Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ 23
1.1. Задачи и состояние инженерного образования в современных условиях 23
1.2. Требования к подготовке инженерных кадров по физике 32
1.3. Содержание курса физики для инженерных специальностей... 46
1.4. Направления совершенствования физического образования в технических вузах 57
1.5. Анализ исследований по проблемам подготовки по физике будущих инженеров 66
1.6. Констатирующий эксперимент 81
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ 91
2.1. Процесс обучения как методическая система 91
2.2. Физика как учебный предмет в системе подготовки инженерных кадров 99
2.3. Взаимосвязь физической и технической картин мира как методологическая основа концепции обучения физике в инженерном вузе 105
2.4. Взаимосвязь принципов фундаментальности и профессиональной направленности обучения в физическом образовании будущих инженеров 128
2.5. Логико-генетический анализ физического знания 136
2.6.Реализация принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности в методах, формах и средствах обучения физике студентов технических вузов 146
2.7. Концепция и модель методической системы обучения физике студентов технических вузов 168
ГЛАВА III. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ КОНЦЕПЦИИ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ 181
3.1. Содержание курса физики для инженерных специальностей... 181
3.2. Содержание и методы проведения лекционных занятий 189
3.3. Система вопросов и заданий к лекционному курсу физики (варьируемый компонент) 217
3.4. Содержание и методы проведения практических занятий по физике 220
3.5. Содержание и методы проведения лабораторного практикума.. 241
3.6. Система заданий к курсовым работам с учетом принципа профессиональной направленности 253
ГЛАВА IV. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 257
4.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента 257
4.2. Констатирующий и поисковый этапы эксперимента 264
4.3. Обучающий педагогический эксперимент 279
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 305
ЛИТЕРАТУРА 308
ПРИЛОЖЕНИЯ 340
- Задачи и состояние инженерного образования в современных условиях
- Процесс обучения как методическая система
- Содержание курса физики для инженерных специальностей...
Введение к работе
В настоящее время перед высшей школой стоит задача подготовки инженеров, обладающих знаниями, соответствующими последним достижениям научно-технического прогресса. На это направлены мероприятия по перестройке высшего и среднего специального образования в стране, главной целью которых является повышение качества подготовки специалистов. Современный период характеризуется высокими темпами научно-технического прогресса, усложнением техники, появлением принципиально новых прогрессивных технологий, необходимостью изготовления продукции на мировом уровне качества. С возникновением в России рынка труда, государственного и частного секторов экономики актуальность проблемы подготовки студентов инженерных вузов возрастает, так как инженерное образование должно гарантировать не только уровень подготовки инженеров, соответствующий требованиям современной мировой экономики и международным стандартам, но и способность инженера адаптироваться к рыночной экономике. Высокая профессиональная подготовка в новых экономических условиях является фактором социальной защиты будущих инженеров.
Современной системе подготовки специалистов присущ целый ряд недостатков: уже с 90-х годов в подготовке стал увеличиваться разрыв между теоретическими знаниями и практической подготовкой из-за сокращения производственных практик; упор в учебном процессе делается на расширение объема изучаемого материала, что приводит к перегрузке студентов; высшая школа оказалась оторванной не только от производства, но и от настоящей науки; с помощью учебных планов и регламентированных методов организации учебного процесса все больше центр тяжести в подготовке специалистов перемещается в аудитории, индивидуальная и
самостоятельная работа студентов не находят отражения в индивидуальных планах преподавателей.
С падением производства все труднее стало осуществлять интеграцию образования, науки и производства. Из опыта ведущих фирм мира становится ясно, что уровень компетентности специалистов на современном этапе определяется в основном их способностью постоянно переучиваться. В условиях рыночной экономики конкурентно способным станет специалист, который готов осваивать новые методы, технику, а уровень знаний (не столько объем памяти, сколько качество знаний и умение ими пользоваться) становится важнейшим критерием компетентности специалиста сегодняшнего дня. В связи с этим стоят задачи развития «компьютерного» мышления студентов, приобщения к ЭВТ, к современным информационным системам, во много раз увеличивающим информационную память специалиста, преобразующим их труд, определяющим развитие отраслей промышленности. Однако в настоящее время молодые специалисты в значительной части оказываются не готовыми к созданию и использованию технологий новых поколений, не получают должных навыков применения современных средств автоматизации технологических процессов, проектирования и научных экспериментов, управления производством.
