Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние проблемы преподавания дисциплины «Материаловение и технология конструкционных материалов (ТКМ)» при подготовке инженеров железнодорожного (ж/д) транспорта 29
1.1. Задачи и состояние подготовки инженеров железнодорожного (ж/д) транспорта в современных условиях 29
1.2 Взаимосвязь содержания материаловедения и ТКМ с естественнонаучными, общетехническими и специальными дисциплинами при подготовке инженеров ж/д транспорта 32
1.3. Научный подход, основанный на взаимосвязи дисциплин учебного плана и выделении фундаментальной сущности дисциплин при анализе содержания и проблем обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов 34
1.4.Требования к подготовке инженерных кадров железнодорожного транспорта по материаловедению и ТКМ 38
1.5. Состояние проблемы и направления совершенствования обучения материаловедению и ТКМ студентов железнодорожных втузов 49
1.6. Анализ исследований по проблемам подготовки по материаловедению и ТКМ будущих инженеров железнодорожного транспорта 54
Выводы по главе 1 66
Глава II. Модель методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов железнодорожных втузов 69
2.1. Процесс обучения как методическая система 69
2.2. Материаловедение и ТКМ как учебный предмет в системе подготовки инженерных кадров железнодорожного транспорта 75
2.3. Взаимосвязь фундаментальных законов и научно-технических теорий как методологическая основа модели обучения материаловедению и ТКМ в железнодорожном втузе 83
2.4. Принцип единства фундаментальности и профнаправленности обучения материаловедению и ТКМ 91
2.5. Анализ общетехнического знания по материаловедению и ТКМ при подготовке инженеров транспорта 94
2.6. Реализация принципа единства фундаментальности и направленности на решение задач и проблем ж/д специальностей в методах, формах и средствах в курсе материаловедения и ТКМ 100
2.7. Модель методической системы обучения материаловедению и ТКМ будущих инженеров (ж/д) транспорта 110
Выводы по главе II 116
Глава III. Методика обучения материаловедению и ТКМ студентов железнодорожного технического вуза 120
3.1. Содержание курса материаловедения и ТКМ для железнодорожных инженерных специальностей 120
3.1.1. Содержание и методы проведения лекционных занятий 127
3.1.2. Содержание и методы проведения лабораторного практикума 145
3.1.3. Система заданий к курсовым работам профнаправленным на проблемы железнодорожного транспорта 147
Выводы по главе III 149
Глава IV. Оценка эффективности обучения материаловедению и ТКМ студентов железнодорожных инженерных втузов 150
4.1. Организация и проведение педагогического эксперимента 150
4.2. Констатирующий и поисковый этапы эксперимента 155
4.3. Обучающий педагогический эксперимент 165
Выводы по главе IV 174
Заключение 176
- Задачи и состояние подготовки инженеров железнодорожного (ж/д) транспорта в современных условиях
- Процесс обучения как методическая система
- Содержание курса материаловедения и ТКМ для железнодорожных инженерных специальностей
Введение к работе
Сейчас перед страной стоит необходимость решения актуальных задач развития транспортной системы России, которая имеет важнейшее государственное, народнохозяйственное и оборонное значение. Решение задач развития транспортной системы особенно возрастает в условиях введения рыночных отношений, перестройки управления экономикой, т. к. от железных дорог требуется своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей населения и народного хозяйства, грузоотправителей и грузополучателей в перевозках. Любая, даже кратковременная задержка выполнения заявки на перевозки, наносит ущерб нормальной работе предприятий, подрывает договорные основы ведения хозяйства, снижает конкурентоспособность железнодорожного (ж/д) транспорта. Железные дороги располагают различными инженерными сооружениями, устройствами и средствами: (ж/д) путь, подвижной состав, локомотивы, вагоны, локомотивные и вагонные депо, осуществляющие различные виды ремонта и профилактических работ, сооружения и устройства сигнализации, связи, вычислительной техники, электро- и водоснабжения, ж/д станции и узлы.
Следовательно, ж/д транспорт России представляет собой многоотраслевое хозяйство, требующее от специалистов всесторонних взаимосвязанных и взаимодействующих на проблему специальности знаний и умений. Поэтому направление подготовки дипломированных специалистов по ж/д транспорту 657600 - Подвижной состав железных дорог, охватывающее специальности: 150800 - Вагоны; 150700 - Локомотивы; 657700 - Системы обеспечения движения поездов и др. в соответствии принятому Гособразовательному стандарту высшего профессионального образования 2000...2005 г.г. приобретает государственное актуальное значение.
Сфера деятельности будущего специалиста по любой из указанных специальностей включает технологическую, проектно-конструкторскую и эксплу-тационную деятельность. Во всех направлениях этой деятельности основной проблемой является обеспечение надежности ж/д объектов (локомотивов, вагонов, подвижного состава, и др. оборудования) при эксплуатации. При этом од
ной из актуальнейших задач, в обеспечении надежности объектов ж/д транспорта на всех уровнях их создания и эксплуатации (проектно-конструкторский, технологический при изготовлении и эксплуатации, научно-исследовательский при проектировании, изготовлении, совершенствовании и эксплуатации), является повышение долговечности и надежности материалов.
В последние годы созданы новые локомотивы и вагоны для скоростного движения, устройства автоматики, телемеханики и т.п., соответствующие мировому уровню, поэтому в транспортном машиностроении значительно расширилась номенклатура материалов с повышенными требованиями к прочности, жаростойкости, коррозионной и химической стойкости. При эксплуатации, выбранные конструкторами и технологами материалы подвергаются разнообразным эксплуатационным нагрузкам, поэтому при изучении материаловедения и ТКМ должны более детально раскрываться современные, признанные в научной практике, дислокационно-структурные механизмы разрушения материалов, а также возможности релаксационных и рекристаллизационных процессов, позволяющие повышать надежность работы объектов ж/д транспорта при их эксплуатации [1].
При обучении студентов ж/д втузов материаловедению и ТКМ актуальным становится более конкретная ориентация на материалы объектов ж/д транспорта, в этом случае подготовка по материаловедению и ТКМ будет профессионально направленной. Кроме того, содержание изучаемой дисциплины должно быть ориентировано на новые подходы в науке о материалах, связанные с оценкой их надежности при эксплуатации.
Проблема изучения материаловедения и ТКМ заключается в обеспечении студентов знаниями и умениями: 1) по выбору оптимальных материалов, что до недавнего времени в учебном процессе решалось описательными кур-сами материаловедения (сведения о существующих и новых разрабатываемых и внедряемых материалах; о структурных превращениях, сопровождающих термическую обработку, при температурах значительно более высоких, чем температуры, возникающие в деталях машин при их эксплуатации); 2) по опреде лению способности материалов увеличить срок эффективной и функциональной работы объектов ж/д транспорта, что решается изучением структурных превращений под действием многочисленных эксплуатационных факторов, определяющих процессы разрушения материалов. Именно второе при обучении студентов ж/д втузов раскрывается недостаточно и снижает уровень подготовки инженера при решении проблем надежности ж/д транспорта.
