельности у бакалавров 134-167
3.1. Общая характеристика педагогического эксперимента 134-138
3.2. Результаты констатирующего и поискового этапов педагогического эксперимента 1399-147
3.2. Обучающий этап педагогического эксперимента 1488-166
Выводы по Главе 3 166-167
Заключение 168-169
Литература 170
- Роль физики в профессиональной подготовке инженеров
- Проектно-конструкторская и технологическая деятельности бакалавра технического направления подготовки, способы выполнения которых возможно формировать при изучении физики
- Модель методики формирования у бакалавров, обучающихся по техническим направлениям подготовки, обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности
- Результаты констатирующего и поискового этапов педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Основной задачей государственной промышленной политики в настоящее время является создание конкурентоспособной продукции, что требует подготовки инженеров нового уровня, совершенствования содержания и технологий высшего технического образования. В практической деятельности специалисту, имеющему высшее техническое образование, приходится решать сложные инженерные задачи, связанные с созданием нового оборудования, разработкой и внедрением эффективных технологий. Физика, являясь основой техники и технологий, предоставляет оптимальные возможности для обучения студентов применению физических знаний при решении различных профессиональных задач. Профессиональная направленность вузовского курса физики является залогом успешной и качественной подготовки студентов и важным фактором ориентации на будущую специальность, начиная с младших курсов.
Поиском решения проблемы подготовки высококвалифицированных инженеров во всем мире занимаются Американское общество инженерного образования, Европейское общество инженерного образования, Академическая сеть европейского и глобального инженерного образования, основной целью которых является совершенствование системы инженерного образования и удовлетворение потребности общества в инженерных кадрах. В США профессором Э. Кроули разработан и внедрен комплексный подход к инженерному образованию, заключающийся в описании общих принципов подготовки инженеров, способных задумать новый продукт, выполнить работы по воплощению этой идеи в реальный объект, внедрить его в производство и утилизировать по окончании срока службы. Развитием инженерной деятельности и инженерного образования, обеспечением связей между ними в России занимается Ассоциация инженерного образования России (АИОР). Анализируя состояние инженерного образования в России, 83 % экспертов АИОР признали его неудовлетворительным. Необходимость поиска выхода из сложившейся ситуации побудила многих исследователей к разработке научно-обоснованных образовательных технологий для их реализации в процессе обучения в высшей школе.
Общедидактические вопросы подготовки инженеров исследовали Ф.И. Каптелина, Т.В. Кучина, Ю.М. Соломенцев, Л.Ф. Тюрин, А.В. Киричек, А.В. Морозова, С.Н. Григорьев и др. В своих работах авторы предложили пути повышения качества подготовки высококвалифицированных специалистов через реализацию профессиональной направленности обучения.
Раскрывая сущность понятия «профессиональная направленность обучения», исследователи (Р.А. Низамов, А.В. Барабанщиков, А.Я. Кудрявцев, М.И. Махмутов, Н.В. Кузьмин и др.) выделяют его содержание в виде органического сочетания знаний, умений и навыков, формируемых в результате освоения конкретных дисциплин общего и профессионального образования, а также их использование для решения проблемных задач, в результате которого у студентов формируются интерес и ценностное отношение к профессии, про-
фессиональные качества специалиста, приобретаются знания, необходимые в профессиональной деятельности.
Реализацией принципа профессиональной направленности при обучении физике разных специалистов занимались Б.Л. Агранович, А.Е. Айзенцон, Л.М. Коренкова, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, В.В. Ларионов, Л.П. Скрипко, О.В. Мирзабекова и др.
Ряд работ посвящен применению информационных и коммуникационных технологий в процессе изучения физики при подготовке студентов технических вузов (Н.В. Вознесенская, Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов и др.). Проблемой формирования отдельных умений при решении физических задач (умений моделирования, умений применять системный анализ, методологических, исследовательских умений и др.) занимались такие исследователи, как О.А. Арюкова, О.П. Бажора, М.Г. Берденникова, М.Л. Заяц, Н.В. Шабунина и др. Исследования О.В. Вдовиченко, Н.В. Зубовой, И.В. Овчинниковой, С.Г. Тамбиева, Д.И. Фахертдиновой и др. посвящены проблеме формирования профессиональной компетентности будущих инженеров.
Л.В. Масленниковой сформулирован принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности, который отражает инженерно-прикладную направленность обучения физике и способствует повышению качества подготовки инженеров, формированию у них профессиональных видов деятельности. Однако остается не ясным, как происходит формирование видов профессиональной деятельности при обучении в вузе бакалавра конкретного технического направления подготовки.
Выделением типовых задач и формированием обобщенных методов их решения при обучении физике в школе и вузе занимаются Г.П. Стефанова, Т.А. Твердохлебова, Л.П. Скрипко, В.В. Смирнов, О.В. Мирзабекова. В исследовании Г.П. Стефановой предложено содержание принципа практической направленности подготовки учащихся при обучении физике, установлен «механизм» выявления типовых задач, решаемых человеком с применением физических знаний, и выделены обобщенные методы их решения. В работах Л.П. Скрипко и Т.А. Твердохлебовой данный механизм применен к выделению типовых профессиональных задач инженеров-технологов и техников-экологов. О.В. Мирзабековой предложена методика дистанционного обучения физике студентов технических вузов, направленная на обучение применению физических знаний для решения частных профессиональных задач.