Новый подход к экономическим и социальным проблемам нашего общества изменил коренным образом и цели обучения в высшей школе. Основной целью является развитие познавательного интереса студента, формирование его познавательной активности и самостоятельности, способности к дальнейшей профессиональной деятельности.
Специфика обучения в высших технических вузах состоит в том, что помимо общенаучных дисциплин в учебных планах этих вузов существуют циклы профессионально-технических дисциплин поэтому процесс обу
чения должен осуществляться на основе межпредметных связей общена- ! учных дисциплин с общетехническими и специальными дисциплинами,
без чего невозможно успешное овладение профессиональными знаниями и умениями.
Пересмотр ориентиров образования в последнее время привел к формированию новой образовательной парадигмы [42-53], в рамках которой не только в России в связи с новыми экономическими условиями, но и во всем мире в образовании происходят инновационные процессы, идет поиск новых систем образования, более демократичных, диверсифицированных (разнообразных) и результативных с позиций интересов общества в целом и отдельной личности [46-48].
Идеалы новой образовательной парадигмы можно сформулировать следующим образом:
- фундаментальность;
- целостность при достижении цели;
- направленность на гармонизацию отношений человека с обществом и Природой, адаптацию будущего специалиста в Природе и обществе [42-53].
ц Образование становится фундаментальным, если оно ориентировано
на выявление сущностных основ и связей между разнообразными процессами окружающего мира. «Становится целостным - когда дисциплины образуют единые циклы - объединенные общей целевой фундаментализаци-ей, объектом исследования, методологией построения, ориентированных на дисциплинарные связи» [254, с.23]
Фундаментальность физического образования предполагает, что в высших технических учебных заведениях физика - это не просто общеоб разовательная дисциплина: знания, сформированные у студентов на заня тиях по физике, являются фундаментальной базой для изучения общетех
нических и специальных дисциплин, освоения новой техники и технологий. Что касается курса физики для инженерных специальностей, то его содержание должно способствовать формированию у студентов представлений о современной физической картине мира. В этом случае физическое образование становится целостным, более того, дисциплины учебного плана оказываются объединенными общей методологией построения, ориентированной на междисциплинарные связи.
Обучение физике должно быть взаимосвязано со специальными дисциплинами и базироваться на рассмотрении конкретных процессов и явлений, относящихся к профессиональной деятельности будущего специалиста. Однако, включение конкретных специальных вопросов и задач в программу обучения физике, реализация профессиональной направленности через учебные прикладные физические задачи связаны с объективно существующими трудностями: возрастание объема материала при строгом лимите времени; сложность в постановке задач; возможное нарушение логики курса.
Выполненный в ходе исследования анализ опыта организации занятий по физике в ряде технических вузов страны, диссертационных исследований, учебных планов и программ, квалификационных характеристик, стандартов для инженерных специальностей, анкетирование преподавателей, ведущих занятия по физике в технических вузах, позволили выявить следующее:
- число обязательных часов на изучение физики неуклонно сокращается;
- программа по физике для втузов не отражает профессиональную направленность обучения;
- содержание курса физики для технических вузов не отличается от содержания курса физики для нетехнических специальностей; почти отсутствует специальная литература, за исключением отдельных пособий,
разработанных самими вузами, способствующая подготовке студентов по физике в технических вузах;
- вопросы технологии обучения физике в техническом вузе не получили достаточной разработки;
- отсутствует методология построения курса физики, ориентированная на дисциплинарные связи.
В результате многие студенты не осознают цели изучения физики. При ее изучении у них слабо формируются фундаментальные знания по физике и умения их применить к решению задач, связанных с будущей профессиональной деятельностью.
Проблеме совершенствования обучения физике студентов инженерных вузов посвящены диссертационные исследования Бахадировой 3., Жмодяк А.Б., Измайловой А.А.; Коликовой В.М., Кучиной Т.В., Новодворской Е.М., Печенюк Н.Г., Селивановой Э.Б., Скок Г.Б., Тошматова Т.А., Фоминых Р.П. и других; студентов педагогических вузов - работы Зайцевой A.M., Китайгородской Г.И., Сперантова В.В., Тулинцева А.Е. и других; студентов высших военных заведений - работы Айзенцона А.Е., Червовой А.А. и других. Проблемы профессиональной направленности обучения физике учащихся учреждений начального профессионального образования исследовались В.Ф.Башариным, О.С.Гребенюком, А.Я.Кудрявцевым, И.А.Иродовой. Вместе с тем, исследований, посвященных комплексному подходу к проблеме подготовки по физике студентов инженерных специальностей с учетом их будущей профессиональной деятельности, до сих пор нет. Во всех исследованиях основное внимание уделяется принципу профессиональной направленности, он является основным при построении методики обучения в системе высшего профессионального образования. Существенно меньшее внимание уделяется принципу фундаментальности физического образования, отсутствуют исследо
вания, посвященные взаимосвязи принципов фундаментальности и про- V фессиональной направленности обучения и созданию на этой основе ме тодической системы обучения физике.
