Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Взаимосвязь содержания естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин при подготовке инженерных кадров 35
1.1. Синергетика как методология науки и научное мировоззрение при анализе содержания и проблем обучения общепрофессиональным дисциплинам 35
1.2. Учет экологических факторов при обучении общепрофессиональным и специальным дисциплинам студентов технических вузов 43
1.3. Задачи и состояние инженерного образования в современ ных условиях 49
1.4. Требования к подготовке инженерных кадров по общепрофессиональным дисциплинам (на примере материаловедения и технологии конструкционных материалов) 57
1.5. Состояние проблемы и направления совершенствования обучения общепрофессиональным дисциплинам (на примере материаловедения и технологии конструкционных материалов 70
1.6. Анализ исследований по проблемам подготовки по общепрофессиональным дисциплинам будущих инженеров 89
Выводы по главе 1 114
Глава II. Концепция методической системы обучения общепрофессио нальным дисциплинам студентов технических вузов 118
2.1. Процесс обучения как методическая система 118
2.2. Материаловедение и технология конструкционных материалов как учебный предмет в системе подготовки инженерных кадров 126
Ф 2.3. Синергетика фундаментальных законов и научно-техниче
ских теорий как методологическая основа концепции обу
чения общепрофессиональным дисциплинам во втузе 136
2.4. Принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения на решение задач и проблем специальностей в общепрофессиональном образовании будущих инженеров 157
2.5. Анализ общепрофессионального знания (на примере материаловедения и технологии конструкционных материалов) 164
2.6. Реализация принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности на решение задач и проблем специальностей в методах, формах и средствах для студентов технических вузов 172
2.7. Концепция и модель методической системы обучения
материаловедению и технологии конструкционных материалов будущих инженеров 189
Выводы по главе 11 199
Глава III. Методика реализации концепции обучения материаловедению и технологии конструкционных материалов в техническом вузе 202
3.1. Содержание курса материаловедения и технологии конструкционных материалов для инженерных специальностей. .. 202
3.1.1. Содержание и методы проведения лекционных занятий 213
3.2. Содержание и методы проведения лабораторного практикума 279
3.3. Система заданий к курсовым работам профессионально направленным на решение задач и проблем инженерных специальностей (качество, долговечность и надежность продукции) 300
Выводы по главе III 312
Глава IV.Оценка эффективности обучения материаловедению и техноло гии конструкционных материалов студентов инженерных вузов 314
4.1. Организация и проведение педагогического эксперимента.... 314
4.2. Констатирующий и поисковый этапы эксперимента 320
4.3 Обучающий педагогический эксперимент 337
Выводы по главе 1У 350
Заключение 353
Литература 357
Приложения 381
№1. Рабочая программа по дисциплине «Материаловедение» 381
№2. Тестовый контроль знаний. Методические указания по использованию компьютерной программы 391
№3. Задания для тестирования 421
№4. Пример курсовой работы по теме «Разработка технологического процесса термической обработки шатуна. 424
№5. Индивидуальные контрольные задания 428
- Синергетика как методология науки и научное мировоззрение при анализе содержания и проблем обучения общепрофессиональным дисциплинам
- Процесс обучения как методическая система
- Содержание курса материаловедения и технологии конструкционных материалов для инженерных специальностей.
Введение к работе
Вхождение экономики России в мировую экономическую систему предъявило современные требования к отечественной промышленной продукции, соответствующие международным стандартам качества и конкурентноспособности на мировом рынке. В то же время оно открыло доступ отечественной науке и образованию к мировым достижениям научно-технического прогресса, к современному оборудованию и технологиям, повысило требования к качеству подготовки специалистов. Эти требования могут быть выполнены в системе высшего технического образования в двух взаимосвязанных направлениях: научно-техническом и научно-методическом.
Для реализации первого - требуются новые научные подходы к изучению и освоению современной техники и технологий; для второго -необходимо - осуществить научно-методические мероприятия в процессе обучения, направленные на подготовку студентов к решению профессиональных проблем качества, долговечности и надежности продукции. Взаимосвязь этих направлений должна решить проблему образования - повышение качественного уровня подготовки инженерных кадров (сх.1).
Экономические и социальные перемены в обществе изменили цели
обучения в высшей школе. Основной целью является формирование и
развитие творческого познавательного интереса и активности студента, его
самостоятельности, способности к дальнейшей творческой
профессиональной деятельности с решением проблем специальности инженера - повышение качества, долговечности и надежности современнной продукции.
Вхождение России в мировую экономику открыло доступ к последним достижениям мировой науки, к современному оборудованию и технологиям.
это требует перестройки системы высшего технического образования в следующих направлениях:
научно-техническом
научно-методическом
Новые научные подходы к изучению современных научно-технических теорий, технологий, достижений
Выполнение требований к обучению студентов обще-профессиональным-дисципли нам на новых научных подходах с освоением современного оборудования и технологий
Перестройка естественнонаучной базы дисциплин с учетом научно-технических достижений
Перестройка учебных планов, программ естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин на базе новых научно-методических подходов, методических систем обучения
Повышение качественного уровня подготовки инженеров
Схема. 1. Взаимосвязь направлений подготовки инженеров.