Несмотря на значительный интерес к проблеме профессиональной подготовки бакалавров технических направлений подготовки и наличие большого числа серьезных исследований в этой области, проблема формирования способов выполнения профессиональных видов деятельности при обучении физике в университете остается не до конца решенной. Анализ видов профессиональной деятельности, к которым готовятся бакалавры большинства технических направлений подготовки, позволил установить, что основными из них являются проектно-конструкторская, производственно-технологическая, управленческая и научно-исследовательская деятельность. Обучению проведению научных исследований занимались такие исследователи, как К.Т. Алдияров, О.В. Добро-
вольсков, М.М. Гладышева, О.О. Горшкова, О.В. Федина, подготовкой будущих инженеров к управленческой деятельности - А.Н. Морозов, Л.А. Попова, В.П. Скрыпник, А.Е. Шастина. Исследований, направленных на формирование проектно-конструкторской и технологической видов деятельности, не проводилось. В то же время сформированность именно этих видов деятельности позволяет подготовить инженеров нового поколения, способных адаптироваться к быстро изменяющимся условиям и технологиям. Несмотря на то, что виды деятельности, которыми должны овладеть студенты разных технических направлений подготовки, одинаковы, в результате их выполнения получаются разные конечные продукты. Для проведения данного исследования выбрано направление подготовки бакалавров 15.03.01 «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология сварочного производства». Выполнение данных видов деятельности невозможно без знаний физики, поэтому требуется пересмотреть содержание и организацию учебного процесса, ориентированного на обучение бакалавров умению применять физические знания для решения конкретных производственных задач.
Актуальность проблемы подготовки бакалавров к реализации проектно-конструкторской и технологической деятельности с опорой на знания физики подтверждают результаты констатирующего эксперимента, который проводился в течение 2008–2010 гг. В нем принимали участие 248 студентов, 36 выпускников вузов и 34 специалиста, работающих в области сварочного производства. В ходе эксперимента установлено, что у респондентов недостаточно сформированы такие умения, как распознавание физических явлений, лежащих в основе принципа действия объектов профессиональной деятельности; планирование и реализация деятельности по решению проблем реального производства с применением физических знаний. Полученные данные свидетельствуют о том, что сложившиеся подходы обучения физике в университетах не позволяют студентам в полной мере применять полученные знания и умения для решения профессиональных проблем.
Актуальность исследования обусловлена противоречиями между:
потребностью общества в инженерных кадрах, готовых к решению быстроменяющихся задач производства, и недостаточной подготовкой бакалавров в университете к выполнению проектно-конструкторской и технологической деятельности на основе полученных научных знаний;
востребованностью профессионально-ориентированного обучения в вузе и отсутствием методики обучения физике бакалавров, направленной на формирование способов выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности;
высоким потенциалом вузовского курса физики для реализации задач профессиональной деятельности и недостаточным использованием этого потенциала в подготовке бакалавров.
Названные противоречия определили проблему исследования, которая заключается в поиске ответа на вопрос: «Какой должна быть методика обучения физике бакалавров технических направлений подготовки, чтобы сформи-
ровать у обучаемых способы выполнения профессиональных видов деятельности?».
Объектом исследования является процесс обучения физике студентов бакалавриата технических направлений подготовки.
Предметом исследования является методика формирования способов выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности у бакалавров технических направлений подготовки при обучении физике (на примере направления подготовки «Машиностроение»).
Цель исследования заключается в теоретическом обосновании и разработке методики формирования у студентов технических направлений подготовки способов выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности.
Гипотеза исследования представляет собой предположение о том, что обучение бакалавров технических направлений подготовки способам решения профессионально-ориентированных заданий при изучении физики позволит сформировать у них проектно-конструкторскую и технологическую деятельности, если:
учебный процесс организовать таким образом, чтобы обучаемые овладевали способами выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности бакалавра через поэтапное решение системы профессионально-ориентированных заданий с применением физических знаний;
система профессионально-ориентированных заданий будет включать в себя задачи трех уровней: задачи-упражнения, направленные на формирование отдельных действий, входящих в способ выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности; задачи-проблемы, направленные на овладение способами выполнения указанных видов деятельности; профессионально-ориентированные проекты, необходимые для самостоятельного применения сформированных в курсе физики способов выполнения деятельности;
- формулировки задач, входящих в систему профессионально-
ориентированных заданий, будут описывать ситуации, адекватные профессио
нальной деятельности бакалавра конкретного направления.
Необходимость достижения цели и проверки гипотезы потребовала решения следующих задач исследования:
-
выявить состояние проблемы профессионально-направленного обучения физике при подготовке инженерных кадров;
-
разработать единый подход, позволяющий произвести отбор содержания курса физики, направленного на формирование способов выполнения профессиональных видов деятельности бакалавра конкретного технического направления подготовки;
-
разработать модель методики формирования у студентов способов выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности бакалавра технического направления подготовки при обучении физике;
-
разработать методику формирования у бакалавров, обучающихся по направлению «Машиностроение», способов выполнения проектно-конструкторской и технологической деятельности при изучении курса физики;
5) реализовать экспериментальную проверку гипотезы исследования применительно к направлению подготовки бакалавров 15.03.01 «Машиностроение».