Таким образом, существует противоречие между стоящими на современном этапе задачами подготовки будущих инженеров по физике и отсутствием концепции методической системы обучения физике студентов инженерных вузов, соответствующей современной образовательной парадигме, которая характеризуется такими чертами, как фундаментальность, целостность, ориентация на интересы личности. Новая образовательная парадигма вскрыла и ряда других противоречий: - с одной стороны, высокий потенциал физики как фундаментальной
науки, с другой - недостаточное использование этого потенциала в системе подготовки профессионала- инженера;
- с одной стороны, узко понимаемые цели обучения физике студентов технических вузов, с другой - важнейшая общеобразовательная значимость курса физики;
с одной стороны, современная концептуальная структура естественных наук, в том числе физики, с другой стороны, консервативная структу • j ра естественнонаучных дисциплин;
- с одной стороны, стремление к интеграции естественнонаучных дисциплин с профессиональным циклом дисциплин, с другой - фрагментарное построение курсов естественнонаучных дисциплин, в том числе и курса физики.
Эти противоречия обусловливают актуальность нашего исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопросы: - каким должно быть соотношение фундаментальности и профессиональ-ной направленности в обучении физике будущих инженеров?
- какой должна быть концепция методической системы и методика обучения физике студентов инженерных вузов на современном этапе?
Объектом исследования является процесс обучения физике студентов в высшей технической школе в современных условиях.
Предметом исследования является методическая система обучения физике студентов высших технических учебных заведений, включающая цели, содержание, структуру, методы, формы и средства обучения.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и создании методической системы обучения физике студентов технических вузов. Для исследования избраны специальности 12001 - «Технология машиностроения», 12002 - «Металлорежущие станки и инструменты», представляющим общее машиностроение, 31.13.00 - «Механизация сельского хозяйства», 23.01.00 - «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования», 31.15.00 - «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 10.16.00 - «Энергетическое обеспечение предприятий», являющиеся базовыми для машиностроительного профиля инженерной подготовки.
Исходным при проведении исследования является признание:
- взаимосвязи между состоянием общего физического образования и профессионального образования в технических вузах;
- необходимости обращения к методологическим источникам в области философии и логики научного познания при постановке физического образования в высшей технической школе;
- необходимости установления соответствия между современным состоянием физики как науки и содержанием физического образования в высшей технической школе не только для преодоления элементов архаизма в трактовке элементов содержания курса физики, но и для того, чтобы
научные физические знания составляли прочный фундамент профессиональных знаний;
- необходимости исходить из понимания физики не только как научной области, но и как элемента человеческой культуры, техносферы и сферы развития человеческого мышления;
- необходимости расширения дидактической базы физического образования в высшей технической школе.
Гипотеза исследования. Разработка и внедрение в учебный процесс высшего технического учебного заведения научно обоснованной методической системы обучения физике, в основу которой положен принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения, как принцип, отражающий инженерно-прикладную направленность обучения физике, приведет к повышению качества подготовки специалиста, в частности, будет способствовать повышению уровня фундаментальной подготовки обучающихся и формированию у них видов профессиональной деятельности, исследовательских умений.
Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи:
1. Теоретически обосновать вклад курса физики в формирование квалифицированных инженерных кадров, проанализировать причины, снижающие эффективность обучения физике в системе высшего технического образования.
2. Выявить реальный уровень подготовки по физике студентов инженерных специальностей.
3. Разработать и теоретически обосновать концепцию методической системы обучения физике студентов технических вузов, позволяющую реализовать интеграцию фундаментальных знаний по физике со специальными научно-техническими, используя взаимосвязь принципов фундаментальности и профессиональной направленности.