«Непрерывно возрастающие требования к свойствам материалов обуславливают необходимость опережающего развития научных разработок в области материаловедения. Современное материаловедение как наука о структуре и свойствах различных материалов, существенно модернизируется за счет интеграции физики твердого тела, химии и технологии неорганических веществ, механики твердого деформированного тела и нелинейной механики разрушения. Единый подход к явлениям первичной и вторичной кристаллизации, упругой и пластической деформации стал возможен благодаря новому пониманию реальной структуры материалов на всех иерархических уровнях» [2]. Все материалы «живут», изменяют свои структуры и свойства в процессе их получения, изготовления из них деталей и дальнейшей их эксплуатации. Очевидно, что материаловедение и ТКМ должны базироваться при обучении студентов ж/д втузов на современное направление материаловедения - «от микроструктуры - к макросвойствам» [2], т.е. от микроструктуры к физико-механическим свойствам с учетом эволюции микроструктур и свойств материалов при их эксплуатации в объектах ж/д транспорта.
Структурные превращения по границам зерен микроструктуры материалов, обусловленных действием многих факторов эксплуатации и дислокационным механизмом разрушения являются научной основой решения проблемы долговечности и надежности деталей машин, а также и методической основой при изучении курса материаловедения и ТКМ, т. к. эксплуатационная прочность материалов обеспечивает в большинстве случаев безаварийную работу ж/д транспорта. Научно-методическая основа изучения курса материаловедения и ТКМ, кроме, изучаемых ранее, номенклатуры и свойств материалов, должна
быть построена на изучении следующих понятий: 1) микроструктуры металлов и сплавов - основного фактора надежности и долговечности деталей машин; 2) пространственной атомно-кристаллической (а.-к.) структуры материалов; 3) аллотропических превращений компонентов сплавов, происходящих при определенных условиях на различных стадиях термической, упрочняющей др. видов обработки материалов; 4) возникновения дефектов (а.-к.) строения и их влияния на механические и др. свойства материалов, а значит, на долговечность и надежность деталей и машин; 5) дислокационно-структурного механизма разрушения; 6) механизма структурных превращений при деформациях; 7) значения и влияния микроструктуры деталей при эксплуатации на долговечность и надежность деталей машин; 8) выбора материалов в зависимости от условий эксплуатации.
Надежность деталей при эксплуатации машин оценивается по различным критериям: прочность, усталость, механическое изнашивание, теплостойкость, и т. п. Каждый из этих критериев зависит от конкретных и одновременных воздействий различных факторов (нагрузки, различные по величине, направлению, цикличности, воздействиям температуры, химических сред, и т. п.). Все эти факторы эксплуатации оставляют свой отпечаток в поверхностном слое детали - это микроструктура эксплуатируемой детали. Прочность материала, его надежность в любой момент эксплуатации зависит и может определяться микроструктурой поверхностного слоя детали. Установление состояния микроструктуры даст возможность прогнозировать с учетом оценки возникающих дислокаций дальнейшее изменение свойств поверхностного слоя детали с возникновением в ней дефектов, а значит, прогнозировать ее долговечность.
«В последние годы получило развитие новое научное направление в материаловедении - фрактальное материаловедение Основная задача фрактального материаловедения заключается в разработке принципов управления структурой материалов за счет целенаправленного введения и последующей реализации контролируемых обратных связей с целью получения материалов с дис-сипативными свойствами, необходимыми для заданных условий эксплуата
ции» [3]. Структура всех уровней сплавов рассматривается как живой организм, в котором постоянно под действием эксплуатационных факторов происходят структурные превращения как с прямыми, так и обратными связями.
Следовательно, при обучении студентов ж/д втузов материаловедению и ТКМ необходимо больше уделять внимания изучению дислокационно- структурным механизмам превращений в сплавах, фракталов и возможностей использования принципа обратных связей для сохранения оптимальной метаста-бильной структуры, соответствующей требуемым физико-механическим свойствам сплавов для повышения долговечности их работы.
Специфика обучения материаловедению и ТКМ такова, что в учебных планах втузов, кроме естественнонаучных дисциплин существуют циклы общетехнических и специальных дисциплин, поэтому процесс обучения должен осуществляться на основе межпредметных взаимосвязей, способствующих успешному овладению профессиональными знаниями и умениями. Формирование познавательной и творческой активности будущих инженеров должно осуществляться на основе комплексного подхода, объединяющего фундаментальное (естественнонаучное) и общетехническое образование, что с ориентацией на выявление сущностных основ и связей производственных процессов приводит к целостности образования.
Выполненный нами анализ: 1) опыта организации лекционных и лабо-раторно-практических занятий по общетехническим дисциплинам, в т. ч. по материаловедению и ТКМ, в их взаимосвязи с естественнонаучными дисциплина-ми [4-48, 51-73]; 2) диссертационных исследований [74-94]; 3) монографий и учебных пособий [49, 50, 55-101, 59, 102-106], 4) учебных планов и программ, квалификационных характеристик, стандартов для инженерных специальностей [107-115]; 5) анкетирование преподавателей, ведущих занятия по материаловедению и ТКМ во втузах ж/д транспорта позволил выявить, что: при построении учебных курсов различных циклов инженерной подготовки практически не реализуются: 1) принцип научности в свете современного материаловедения - от микроструктуры к макросвойствам материалов; 2) принцип
преемственности содержательной компоненты образования, который позволял бы студентам осмысливать и усваивать постепенно и логично наращиваемый багаж знаний, укрепляющий и фиксирующий связи между предметами и направленный на решение проблем ж/д специальностей. Кроме этого анализ показал, что:
- в учебных планах и программах практически отсутствует объективная сущность (субстрат) современного материаловедения (от микроструктуры к макросвойствам);
- в соответствии с субстратом современного материаловедения практически отсутствуют методологические и методические установки при формировании учебного содержания дисциплины «Материаловедение и ТКМ»;
- отсутствие общности методологических и методических установок приводит к автономному преподаванию учебных предметов без отслеживания логико-содержательных связей между материаловедением, ТКМ и др. общетехническими и специальными дисциплинами, которые должны быть направлены на решение проблем специальностей ж/д транспорта;
- число обязательных часов на изучение материаловедения и ТКМ неуклонно сокращается, несмотря на то, объем изучаемого программного материала постоянно увеличивается вследствие научно-технического прогресса;
- программы по материаловедению и ТКМ для ж/д втузов не отражают в достаточной степени направленность обучения на решение проблем специальностей ж/д транспорта, поэтому содержание данной дисциплины для различных ж/д специальностей практически одинаково;
- вопросы технологии обучения по материаловедению и ТКМ в ж/д втузе не получили достаточной разработки;
- число часов на самостоятельную работу на дневных отделениях приближается к 50% от общего количества часов, но эффективно не используется как следствие недостаточной разработки технологии обучения;
- практически отсутствует теория и методика обучения материаловедению и ТКМ по ж/д специальностям.