Специфика обучения в высших технических учебных заведениях состоит в том, что кроме естественнонаучных дисциплин, в учебных планах существуют циклы общепрофессиональных (общетехнических) и специальных технических дисциплин, поэтому процесс обучения должен осуществляться на основе межпредметных взаимосвязей этих дисциплин, без чего невозможно успешное овладение профессиональными знаниями и умениями. Формирование познавательной и творческой активности будущих
инженеров должно осуществляться на основе комплексного подхода,
/-ч^т »тттттт<ттг\ТТТ»т>/~\ тлдтпотііот7Т"апт TTOf* І л»^т,сь/>тчт>оттттгчтто\ГТТТТО'іЛ IT
общепрофессиональкое образование.
Целостность образования требует ориентации на выявление сущностных основ и связей производственных и технологических процессов.
Гігчлтоллттлтто пт ттт та тттту»тттїі-ї тттїттт т Кооті«\пгмтітіал а тто оттоттттстл/- у-к/4\^^»-чж#тжг%/-чт^рттттт Tvr ipVU/WVriV/nUJlbllUlv .ЦІЧЧ^Цгі 11 .)11-11101, ^cloriL/V l\_flJ4,riWWyi 11.C* -3l"lC*01ri.>i/Y, W*i/4/LnviriL/\J13U.lllli>I/V
у студентов на занятиях по естественнонаучным дисциплинам ^іризика, математика, химия и др.), являются научной базой для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, освоения новой техники и технологий. Поэтому обучение общепрофессиональным дисциплинам (материаловедению и технологии конструкционных материалов - ТКМ) и др.) должно быть взаимосвязано как с общенаучными, так со специальными дисциплинами, и ориентировано на рассмотрение конкретных процессов, относящихся к проблемам профессиональной деятельности будущего специалиста (повышение качества продукции, а значит, ее надежности и долговечности).
Выполненный нами анализ опыта организации занятий по общепрофессиональным дисциплинам в их взаимосвязи с естественнонаучными в ряде технических вузов страны [15 3, 9, 10, 165 23, 29-31, 35-37, 43, 47, 53, 57-59, 65, 70, 79, 96-99, 101, 153, 154, 157, 164, 165, 167, 200, 206, 215, 217, 301-303, 229, 238, 239, 292, 245, 253, 258, 260], диссертационных исследований [11, 12, 62, 71, 82, 85, 88, 89,103, 152, 177, 180, 181, 196, 208, 214, 216, 245, 248,252, 259], монографий и учебных пособий [51, 52, 104, 135-137, 143, 144, 150, і 59, 169, 182-185, 198, 233], учебных планов и программ, квалификационных характеристик, стандартов для инженерных специальностей [49, 106, 122, 123, 179, 191, 199, 202, 203], анкетирование
8 преподавателей, ведущих занятия по общепрофессиональным дисциплинам
анализ учеоных планов и программ многих специальностей технического профиля показывает, что при построении учебных курсов различных циклов инженерной подготовки практически не реализуются принцип преемственности содержательной компоненты образования, который позволял бы студентам осмысливать и усваивать постепенно и логично наращиваемый багаж знаний, укрепляющий и фиксирующий связи между предметами в профессиональной направленности на решение проблем специальностей (качество, долговечность и надежность продукции);
в учебных планах и программах практически отсутствует объективно существующая общность методологических и методических установок при
МНрОВаКИИ уЧ ебного содержания дисциплин;
отсутствие общности методологических и методических установок приводит к автономному преподаванию учебных предметов без отслеживания логико-содержательных связей, не только между циклами дисциплин, но и между дисциплинами одного цикла, которые должны быть направлены на решение проблемы специальностей;
число обязательных часов на изучение общепрофессиональных дисциплин неуклонно сокращается (число часов на лабораторные работы в 2001-2002 учебном n^v сократилось вдвое);
_ ґ\тігіг\Т)г>еь\хе*хіііг\ с ^/"чтчртттритл^л* ocrnno r\fci.e*\x тхгУ\тп(*\гг\т,(\ ттгугыгу'зълъхчгьт нота.
V/^llVUI/VlUVllllV W wvA*f^C«4_M,Wrili wivl ЛКЛЪгУУЛ^ VV* А*^/1*Л Tl^ J lUWl'14/1 \J ilL/V/1 L/UilllUllUl V/ 1MMJL V riCUlCl UUvH/ЛППи JfDWirnnDttClVfl DC/JlV/^UlOhC HciV Vjrlw-i W/vilrlTCviVV/i С . pbbi/Uj
- программы по естественнонаучным и общепрофессиональным дисцип
линам для втузов не отражают в достаточной степени профессиональную на
правленность обучения, а поэтому содержание курсов естественнонаучных и
общепрофессиональных дисциплин для различных инженерных специально
стей практически одинаково;
- вопросы технологии обучения общепрофессиональным дисциплинам в
TV*-VTTiJifiarf-»T/T\1t < т^а/'їо ТТЛ Т"ггчтт\ггтті тттї Tf p/vrvi»rr\TTTT/\Ti noono^/vrvTi*
число часов на самостоятельную работу приближается к 50% от общего количества часов, но эффективно не используется как следствие недостаточной разработки технологии обучения;
практически отсутствует теория и методика обучения общепрофессиональным дисциплинам в высшей технической школе.
Все вышесказанное относится к таким общепрофессиональным дисциплинам, как «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов», и именно на примере этих дисциплин построено наше исследование, поскольку, во-первых эти дисциплины входят в учебные планы всех технических вузов, и во-вторых, научно-технический прогресс напрямую связан с созданием новых материалов. Однако многие студенты не осознают цели изучения общепрофессиональных дисциплин, у них слабо формируются знания, соответствующие новым фундаментальным подходам к рассмотрению физико-механических свойств и физических проблем прочности материалов профессиональных объектов, умения использовать эти знания при дальнейшем изучении специальных дисциплин и тем более, применять их к решению задач, связанных с повышением качества, надежности и долговечности современной продукции.