4. Исходя из целей обучения и логико-генетического анализа физического знания разработать требования к содержанию и структуре курса физики для инженерных специальностей.
5. Разработать содержание (определить его инвариантный и вариативный компоненты), а также методы и средства обучения физике, реализующие теоретическую концепцию и позволяющие повысить эффективность достижения целей этой учебной дисциплины в системе высшего технического образования.
6. Разработать рабочую программу, содержание и методы проведения лекционных, лабораторных и практических занятий по физике для студентов инженерных специальностей.
7. Разработать профессионально направленные задания для студентов к лекционному курсу, практическим и лабораторным занятиям, а также к курсовым работам по физике.
8. Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Методологические основы концепции методической системы обучения физике студентов технических вузов составляют:
- системный подход, позволяющий рассматривать обучение физике студентов технических вузов как методическую систему, включающую цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
- сложившийся в дидактике подход к структуре учебного предмета, в соответствии с которым в учебном предмете «физика» выделяются содержательный и процессуальный блоки;
- идея взаимосвязи физической и технической картины мира, позволяющая обосновать взаимосвязь принципов фундаментальности и профессиональной направленности при обучении физике студентов технических вузов;
- идея педагогической интеграции, позволяющая выдвинуть частномето-дический принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности;
- логико-генетический подход к анализу физического знания, позволяющий определить инвариантную и варьируемую компоненты содержания курса физики для технических вузов;
- деятельностный подход, позволяющий отразить в процессуальной компоненте учебного предмета «физика» познавательную деятельность, адекватную профессиональной деятельности инженера.
Методы исследования, применявшиеся при выполнении данной работы:
- теоретические - анализ философской, естественнонаучной, научно-технической, психолого-педагогической литературы; обобщение, синтез, интеграция, системный подход, системный анализ, экстраполяция результатов исследований и педагогического опыта; моделирование педагогических ситуаций;
- экспериментальные - наблюдение, педагогический эксперимент, экспертная оценка и тестирование.
Теоретические основу исследования составляют:
- исследования по методологии науки, методологии и истории развития физики и техники - В.А.Канке, В.Н.Князева, Б.И.Кудрина, Дж.Питта В.С.Степина, Д.Шодиева, М.Хайдеггера, В.А.Штоффа, П.Энгельмейера, Van Fraasen Bas С, Heath J., и др.;
- современные представления о структуре физики как науки, развитые П.Дираком, А.Ф.Иоффе, Р.Фейнманом и др.;
- исследования по психологии, педагогике и методике высшей школы -С.И.Архангельского, В.В.Давыдова, А.Н.Леонтьева, И.Я.Лернера и др.;
- исследования по проблемам физического образования в высшей школе
- О.Н.Голубевой, А.И.Наумова, А.Д.Суханова и др.;
- исследования по методике преподавания физике в технических вузах -А.Е.Айзенцона, А.А.Гладуна, М.М.Горунова, А.М.Дорошкевича, А.Ф.Иоффе, Е.М.Рябинова и др.;
- исследования по проблемам профессиональной направленности обучения З.Бахадировой, Г.С.Гутурова, А.О.Измайловой, И.А.Иродовой, А.Я.Кудрявцева, М.И.Махмутова, А.А.Червовой и др.;
- теоретические исследования в области методики преподавания физики в средней школе - А.И.Бугаева, А.Т.Глазунова, В.А.Извозчикова, Е.С.каменецкого, А.С.Кондратьева, В.В.Лаптева, В.В.Мултановского, Н.С.Пурышевой, Л.С.Хижняковой и др.
В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в три этапа:
1 -й этап - (1985-1992 г.г.) включал изучение и анализ Государственных Стандартов высшего профессионального образования, квалификационных характеристик, учебных планов и программ по физике для инженерных специальностей, проведение анкетирования студентов и выявление у них уровня теоретических знаний по физике и умений их применения при решении профессиональных задач. В результате работы был выявлен комплекс проблем в системе высшего технического образования, требующих пересмотра методики обучения физике студентов технических вузов. Для определения теоретической концепции и общей методологической основы исследования осуществлялись изучение и анализ литературы по педагогике, методике преподавания физики в различных системах образования, по философии, логике научного познания, анализ учебников и учебных пособий по физике, рекомендованных для высшего технического образования.