Поэтому многие студенты не осознают цели изучения материаловедения и ТКМ. У них слабо формируются знания, соответствующие новым фундаментальным подходам к рассмотрению физико-механических свойств и физических проблем прочности материалов, умения использовать эти знания при дальнейшем изучении специальных дисциплин и тем более, применять их к решению задач, направленных на повышением качества и надежности ж/д транспорта. Кроме того, у обучающихся не формируются знания о новых подходах в науке о материалах (от микроструктуры к макросвойствам), связанными с оценкой надежности материалов, применяемых в ж/д транспорте при их эксплуатации. Недостаточное внимание уделяется формированию знаний о процессах структурных превращений в материалах при эксплуатации под действием многочисленных, вместе действующих, факторов [116-118, 30, 31, 47, 48], определяющих процессы разрушения материалов.
Идея о том, что все материалы «живут», изменяют свои структуры, а соответственно прочностные свойства в периоды их получения, изготовления из них деталей и их эксплуатации должна быть фундаментальной основой при изучении материаловедения и ТКМ и раскрываться при рассмотрении: 1) микроструктуры сплавов как основного фактора их надежности и долговечности; 2) пространственной а.-к. структуры материалов; 3) аллотропических превращений, происходящих на различных стадиях термической и др. видов обработки материалов; 4) возникновения дефектов а.-к. строения и их влияния на физико-механические свойства материалов, на надежность деталей и машин; 5) дислокационно-структурного механизма разрушения; 6) механизма межграничных структурных превращений при деформациях; 7) значения микроструктуры деталей при эксплуатации на надежность машин; 8) выбора материалов в зависимости от условий эксплуатации.
Следовательно, как при создании сплавов, так и при их эксплуатации для эффективного управления их свойствами необходимо представлять механизмы структурных превращений в сплавах, использовать принцип обратных связей, действующий в живых организмах, для сохранения оптимальной структуры
соответствующей требуемым физико-механическим свойствам сплавов и материалов. Используемые же в настоящее время при изучении материаловедения программы, комплексы лабораторно-практических работ, учебники и учебные пособия во многих случаях абстрактны и не отличаются четкой направленностью на решение задач и проблем ж/д транспорта. Недостаточно внимания уделяется вопросам: обеспечения и поддержания эксплуатационной надежности; изменениям структур материалов, а значит и свойств; дислокационно-структурному механизму разрушения материалов. В существующих учебных курсах почти не освещается новое научное направление в материаловедении -фрактальное материаловедение, задачей которого является разработка принципов управления структурой материалов за счет введения и последующей реализации контролируемых обратных связей с целью получения материалов с дис-сипативными свойствами для заданных условий эксплуатации.
Отсюда возникает необходимость разработки методики обучения студентов ж/д втузов материаловедению и ТКМ, позволяющей через освоение научной сущности дисциплины формировать у студентов современное научно-техническое мышление, готовить их к самостоятельной работе по освоению все нарастающего объема научно-технической информации, дальнейшему изучению специальных дисциплин и будущей профессиональной деятельности.
Проблеме преподавания общетехнических дисциплин во втузах, к которым относится материаловедение и ТКМ, посвящены диссертационные работы Измайловой А.А. [77], Баляевой С.А. [74], Клещевой Н.А. [79], Коваленко Н.Д. [80], Масленниковой Л.В.[83], Майкова Э.В.[95], Нартовой Л.Г. [84], и др. Вместе с тем, исследований, посвященных подготовке студентов по материаловедению и ТКМ в ж/д втузах практически до сих пор нет. Таким образом, существует противоречие между стоящими на современном этапе задачами подготовки будущих инженеров железнодорожного транспорта и отсутствием модели методической системы обучения материаловедению и ТКМ, которая характеризовалась бы фундаментальностью, целостностью, направленностью на формирование познавательной и творческой активности инженера.
Анализ учебного процесса по материаловедению и ТКМ вскрыл и некоторые другие противоречия, например:
- с одной стороны, необходимость построения образовательного процесса, в соответствии с современными научными подходами к структуре и свойствам материалов (от микроструктуры к макросвойствам) способствующего целостности восприятия студентами научной сущности материаловедения, развития современного научно-технического мышления, с другой - практика обучения, проявляющаяся в предметной ориентации, в недостаточности межпредметных связей, преемственности учебных курсов различных циклов в их направленности на решение проблем ж/д транспорта;
- с одной стороны, высокий, не только прикладной, но и научный потенциал дисциплины (материаловедение и ТКМ - теории дислокаций, пластичности, сплавов как термодинамической системы и др.), с другой - недостаточное использование этого потенциала в системе подготовки инженера;
- с одной стороны, стремление к интеграции материаловедения и ТКМ с циклом специальных дисциплин, с другой - фрагментарное и репродуктивное построение курсов материаловедения и ТКМ.
Эти противоречия обуславливают актуальность данного исследования. Исходя из вышеизложенного, в данном исследовании ставится цель -разработать методику обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, соответствующую по содержанию, принципиально новому и определяющему будущее развитие материаловедения направлению, профессионально направленному на решение проблемы повышения надежности материалов объектов ж/д транспорта через изучение дислокационно-структурных механизмов превращений в материалах при эксплуатации, способную показать будущим специалистам возможные пути управления структурами материалов с целью повышения надежности ж/д транспорта.
Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос: какой должна быть методическая система преподавания материаловедения и ТКМ в
ж/д втузах, способствующая повышению качества подготовки будущих инженеров транспорта к решению профессиональных задач.
Объектом исследования является процесс обучения студентов материаловедению и ТКМ в железнодорожных втузах в современных условиях.
Предметом исследования является методическая система обучения студентов втузов ж/д транспорта материаловедению и ТКМ, включающая цели, содержание, структуру, методы, формы и средства обучения.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и создании модели методической системы обучения материаловедению и ТКМ, а также конкретной методики обучения этим дисциплинам студентов железнодорожных втузов.
Гипотеза исследования состоит в следующем: если методическую систему обучения материаловедению и ТКМ построить на основе современных научных представлений о микроструктуре материалов, о механизмах изменения микроструктур и соответственно свойств материалов, дидактических принципов фундаментальности, профессиональной направленности, межпредметных связей, то реализация такой методической системы обучения в учебном процессе приведет к формированию у студентов теоретических знаний и умений, творческой самостоятельности, что в целом повысит качество подготовки инженера ж/д транспорта.
Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи.
1. Теоретически обосновать роль материаловедения и ТКМ в подготовке инженеров ж/д транспорта, выявить причины, снижающие эффективность обучения этим дисциплинам в системе ж/д втузов.
2. Выявить реальный уровень подготовки студентов ж/д втузов по материаловедению и ТКМ .
3. Теоретически обосновать и разработать модель методической системы обучения студентов ж/д втузов материаловедению и ТКМ. Для этого:
- исходя из целей обучения и логического анализа общетехнического знания разработать требования к содержанию и структуре курсов материаловедения и ТКМ для подготовки инженеров ж/д транспорта;
- разработать содержание (определить его инвариантный и варьируемый компоненты), методы и средства обучения.
4. Разработать методическую систему, содержание и методы проведения лекционных, лабораторных и практических занятий по материаловедению и ТКМ.
5. Разработать задания для студентов ко всем формам занятий, к контрольным и курсовым работам.
6. Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Методологическую основу исследования составляют:
1) системный подход, определяющий современное научное мировоззрение;
2) теория и методология научного познания материаловедения (от микроструктуры к макросвойствам); 3) системный подход, позволяющий рассматривать обучение материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов как методическую систему, включающую цели, содержание, методы, формы и средства обучения; 4) сложившийся в дидактике подход к структуре учебного предмета, в соответствии с которым в учебных дисциплинах «Материаловедение» и «ТКМ» выделяются содержательный и процессуальный блоки; 5) логический подход к анализу общетехнического знания, позволяющий определить инвариантную и варьируемую компоненты содержания курсов «Материаловедение» и «ТКМ» для ж/д втузов; 6) деятельностный подход, позволяющий отразить в процессуальной компоненте учебных предметов «Материаловедение» и «ТКМ» познавательную и творческую деятельность, адекватную профессиональной деятельности инженера ж/д транспорта.
Методы исследования, применявшиеся при выполнении данной работы: 1) теоретические - анализ философской, естественнонаучной, научно-технической, психолого-педагогической литературы; анализ и экстраполяция результатов исследований и педагогического опыта; моделирование педагоги
ческих ситуаций; 2) экспериментальные - наблюдение, педагогический эксперимент, экспертная оценка и тестирование.
Теоретическую основу исследования составляют:
- исследования по методологии и истории развития физического материаловедения и техники - Н.Ф. Болховитинова, А.П. Гуляева, Ю.М. Лахтина, В.П. Леонтьевой, В.А. Канке, В.Н. Князева, B.C. Степина и др.;
- труды по теоретическим основам профессиональной подготовки специалистов - А.А. Вербицкого, В.Г. Ерастова, Н.В. Кузьминой, И.Г. Огородникова, Э.Д. Новожилова, Э.В. Майкова, Л.Ф. Спирина, А.И. Щербакова и др;
- труды по современной дидактике профессиональной школы - П.Р. Атутова, С.Я. Батышева, В.П. Беспалько, П.П. Блонского, Ю.К. Васильева, З.А. Решето-вой, В.С.Леднева, А.Я. Наина, Т. Новацкого, П.И. Ставского и др;
- современные представления о структуре физики и физического материаловедения как науки, развитые П. Дираком, Р. Доэрти, B.C. Ивановой, И.А. Одингом, А.Ф. Иоффе, А.Х. Котреллом, Дж. Мартиным, В.М. Финкелем, Stroh A.N. и др.;
- исследования по психологии, педагогике, методике высшей школы, - СИ. Архангельского, В.В. Давыдова, В.В. Краевского А.Н. Леонтьева, И.Я. Лерне- ра, Н.Ф.Талызиной и др.;
- исследования по проблемам фундаментальности образования в высшей школе - О. Н. Голубевой, А. И. Наумова, В. А. Сластенина, А.Д.Суханова и др.;
- исследования по методике преподавания общетехнических дисциплин в технических вузах - А.Е. Айзенцона, А.А. Гладуна, М.М. Горунова, A.M. Дорош-кевича, Л.В. Масленниковой, Э.В. Майкова и др.;
- исследования по проблемам профессиональной направленности обучения М.И. Махмутова, Г.С. Гутурова, А.О. Измайловой, А.Я. Кудрявцева, А.А. Червовой, и др.;
-теоретические исследования в области методики преподавания общетехнических дисциплин в средней школе - А.И. Бугаева, А.Т. Глазунова, В.А. Извоз чикова, СЕ. Каменецкого, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, В.В. Мултановско-го, Н С. Пурышевой, Л.С. Хижняковой и др.
В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в три этапа: 1-й этап- 1996-2000 г.г.) включал изучение, анализ Госстандартов высшего профобразования, квалификационных характеристик, учебных планов и программ по материаловедению и ТКМ для инженерных специальностей, проведение анкетирования студентов и выявление у них уровня теоретических знаний по материаловедению и ТКМ, умений их применять при решении профессиональных задач. В результате работы был выявлен комплекс проблем в системе высшего ж/д технического образования, требующих пересмотра методики обучения студентов по материаловедению и ТКМ. Для определения общей методологической основы исследования осуществлялись изучение, анализ литературы по педагогике, методике преподавания естественнонаучных и общетехнических дисциплин в различных системах образования, по философии, логике научного познания, анализ учебников и учебных пособий по естественнонаучным и общетехническим дисциплинам.
2-й этап - (2000-2003 г.г.) посвящен разработке модели методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов. Были определены этапы построения модели методической системы и основные принципы, лежащие в основе ее создания, разработаны программы по материаловедению и ТКМ, содержание лекций, практических и лабораторных занятий, а также задания к контрольным работам. Проводился поисковый эксперимент, в ходе которого уточнялась и корректировалась методическая система обучения этим дисциплинам студентов ж/д втузов.
3-й этап - (2001-2005 г.г.) связан с проведением обучающего эксперимента по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистической обработке результатов эксперимента. Были опубликованы учебные пособия, монографии по материаловедению и ТКМ для студентов инженерных ж/д специальностей. На основе материалов исследований были разработаны концепция, мо
дель методической системы и конкретная методика обучения студентов ж/д втузов материаловедению и ТКМ.
Новизна полученных результатов обусловлена тем, что проведено комплексное исследование проблемы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, в ходе которого разработаны:
1. Модель методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, в основе которой лежат современные научные представления о микроструктуре материалов, о механизмах изменения микроструктур и соответственно свойств материалов. Её основные характеристики:
- ведущим принципом методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов является принцип научности, направленность на решение задач и проблем ж/д транспорта;
- основу методической системы обучения материаловедению и ТКМ, студентов ж/д втузов составляют межпредметные связи общетехнических, естественнонаучных и специальных дисциплин;
- содержательный и процессуальный компоненты учебных дисциплин «Материаловедение» и «ТКМ» в ж/д втузе должны рассматриваться в единстве;
- научное и техническое знание должны быть представлены в содержании учебных дисциплин «Материаловедение» и «ТКМ в единстве; при этом 1-ое составляет инвариантную часть содержания, 2-ое - варьируемую;
- содержание материаловедения и ТКМ следует группировать вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий, что позволяет реализовать целостность образования;
- методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны включать такие, которые адекватны деятельности инженера ж/д транспорта;
2. Методическая система обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, разработанная на основе модели, во всех компонентах которой (целях, содержании, методах, формах и средствах) реализуется взаимосвязь материаловедения и ТКМ со всеми циклами дисциплин.
3. Учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально направленной подготовки студентов по материаловедению и ТКМ, включающий рабочую программу, содержание лекционных, практических и лабораторных занятий, насыщенное вопросами и задачами профессионального характера; систему заданий к самостоятельным и курсовым работам, нацеленным на проведение профессионально направленных мини-исследований.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они вносят вклад в развитие теории и методики обучения общетехническим дисциплинам, в частности:
- в развитие системного подхода применительно к построению методической системы преподавания материаловедения и ТКМ во взаимосвязи с естественнонаучными, общетехническими и специальными дисциплинами;
- в развитие дидактических и частнометодических принципов обучения материаловедению и ТКМ (научности, межпредметных связей, генерализации и
др.);
- в развитие теории учебного предмета и содержания образования.