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретические – анализ психолого-педагогической, методической и технической литературы по теме исследования и диссертационных исследований по изучаемой проблеме, изучение и анализ ФГОС ВПО, ФГОС ВО, профессиональных стандартов, различных дидактических материалов, рабочих программ и учебно-методических комплексов по физике, обобщение, моделирование, проектирование; экспериментальные – беседы с работодателями, выпускниками инженерных направлений подготовки, анкетирование, педагогический эксперимент, обработка и анализ результатов педагогического эксперимента, личное преподавание.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: психолого-педагогическая теория деятельности и ее применение для формирования профиля специалиста (П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Н.Ф. Талызина, Н.Г. Пе-ченюк и др.), концепции развития отечественного и мирового инженерного образования (Э. Кроули, Э. Деминг, Ю.П. Похолков, Б.Л. Агранович), исследования, посвященные планомерному формированию обобщенных видов деятельности при обучении физике школьников и студентов (С.В. Анофрикова, И.А. Крутова, В.В. Смирнов, Г.П. Стефанова и др.), результаты исследований по методике преподавания физики в технических вузах (А.Е. Айзенцон, Н.В. Вознесенская, Г.В. Жмодяк, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, Л.П. Скрипко, А.А. Червова, Н.В. Шабунина и др.).
Изучение литературы, анализ деятельности мировых ассоциаций инженерного образования, анализ результатов констатирующего эксперимента и обобщение результатов исследователей, занимающихся проблемами подготовки инженерных кадров, привели к появлению идеи о том, что при обучении будущих инженеров профессиональным видам деятельности целесообразно опираться на жизненный цикл технического объекта, который последовательно проходит через следующие этапы: определение потребности в изготовлении изделия и в его разработке; проектирование и конструирование; изготовление и испытание; эксплуатация, ремонт, техническое обслуживание и последующая утилизация.
Экспериментальной базой, на которой была реализована эта идея, послужили ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет», ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», судостроительные и судоремонтные предприятия г. Астрахани. Всего в экспериментальном исследовании приняли участие 574 студента и 36 выпускников, более 30 специалистов. Исследование проводилось в течение 9 лет (2008–2016 гг.) и включало несколько этапов.
На первом этапе (2008–2010 гг.) проведено изучение состояния проблемы исследования в педагогической теории и практике; изучены требования федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и высшего образования по техническим направлениям
подготовки, профессиональные стандарты различных специалистов, работающих в машиностроительной отрасли; организован и проведен констатирующий эксперимент по изучению эффективности профессиональной подготовки инженеров с использованием физических знаний; получены результаты, позволившие сформулировать цель и задачи исследования, выдвинуть гипотезу.
На втором этапе (2009–2011 гг.) выделялись виды профессиональной
деятельности бакалавра технических направлений, формирование способов вы
полнения которых возможно на занятиях по физике; выявлялось содержание
обобщенных способов выполнения выделенных видов деятельности; создава
лись дидактические средства; разрабатывались профессионально-
ориентированные физические задачи двух видов: 1) задачи-упражнения, кото
рые являются средством усвоения студентами отдельных действий способа вы
полнения конкретного вида деятельности; 2) задачи-проблемы, соответствую
щие определенному виду профессиональной деятельности бакалавра, решение
которых происходит с опорой на обобщенный способ выполнения; разрабаты
вался подход, позволяющий произвести отбор содержания курса физики, на
правленного на формирование способов выполнения профессиональных видов
деятельности бакалавра конкретного технического направления подготовки;
разрабатывалась модель методики формирования у бакалавров профессиональ
ных видов деятельности; проведен поисковый этап педагогического экспери
мента; уточнялась методика формирования проектно-конструкторской и техно
логической деятельности у студентов, обучающихся по машиностроительному
направлению подготовки, с применением физических знаний.
На третьем этапе (2011–2016 гг.) проводился обучающий эксперимент, осуществлялись статистическая обработка и анализ результатов экспериментальной работы, обобщение и систематизация результатов исследования в виде выводов исследования, оформление диссертационной работы.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:
1. Выявлены виды профессиональной деятельности бакалавров техниче
ских направлений подготовки, способы выполнения которых возможно форми
ровать у студентов при обучении физике:
- проектирование и конструирование технического объекта (проектно-
конструкторская деятельность);
разработка технологии контроля качества технического объекта в целом или его отдельного элемента (технологическая деятельность);
разработка технологии устранения дефектов технического объекта в целом или его отдельного элемента (технологическая деятельность).
-
Разработаны содержание обобщенных способов выполнения проектно-конструкторской и технологической видов деятельности, соответствующих действиям, выполняемым при проектировании и конструировании заданных технических объектов, разработке технологии контроля качества технического объекта в целом или его отдельного элемента, и устранения дефектов технического объекта в целом или его отдельного элемента.
