Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Графические дисциплины в процессе подготовки специалистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе 16
1.1 Место и роль графических дисциплин в процессе подготовки специалистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе 19
1.2 Анализ целей и содержания обучения графическим дисциплинам 29
1.3 Особенности обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике в вузе 41
Выводы к главе 1 61
Глава 2. Качество усвоения знаний по графическим дисциплинам и возможности использования информационных технологий 63
2.1 Критерии и показатели качества обучения графическим дисциплинам в профессиональной подготовке инженеров 63
2.2 Анализ опыта обучения графическим дисциплинам при подготовке инженеров 76
2.3 Возможности использования информационных технологий и систем компьютерной графики при обучении графическим дисциплинам 88
Выводы к главе 2 106
Глава 3 Разработка и обоснование модели обучения графическим дисциплинам в вузе с использованием информационных технологий 108
3.1 Разработка модели учебного курса по графическим дисциплинам для профессиональной подготовки инженеров-программистов 108
3.2 Комплексная технология реализации учебного курса на основе информационных технологий 136
3.3 Опытно-экспериментальная проверка качества модели обучения графическим дисциплинам и анализ ее результатов 167
Выводы к главе 3 177
Заключение 179
Список литературы 184
Приложения 198
- Место и роль графических дисциплин в процессе подготовки специалистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе
- Критерии и показатели качества обучения графическим дисциплинам в профессиональной подготовке инженеров
- Разработка модели учебного курса по графическим дисциплинам для профессиональной подготовки инженеров-программистов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В условиях развития глобальных
информационных процессов для решения социально-экономических проблем общества актуализируется важность внедрения в образование новых информационных образовательных технологий. Соответствующие положения нашли отражение в принятой в конце 2001 года Правительством Российской Федерации Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, а также в федеральных целевых программах: «Электронная Россия (2002 - 2010 годы)» и «Развитие единой образовательной информационной среды (2001 - 2005 годы)». Эти документы ставят перед высшей школой задачи, связанные с разработкой, апробацией и распространением высокоэффективных, инновационных технологий образования, направленных на расширение доступности, повышение качества высшего профессионального образования, его эффективности и конкурентоспособности выпускников высших учебных заведений на рынке труда.
Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования устанавливает требования к уровню подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 - «Информатика и вычислительная техника». Реализация в рамках данного направления подготовки дипломированного специалиста перечня образовательных программ (специальностей) стандарта предусматривает использование информационных технологий в основном для обучения специальным дисциплинам и очень ограничено при изучении общепрофессиональных дисциплин.
Вместе с тем постоянно увеличивается объем научно-технической информации, которая должна быть освоена студентами в процессе обучения. Возникла проблема острой нехватки времени, необходимого для изучения большого количества сложных учебных дисциплин традиционными методами.
В настоящее время учебная дисциплина общепрофессионального цикла «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» вводится в подготовку инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе в качестве блока графических дисциплин. Данная дисциплина является основой графической грамотности, которая приобретает особое значение в условиях современного производства, оснащенного станками с программным управлением, робототехникой и системами автоматизированного проектирования. Инженеры и техники должны уметь читать чертеж, чтобы понять как конструкцию, так и работу изображенного изделия, а также излагать свои технические мысли, используя чертеж. Все чаще инженерам приходится иметь дело с чертежами и другой конструкторской документацией, представленной не на бумаге, а в электронном виде. Однако инженеров, способных к такой работе, пока явно недостаточно. Одним из ключевых требований к современному инженеру является ныне умение использовать сложные программные системы, которые устанавливаются на высокопроизводительные компьютеры и рабочие станции.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА |
В то же время в России ощущается дефицит квалифицированных инженеров, способных работать с современной вычислительной техникой.
Таким образом, в приборостроении имеется повышенный спрос на инженеров, имеющих высокий уровень конструкторской графической подготовки и владеющих системами компьютерной графики как средством решения профессиональных задач.
Анализ научной, педагогической и методической литературы позволяет говорить о том, что работы, близкие к исследуемой теме, не носят комплексного характера, в них вопросы, стоящие перед компьютеризацией обучения, разработаны недостаточно детально, что затрудняет их внедрение в практику обучения. В этих работах слабо просматривается связь графических дисциплин с основными профилирующими и со смежными дисциплинами. Исследования показали, что проблема обучения будущих инженеров-программистов начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике с использованием новых информационных технологий для решения профессиональных задач в условиях повсеместной компьютеризации организаций и предприятий представляется актуальной и экономически обоснованной.