Практическая значимость исследования заключается в создании методической системы обучения материаловедению и ТКМ, разработке и внедрении учебно-методического комплекса по материаловедению и ТКМ для студентов ж/д втузов, включающего программы по специальностям втузов железнодорожного транспорта, учебно-методические пособия, лабораторные практикумы, курсовые работы, методические рекомендации, которые являются основным практическим вкладом в совершенствование процесса обучения материаловедению и ТКМ.
Содержание диссертационного исследования отражает 25-летний опыт научно-педагогической деятельности автора по совершенствованию теории и практики обучения общетехническим и специальным дисциплинам во втузе, включая личный опыт работы преподавателем в системе высшего технического образования (1975-2004 г.г.), участие в госбюджетной НИР за № ГР 01970
002086 по теме «Организация учебного процесса студентов 1-3 курсов заочной формы обучения» Самарской государственной академии путей сообщения (2001-2006 г.г.);
Апробация и внедрение результатов исследований. Теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались не менее, чем на 20 международных, межвузовских, региональных педагогических, научно-технических конференциях, семинарах и получили в целом поддержку педагогической и научно-технической общественности: на международных конференциях по надежности машин в Институте механики и энергетики Мордовского госуниверситета в 1992-96 г.г.; на конференциях и объединенных заседаниях кафедр Институте машиностроения Мордовского госуниверситета в 1992-96 г.г.; на Огаревских чтениях в Мордовском университете в 1985-99 г.г.; на конференциях и заседаниях кафедры научных основ образования в Мордовском государственном педагогическом институте в 2002 г.; на конференциях и заседаниях кафедры методики преподавания физики в Московском государственном педагогическом университете в 2004-05 г.г.; на научно-методических конференциях в Самарской академии путей сообщения и в ее филиалах в г.г.Самаре, Орске, Оренбурге, Уфе, Рузаевке и др. Результаты исследований были внедрены в учебный процесс по курсам материаловедение и ТКМ в Самарской Академии путей сообщения и ее филиалах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложения. Общий объем диссертации страниц 255, основной текст диссертации составляет 194 страниц. Работа включает: 36 рисунков, 29 таблиц и 19 схем. Список литературы содержит 181 наименования. Приложение составляет 61 страницы.
Основное содержание диссертации. Во введении обоснованы актуальность темы исследования и проблема исследования, определены объект и предмет, цели и гипотеза, перечислены задачи. Рассмотрена новизна, теоретическая и практическая значимость, положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации результатов и об имеющихся публикациях.
В главе I «Состояние проблемы преподавания курсов дисциплин материаловедение и ТКМ при подготовке инженеров ж/д транспорта» приведены результаты анализа литературы по теме исследования, программ, учебных планов, литературы по теме исследования, программ, учебных планов, квалификационных характеристик, госстандарта высшего профобразования. Выявлены причины недостаточной фундаментальной и общетехнической подготовки студентов в процессе обучения материаловедению и ТКМ. Приведены результаты констатирующего эксперимента, позволяющие судить об уровне знаний и умений студентов применять полученные знания к решению задач ж/д транспорта. Проведенный анализ состояния теории и практики обучения материаловедению и ТКМ студентов в ж/д втузах позволяет констатировать: 1) курс материаловедения и ТКМ не опирается в должной степени на фундаментальные естественнонаучные дисциплины; 2) студенты не осознают цели обучения материаловедению как фундаменту специальных дисциплин и будущей профессиональной деятельности; 3) студенты не могут трансформировать знания по материаловедению и ТКМ на др. общетехнические, специальные дисциплины, эффективно их использовать при выполнении различных проектов.
Проанализированы направления совершенствования учебного процесса при подготовке инженеров ж/д транспорта. Показано, что решение проблемы совершенствования процесса изучения материаловедения и ТКМ должно быть обусловлено новыми подходами в науке о материалах, связанными с оценкой надежности материалов при эксплуатации, и может быть успешно реализовано через разработку модели обучения студентов и конкретной методической системы обучения на основе взаимосвязи всех дисциплин учебного плана, комплексного подхода в научном познании материаловедения (от микроструктуры к макросвойствам). Методическая система должна учитывать уровень научно-технического знания (в содержательном аспекте) и психолого-педагогического знания (в технологическом аспекте). Подход к анализу научно-технических проблем определяющий, что все материалы «живут», изменяют свои структуры и свойства в период их получения, изготовления из них деталей и их после
дующей эксплуатации, должен быть научной основой содержания курсов материаловедения и ТКМ с раскрытием структурных превращений материалов на всех стадиях их использования. Формирование познавательной и творческой активности студентов должно быть ориентировано на выявление сущностных основ и связей производственных процессов, с которыми имеют дело инженеры ж/д транспорта. Проведенный анализ подтвердил актуальность исследования по данной теме.
В главе II «Модель методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов» рассмотрены методологические основы модели системы обучения. Это подходы: системный и интегрирующий в научном познании материаловедения. Применение понятий и положений этих подходов к процессу обучения материаловедению и ТКМ позволяет сконструировать методическую систему обучения студентов ж/д втузов. При этом необходимо: 1) определить компоненты системы и выяснить их содержание; 2) обосновать необходимость каждого компонента системы; 3) выяснить системообразующие связи; 4) показать соответствие компонентов внутри системы; 5) показать функционирование системы.
Учебный процесс в ж/д втузе представляет собой сложную систему, включающую множество компонентов. Понятие системы охватывает различные стороны того или иного целостного образования: его строение, состав, способы существования, форму развития. Методическая система обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов иерархично входит в единую систему высшего технического образования и представляет собой целостное образование, которое позволяет формировать у студентов знания по этим дисциплинам и умения их применять в профессиональной деятельности.
С позиций системного подхода, обоснована система обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, включающая в качестве компонентов цели, содержание, методы, формы и средства; сконструирована модель методической системы; рассмотрены возможности реализации принципа научного познания материаловедения (от микроструктуры к макросвойствам) в его на
правленности на решение задач и проблем ж/д транспорта в каждом компоненте системы; проверена модель методической системы на функционирование и управление. Уточнены цели обучения данным дисциплинам в ж/д втузе, в качестве одной из них выделена цель - формирование у студентов фундаментальных знаний по материаловедению и ТКМ и умений их применять для решения задач ж/д транспорта. Помимо общих традиционных целей обучения материаловедению и ТКМ (формирование знаний об а.-к. строении материалов, о структурных превращениях в материалах, ведущих к изменению их физико-механических свойств, о номенклатуре применяемых материалов и их исходных свойствах, о выборе материалов для определенных эксплуатационных условий) необходимо в соответствии с принципом дополнительности и новыми научными подходами ставить дополнительные цели, такие как формирование знаний о структурно-дислокационном механизме разрушения материалов, о физических явлениях, законах и созданных на их основе научно-технических теориях, включающих идеи саморазвития и самоорганизации.