Кроме того, необходимость данного исследования обусловлена новыми подходами в науке о материалах, связанными с оценкой надежности материалов при эксплуатации. Прогресс техники неразрывно связан с созданием все новых и новых материалов, поэтому на протяжении веков человечество проявляло научный и прикладной интерес к этой проблеме, которая напрямую связана не только с созданием новых материалов, но и со следующими аспектами их использования: как заставить материалы деталей машин работать как можно дольше и как решить через использование материалов проблему долговечности и надежности машин.
В раскрытии этих двух связанных между собой аспектов к состоит
главная задача изучения курсов материаловедения и технологии
консірукцйонньїх материалов, т. если первый асиек* до настоящего времени
решался описательными курсами материаловедения, (изучение суще
ствующих материалов; сведения о новых разрабатываемых и внедряемых
материалах; структурными превращения при термической обработке, при
температурах не свойственных эксплуатационным); то, второй аспект
изучения материаловедения, (формирование знаний о процессах структурных
превращений в материалах при эксплуатации, под действием
многочисленных, синергетически дествующих, факторов [67-69, 84, 111, 112,
v 133, 134], определяющих структурные процессы разрушения материалов),
»J+4/.lVJL>XAH^t*V X \/JX A14S,^VS4/ ХКЛХ V T-lAV/ xx slxjxx\j \/і V 1 UV X KJ X ^x,\j\^ x xx Jx\.^/xxxxxx iluj ^ilv
технического прогресса, хотя именно его решение открывает перспективы повышения долговечности и надежности машин.
В настоящее время в создании новых материалов произошел переход от конструкционных к функциональным и композиционным материалам и появилось новое направление - разработка «интеллектуальных» материалов с новыми функциями, подобными функциям живых организмов. Эти материалы изменяют свои свойства в период эксплуатации, их долговечность и надежность повышаются. Идея о том, что все материалы «живут»,
* изменяют свои струюп^ы и свойства в периоды их получения, изготовления
ттг> tiiTv тт«ататт*»й и ну ОкГРГТпл/^Т^ТТмтт ттг»ттмгт-гс» f\w.VTi\. m^ninqujpiiTQ т.илй ппплолй
XX*J XXXXSb. ^Х^Ъ/ Х*Л*ІХ**ХХ XX xx *ъ y/Avli^lVui иЦиіі ^wxvi«iiu uijil^umvxiiCwiiiiiVri vviiuuvii
Iipn rljy ivnnn rvypbwo mui^tjricUixjD^/XCxxx-ln rl 1\,лп\лІ\л rliri ічч/пс-іруЛіДі-іОгігіоїл
материалов и раскрываться при рассмотрении!
микроструктуры сплавов - основной фактор надежности и долговечности;
пространственной атомно-кристаллической структуры материалов;
- аллотропических превращений, происходящих на различных стадиях
1} термической и других видов обработки материалов;
_ pr»Tuuu-ur\DPuuo п<=»«4л*»і/~тт»п ото»«ил.«т>м',тсіппмирги,лгл ґ>тг»гір»чма м mv рпмоима
IW4/i»*Ai*iiVl>Vi**i^A ^-Іч^^\1^ V^AV/ІУ V*4.v/l*Al*.V l\l/**V X Mjx^Kl 1VV»V1 V VX»^V4^XX*X^X XX XX S^ І/У1І1/1ХД X X^X
то \іауотттгттолт/тїл її пгіхггтю ^тз/чті/^нгтіо >іотатіоппт> ттп тт/-»ттт"»/-чг>аттттгчл»тчт гі
XCt lVXW/VCtliri -ІЧ/V/lVriV/ XI ,Цк/> t flu VUV/ГІ V/ 1 UC* Шиї VUrllUlUU} ХІСД. дилі uuvinu^iu ri.
надежность деталей и машин;
дислокационно-структурного механизма разрушения;
механизма межграничных структурных превращений при деформациях;
- значения и влияния микроструктуры деталей при эксплуатации на
долговечность и надежность машин;
- 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 ппевпащений в сплавах использовать принцип
лЛгчотчтт Tv роооой ттоІ/->то\пу»ттттї»і г> млгітзт-TV nnrou«o»4ov п ттег /-»/-»v»-»aTjre»iiT.»
\J\J L/kXl ХА.ОІЛ V/XJ/X.JVXX, ^VIIV LX* J ±KJXX\JCIZX X> li.\.XLXJl-f±n. \J VJ Л Ull ІА ~>1V.X 14SV, /^JX^X VU/\LfUll VllXiyi
mmwan гитуда шс і aux aunjicnuri wpjr\.i j'poi vOuiDticiDjrwiMcri lptvjj'C'iviDiivi
физико-механическим свойствам сплавов и материалов. Используемые же в настоящее время при изучении материаловедения учебники и учебные пособия во многих случаях абстрактны и не отличаются четкой профессиональной направленностью. Недостаточно внимания уделяется вопросам обеспечения и поддержания эксплуатационной надежности; изменения структур материалов, а значит и свойств, не достаточно раскрывается дислокационно-структурный механизм разрушения материалов. В счществл/ющих учебных курсах почти не освещается новое
ПН> 11J\/V AXVtXXLSll.XS.'XWXXXAV Х-» 1»! СІ- А V fr>XX WW і \J ISSS^yi* X1 XX \ІХ LsCiXV і Ші ІЗх X V V К114І WL/IA1M1VX/V^VIIII Vj
осіДсітч^хч rvLriv/Uwi U yiojx-/ivi.v//i pcULrcil/cliVa iiL/i-iiiu,riiiOo ViiL>cxDji\^xxriyi vxwjrrvi jrpOri
материалов за счет введения и последующей реализации контролируемых обратных связей с целью получения материалов с диссипативными свойствами, необходимыми для заданных условий эксплуатации.