Сложившаяся ситуация объясняет актуальность постановки таких образовательных целей как применение новых информационных технологий в обучении графическим дисциплинам студентов-программистов по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника» в вузе и, как следствие, повышение качества их предметной подготовки. В то же время введение в цикл общепрофессиональных дисциплин учебного плана по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике для подготовки дипломированных специалистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» не подкреплено адекватным научно-методическим обеспечением и реализуется преимущественно не системно, опираясь на традиционные технологии, которые не могут обеспечить эффективность и требуемый уровень подготовки. Таким образом, возникает противоречие между:
содержанием профессиональной деятельности инженера в области информатики и вычислительной техники, включающем постановку все более сложных профессиональных задач, требующих для своего решения использование новых информационных технологий и содержанием учебного процесса в вузе, в котором отсутствует составляющая, обеспечивающая формирование соответствующего компонента профессиональной компетенции специалиста;
необходимостью современных подходов и способов использовать начертательную геометрию, инженерную и компьютерную графику для решения профессиональных задач и неразработанностью научно-методического обеспечения формирования соответствующего уровня графической подготовки, куда в широком смысле входят цели и содержание обучения, дидактический процесс, организационные формы обучения, средства обучения и другие отдельные компоненты педагогической модели
подготовки будущих инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе
Это и определяет актуальность выбора графических дисциплин в качестве поля исследовательской работы при изучении методов информатизации учебного процесса.
Проблема исследования. Каковы дидактические условия и педагогическая модель построения и изучения учебного курса «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» с использованием новых информационных технологий в процессе профессиональной подготовки инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе?
Объект исследования — это процесс обучения в вузе инженеров-программистов графическим дисциплинам, ориентированный на использование современных информационных технологий.
Предметом исследования являются информационные технологии в обучении графическим дисциплинам инженеров-программистов по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника».
Цель исследования: Спроектировать и обосновать педагогическую модель изучения учебного курса «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» с использованием новых информационных технологий.
С учетом выше сказанного сформулируем гипотезу исследования, которая представляет собой обобщенную педагогическую модель изучения учебного курса.
Гипотеза исследования: если спроектировать педагогическую модель изучения учебного курса «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» с использованием новых информационных технологий в профессиональной подготовке инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе, то реализация этой педагогической модели посредством разработанной комплексной технологии обучения позволяет повысить качество обучения студентов графическим дисциплинам.
Для выполнения поставленной цели и проверки гипотезы исследования поставлены следующие задачи исследования:
проанализировать и обобщить современные подходы к обучению начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике и выявить факторы, существенно влияющие на качество обучения;
разработать педагогическую модель изучения учебного курса «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» и комплексную технологию реализации этой педагогической модели, в том числе: разработать электронное учебное пособие и систему индивидуализированных практических заданий, ориентируемых на обучение графическим дисциплинам в соответствии с разработанной педагогической моделью;
осуществить проверку эффективности разработанной технологии.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
изучение психолого-педагогической, специальной, методической и научной литературы по теме исследования;
анализ содержания нормативной документации (профессионально-квалификационные характеристики, государственный образовательный стандарт по специальностям обучения студентов по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника»), учебных планов, программ, учебников и пособий по тематике исследования;
наблюдения, изучение и обобщение педагогического опыта;
- педагогический эксперимент, методы математической статистики.
Исследования осуществлялись автором на кафедре информационных
систем Российского государственного социального университета (РГСУ). Экспериментальное обучение студентов начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике с использованием разработанной технологии проводились на кафедре информационных систем Российского государственного социального университета (РГСУ) и в Красногорском оптико-электронном колледже (КОЭК).