-
Разработан подход, позволяющий произвести отбор содержания курса физики, направленного на формирование способов выполнения профессио-
нальных видов деятельности бакалавра конкретного технического направления подготовки, включающий:
анализ профессиональных видов деятельности бакалавра конкретного направления подготовки;
обобщение выделенных видов профессиональной деятельности по цели и конечному продукту;
выявление способа выполнения профессиональных видов деятельности с опорой на жизненный цикл технического объекта, состоящего из последовательности взаимосвязанных действий;
выявление операций, входящих в состав действий, последовательное выполнение которых приводит к достижению цели;
выделение физических знаний, которые используются в профессиональной деятельности и соответствуют целям обучения физике;
разработку дидактических средств, направленных на формирование отдельных действий способа выполнения профессиональных видов деятельности и способа в целом, а также на его применение для реализации профессионально-ориентированных проектов.
-
Создана модель методики формирования у бакалавров технических направлений подготовки обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности с применением физических знаний, отличительной особенностью которой является однозначное определение содержания обучения физике и способов организации учебного процесса, направленного на формирование проектно-конструкторской и технологической видов деятельности бакалавра.
-
В соответствии с этапами жизненного цикла технического объекта и процесса разработана методика формирования у бакалавров технических направлений подготовки обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности с применением физических знаний, включающая: 1) этап формирования отдельных действий, входящих в состав обобщенных способов выполнения профессиональной деятельности конкретного вида; 2) этап формирования способов выполнения профессиональных видов деятельности в обобщенном виде; 3) этап применения студентами обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности для реализации профессионально-ориентированных проектов.
Теоретическая значимость исследования определяется вкладом в теорию и методику обучения физике за счет:
развития понимания принципа профессиональной направленности обучения физике путем включения в его содержание формирование способов выполнения проектно-конструкторской и технологической видов деятельности с применением системы профессионально-ориентированных заданий;
в развитии принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения физике на основе разработки подхода, позволяющего отбирать содержание курса физики для конкретного технического направления подготовки бакалавров, и реализовывать его при формировании способов выполнения профессиональных видов деятельности, основываясь на жизненном цикле технического объекта и процесса.
Полученные результаты могут служить теоретической основой разработки способов формирования профессиональных видов деятельности бакалавров разных направлений подготовки при изучении различных учебных дисциплин.
Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что разработанная методика формирования профессиональных видов деятельности бакалавра у студентов при решении физических задач обеспечена:
- комплексом дидактических средств, включающим в себя систему про
фессионально-ориентированных заданий, состоящую из физических задач-
упражнений, нацеленных на формирование отдельных действий выделенных
обобщенных способов; физических задач-проблем, адекватных профессиональ
ным видам деятельности бакалавра; профессионально-ориентированных проек
тов, направленных на применение способов выполнения профессиональных
видов деятельности, сформированных в курсе физики;
- средствами диагностики уровня сформированности проектно-
конструкторской и технологической деятельности бакалавра у студентов тех
нических направлений подготовки;
- методическими рекомендациями для преподавателя физики, в которых
выделены ориентиры, позволяющие спланировать и реализовать обучение обоб
щенным способам выполнения профессиональных видов деятельности бакалавра.
Положения, выносимые на защиту
-
В процессе обучения в вузе бакалавры технических направлений подготовки должны овладеть способами выполнения профессиональных видов деятельности в обобщенном виде. Для этого в цели обучения физике необходимо включить овладение способами выполнения проектно-конструкторской и технологической видов профессиональной деятельности.
-
Отбор содержания курса физики, направленного на овладение проектно-конструкторской и технологической деятельностью бакалавра, должен производиться на основе обобщения профессиональных видов деятельности по цели и конечному продукту; выявления способов выполнения каждого вида деятельности с опорой на жизненный цикл технического объекта, выделения физических знаний, необходимых для выполнения конкретных видов деятельности.
-
Формирование способов выполнения проектно-конструкторского и технологического видов деятельности у бакалавров происходит в процессе выполнения профессионально-ориентированных заданий, отвечающих следующим требованиям: 1) в условии описана ситуация, адекватная профессиональной деятельности; 2) в тексте задания указана деятельность, которую необходимо выполнить, ее конечный продукт и значимые свойства этого продукта.
-
Процесс обучения физике бакалавров технических направлений подготовки должен быть направлен на формирование у них обобщенных способов выполнения выделенных видов деятельности через овладение отдельными действиями, входящими в их состав, и усвоение обобщенных способов выполнения этих видов деятельности при решении задач-проблем и реализации профессионально-ориентированных проектов с применением физических знаний.
Апробация результатов исследования осуществлялась через:
- участие в 2-ой Международной научно-методической конференции «Физико-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2016 г.), XI, XII, XIII Международных конференциях «Физика в системе современного образования» (г. Волгоград, 2011 г.; г. Петрозаводск, 2013 г.; г. Санкт-Петербург, 2015 г.); X, XI, XIII Международных научно-методических конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2011, 2012 и 2014 гг.); XIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (г. Новосибирск, 2014 г.); IV Международной научно-методической конференции «Инновационное образование: практико-ориентированный подход в обучении» (г. Астрахань, 2012 г.); V Международной научно-методической конференции «Изменения в образовании в XXI веке: лучшие международные практики и российский опыт. Как сформировать новаторское и предпринимательское мышление» (г. Астрахань, 2014 г.); IX Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования» (г. Тамбов, 2011 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2012 г); на ежегодных итоговых научно-практических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей АГУ.