Модель методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов основана на следующих положениях:
1) процесс обучения должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения; 2) учебные предметы «Материаловедение» и «ТКМ» в ж/д втузе должны рассматриваться в единстве его содержательного и процессуального компонентов; 3) одним из ведущих принципов методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов является принцип научности познания, направленный на решение задач и проблем ж/д транспорта; 4) в содержании учебных предметов материаловедение и ТКМ фундаментальное знание естественнонаучных дисциплин, научно-технических теорий и прикладное общетехническое знание должны быть представлены в единстве; при этом 1-ое составляет инвариантную часть содержания, 2-ое - варьируемую; 5) содержание курсов материаловедения и ТКМ следует группировать вокруг естественнонаучных и научно-технических теорий, что позволяет реализовать целостность общетех
нического образования; в содержании дисциплин материаловедения и ТКМ должен найти отражение комплексный подход к изучению строения и свойств материалов с выделением научной сущности (от микроструктуры к макросвойствам); 6) методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны быть адекватны деятельности инженера ж/д транспорта.
В главе III «Методика обучения материаловедению и ТКМ в ж/д втузе» представлена конкретная методика обучения. Разработано содержание курса материаловедения и ТКМ, особенностями которого являются: 1) группировка материала вокруг естественнонаучных и научно-технических теорий (физических, химических, теории дислокаций, пластичности и т.д.); 2) выделение инвариантного и варьируемого материала; 3) учет в содержании курса материаловедения и ТКМ взаимосвязи естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин и принципа научности познания, направленного на решение задач и проблем ж/д транспорта. Особенности содержание дисциплины реализуются во всех формах учебных занятий (лекционные, практические и лабораторные). Направленное на ж/д транспорт содержание определено исходя из анализа межпредметных связей материаловедения, ТКМ со специальными дисциплинами.
Учет межпредметных связей в обучении предполагает: а) выявление связей и подготовку преподавателя к их реализации; б) подготовку студентов к осознанию структуры взаимосвязей естественнонаучных дисциплин с общетехническими и специальными дисциплинами; в) использование разнообразных методов реализации межпредметных связей в процессе обучения.
Анализ учебных планов и содержание учебных дисциплин позволяет установить связи между материаловедением и ТКМ и естественнонаучными и специальными дисциплинами, отобрать материал для рабочей программы. Взаимосвязь общетехнических, специальных и естественнонаучных знаний с материаловедением и ТКМ, реализуемая на основе современного подхода в научном познании (от микроструктуры к макросвойствам), направленного на решение задач и проблем ж/д транспорта, находит свою реализацию в разрабо
тайной системе заданий к лекционным, лабораторным занятиям, к курсовым работам, к самостоятельной и учебно-исследовательской работе студентов, которые удовлетворяют следующим требованиям:
- обеспечить тесную связь с реальными задачами и потребностями практики;
- учитывать межпредметные связи дисциплин естественнонаучного, общетехнического (материаловедение и ТКМ) и специального циклов;
- предусматривать постепенное усложнение заданий;
- обеспечивать различные виды умственной деятельности (научно- техническое мышление);
активизировать познавательную активность студентов;
- способствовать формированию у студентов некоторых видов профессиональной деятельности.
В главе IV «Оценка эффективности обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов» приведено описание организации, методики проведения, оценки и анализа результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Эксперимент включал три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий. В целом в педагогическом эксперименте участвовало 1500 студентов и 49 преподавателей естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин Самарской академии инженеров путей сообщения и ее филиалов. В результате констатирующего эксперимента обоснована актуальность темы исследования. Поисковый этап исследования проводился в нескольких направлениях: 1) определение требований к содержанию и структуре дисциплин материаловедения и ТКМ для инженерных специальностей ж/д транспорта; 2) определение содержания и программ по материаловедению и ТКМ с учетом естественнонаучного и направленного материалов на решение проблем ж/д транспорта и их места в данном курсе; 3) частичная их апробация в ходе лабораторного эксперимента. Для определения содержания естественно-научного и направленного на ж/д транспорт материалов и их места при изучении материаловедения и ТКМ проводился анализ содержания общетехнических и специальных дисциплин, курсовых и дипломных работ по специальным дисципли
нам. Практическим итогом педагогического эксперимента явились: 1) программа и методические указания по материаловедению и ТКМ для ж/д специальностей; 2) задания к лекционным и практическим занятиям; 3) задания к курсовым работам по материаловедению и ТКМ с учетом ж/д специальностей; 4) лабораторный практикум по материаловедению и ТКМ для студентов ж/д втузов, а также система заданий к лабораторным и практическим занятиям.
На обучающем этапе эксперимента проверялась гипотеза исследования и модель методической системы, решались следующие задачи:
1. Оценка эффективности формирования у студентов теоретических знаний по материаловедению и ТКМ при реализации принципа научного познания (от микроструктуры к макросвойствам).
2. Оценка эффективности формирования у студентов умения применять знания по материаловедению и ТКМ при решении проблем ж/д транспорта.
3. Оценка эффективности формирования научно-исследовательских умений.
В результате проведенного по разработанной программе различными методами педагогического эксперимента получены данные, свидетельствующие об эффективности обучения материаловедению и ТКМ (объем, осмысленность, прочность) студентов различных ж/д инженерных специальностей. Доказано, что предлагаемая методика обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, основанная на взаимосвязи общетехнических, естественнонаучных и специальных дисциплин, субстратном подходе в научном познании (от микроструктуры к макросвойствам) и направленности на решении проблем ж/д транспорта, способствует осознанному изучению и успешному применению знаний по материаловедению и ТКМ. Вывод - повышение уровня фундаментальной и профессиональной подготовки, подтвержденное результатами эксперимента, доказывает справедливость выдвинутой гипотезы исследования. На защиту выносятся следующие положения:
1. Основные положения, лежащие в основе разработанных моделей методической системы и методики обучения материаловедению и ТКМ студентов железнодорожных специальностей:
- процесс обучения материаловедению и ТКМ должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
- содержательный и процессуальный компоненты учебных дисциплин «Материаловедение» и «ТКМ» в ж/д втузе должны рассматриваться в единстве; -основу методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов составляют межпредметные связи общетехнических, естественнонаучных и специальных дисциплин;
- ведущим принципом методической системы обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов является принцип научности; направленность на решение задач и проблем ж/д транспорта;
- научное и техническое знание должны быть представлены в содержании учебных дисциплин «Материаловедение» и «ТКМ в единстве; при этом 1-ое составляет инвариантную часть содержания, 2-ое - варьируемую;
- содержание дисциплин материаловедения и ТКМ следует группировать вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий (дислокаций, структурных превращений в материалах, разрушения материалов, теории резания, термической обработки материалов и т.п.), что позволяет реализовать целостность профессионального образования;
- методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны включать адекватные профессиональной деятельности инженера транспорта.
2. Эффективное обучение материаловедению и ТКМ может быть реализовано в рамках методической системы, включающей цели, содержание, методы и формы обучения, каждый компонент которой конструируется с учетом взаимосвязи всех дисциплин учебного плана на основе принципа научности.
3. Структура дисциплин материаловедения и ТКМ должна включать содержательный и процессуальный компоненты: в содержательный в качестве основных знаний входят научно-технические теории, а в блок вспомогательных знаний входят естественнонаучные и профессиональные знания. В процессуальный блок, помимо общенаучных, естественнонаучных умений, входят умения,
адекватные деятельности инженера ж/д транспорта. Содержание дисциплин включает два блока: инвариантный и варьируемый. В инвариантный блок входят фундаментальные опыты, модели; понятия и величины, составляющие основание как естественнонаучной, так и научно-технической теории; полностью ядро научно-технической теории; некоторые важные выводы и практические применения. В варьируемый блок входит материал, связанный с профессиональной подготовкой студентов и некоторые элементы эмпирического базиса, следствия научно-технических теорий и их применения.