Все это приводит к необходимости разработки методики изучения общепрофессиональных дисциплин в технических вузах, позволяющих подготовить студентов к изучению специальных дисциплин и будущей
профессиональной деятельности. Проблеме преподавания
0&тггсьпт\г\(т\(лг*гьттютгъ ттт tttt'v ТТТТГ»ттттттттт;гтт т> tpvittittopvtiv т»\гоол/ тт/л^т>гттттоттт т
—„«-«—,~~ T~,« — „CZ т ТД „И^^^^-Х А А Гаї! T/*-- ^C TJ А ГОС1 T/1^.^
Д1гССср1аЦиип.пыс pdOuim тмаилОБии .п-гі.|_/і j, і\Лсщсоип ii.A.[ojj, ivjiiinuii
Т.В.[103], Легостаева И.И.[105], Найдиш Л.А.[176], Нартовой Л.Г.[177], Никифоровой B.M.[i80], Новикова А.С.[і81], Резник Н.й.[208], Сергеева А.Н.[216], Тошматова Т.А.[245]. Вместе с тем, исследований, посвященных комплексному подходу к подготовке студентов по общепрофессиональным дисциплинам в технических вузах до сих пор нет. Таким образом, существует противоречие между стоящими на современном этапе задачами подготовки будущих инженеров по общепрофессиональным дисциплинам и отсутствием концепции метопической системы обл/чения общепро^ессиональным
тхрж1ТЛгтг|т-'ЧО\д гг/лт'/лгчо а уопотлгоптллоо nOPL ^то m\nj пощоито nLUOPTVIA
ХХІ'Х^ГХХХУХХХХ-КЛІТХ, IVVlVpU/l /ыЯкУЬХХЧ I \S L/E±*JKS LMIAJ 1%A\S > V/>X \XX J 1Х/Х,(ДіТХЧ/ХХ X&JXOXXV'W і X?XV>,
Cuw/lnv/viDrvJ, najjpajDJithinuv-'i.JDrO na ipvjpiviiapv/DciriinC uujnaoaKjiDnOn n
творческой активности специалиста.
Анализ учебного процесса по общепрофессиональным дисциплинам вскрыл и ряд других противоречий:
- с одной стороны, необходимость построения образовательного процесса, способствующего целостности восприятия студентами научной картины мира, развития системного мышления, с другой - практика обучения, проявляющаяся в предметной, ориентации, в недостаточности междисцип-линапных связей" преемственности ^чебных kvt^cqb различных циклов в
Пгч<л/К«ал»рт1гчн^т-Р^ОТ* иаттглар гтсигтпР'т"!* Р'^ттчТТ'ИЧ<^Тт>Ч r\r>(*nr\Tipnc>e*ii.xx.T-v т/ч,7г»г»г»р* L/VSVXTV^Wx lVill4vil>ii V/XX llUllL/UUJlVllll VV 1 II V \-/^ X X* ULxXlxl V І i-»vi liL/VII V^UX»WVlMXfX/V XvV L/*WA>j
Л ТЇТТЛІІ ОТЛЛЛІТТ T Т>ТТЛ/"»Т/»ТТ» тта Т'ЛТТТ тлл тт*%тжт/.ттоттттлтх ТТЛ ті /т\т ттт no* тліттппо ттт ттт ттт w/Xrivsri k/iuuunoi, JODivvyivriri, nv Iv/JiDrvv7 li L>ril\Jxci^xiv/ri, iiw ri vi/jf ri^ciiviCrliculDnoijtx
потенциал каждой оілцепрофессиональньш дисциплины (материаловедение и ТКМ - теории дислокаций, пластичности, сплавов как термодинамической системы и др.), с другой - недостаточное использование этого потенциала в системе подготовки инженера;
другой - значимость этих курсов при изучении специальных дисциплин;
с одной стороны, консервативная устоявшаяся структура общепрофессиональных дисциплин, в том числе материаловедения и ТКМ, с другой стороны, достижения научно-технического прогресса и современные подходы к структуре и свойствам как традиционных, так и новых материалов;
с одной стороны, стремление к интеграции общепрофессиональных дисциплин с циклом специальных дисциплин, с другой - фрагментарное и репродуктивное построение курсов общепрофессиональных дисциплин.
^л Эти противоречия обуславливают актуальность данного исследования.
T7nntf\naiMнАлпаплооиііп ооі/'Ттілхїо.о'Т'осг Р пглтлг*\г<я лчтчэлт'а иго огчттг\/лг»* vovo"
(общетехнических) дисциплин (материаловедение и технология конструкционных материалов в техническом вузе), способствующая повьппению качества подготовки будущих инженеров к решению профессиональных задач.
Объектом исследования является процесс обучения общепрофессио
нальным дисциплинам студентов в высшей технической школе в современ
ных условиях.