Внедрение результатов исследования осуществлялось в процессе обучения физике студентов Астраханского государственного университета.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 180 наименований и 2 приложений. Общий объем диссертации составляет 217 страниц. Диссертация содержит 169 страниц основного текста, 17 таблиц, 16 рисунков.
Роль физики в профессиональной подготовке инженеров
Одной из приоритетных задач развития системы высшего образования в России является повышение его качества. Стремление России занять ведущие позиции в мировом пространстве, ее интеграция в ВТО, привели к модернизации системы высшего образования, основной целью которой является обеспечение экономики страны, в период ее инновационных преобразований, высококвалифицированными специалистами. В данном контексте особая роль отводится совершенствованию системы инженерного образования, которая зародилась в России три столетия назад. Проанализируем основные этапы становления инженерного образования в России.
Существенный интерес к подготовке инженерных кадров для страны возник в конце 17 столетия во времена правления Петра I, который связывал величие и процветание страны с техническим и научным оснащением. В девяностые годы 17 столетия во Франции, Англии и Германии появляются инженерные школы. Изучив и переосмыслив опыт западной системы образования, Петр I в 1698 г. на Пушечном дворе в Москве открыл первую в России школу инженерного типа «Цифири и землемерия», которая просуществовала не долго. Помещение уничтожил пожар. В январе 1701 г. Петр I издает указ об открытии нескольких инженерных школ, главенствующей из которых стала специальная навигационная школа в Москве.
Критикуя слабую теоретическую подготовку западных программ, осознавая их неэффективность, государь принял решение построить собственную траекторию обучения. Петр I считал необходимым привязывать теоретическое обучение к практическим действиям, и поэтому он обязывал открывать инженерные школы в городах, где находились промышленные предприятия (осуществлялось то или иное производство), чтобы знания носили практический характер. Однако в России педагогов владеющих основами инженерных наук не было, поэтому Петр I подбирал педагогические кадры на западе. Одновременно он направлял молодых талантливых людей за границу, которые изучив там основы инженерии, корабельного дела, мастерства создания технических устройств, ведения судостроительных и горнозаводских работ, по возвращении становились преподавателями [30, с.53]. Петр I следил за тем, чтобы педагоги инженерных школ повышали свою квалификацию. Во времена его правления «началась разработка педагогических теорий, учебных программ и учебников, отвечающих требованиям того времени» [66, с. 54].
Император понимал значимость подготовки инженеров в решении актуальных проблем Российского государства, отстающего в уровне развития от Западных стран, поэтому он запретил принимать на службу офицеров, не прошедших обучение основам инженерного дела. Очевидец петровских реформ В.Н. Татищев писал, что в те времена «дворянин учился обязательно по «наряду» и по «указанной» программе; он обязан был приобрести известные математические, артиллерийские и навигацкие познания, какие требовались на военной службе, приобрести известные познания политические, юридические и экономические, необходимые на службе гражданской. Эта учебная повинность дворянства и стала падать со смертью Петра. Техническое образование, возложенное Петром на сословие как натуральная повинность, стала заменяться другим, добровольным» [155].
Реформы Петра I в образовании стали основополагающими. Однако стремление Петра открывать школы для одаренных детей разных сословий его преемники не оценили. Только Екатерина II осознавала важность просвещения народа. Во времена ее правления выросло количество гарнизонных школ, народных училищ, доступных для детей разных сословий, количество учебников. Еще одна знаменательная дата в истории российского инженерного образования связана с тем, что в 18 веке начинает развиваться горная промышленность и Россия становится одной из ведущих стран мира по производству чугуна и стали. В 1773 г. Екатерина II утвердила решение Сената о создании первой горно-технической школы в России, которая была названа Горным училищем, с целью подготовки собственных специалистов для развития горнозаводского дела. Так 28 июня 1774 года в Санкт-Петербурге состоялось торжественное открытие Петербургского горного училища. Срок обучения в нем составлял 3-3,5 года. При зачислении проводился отбор. На территории училища был построен «примерный рудник», который служил наглядным пособием для будущих инженеров. Уровень образования в горном училище был значительно ниже европейского. Знания, которые давались в Политехнической школе в Париже отличались от знаний, которым обучали в Петербургском горном училище, существенное расхождение было в области механико-математической подготовки инженеров. Ведь в Париже преподавали такие ученые как Лаплас, Лагранж, Монж. «Вскоре, после восхождения на престол Александра I, Петербургское горное училище реорганизовали в Горный кадетский корпус Департамента горных и соляных дел Министерства финансов, что считалось понижением статуса» [30, с55].
20 ноября 1809 г. Александр I подписал Манифест об открытии первого действительно высшего инженерного заведения – Института корпуса инженеров путей сообщений. Институт был создан с целью подготовки специалистов, способных к созданию грандиозной транспортной инфраструктуры России. Он находился под непосредственным патронажем царя. К середине шестидесятых годов институт получил полноценный статус высшего инженерного заведения.