Методологической основой исследования являются:
концептуальные подходы в структурировании содержания и обеспечении изучения начертательной геометрии и инженерной графики в трудах таких ученых, как С.К. Боголюбов, В.О. Гордон, B.C. Левицкий, СА Фролов, Н.Ф. Четверухин и др.;
в теории педагогических систем работы ученых В.П. Беспалько, B.C. Леднева, А-М. Новикова и др.;
в концепции развивающего обучения труды таких ученых, как Л. С. Выготский, В.В. Давыдов, Л.В. Занков, ИЛ. Лернер, С.Л. Рубинштейн, Д.Б. Эльконинидр.;
в основных положениях теории индивидуализированного и дистанционного обучения работы ученых А.А. Андреева, АЖ. Жафярова, АА Кирсанова, СМ. Перекальского, Л.Б. Сосновской, И.Э. Унтаидр.;
положения теории компьютеризации образования - авторы: ученые В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, В.М. Демин, И.Г. Захарова, Г.И. Кириллова, А.В. Кузин, Е.И. Машбиц, В.М. Монахов, AM. Новиков, И.Р. Роберт, АН. Тихонов и др.
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждаются их согласованностью с научными положениями и практикой российских ученых-педагогов в области теории и методики обучения, воспитания и профессионального образования, обеспечены теоретическим и экспериментальным доказательством выдвинутых утверждений, применением комплекса статистических методов исследования.
По мнению автора, научная новизна исследования состоит в том, что: 1. Спроектирована педагогическая модель как средство построения и изучения учебного курса «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» с использованием информационных технологий в
подготовке современного инженера-программиста по направлению «Информатика и вычислительная техника», позволяющая повысить качество предметной подготовки.
-
Создана технология обучения, содержательный компонент которой определяется принципами профессиональной направленности и соответствия образования уровню развития науки, техники и производства, в виде учебных модулей с интегрированным содержанием. В разработанной технологии широко используются реализующие различные методы обучения и в оптимальном сочетании организационные формы и технические средства обучения, в которых роль полноценного участника в процессе обучения студентов, параллельно преподавателю, выполняет персональный компьютер.
-
Разработана структура и содержание сформированного согласно иерархии целей образования электронного учебного пособия, ориентированного как на индивидуализированные, так и на традиционные методы обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике. Учебное пособие представлено также в бумажном варианте.
-
Сформулированы требования к системе заданий для выполнения практических работ и разработаны эти задания, дифференцированные по уровням, для выполнения которых используются информационные технологии (профессиональный графический редактор КОМПАС).
Теоретическая значимость исследования состоит в обосновании роли изучения учебного курса «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» в повышении качества профессиональной подготовки студентов. Теоретически обосновано положение, что основным средством формирования графической компетенции является система заданий, дифференцированных по уровням (учебные, учебно-профессиональные и профессиональные), для выполнения которых используются информационные технологии (профессиональный графический редактор КОМПАС).
Практическое значение работы определяется тем, что на ее материалах автором разработаны и внедрены в учебном процессе Российского государственного социального университета (РГСУ) и Красногорского оптико-электронного колледжа (КОЭК) комплексная технология обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике с использованием современных информационных средств в подготовке специалистов промышленности по направлению «Информатика и вычислительная техника» и ее программное и учебно-методическое обеспечение. Разработанные подходы, учебно-методическое обеспечение и рекомендации по применению банка данных могут использоваться при выборе компьютерных систем и при обучении начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике в других технических вузах.
Апробация и внедрение результатов исследования. Материалы и результаты исследования реализованы в публикациях, неоднократно докладывались автором и обсуждались на научно-методических семинарах факультета информатики и информационных технологий, заседаниях кафедр
информационных систем и социальной педагогики РГСУ и кафедры вычислительной техники КОЭК, а также докладывались на научных конференциях (РГСУ, Москва 2003 и 2004 гг., МГАПИ, Москва 2004 г.).
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 7 учебных и учебно-методических пособий.
На защиту выносится:
педагогическая модель использования новых информационных технологий как средства построения и изучения учебного курса «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» в подготовке современного инженера-программиста по направлению «Информатика и вычислительная техника»;
технология внедрения элементов учебно-методического обеспечения и организации системы обучения графическим дисциплинам студентов с использованием новых информационных технологий;
содержание и структура электронного учебного пособия и системы индивидуализированных заданий с использованием методов новых информационных технологий в процессе обучения студентов графическим дисциплинам.
Личный вклад автора. Автором получены следующие основные результаты: разработана педагогическую модель как средство построения и изучения учебного курса «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» и комплексная технология обучения этой дисциплине в вузе студентов-программистов по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника» с использованием новых информационных технологий; разработано электронное учебное пособие и система индивидуализированных практических заданий, ориентируемых на обучение в соответствии с разработанной педагогической моделью.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения.