2-й этап - (1992 - 1996 г.г.) был посвящен разработке модели мето- %, дической системы обучения физике студентов технических вузов. Были
определены этапы построения модели методической системы и основные принципы, лежащие в основе создания модели методической системы. В итоге разработаны программа по физике, содержание лекций, практических и лабораторных занятий с заданиями к ним, а также задания к курсовым работам. Проводился поисковый эксперимент, в ходе которого уточнялась и корректировалась методическая система обучения физике студентов технических вузов.
3-й этап - (1996 - 2000 г.г.) связан с проведением обучающего экс- Ф перимента по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистиче ской обработке результатов эксперимента. Были опубликованы программы по физике для студентов инженерных специальностей, учебные пособия, монографии. На основе материалов исследований были разработаны концепция методической системы обучения физике студентов технических вузов, модель методической системы и конкретная методика обучения физике студентов инженерных вузов.
Новизна полученных результатов обусловлена тем, что проведено комплексное исследование проблемы обучения физике студентов техниче ских вузов, в ходе которого разработаны:
1. Концепция методической системы обучения физике студентов технических вузов, которую составляют следующие положения:
- процесс обучения физике в техническом вузе должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
- учебный предмет «физика» в техническом вузе должен рассматриваться в единстве его содержательного и процессуального компонентов;
- ведущим принципом методической системы обучения физике студен- \ тов технических вузов является принцип единства фундаментальности и
профессиональной направленности;
- в содержании учебного предмета «физика» фундаментальное научное физическое знание и прикладное техническое знание должны быть представлены в единстве; при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе - варьируемую;
- содержание курса физики следует группировать вокруг фундаментальных физических теорий, что позволяет реализовать целостность физического образования;
+ - методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны
включать такие, которые адекватны будущей профессиональной деятельности студентов.
2. Методическая система обучения физике студентов инженерных специальностей, основанная на сформулированной концепции.
Основной чертой этой системы является то, что во всех ее компонентах (целях, содержании, методах, формах и средствах) реализуется принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обуче- ш ния.
3. Учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной профессионально направленной подготовки по физике студентов инженерно-технических специальностей, включающий рабочую программу по физике, реализующую принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения; содержание лекционных, практических и лабораторных занятий насыщенное вопросами и задачами профессионально направленного характера; систему заданий к самостоятель ным и курсовым работам, имитирующих профессиональные мини
исследования и отражающих компоненты инженерно-профессиональной техники и технологии.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в разработанной концепции методической системы обучения физике студентов инженерных вузов, основанной на взаимосвязи физической и технической картин мира и на принципе единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения.
Результаты проведенного исследования могут стать в дальнейшем основой для создания курса физики для различных инженерных специальностей.
Практическая значимость исследования заключается в разработке и внедрении научно обоснованного подхода к составлению программ по физике для студентов инженерных вузов. Разработанная программа и методические указания по физике для специальностей (651400 - Машиностроительные технологии и оборудование), рабочая программа по физике для специальностей «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты», учебно-методические пособия, лабораторные практикумы с использованием ЭВМ, курсовые работы по физике с профессиональным содержанием, переведенные на язык физики, а также методические рекомендации для преподавателей и студентов технических вузов являются основным практическим вкладом в совершенствование процесса обучения физике в высших технических учебных заведениях, который позволит повысить эффективность обучения физике как фундамента будущей профессиональной деятельности обучаемого.
Содержание диссертационного исследования отражает более чем 24-летний опыт научно-педагогической деятельности автора по совершенствованию теории и практики обучения физике в высшей технической школе, включая:
- личный опыт работы преподавателем в системе высшего технического образования (1977- 2000 г.г.);
- участие в госбюджетной НИР за № ГР 01970002086 по теме «Интеграция региональных систем образования» (1992-1994 г.г.);
- руководство госбюджетной НИР по теме «Профессиональная направленность преподавания курсов физики и математики при подготовке инженерных кадров» (1993-1996 г.г.).