4. Успешному достижению целей обучения способствует использование учебно-методического комплекса, включающего:
- рабочую программу по курсам материаловедения и ТКМ;
- учебные пособия по курсам материаловедения и ТКМ, разработанные в соответствии с рабочей программой, допущенные МПС РФ для подготовки дипломированных специалистов ж/д транспорта;
- содержание и методы проведения лекционных, лабораторных и практических занятий;
- систему заданий к самостоятельным и курсовым работам;
По теме исследования опубликовано 24 работы, основными из которых:
1. Родионов С.Ф., Майков Э.В. Микроструктура металлов и сплавов как научный субстрат надежности транспортных машин: Монография. - Самара: Изд-во СамГАПС, 2004.- 132с.,8 п.л. (авторских 50%).
2. Родионов С.Ф., Мартышкин А.П., Корнилова Т.В. Материаловедение: Методические указания. - Самара: Изд-во СамГАПС, 2003. - 17с, 1 п.л. (авторских 50%).
3. Родионов С.Ф., Лещева Э.К., Лещев В.В. Методические разработки к курсовой работе по гидроприводу: Методические указания.- Саранск: Изд-во МГУ им. Н.П. Огарева, 1984.- 56с.,3,3 п.л. (авторских 35%).
4. Родионов С.Ф., Наумкин Н.И., Чаткин В.Ф. и др. Курсовое проектирование по ТММ: Учебное пособие,- Саранск: Изд-во МГУ им. Н.П. Огарева, 2003.-357с, 21 п.л. (авторских 15%) Допущено Минсельхозом РФ .
5. Родионов С.Ф. Анализ межпредметных связей дисциплин «Материаловедение» и «ТКМ» при подготовке инженерных кадров путей сообщения. Материалы II Междунар. Науч.практич.конфер- Самара: СамГАПС, 2005.- С. 177-179, 1 пл.
6. Родионов С.Ф., Корнилова Т.В. Дистанционное обучение при подготовке инженерных кадров. Материалы Междунар.н.м.конфер.: Повышение качества подготовки кадров без отрыва от производства в соврем, условиях, Оренбург, ГПС, 2004.- С.58 - 59, 0,1п.л.(авторских 50%).
7. Родионов С.Ф. Система учебно-методического обеспечения курса дисциплины «Материаловедение и ТКМ». Материалы науч.практич.конф., Рузаевка, Ру-заевский печатник, 2005. -С. 318-321, 0,25п.л.
8. Родионов С.Ф., Корнилова Т.В. Дистанционное обучение при подготовке инженерных кадров. Материалы Междунар.н.м.конфер.: Повышение качества подготовки кадров без отрыва от производства в соврем, условиях, Оренбург, ГПС, 2004.- С.58 - 59, 0,1п.л.(авторских 50%).
9. Родионов С.Ф., Масленникова Л.В., Майков Э.В. Методологические и методические основы обучения материаловедению и ТКМ при подготовке инженерных кадров по ж.д. специальностям. Материалы 6 науч.практич.конф., Рузаевка, Рузаевский печатник, 2005. - С. 298-302, 0,3п.л.(авторских 40%).
10. Родионов С.Ф. Способы управления познавательной деятельностью студентов при изучении дисциплин материаловедения и технологии конструкционных материалов.Материалы 2-й Междунар.н.м.конфер.: Актуальные проблемы развития ж.д.транспорта, Самара, СамГАПС, 2005. - С. 300-302, 0,2п.л.
Задачи и состояние подготовки инженеров железнодорожного (ж/д) транспорта в современных условиях
Обеспечение уровня подготовки инженеров, соответствующего требованиям современной мировой экономики и международным стандартам - основная задача при обучении студентов втузов. Анализ основных направлений совершенствования инженерного образования необходим для выявления задач, стоящих перед высшими учебными заведениями железнодорожного транспорта.
Одним из основных направлений повышения качества подготовки инженеров считалось сочетание процесса обучения во втузе с учебно-научно производственными комплексами на базе кафедр и др. подразделений вузов, промышленных предприятий и НИИ; целевая интенсивная подготовка специалистов; создание конструкторско-технологических подразделений с опытными производствами, подготовка на кооперативных началах по договорам и т.д. [112,с.23], т.е., «готовить высококвалифицированных инженеров можно только на базе передовых научно-технических разработок. [119, с.З]. Вузовская наука, фундаментальные исследования в подготовке инженерных кадров, - одно из основных направлений совершенствования высшего образования, т.к. обучение студентов должно находиться в единстве с их активной научно-исследовательской, конструкторской и производственной деятельностью. «Это очень существенно в высшей школе, когда профессиональные знания ученые должны передавать тут же, как говорится, не отходя от станка, потому что молодежи нужно не только передавать знания, но и научить ее видеть то, как эти знания добываются, а это можно сделать, только привлекая учащуюся молодежь к самому процессу получения знаний..»[120, с.21]. Перемены, произошедшие в стране, затронули все сферы жизни общества (экономическую, поли зо тическую, правовую и др.) и требуют переосмысления социальной роли образования, поиска нового подхода к построению системы образования.
Современные требования к подготовке инженеров заключаются в фунда-ментализации и гуманитаризации инженерного образования, целевой подготовки инженерных кадров с учетом условий и требований будущей деятельности, дифференцированной подготовке с учетом способностей и наклонностей студентов, усиленной компьютерной, экономической, экологической и профессиональной подготовке [121]. Выполнение этих требований в учебно-воспитательном процессе должно обеспечить компьютерную, экономическую, экологическую грамотность инженера в области фундаментальных, гуманитарных, общетехнических и специальных дисциплин, в итоге, готовность к решению задач и проблем ж/д транспорта. Главная сложность при этом заключается в противоречии между возрастающим объемом подлежащих усвоению знаний и ограниченным временем обучения. Поэтому, в качестве первоочередной, встает задача: «..осуществить решительный поворот от массового валового обучения к усилению индивидуального подхода, развитию творческих способностей будущих специалистов» [112, с.20], т.к. «научно-техническая революция ежегодно порождает десятки новых областей деятельности. Но никакая система высшего образования не в состоянии быстро вводить такое количество новых специальностей в вузах, если учебный план каждой специальности, жестко регламентирован. Введение курсов по выбору, как основы новой системы, снимает эту проблему - система становится гибкой. Поэтому «назрела необходимость индивидуальной подготовки студентов, обеспечивающей интенсивное научное познание» [17, с.60]. «Требованиям высокой активности и интенсивности обучения, развитию мотивации и состязательности в инженерной подготовке отвечает дифференцированное обучение студента с учетом интересов и способностей к тем или иным видам деятельности. Это подготовка инженеров-управленцев, инженеров-технологов и др.» [73, с. 43].