Содержание отражает логику исследования и соответствует поставленным задачам.
Место и роль графических дисциплин в процессе подготовки специалистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе
Учебная дисциплина «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» является общепрофессиональной, формирующей базовые знания, необходимые для усвоения специальных дисциплин, выполнения студентами курсовых, дипломных проектов и для профессиональной последующей деятельности. Данная дисциплина является основой графической грамотности, которая приобретает особое значение в условиях современного производства, оснащённого станками с программным управлением, робототехникой и системами автоматизированного проектирования.
В энциклопедическом словаре дается следующее определение: «Начертательная геометрия — раздел геометрии, в котором пространственные фигуры, а также методы решения и исследования пространственных задач изучаются с помощью их изображений на плоскости» [ПО]. Построение изображений в начертательной геометрии осуществляется при помощи параллельного и центрального проецирования геометрических объектов на плоскость проекций. Параллельное проецирование является основным преобразованием, а центральное - проективным преобразованием. Именно параллельное проецирование лежит в основе начертательной геометрии как учебной дисциплины в техническом вузе. Рассмотрение метода проекций начинают с построения проекций точки, так как при построении изображения любой пространственной формы рассматривается ряд точек, принадлежащих этой форме. Изображения, построенные по правилам, изучаемым в начертательной геометрии, позволяют представить мысленно форму предметов и их взаимное расположение в пространстве, определить их размеры, исследовать геометрические свойства, присущие изображаемому предмету.
Начертательная геометрия, вызывая усиленную работу пространственного воображения, развивает его.
Для того чтобы правильно выразить свои мысли с помощью рисунка, эскиза, чертежа, требуется знание теоретических основ построения изображения геометрических объектов, их многообразие и отношения между ними, что и составляет предмет начертательной геометрии.
Начертательная геометрия передает ряд своих выводов в практику выполнения технических чертежей в курсе инженерной графики, обеспечивая их выразительность и точность, а следовательно, и возможность осуществления изображенных предметов на практике.
Методы начертательной геометрии являются базой для решения задач инженерной графики и позволяют разрабатывать производственную конструкторскую документацию (производственные чертежи), используя государственные стандарты.
Условиями успешного овладения техническими знаниями являются умение читать чертежи и знание правил выполнения и оформления чертежей. Чертеж является одним из главных носителей технической информации, без которой не обходится ни одно производство. В настоящее время нельзя представить себе работу и развитие любой отрасли народного хозяйства, а также науки и техники без чертежей. На вновь создаваемые приборы, машины и сооружения сначала разрабатывают чертежи (проекты). Любое строительство, любое производство, от обычной шариковой ручки до современного самолета, невозможно без предварительной разработки технической документации (чертежей). Все или почти все, что создано человеком и окружает нас, создавалось по заранее разработанным чертежам. Сотни тысяч чертежей применяют во всех отраслях народного хозяйства.
По чертежам определяют достоинства и недостатки изделий, вносят изменения в их конструкцию. Только после обсуждения чертежей (проектов) изготавливают опытные образцы изделия.
Критерии и показатели качества обучения графическим дисциплинам в профессиональной подготовке инженеров
Рост числа студентов, охваченных новыми формами высшего профессионального образования, внедрение системы тестирования в общеобразовательных учебных заведениях, широкое распространение многочисленных сертификационных циклов в системе профессиональной подготовки - это те основные факторы, которые способствовали росту интереса к возможностям информационных технологий по оцениванию качества обучения [65].
Но в качестве неотъемлемого требования, предъявляемого к любой процедуре оценивания, необходима гарантия того, что использующиеся методы оценки адекватно отражают уровень достижения целей изучения учебного курса, приобретения соответствующих знаний, умений и навыков, развития личностных качеств обучаемых.
Особенности качественных и количественных подходов к оцениванию, методика измерения его результатов, наконец, использование различных технических средств довольно долго находятся в центре внимания отечественной педагогической науки [21], [156]. В исследованиях [1] и нормативных документах [140] последних лет представлены четкие требования к используемым заданиям, критериям оценивания, разработаны методики контроля качества обучения и соответствующие технологические процедуры.