/ Предметом исследования является методическая система обучения
студентов высших технических учебных заведений материаловедению и технологии конструкционных материалов, включающая цели, содержание, структуру, методы, формы и средства обучения.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и создании
концепции и модели методической системы обучения общепрофессиональ
ным дисциплинам студентов технических вузов (материаловедение и ТКМ).
щ.- Для исследования были выбраны специальности 12.00.01- «Технология
машиностроения», 12.00.02- «Металло-режущие станки и инструменты»,
представляющие общее машиностроение, 31.13.00- «Механизация сельского
<Ф хозяйства», 31.19.00- «Технология обслу-живания и ремонт машин в
агропромышленном комплексе» 31.15.00-«Э лектрифйкация и автоматизация сельского хозяйства», 10.16.00 -«Энергетическое обеспечение предприятий», 10.18.00 - «Электроснабжение на железнодорожном транспорте», 15.08.00 -«Вагоны», 15.07.00 - «Локомотивы».
Гипотеза исследования состоит в следующем: если в основу
методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам
положить взаимосвязь естественнонаучных, общепрофессиональных и
специальных дисциплин и принцип единства фундаментальности и
ф) профессиональной направленности обучения, то это приведет к повышению
XV14 'lWW X XJl± 11Ч/,Ц1 О 1 UiJl\Jll Ж X±XJA\\*XX &L/U. V/V/^WX Ч/ХХ V/^V/ V \S і. XJ Vf JLlU X X> X>XAt V J J ^J\JXJXXX\J
фундаментальной подготовки на базе знаний естественнонаучных дисциплин и научно-технических теорий, позволит инженеру творчески решать профессиональные задачи, в том числе повышения качества, долговечности и надежности современной продукции.
Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи:
1. Теоретически обосновать вклад курсов общепрофессиокальных дисциплин
в подготовку квалифицированных инженерных кадров, проанализировать
причины, снижающие эффективность обучения этим дисциплинам в системе
Л,
высшего технического образования.
2. Выявить реальный уровень подготовки по общепрофессиональным
дисциплинам.
3. Разработать и теоретически обосновать концепцию методической системы
обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических ву
зов.
4. Разработать модель методической системы общепрофессиональной
Ф> подготовки студентов технических вузов на примере курсов
//\Лат(*г\\хъ гтг»р<=п«=»и».ір\\ м «Tpvunnnrua K'^"',T1«'''i"''f*uui.|v лдс»-г<=>т-\мсі nr»n\s TTna
«
V/l \J.
исходя из целей Оиучекия и логического анализа Оищепро^ессионального знания разработать требования к содержанию и структуре курсов общепрофессиональных дисциплин для инженерных специальностей;
разработать содержание (определить его инвариантный и варьируемый компоненты), методы и средства обучения, реализующие теоретическую концепцию и позволяющие повысить эффективность (достижения целей) обучения.
5. Разработать рабочую программу, содержание и методы проведения лекци-
g\ онных, лабораторных и практических занятий по общепрофессиональных
xx\*x\kixxJxxxxx /u^JLfi vx >Д\/ихч/и ixttji.\\*±x^ijxxulsi. \yxi\^xxtxxGJxxJxx\j\^ x vxl.
j. aopauOlaic НрифсССглипаЛопО naiipaDjiv^oxinlc оаДапіхл ДлЯ ч/і.уД\^іііиг> rv.
лекционному курсу, практическим и лабораторным занятиям, а также к курсовым работам.
7. Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования. Методологическую основу исследования составляют:
- синергетический подход, определяющий современное научное мировоззре
ние;
- системный подход, позволяющий рассматривать обучение общепрофессио-
% нальным дисциплинам студентов технических вузов как методическую сис
тему, включающую цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
гу плм^ипттгтшлп т"» тт ті ттотл*т,т*т^'Л тт/-* тг\* ґ\ тт т/* /vpfM /т*"*т»т ст-чіл чта^тт-^ГЛ TTV%*a тт» *qt*o Y5
соответствии с которым в учебных дисциплинах «Материаловедение» и «ТКМ» выделяются содержательный и процессуальный блоки;
- логический подход к анализу общепрофессионального знания, позволяю
щий определить инвариантную и варьируемую компоненты содержания
Ш: курсов общепрофессиональных дисциплин для технических вузов;
- деятельностный подход, позволяющий отразить в процессуальной компо
ненте учебных предметов «Материаловедение» и «Технология конструк
ционных материалов» познавательную и творческую деятельность, адекват
ную профессиональной деятельности инженера;
Методы исследования, применявшиеся при выполнении данной работы:
теоретические - анализ философской, естественнонаучной, научно-технической, психолого-педагогической литературы; анализ и экстраполяция результатов исследований и педагогического опыта; моделирование педагогических ситуаций;
экспериментальные — наблюдение, педагогический эксперимент, экспертная оценка и тестирование.