На протяжении 17-18 столетий готовить инженеров было сложно, так как самих инженерных наук еще не было, не было единой концепции, как готовить инженера. Продолжительность обучения зависела от потенциальных возможностей учеников и потребностей отраслей хозяйства[154]. Правительство постоянно вмешивалось в работу всех учебных заведений. Работодатели хотели получить практика, они считали, что теоретические знания не отражали специфику инженерных задач.
Значительный вклад в становление организации процесса обучения инженерному делу в России внесли принципы построения образовательного процесса в Парижской политехнической школе, открытой в 1794 году. При ее организации были внедрены новые идеи, в частности, поступить в школу можно было вне зависимости от социального положения, но необходимо было сдать вступительные испытания. Обучение было групповым. Процесс обучения, вне зависимости от профиля, начинался с изучения математики, механики, физики и химии. Стало ясно, что удовлетворительное инженерное образование можно получить только в результате предварительного изучения этих фундаментальных дисциплин. После двух лет общенаучной подготовки переходили к интенсивным занятиям по специальным дисциплинам в течение одного года. Впоследствии специальные дисциплины убрали, а специальные знания можно было получить продолжая обучение в специализированных учебных заведениях после окончания школы. К началу 19 столетия инженерная подготовка занимала 5-6 лет. Занятия проводились в лекционной форме, которые чередовались с аудиторными упражнениями по решению задач и занятиями в лабораториях. Все эти начинания оказались ценными, выпускники политехнической школы были востребованы по всему миру. Другие страны начали организовывать инженерные школы по типу французских [158, с.12].
Проектно-конструкторская и технологическая деятельности бакалавра технического направления подготовки, способы выполнения которых возможно формировать при изучении физики
Установлено, что физика, являясь основой техники, обладает большими возможностями для обучения студентов умению решать значимые для их профессиональной деятельности задачи. При составлении целей обучения, при отборе содержания, методов обучения и организации процесса обучения необходимо учитывать будущую профессиональную деятельность. Актуальность проблемы профессиональной направленности курса физики технических направлений подготовки обусловлена повышенными требованиями со стороны работодателей к выпускникам.
Рассмотрим основные направления реализации принципа профессиональной направленности при обучении инженеров. Проблему совершенствования подготовки специалистов в высшей школе посвящено огромное количество исследований.
Впервые понятие принципа профессиональной направленности процесса обучения в университетах в дидактику было введено Р.А. Низамовым [92] и А.В. Барабанщиковым [19] в середине 70-х годов 20 столетия. Р.А. Низамов рассматривает профессиональную направленность процесса обучения как специфический принцип дидактики высшей школы. Однако обоснование принципа проявилось позже в работах А.Я. Кудрявцева [62]. А. Я. Кудрявцев выделяет основные отличия между принципом практической направленности и общим принципом связи теории с практикой. По его мнению, основное содержание принципа практической направленности «выражает необходимость органического сочетания общего и профессионального образования и ориентирует на целенаправленное обучение учащихся применению получаемой системы знаний в области приобретаемой ими профессии» [62, с.101]. Автор выделяет, тот факт, что ключевым средством реализации данного принципа является учет междисциплинарных связей между образовательными и общетехническими дисциплинами. При этом профессиональная направленность определяет цель на достижение которой нацелено общее и профессиональное образование.
Помимо А.Я. Кудрявцева вопросами профессиональной направленности в дидактике занимались М.И. Махмутов, Н.В. Кузьмина.
М.И. Махмутов произвел анализ принципа профессиональной направленности и дал следующее определение: принцип профессиональной направленности обучения заключается «в своеобразном использовании педагогических средств, при котором обеспечивается усвоение учащимися предусмотренных программами знаний, умений, навыков и, в то же время, успешно формируется интерес к данной профессии, ценностное отношение к ней, профессиональные качества личности будущего рабочего. Педагогическими средствами, служащими реализации профессиональной направленности преподавания, являются как элементы содержания обучения, в частности, характер иллюстративного материала для раскрытия программных тем, способы его структурирования, так и некоторые компоненты приемов, методов и форм обучения» [83, с.18].
И.Я. Лернер сущность проблемного обучения видит в том, что в процессе решения учащимися специально разработанной системы проблем и проблемных задач происходит овладение опытом творческой деятельности. Он выделяет и раскрывает такие понятия как «Проблемная ситуация», «Проблема» и «Проблемная задача». И.Я. Лернер изложил требования, которые предъявляются к дидактическим принципам: инструментальность, универсальность, самостоятельность, необходимость [72]. По мнению Г.И. Худяковой, профессиональная направленность является принципом обучения, так как удовлетворяет всем указанным требованиям, которые предъявляются к дидактическому принципу [170].
Н.Ф Талызина отмечала, что «качество профессиональной подготовки специалиста любого профиля зависит от степени обоснованности трех основных узлов: цели обучения (для чего учить), содержания обучения (чему учить) и принципов организации учебного процесса (как учить)» [151, с.5]. По ее мнению «при разработке целей обучения необходимо руководствоваться требованиями общества к специалисту – реализовывать «социальный заказ»; … разработка обоснованных целей образования невозможна без выделения основной системы задач, с которыми встретится будущий специалист. При описании же может быть использован как язык умений, так и язык типовых (основных) задач… Итак, описание цели образования означает представление или системы типовых задач, или системы адекватных им умений (видов деятельности)»[151, c. 6-9].