Терминология. Предварительно необходимо разъяснить суть тех терминов, которые используются в описании процедур оценивания качества обучения и развития.
Оценивание сводится к изучению какого-либо образца поведения человека, полученного в некоторый фиксированный момент времени. Основной вопрос: насколько представительным является данный образец поведения оцениваемого человека, поскольку именно на его основе делаются выводы о его статусе - достижениях, потенциале и способностях, интеллекте и мотивации.
Для проведения оценивания, в первую очередь, необходимо понимать, с какой целью выполняется оценивание и кто оценивается. Это очень важно, поскольку на одном и том же материале в ходе тестирования можно оценивать обученность или обучаемость, реакцию учащихся, поведение в сложной обстановке, эффективность использующихся методических приемов, наконец, значимость самого теста.
В частном случае, для процесса обучения, оценивание ставит своей целью получение оценки, содержащей как качественные, так и количественные показатели работы обучаемого.
Критериально-ориентированное оценивание [129] опирается на явно сформулированные цели и задачи изучения учебного курса и позволяет определить, в какой степени испытуемые овладели идентифицированными компонентами. В этом типе оценивания критерии усвоения задаются заранее.
Нормативно-ориентированное оценивание используется в тех случаях, когда необходимо ранжировать достижения в выбранной группе обучаемых, определяя количество достигнувших определенного балла в течение некоторого времени. Соответствующие тесты широко применяются не только для оценивания хода и результатов обучения, но и для оценки интеллектуальных способностей. Естественно, что соответствующие показатели для ранжирования могут устанавливаться, исходя из конкретного контекста процедуры оценивания: одно и то же значение показателя интеллектуального развития может характеризовать высокий результат для одной группы и средний или даже низкий - для другой.
Разработка модели учебного курса по графическим дисциплинам для профессиональной подготовки инженеров-программистов
Совершенствование графической подготовки инженера-программиста, как фактора повышения его профессиональной компетентности, предполагает создание педагогической модели обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике, которая отражала бы основные направления и особенности профессионального образования по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе.
В условиях перехода современной экономики к наукоемким производствам, имеющим в основе эффективные информационные технологии с участием компьютера, как мощного и универсального инструмента профессиональной деятельности, особое значение приобретает умение использовать для решения разнообразных профессиональных задач системы компьютерной графики. Системы компьютерной графики включают в себя обучающую информацию и позволяют формировать знания, умения и навыки, используемые для разработки различных конструкторских документов. Это обуславливает значимость разработки педагогической модели обучения студентов технического вуза графическим дисциплинам в соответствии с требованиями современной, динамично развивающейся профессиональной деятельности инженера-программиста.
С учетом выше указанных требований повторим гипотезу исследования, которая представляет собой обобщенную модель педагогической системы.
Если спроектировать педагогическую модель, как средство построения и изучения учебного курса «Начертательная геометрия. Инженерная и компьютерная графика» с использованием новых информационных технологий в профессиональной подготовке инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе, соответствующую современным требованиям отрасли, в которой используется наиболее оптимально профессиональный графический редактор для проведения обучения, то реализация этой модели посредством разработанной комплексной технологии обучения, с учетом созданного научно-методического обеспечения процесса обучения, позволяет студентам приобретать знания, умения и навыки в области графических дисциплин с качеством не ниже тех, что могут быть получены при традиционном обучении.
Таким образом, из сформулированной гипотезы вытекает основная цель исследования - создание проекта такой педагогической модели обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике с использованием новых информационных технологий в подготовке инженеров-программистов по направлению «Информатика и вычислительная техника» в вузе, которая позволяет повысить качество предметной подготовки и, в конечном счете, обеспечит графическую составляющую профессиональной компетентности инженера. Целью самой педагогической модели обучения является формирование графической компетенции - совокупности графических знаний, умений и навыков, ключевым из которых является умение читать и разрабатывать чертежи технических систем с использованием современных информационных технологий. В процессе последующей профессиональной деятельности графическая компетенция преобразуется своей частью в системное образование, называемое профессиональной компетентностью специалиста.
Образование является системой, сложившейся в веках для передачи опыта от одного поколения к другому. Образование относится к классу сложных систем, так как состоит из подсистем, каждая из которых выполняет свою частичную функцию в общем образовательном процессе для достижения заданной цели.