Теоретическую основу исследования составляют:
исследования по методологии науки, методологии и истории развития физики, материаловедения и техники - Н.Ф.Болховитинова, А.П. Гуляева, Ю.М.Лахтина, В.П.Леонтьевой, В.А.Канке, В.Н.Князева, Дж.Питта, В.С.Степина, М.Хайдеггера, В.А. Штоффа, П.Энгельмейера, Van Fraasen Bas С, Heath J., и др.;
труды по теоретическим и технологическим основам профессиональной подготовки специалистов - А.А. Вербицкого, В.Г.Ерастова, Н.В.Кузьминой, М.М.Левиной, И.Г.Огородникова, В.К.Розова, В.А.Сластенина, Э.Д. Новожилова, Л.Ф.Спирина, Т.И.Шаталовой, А.И.Щербакова и др;
труды по современной отечественной дидактике профессиональной школы - П.Р.Атутова, С.Я.Батышева, В.П. Беспалько, П.П. Блонского, Ю.К.Васильева, А.Н.Веселова, Н.Н.Думченко, З.А. Решетовой, В.С.Леднева, А.Я. Наина, Т.Новацкого, П.И. Ставского и др;
современные представления о структуре физики и физического материа-
доведения как науки, развитые П.Дираком, Р.Доэрти, В.С.Ивановой,
( И.А.Одингом, А.Ф.Иоффе, Р.У. Капом, А.Х. Котреллом, Дж.Мартиным, В.
М. Финкелем, Р. Фейнманом, Stroh A.N. и др.;
- исследования по психологии, педагогике, методике высшей школы, -
С.И.Архангельского, В.В.Давыдова, В.В.Краевского А.Н.Леонтьева,
И.Я.Лернера, 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 физики и общетехнических дисциплин в технических вузах - А.Е.Айзенцона, А.А. Гладуна, М.М.Горунова,
/Г\ А.М.Дорошкевича и др.;
исследования по проблемам профессиональной направленности обучения М.И. Махмутова, Г.С.Гутурова, А.О.Измайловой, И.А.Иродовой, А.Я. Кудрявцева, А.А.Червовой, и др.;
теоретические исследования в области методики преподавания физики в средней школе - А.И.Бугаева, А.Т.Глазунова, В.А.Извозчикова, С.Е.Каме-нецкого, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, В.В. Мултановского, Н.С. Пуры-шевой, Л.С.Хижняковой и др.
В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в три этапа: 1-й этап - (1988-1992 г.г.) включал изучение и анализ Государ-
^ ственных стандартов высшего профессионального образования, квалифика-
ционных характеристик, учебных планов и программ по общепрофессиональным дисциплинам для инженерных специальностей, проведение анкетирования студентов и выявление у них уровня теоретических знаний по общепрофессиональным дисциплинам и умений их применять при решении профессиональных задач. В результате работы был выявлен комплекс проблем в системе высшего технического образования, требующих пересмотра
а. методики обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов техни-
ческих вузов. Для определения теоретической концепции и общей методоло-
гической основы исследования осуществлялись изучение и анализ литерату-
^ ры по педагогике, методике преподавания естественнонаучных и общепро-
фессиональных дисциплин в различных системах образования, по философии, логике научного познания, анализ учебников и учебных пособий по естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам , рекомендованных для высшего технического образования.
2-й этап - (1992-1997 г.г.) был посвящен разработке модели методи
ческой системы обучения общепрофессиональным дисциплинам
(материаловедению и технологии конструкционных материалов -ТКМ)
студентов технических вузов. Были определены этапы построения модели
Ф) методической системы и основные принципы, лежащие в основе ее создания.
В итоге разработаны программы по материаловедению и ТКМ, 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 общепро-фессиональным дисциплинам студентов технических вузов.
3-й этап - (1997-2001 г.г.) связан с проведением обучающего экспе
римента по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистической
обработке результатов эксперимента. Были опубликованы программы по
материаловедению и ТКМ для студентов инженерных специальностей,
'' учебные пособия, монографии. На основе материалов исследований были
разработаны концепция методической системы обучения
общепрофессиональным дисциплинам (материаловедению и ТКМ) студентов технических вузов, модель методической системы и конкретная методика обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов инженерных вузов.
Новизна полученных результатов обусловлена тем, что проведено
ф. комплексное исследование проблемы обучения общепрофессиональным дис-
циплинам студентов технических вузов, в ходе которого разработаны:
1. Концепция методической системы обучения общепрофессиональным дис-
^ циплинам студентов втузов, направленная на реализацию синергетического
подхода к взаимосвязи естественнонаучных, общепрофессионалъных и специальных дисциплин, которую составляют следующие положения:
- процесс обучения общепрофессиональным дисциплинам в техническом
вузе должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
- учебные предметыобщепрофессиональной подготовки в техническом вузе
должны рассматриваться в единстве содержательного и процессуального
компонентов;
-основой методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов является взаимосвязь общепрофессиональных и естественнонаучных дисциплин;
ведущим принципом методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов является принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения;
в содержании учебных предметов «Материаловедение» и «ТКМ», так же как в содержании других общепрофессиональных дисциплин, фундамен-
*n тальное научное и техническое знание должны быть представлены в единст-
ве; при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе -варьируемую;
- содержание курсов общепрофессиональных дисциплин следует группи
ровать вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий,
что позволяет реализовать целостность профессионального образования; в
содержании курсов общепрофессиональных дисциплин должен найти
отражение синергетический подход к изучению строения и свойств
материалов;
- методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны
^ включать такие, которые адекватны профессиональной деятельности
инженера;
Методическая система обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов инженерных специальностей, на примере «Материаловедение» и «ТКМ», основанная на сформулированной концепции, во всех компонентах (целях, содержании, методах, формах и средствах) которой реализуется взаимосвязь естественнонаучных, общепрофессиональных, специальных дисциплин и принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения.
Учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально направленной подготовки по материаловедению и ТКМ студентов инженерных специальностей, включающий рабочую программу, содержание лекционных, практических и лабораторных занятий насыщенное вопросами и задачами профессионально направленного характера; систему заданий к самостоятельным и курсовым работам, нацеленным на проведение профессиональных мини-исследований.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том,
что они вносят вклад в развитие теории и методики преподавания общепро-
Щ фессиональных дисциплин в высших технических учебных заведениях, в
частности:
в развитие системного подхода применительно к построению методики преподавания общетехнических дисциплин и отражению взаимосвязи естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин;
-в развитие дидактических и частнометодических принципов обучения; (фундаментальности, профессиональной направленности, межпредметных
& связей, генерализации и др.);
- в развитие теории учебного предмета и содержания образования.
^. Практическая значимость исследования заключается в создании
методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам, разработке и внедрении каучко обоснованного подхода к составлению программ по общепрофессиональным дисциплинам для студентов инженерных вузов. Разработанные программы (651400 — Машиностроительные технологии и оборудование), рабочие программы по материаловедению и ТКМ для специальностей 12.00.01 -«Технология машиностроения», 12.00.02 -«Металлорежущие станки и инструменты», представляющие общее машиностроение, 31.13.00 -«Механизация сельского хозяйства», 31.19.00 —«Технология
(t} обслуживания и ремонт машин в агропромышленном комплексе», 31.15.00 -
«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 10.16.00 -«Энергетическое обеспечение предприятий», учебно-методические пособия, лабораторные практикумы, курсовые работы по материаловедению и ТКМ с профессиональным содержанием, а также методические рекомендации для преподавателей и студентов являются основным практическим вкладом в совершенствование процесса обучения общепрофессиональным дисциплинам, который позволяет повысить эффективность обучения для решения проблем специальностей (качество, долговечность и надежность продукции) в будущей профессиональной деятельности обучаемого.
Содержание диссертационного исследования отражает 39-летний опыт научно-педагогической деятельности автора по совершенствованию теории и практики обучения общепрофессиональным и специальным техническим дисциплинам в высшей технической школе, включая личный опыт работы преподавателем в системе высшего технического образования (1964- 2002 г.г.) и участие в госбюджетной НИР за № ГР 01970002086 по теме «Интеграция региональных систем образования» (1992-1994 г.г.);
Результаты проведенного исследования могут стать в дальнейшем
^Р основой для создания курсов общепрофессиональных дисциплин для
различных инженерных специальностей.
Апробация и внедрение результататов исследований. Теоретиче
ские практические результаты докладывались и обсуждались более чем на 20
международных, межвузовских российских, региональных педагогических,
научно-технических конференциях, семинарах и получили в целом под
держку педагогической и научно-технической общественности: на междуна
родных конференциях по надежности машин в Институте механики и энер
гетики Мордовского госуниверситета в 1992-96 г.г.; на конференциях и засе-
&; даниях кафедр методики преподавания физики и общетехнических дисцип-
лин в Московском государственном педагогическом университете в 2001-02 г.г.; на конференциях и заседаниях кафедры научных основ образования в Мордовском государственном педагогическом институте в 2002 г.; на конференциях и объединенных заседаниях кафедр в Институте механики и энергетики и Институте машиностроения Мордовского госуниверситета в 1992-96 г.г.; на Огаревских чтениях в Мордовском госуниверситете в 1985-99 г.г.; на региональных научно-технических конференциях, проводимых Мордовским областным научно-техническим обществом Машпрома в 1985-92 г.г.; на
Международном симпозиуме «Синергетика, структура и свойства материалу',
лов, самоорганизующиеся технологии» // РАН, ГК РФ по высшему образова
нию 1996 г.; на 1 и 11 междисциплинарных семинарах //«Фракталы и прик
ладная синергетика» (ФиПС- 1999-2001). РАН, Министерство общего и
профессионального образования РФ, Российский фонд фундаментальных
исследований. Результаты исследований были внедрены в учебный процесс
по курсам общепрофессиональных и специальных дисциплин в Институте
машиностроения Мордовского госуниверситета по специальностям «Техно-
~; логия машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты»; в Ин-
ституте механики и энергетики Мордовского госуниверситета по специальностям «Механизация сельского хозяйства», «Технология обслуживания и ремонт машин в агропромышленном комплексе», «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», «Энергетическое обеспечение предприятий», «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции; в Филиале Самарского института инженеров железнодорожного транспорта по специальностям «Локомотивы», «Вагоны».
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложения. Общий объем диссертации 440 страниц, основной текст диссертации составляет 380 страниц. Работа включает: 68 рисунков. 31 таблицу и 20 схем. Список литературы содержит 263 наименования. Приложение составляет 60 страниц.
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 1. «Взаимосвязь содержания курсов естестественнонаучных и общепрофессиональных и дисциплин при подготовке инженерных кадров» (на примере материаловедения и ТКМ) приведены результаты анализа литературы по теме исследования, программ, учебных планов, квалификационных характеристик, госстандарта высшего профессионального образования. Выявлены причины недостаточной фундаментальной и общепрофессиональной подготовки студентов к профессиональной деятельности в процессе обучения материаловедению и технологии конструкционных материалов. Приведены результаты констатирующего эксперимента, позволяющие судить об уровне умений студентов применять
фундаментальные и общепрофессиональные знания к решению
<^> профессиональных задач.