Общедидактические вопросы подготовки инженеров исследовали Ф.И. Каптелина [48], Т.В. Кучина [67], Ю.М. Соломенцев, Л.Ф. Тюрин [144], А.В. Киричек [50], А.В. Морозова [50], С.Н. Григорьев [38]. В своих работах авторы проанализировали существующие требования к квалификации инженеров, предложили пути достижения высокого качества подготовки высококвалифицированных специалистов. Все авторы едины во мнении, что процесс становления специалиста неразрывно связан с профессиональной направленностью обучения. Ю.М. Соломенцевым и Л.Ф. Тюриным изучены проблемы преподавания и формирования содержания конструкторских дисциплин. Авторы отмечают, что формирование профессиональных умений должно начинаться с младших курсов, студентов необходимо ориентировать на работу в системе гибких автоматизированных производств через профессиональную направленность обучения [144].
Модель методики формирования у бакалавров, обучающихся по техническим направлениям подготовки, обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности
Для достижения цели необходимо сформировать у студентов обобщенные способы выполнения профессиональных видов деятельности через многократное решение системы профессионально-ориентированных заданий. Необходимо, чтобы обобщенные способы стали предметом специального усвоения студентами. Таким образом, содержательный компонент включает обобщенные способы выполнения видов профессиональной деятельности, содержание занятий по физике, обеспечивающих формирование у бакалавров обобщенных способов их выполнения.
Содержательный компонент разработанной методики полностью согласуется с принципом единства фундаментальности и профессиональной направленности в подготовке по физике, предложенным Л.В. Масленниковой [78], и представляет собой интеграцию фундаментальных физических знаний с техническими, профессиональными умениями.
Процессуальный компонент выделенной методики включает в себя совокупность методов, средств и организационных форм обучения, необходимых для создания такого учебного процесса, в результате которого студенты присвоят обобщенные способы выполнения профессиональных видов деятельности. При изучении курса физики студенты должны выявить виды будущей профессиональной деятельности; обобщить выделенные виды деятельности по конечному продукту; выявить содержание обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности; решить профессионально-ориентированные задачи на основе. При изучении дисциплин, в основе которых лежат физические знания, студенты должны применить усвоенные ими обобщенные способы для разработки и реализации.
Процесс обучения осуществляется в три этапа: 1) этап формирования отдельных действий, входящих в состав обобщенных способов выполнения профессиональной деятельности конкретного вида при изучении физики; 2) этап формирования обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности при изучении курса физики; 3) этап применения студентами обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности для реализации проектов и научно-исследовательской деятельности.
Первые два этапа реализуются при изучении дисциплины «Физика». Их цель состоит в том, чтобы каждый студент освоил обобщенные способы выполнения профессиональных видов деятельности. Этап формирования отдельных действий, входящих в состав обобщенных способов выполнения профессиональной деятельности конкретного вида, осуществляется в процессе применения физических знаний, изучаемых в разделах "Кинематика", "Молекулярная физика и термодинамика", "Электричество и магнетизм", "Оптика", "Атомная физика" для решения конкретных задач-упражнений. Необходимость этого этапа объясняется тем, что для успешного формирования обобщенных способов студент должен овладеть отдельными действиями, имеющими сложный операционный состав и составляющих содержание способа выполнения деятельности. Для этого на тематических занятиях по курсу физики обучающиеся решают задачи-упражнения, в которых описана ситуация адекватная профессиональной деятельности, отрабатывая отдельные операции.
Этап формирования обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности при изучении курса физики необходим для того, чтобы студенты выделили их содержание и научились применять его для решения конкретных физических задач-проблем, адекватных профессиональной деятельности. Выявление студентами содержания обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности происходит путем выделения инвариантного способа решения задач-проблем. С этой целью, в конце каждого семестра, после изучения таких разделов физики как «Физические основы механики», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Атомная и квантовая физика» и «Оптика», отводятся два-три занятия, посвященных выделению обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности. На данных занятиях создается ситуация, в которой у студентов возникает потребность в решении конкретной задачи-проблемы.
Студентам предлагается самостоятельно разработать способ выполнения деятельности по решению нескольких таких задач. После этого обучаемым предлагается сравнить последовательность и содержание действий, выполняемых ими при решении задач-проблем и выделить обобщенный способ выполнения деятельности по их решению. Далее осуществляется обучение студентов самостоятельному планированию деятельности по решению конкретных задач-проблем с опорой на обобщенный способ. Чтобы содержание обобщенного способа было усвоено обучаемыми, необходимо многократно применить его для решения конкретных задач. В связи с этим, необходимо выбрать не менее пяти задач-проблем, соответствующих конкретному виду деятельности, решение которых опирается на знания каждого раздела физики.
Следующий этап - этап применения студентами обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности для реализации проектов и научно-исследовательской деятельности. Он реализуется при изучении разных учебных дисциплин, в основе которых лежат физические знания. На данном этапе студенты применяют обобщенные способы выполнения профессиональных видов деятельности для реализации учебных, научно-исследовательских проектов и проектов, отражающих профессиональные задачи реального производства.