Апробация и внедрение результатов исследований. Теоретические и практические результаты исследования докладывались и обсуждались более чем на 20 международных, межвузовских, российских, региональных, педагогических, научно-технических конференциях, семинарах и получили в целом поддержку педагогической и научно-технической общественности (на пятой международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-99), июнь 1999, г. Санкт-Петербург, Россия; на международных конференциях по методике преподавания физики в Мордовском государственном педагогическом институте в 1992-97г.п; на международных конференциях по надежности машин в институте механики и энергетики Мордовского госуниверситета в 1992-96 г.г.; на конференциях по методике преподавания физики в Московском государственном педагогическом университете в 1988-1999 г.г.; на Огаревских чтениях в Мордовском ордена Дружбы народов государственном университете имени Н.П.Огарева в 1985-2000г.г.; на региональных научно-технических конференциях, проводимых Мордовским областным научно-техническим обществом машиностроителей - 1985-92 г.г.; на кафедре теории методики и обучения физике Московского педагогического государственного университета - 1989-2001 г.г.). Результаты исследований были внедрены в учебный процесс по курсам физики Института машиностроения Мордовского государственного университета по инженерным специ
альностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и Института механики и энергетики Мордовского государственного университета по инженерным специальностям «Механизация сельского хозяйства», «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования», «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», «Энергетическое обеспечение предприятий», «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции».
Структура и основное содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения библиографии и приложений. Общий объем диссертации 398 страниц, основной текст диссертации составляет 307 страниц. Работа включает: 37 рисунков, 29 таблиц и 22 схемы. Список литературы содержит 293 наименования. Приложение составляет 58 страниц.
В главе I. «Состояние проблемы физического образования будущих инженеров» приведены результаты анализа литературы по теме исследования, программ, учебных планов, квалификационных характеристик, государственного стандарта высшего профессионального образования. Выявлены причины недостаточной подготовки студентов к профессиональной деятельности в процессе обучения физике. Проанализированы направления совершенствования учебного процесса при подготовке инженеров. При этом показано, что одним из решений проблемы совершенствования процесса изучения физики студентами технических вузов может быть интеграция фундаментальности и профессиональной направленности курса физики для различных инженерных специальностей. Приведены данные констатирующего эксперимента, позволяющие судить о недостаточно высоком уровне умений студентов применять фундаментальные знания по физике к решению профессиональных задач.
В главе II. «Концепция методической системы обучения физике студентов технических вузов» с позиций системного подхода и системного анализа обоснована система обучения физике студентов технических вузов, включающая в качестве компонентов цели, содержание, методы, формы и средства; сконструирована модель методической системы; рассмотрены возможности реализации принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения физике в каждом компоненте системы; проверена модель методической системы на функционирование и управление. Уточнены цели обучения физике в техническом вузе, в качестве одной из них выделена - формирование у студентов фундаментальных знаний по физике и умений их применения в профессиональной деятельности.
В результате теоретического анализа разработана концепция методической системы, основанная на принципе единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения, обусловливающая принципы отбора профессионально направленного материала и его соотношения с фундаментальными физическими знаниями.
Концепция методической системы обучения физике студентов технических вузов позволила сконструировать модель этой системы, включающую цели, содержание, методы, принципы, формы и средства обучения, при этом в каждом компоненте системы получает отражение принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения.
В главе III. «Методика реализации концепции обучения физике студентов технических вузов» рассмотрено содержание программы по физике, включающей фундаментальные и профессионально направленные вопросы, позволяющие реализовать интеграцию принципов фундаментальности и профессиональной направленности. Описана методика прове
дения лекционных, практических и лабораторных занятий по физике со студентами инженерных специальностей (на примере специальностей «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты», «Механизация сельского хозяйства», «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции», «Технология технического обслуживания и ремонта машин», «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», «Энергетическое обеспечение предприятий»). Основное внимание уделено изучению профессионально направленного материала, решению задач, позволяющих формировать некоторые виды профессиональной деятельности. Показаны возможности применения ЭВМ при обучении студентов решению задач.
В главе IV. «Оценка эффективности разработанной методической системы обучения физике студентов инженерных специальностей» приведено описание организации, методики проведения, оценки и анализа результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Эксперимент включал три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий.
Исходя из полученных данных педагогического эксперимента, в ходе проведения которого использовались различные методы, показана эффективность обучения физики (критерий, объем, осмысленность, прочность) по разработанной программе, доказано, что предлагаемая нами концепция обучения физике студентов технических вузов, основанная на принципе единства фундаментальности и профессиональной направленности, способствует осознанному изучению и успешному применению знаний по физике при изучении специальных дисциплин и в дальнейшей профессиональной деятельности.
В заключении формируются выводы, даются краткие рекомендации по возможным направлениям развития проведенного исследования.