Одним из направлением совершенствования высшего технического образования является фундаментальная подготовка и узкая специализация [19, c.75]. Тогда возникает вопрос о профессиональной ориентации общенаучных дисциплин, который связан с разработкой преподавателями общенаучных кафедр (совместно с выпускающими) требований к спец. дисциплинам (разделам), которые должны основываться на законах и положениях теории фундаментальных дисциплин. Однако до сих пор общенаучные кафедры и специальные технические остаются не связанными друг с другом. «Фундаментализация инженерного образования возможна лишь при коренном изменении всей системы обучения в вузе. А для нее сейчас характерно почти полное отсутствие преемственности между отдельными дисциплинами. [73, с.80].
Процесс обучения как методическая система
Учебный процесс в ж/д втузе в т. ч. обучение материаловедению и ТКМ, представляет собой сложную систему, включающую множество компонентов. Для ее исследования в целом и исследования каждого из ее компонентов в отдельности необходимо рассмотреть основные идеи системного подхода. Методологическое направление в разных конкретных науках, предполагающее изучение объектов как систем обозначается термином «системный подход». «Система (греч. systema - составленная из частей, соединенное) - совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Понятие системы играет важную роль в современной науке, технике и практической деятельности». [142, с. 427]. Понятие системы охватывает различные стороны целостного образования: его строение, состав, способы существования, форму развития. Методическая система обучения материаловедению и ТКМ студентов ж/д втузов, входящая как подсистема в единую систему высшего технического образования, представляет собой целостное образование, которое позволяет формировать у студентов не только знания и умения по материаловедению и ТКМ, основанные на знаниях естественнонаучного цикла дисциплин, но и обеспечивать взаимосвязь со знаниями и умениями, получаемыми при изучении других дисциплин, и их направленность на решение проблем ж/д транспорта.
Анализ исследований по «системному подходу» [142-144] позволяет сделать заключение о том, что этот подход позволяет:
1) решить задачу разработки методов исследования и конструирования сложно-организованных систем, в т.ч. и методической системы обучения;
2) разработать средства представления исследуемых объектов как систем и построить обобщенные модели систем разных классов и специфических свойств;
3) исследовать структуру теорий систем;
4) определять свойства объекта (материала) не столько суммированием свойств его отдельных элементов (твердость, пластичность и т.п.), сколько изменениями уровней микроструктуры материала, согласно современным представлениям материаловедения (от микроструктуры к макросвойствам).
«Любая система может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка. Иерархичность, многоуровневость характеризуют строение, морфологию системы, ее поведение и функционирование: отдельные уровни системы обусловливают определенные аспекты ее поведения, а целостное функционирование оказывается результатом взаимодействия всех ее сторон, уров-ней»[146.с.320]. Примером иерархичности системы является отношение единой системы высшего технического образования к системе преподавания материаловедения и ТКМ в ж/д втузе, как системы более высокого порядка к системе более низкого порядка. Поэтому система обучения материаловедению и ТКМ входит как компонент в единую систему высшего технического образования. Выбор такого подхода в нашем исследовании обоснован тем, что единая система высшего технического образования представляет собой сложноорганизован-ную систему определенного класса, в которую входит методическая система обучения материаловедению и ТКМ как система более низкого класса. Соответственно появляется возможность:
1) выбрать средства представления сложных разнообразных объектов (фундаментальных, профессиональных, деятельностных и др. субъектов системы);
2) исследовать реализацию идеи фундаментальности и метода научного познания материаловедения в обучении (от микроструктуры к макросвойствам) в их направленности на решение проблем ж/д транспорта;
3) установить интегративные связи фундаментальности, научного познания и направленности обучения материаловедению и ТКМ на решение задач и проблем ж/д транспорта.
Содержание курса материаловедения и ТКМ для железнодорожных инженерных специальностей
Подготовка инженеров в соответствии с социальным заказом - основная цель системы высшего ж/д образования, поэтому профессиональная деятельность специалистов ж/д транспорта задает и определяет цели изучения материаловедения и ТКМ, как основы теоретической и общетехнической подготовки. На основе модели методической системы обучения (гл.П), разработано содержание дисциплин материаловедение и ТКМ на уровне рабочих программ, инструментами конструирования которых являются факторы, принципы, критерии, воздействующие на содержание дисциплин. Особенностями дисциплин являются: 1) группировка материала вокруг фундаментальных и научно-технических теорий; 2) выделение инвариантного и варьируемого материала; 3) учет в содержании научного субстрата современного материаловедения, принципа единства фундаментальности и направленности на решение проблем ж/д транспорта.
Содержание материаловедения и ТКМ должно играть роль фундаментальной общетехнической базы, что подтверждается учебниками и учебными пособиями [96-98, 234, 59, 60, 50, 101 и др.], многие из которых недостаточно направлены на решение проблем ж/д транспорта (повышение надежности транспорта) и не соответствуют современному научному мировоззрению с выделением научной сущности. Знание научного подхода дисциплины в условиях роста научно-технической информации, сокращения аудиторных учебных часов, увеличения времени на самостоятельную работу позволит студенту успешно усвоить содержание дисциплин и творчески применять полученные знания и умения для решения задач всех видов деятельности инженера ж/д транспорта. Научный подход дисциплины выделяется в содержании задач и вопросов, которые используются во всех формах занятий с учетом межпредметных связей материаловедения и ТКМ со специальными дисциплинами и направленности на решение проблем ж/д транспорта [9,173,53,21, 50].
С принципом направленности обучения связан принцип межпредметных связей, образующийся из закономерностей связей между разными циклами учебных дисциплин и между отдельными дисциплинами внутри циклов. Этот принцип как самостоятельный дидактический принцип [18,76,154], предполагает, что в содержании учебных дисциплин должны найти отражение те диалектические взаимосвязи, которые действуют в природе и познаются современными науками. Межпредметные связи выступают как эквивалент межнаучных связей, методологической основой которых является процесс интеграции синергетики научного знания. По мнению И.Д.Зверева и В.Н.Максимовой, «опыт интеграции науки должен найти отражение в трех основных компонентах структуры содержания общего образования, каждого учебного предмета: в системе знаний, качественно преобразующейся под влиянием межпредметных связей; в системе умений, приобретающей специфику в учебно-познавательной деятельности, реализующей межпредметные связи; в системе отношений, формируемых учебным познанием в процессе синтеза знаний из разных пред-метов»[22,с.27-28]. Реализация межпредметных связей предполагает согласованное изучение теорий, законов, понятий, общих для родственных предметов, общенаучных методологических принципов и методов научного познания, формирование видов деятельности и системы отношений. Межпредметные связи естественнонаучных дисциплин с материаловедением, ТКМ и специальными дисциплинами, а также взаимосвязь учебной и научной деятельности студента (в 1-ом случае- фундаментальные естественнонаучные законы составляют научную основу ж/д объектов и технологий, во 2-ом они же лежат в основе научно-технических теорий) позволяют инженеру решать профессиональные и научные задачи. Психологическая основа межпредметных связей - образование межсистемных ассоциаций [174]. «Лишь межсистемные ассоциации в конечном счете обеспечивают единство, целостность личности как единство мировоззрения и поведения» [174, с.298]. Они базируются на личностном смысле молодых людей студенческого возраста.