Диагностический компонент методической системы формирования у студентов обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности составляют критерии оценки у бакалавров сформированности таких умений, как распознавание вида профессиональной деятельности по цели и конечному продукту деятельности; выделение способа выполнения конкретного вида профессиональной деятельности в общем виде; применение действий выделенного способа к решению физических задач-упражнений, описывающих ситуации адекватные профессиональным; применение способов выполнения профессиональных видов деятельности к решению физических задач-проблем, соответствующих конкретным видам профессиональной деятельности; применение сформированных обобщенных способов выполнения деятельности при реализации учебных, научно исследовательских проектов и проектов, отражающих проблемы реального производства.
Таким образом, реализация всех компонентов модели методики в учебном процессе позволит внести существенный вклад в формирование у бакалавров технических направлений подготовки профессиональных видов деятельности.
Отличительной особенностью представленной модели является единый подход в формировании каждого профессионального вида деятельности при решении системы профессионально-ориентированных заданий. На основе представленной модели разработаем методику формирования проектно-конструкторской и технологической деятельности на занятиях по физике у бакалавра, обучающегося по направлению подготовки 15.03.01 Машиностроение.
Результаты констатирующего и поискового этапов педагогического эксперимента
Для оценки полноты сформированности действий, связанных с распознаванием вида профессиональной деятельности были выделены следующие компоненты оценивания, связанные с выполнением студентами действий: 1. Умение выделять цель деятельности; 2. Умение выделить конечный продукт деятельности; 3. Умение распознать вид профессиональной деятельности. Таким образом, получаем, что максимальное количество действий xmax равно 3. Полученное значение коэффициента полноты сформированности действий, связанных с распознаванием вида профессиональной деятельности по цели и ее конечному продукту в экспериментальной группе равно 0,96, что является оптимальным показателем. 2. Коэффициент полноты сформированности действий по выделению обобщенного способа выполнения конкретного профессионального вида деятельности Y. При оценке данного коэффициента в ходе эксперимента проверялись умения выделять способ выполнения трех профессиональных видов деятельности специалиста в области сварочного производства.
Коэффициент полноты сформированности действий по выделению обобщенного способа выполнения конкретного профессионального вида деятельности рассчитывается по формуле: Y = Zi, (2) пУтах где уі - количество действий обобщенного метода, выделенных i-ым студентом правильно, утах - максимальное количество действий конкретного метода п - количество студентов группы.
Для оценки данного показателя студентам предлагалось задание выделить действия обобщенного способа выполнения конкретного профессионального вида деятельности, указанного в задаче-проблеме. В качестве критериев оценки выступали действия обобщенных способов. Так количество действий обобщенного способа выполнения проектно-конструкторской деятельности составляет 6, а технологической - 5 действий. Оценивалась с формированно сть действий по выделению обобщенных способов выполнения всех трех видов профессиональной деятельности. Результаты выполнения студентами заданий по выделению действий способов приведены на рисунок 12.
Значения коэффициентов полноты сформированности действий по выделению обобщённых способов выполнения деятельности, связанной с проектированием и конструированием технического объекта (ПД №1); деятельности по разработке технологии контроля качества технического объекта в целом или его отдельного элемента (ПД №2); деятельности по разработке технологии устранения дефектов технического объекта в целом или его отдельного элемента (ПД №3) приведены в таблице 16. Для нахождения коэффициента сформированности всех обобщенных методов, усредним данные показатели и получим коэффициент полноты сформированности действий по выделению обобщенных методов решения пяти
Результаты выполнения студентами заданий по выделению действий обобщенных способов выполнения профессиональных видов деятельности типовых профессиональных задач Y = 0,90, что является оптимальным показателем. Таблица 16 Значения коэффициентов полноты сформированности обобщённых методов решения ТПЗ Вид профессио- Проектно- Деятельность по Деятельность по Итого нальной дея- конструкторская разработке разработке технологии тельности деятельность технологииконтроля качествасварного устранения дефектовсварного соединения илиобъекта Коэффициент соединения машиностроительного полноты производства Y 0,86 0,91 0,94 0,90 3. Коэффициент полноты владения навыком применения действий выделенного обобщенного способа выполнения профессиональной деятельности к решению конкретной задачи-проблемы P. где p = YJUm px npmax 159 pi – количество действий, выполненных i-ым студентом правильно при решении задачи, pmax - максимальное количество действий решения задачи n – количество студентов группы. Для оценки данного показателя студентам предлагалось решить профессионально-ориентированную задачу-проблему с опорой на обобщенный способ выполнения конкретного вида профессиональной деятельности. В качестве критериев оценки выступали умения применять все действия обобщенных способов для решения конкретной задачи-проблемы, в которой описана ситуация соответствующая одному из видов профессиональной деятельности: 1) деятельности, связанной с проектированием и конструированием технического объекта (ПД №1); 2) деятельности по разработке технологии контроля качества технического объекта в целом или его отдельного элемента (ПД №2); 3)деятельности по разработке технологии устранения дефектов технического объекта в целом или