В приложениях приводятся рабочая программа по физике для студентов инженерных специальностей и фрагменты лекционных, практических, лабораторных работ и курсовых работ. На защиту выносятся:
1. Концепция методической системы обучения физике студентов технических вузов, основанная на принципе единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения.
2. Модель методической системы обучения физике студентов технических вузов, реализующая основные положения концепции во всех компонентах системы.
3. Учебно-методический комплекс для осуществления профессиональной направленной подготовки по физике студентов инженерно-технических специальностей:
- рабочая программа по физике для инженерных специальностей, отражающая цели обучения физике, содержание и методы проведения лекций, лабораторных и практических занятий.
- содержание и методы проведения лекционных, лабораторных и практических занятий.
- система заданий, включающая, наряду с другими, задания профессионально направленного характера к самостоятельным и курсовым работам.
По теме исследования опубликованы 52 работы, основными из которых являются [146-182].
Задачи и состояние инженерного образования в современных условиях
Основная задача инженерного образования в современных условиях - обеспечение гарантированного уровня подготовки инженеров, соответствующего требованиям современной мировой экономики и международным стандартам, в том числе инженеров, способных адаптироваться к рыночной экономике. Для выявления задач, стоящих перед втузами, необходимо проанализировать основные направления перестройки инженерного образования в новых создавшихся социально-экономических условиях.
Одним из основных направлений повышения качества подготовки инженеров считалась «работа учебно-научно-производственных комплексов на базе кафедр и других подразделений вузов и промышленных предприятий, а также НИИ; целевая интенсивная подготовка специалистов; создание конструкторско-технологических подразделений с опытными производствами, подготовка на кооперативных началах по двусторонним договорам, переподготовка кадров и т.д.» [213, с.23]. Как указывал ректор МВТУ им. Баумана А. Елисеев ... «готовить высококвалифицированных инженеров можно только на базе передовых научно-технических разработок... у нас же организация работы в технических вузах поставлена с ног на голову. В зарубежных странах основное звено, как правило, - научная лаборатория. В ней проводятся фундаментальные исследования и выполняется передовое проектирование... У нас же иначе расставлены приоритеты... Мы много внимания уделяем методике обучения и явно недостаточно заботимся о передаче студентам передовых научных инженерных знаний» [205, с.З].
Усиление роли вузовской науки, в первую очередь фундаментальных исследований в подготовке инженерных кадров, - одно из основных направлений перестройки высшего образования, обучение студентов должно находиться в органическом единстве с их активной научно-исследовательской, конструкторской и производственной деятельностью. С первых же дней появления студента в вузе нужно стараться привлечь его к научной деятельности. «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 сами знания, но и научить ее видеть то, как эти знания добываются, а это можно сделать, только привлекая учащуюся молодежь к самому процессу получения знаний...» [184, с. 21].
В настоящее время высшая школа испытывает достаточно серьезные затруднения в проведении научных исследований. Следовательно, это важнейшее направление реформирования высшей школы временно тормозится. Учебно-научно-производственные комплексы как база для подготовки инженеров высшей квалификации не получили должного развития и практически не существуют по той же причине.
Процесс обучения как методическая система
В связи с тем, что учебный процесс во втузе, в том числе обучение физике, 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.
Термином «системный подход» обозначается методологическое направление в разных конкретных науках, предполагающее изучение объектов как систем. «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.
Начиная с середины XX века ведутся интенсивные разработки в области системного подхода и общей теории систем» [275, с. 427]. Понятие системы охватывает самые различные стороны того или иного целостного образования: его строение, состав, способы существования, форму развития.
В нашем исследовании методическая система обучения физике студентов технических вузов, входящая как подсистема в единую систему высшего технического образования, представляет собой целостное образование, которое позволяет формировать у студентов не только знания по физике, но и умения их применять в будущей производственной, научной и внедренческой деятельности. Данная методическая система должна обеспечить изучение физики, соединяющее фундаментальную и прикладную подготовку.
Из анализа исследований по «системному подходу» [50-52, 88, 89] можно сделать заключение о том, что этот подход:
- решает задачу разработки методов исследования и конструирования слож-ноорганизованных систем разных типов и классов;
- позволяет разработать средства представления исследуемых объектов как систем;
- позволяет построить обобщенные модели систем, модели разных классов и специфических свойств;
- позволяет исследовать структуру теорий систем и системных концепций;
- позволяет определять свойства объекта не только суммированием свойств его отдельных элементов, сколько свойствами его структуры, особыми системообразующими, интегративными связями рассматриваемого объекта.
Любая система может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка. «Иерархичность, многоуровневость характеризуют строение, морфологию системы и ее поведение, функционирование: отдельные уровни системы обусловливают определенные аспекты ее поведения, а целостное функционирование оказывается результатом взаимодействия всех ее сторон, уровней» [275, с.320]. Примером иерархичности системы является отношение единой системы высшего технического образования к системе преподавания физического образования в техническом вузе, как системы более высокого порядка к системе более низкого порядка. Но в то же время система обучения физики входит как компонент в единую систему высшего технического образования.
Из представленного выше, становится очевидным выбор такого подхода для нашего исследования, поскольку единая система высшего технического образования представляет собой сложноорганизованную систему определенного класса в которую входит методическая система обучения физике как система более низкого класса и соответственно появляется возможность:
- выбрать средства представления сложных разнообразных объектов (физических, профессиональных, деятельностных субъектов системы);
- исследовать реализацию идеи интеграции фундаментальности и профессиональной направленности обучения в структурах различных уровней;
- установить интергративные связи фундаментальности и профессиональной направленности при обучении физике студентов технических вузов.
Содержание курса физики для инженерных специальностей...
Основной целью системы высшего образования является подготовка квалифицированных специалистов в соответствии с социальным заказом. Поэтому, именно профессиональная деятельность специалистов задает и определяет цели изучения всех учебных дисциплин, в том числе и курса физики как основы теоретической подготовки инженеров.
На основе концепции методической системы обучения физике студентов технических вузов разработано содержание курса физики на уровне рабочей программы. (Приложение 1). Инструментами конструирования рабочей программы являются факторы, принципы, критерии, которые воздействуют на содержание курса физики.
Особенностями курса являются:
- группировка материала вокруг физических теорий;
- выделение инвариантного и варьируемого материала;
- учет в содержании курса физики единства фундаментальности и профессиональной направленности.
Содержание курса физики должно играть роль фундаментальной базы, без которой невозможны успешная деятельность инженера любого профиля.
Определить содержание прикладных вопросов курса можно, исходя из анализа межпредметных связей физики и специальных дисциплин.
Межпредметные связи обеспечивают упорядоченность, систематичность знаний, широкое обобщение знаний, направленность на конкретную профессию.
Учет межпредметных связей в обучении предполагает:
а) выявление связей и подготовку преподавателя к их реализации;
б) подготовку студентов к осознанию структуры взаимосвязей фундамен тальных дисциплин учебного плана с общепрофессиональными и специ альными дисциплинами;
в) использование разнообразных методов реализации межпредметных связей в процессе обучения.
Связь общенаучных дисциплин с общетехническими и профессионально-техническими (специальными) дисциплинами учебного плана приведена на схеме 21.
Анализ учебных планов и содержание учебных дисциплин позволяет установить связи между обучением студентов физике и их профессиональной подготовкой. На схеме 22 показаны связи между физикой, общетехническими и специальными дисциплинами.
Так, изучение дисциплины «Теоретическая механика» базируется в основном на кинематике и динамике материальной точки, изучаемых в курсе физики. Изучение гидравлики и теплотехники опирается на молекулярную физику (свойства жидкостей, газов, изопроцессы, явления переноса и т.д.).
Курс сопротивления материалов проводится на базе уже изученных в курсе физики тем «Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси» (момент силы, момент инерции, основной закон динамики для вращательного движения и т.д.), «Упругие силы» (напряжения, деформации, относительное и абсолютное удлинение и т.д.). Раздел «Электричество и магнетизм» курса физики является базой для изучения курса «Электротехника».
Изложение дисциплин специальных курсов также взаимосвязано с разделами и конкретными темами курса физики.
Так, изучение специальных дисциплин «Теория резания», «Металлорежущие станки» невозможно без знаний таких тем курса физики, как «Кинематика», «Динамика», «Упругие силы», «Законы сохранения». Изучение специальных дисциплин «Технология машиностроения», «Системы автоматического проектирования», «Гибкое автоматическое производство» и другие, требуют знания различных разделов курса физики, таких как «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество», «Магнетизм», «Физика твердого тела».
На знаниях по физике базируется не только изучение теоретических вопросов общетехнических и специальных дисциплин, но и решение производственных задач.