Проведенный анализ состояния теории и практики обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов в высшей технической школе позволяет констатировать:
- курс материаловедения и ТКМ не опирается в должной степени на фундаментальные естественнонаучные дисциплины;
студенты не осознают цели обучения общепрофессиональным
дисциплинам, в частности материаловедению как фундаменту
специальных дисциплин и будущей профессиональной деятельности;
фЛ - студенты не могут трансформировать знания по естественнонаучным
дисциплинам на общепрофессиональные и специальные и эффективно их использовать при выполнении курсовых и дишюхмных проектов, а также в профессиональной деятельности.
Проанализированы направления совершенствования учебного процесса
при подготовке инженеров. Показано, что решение проблемы
совершенствования процесса изучения общепрофессиональных дисциплин
студентами высших технических заведений должно быть обусловлено
новыми подходами в науке о материалах, связанными с оценкой надежности
материалов при эксплуатации, и может быть успешно реализовано через
^ разработку концепции обучения студентов технических вузов
материаловедению и ТКМ и конкретной методической системы обучения на
основе взаимосвязи общепрофессиональных, естественнонаучных и
специальных дисциплин и принципа единства фундаментальности и
профессиональной направленности обучения. При этом методическая
система должна учитывать среди прочих факторов уровень научно-
технического знания (в содержательном аспекте) и уровень психолого-
Ц, педагогического знания (в технологическом аспекте).
Синергетический 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
последующей эксплуатации, должен быть основой содержания курсов
материаловедения и ТКМ с раскрытием структурных превращений на всех
перечисленных стадиях использования материалов, а формирование
познавательной и творческой активности инженеров должно быть
ориентировано на выявление сущностных основ и связей производственных
и технологических процессов, с которыми имеют дело инженеры конкретных
специальностей. Проведенный анализ подтвердил актуальность исследования
и\ по данной теме.
В главе 11. «Концепция методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов» рассмотрены методологические основы концепции. К ним относятся прежде всего синергетический и системный подходы. Применение основных понятий и положений системного подхода к процессу обучения позволяет сконструировать методическую систему обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов. При этом необходимо:
определить компоненты системы и выяснить их содержание;
обосновать необходимость каждого компонента системы; ^' - выяснить системообразующие связи;
показать соответствие компонентов внутри системы;
показать функционирование системы.
Учебный процесс во втузе представляет собой сложную систему, вклю
чающую множество компонентов. Понятие системы охватывает различные
стороны того или иного целостного образования: его строение, состав, спо
собы существования, форму развития. Поэтому методическая система обуче-
и ния студентов общепрофессиональным дисциплинам втузов иерархично вхо-
дит 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 общепрофессиональным дисциплинам студентов втузов, включающая в качестве компонентов цели, содержание, методы, формы и средства; сконструирована модель методической системы; рассмотрены возможности реализации принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности в каждом компоненте системы при обучении материаловедению и ТКМ; проверена модель методической системы на функционирование и управление.
Уточнены цели обучения данным дисциплинам в техническом вузе, в качестве одной из них выделена цель - формирование у студентов фундаментальных знаний по материаловедению и ТКМ и умений их применять для решения профессиональных задач. Помимо общих традиционных целей обучения материаловедению и ТКМ (формирование знаний об атомно-кристаллическом 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 новыми научными подходами ставить дополнительные цели, такие как формирование знаний о структурно-дислокационном механизме разрушения материалов, о физических явлениях, законах и теориях и созданных на их основе научно-технических теориях и технологиях, о соврменнной технической картине мира, включающей идеи саморазвития и самоорганизации.
Концепция методической системы обучения материаловедению и ТКМ)студентов втузов включает следующие положения:
- процесс ооучения в техническом вузе должен рассматриваться как мето-
4Л дическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства
обучения;
- учебные предметы «Материаловедение» и «ТКМ» в техническом вузе
должны рассматриваться в единстве его содержательного и процессуального
компонентов;
- одним из ведущих принципов методической системы обучения
материаловедению и ТКМ студентов втузов является принцип единства
фундаментальности и профессиональной направленности;
- в содержании учебных предметов «Материаловедение» и «ТКМ»
ал фундаментальное знание естественнонаучных дисциплин, научно-техниче-
ских теорий и прикладное общепрофессиональное знание должны быть представлены в единстве; при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе - варьируемую;
- содержание курсов материаловедения и ТКМ следует группировать вокруг
естественнонаучных и научно-технических теорий, что позволяет
реализовать целостность общепрофессионального образования; в
содержании курсов общепрофессиональных дисциплин должен найти
отражение синергетический подход к изучению строения и свойств
материалов;
^; - методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны
включать такие, которые адекватны професиональной деятельности инженера.
В главе 111. «Методика реализации концепции обучения материаловедению и технологии конструкционных материалов в техническом вузе» представлена конкретная методика обучения. На основе концепции методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам разработано
Щ) содержание курса материаловедения и ТКМ, особенностями которого
являются:
- группировка материала вокруг естественнонаучных и научно-технических
^ теорий (физичесішх, химических, теории дислокаций, упругости,
пластичности и т.д.);
- выделение инвариантного и варьируемого материала;
- учет в содержании курса материаловедения и ТКМ взаимосвязи
естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин и
принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности
обучения.
Особенности содержание курса реализуются во всех формах учебных занятий (лекционные, практические и лабораторные). Профессионально
щ^ направленное содержание курса определено исходя из анализа
межпредметных связей курса материаловедения и ТКМ со специальными дисциплинами. С принципом профессиональной направленности тесно связан принцип межпредметных связей между разными циклами учебных дисциплин и между отдельными дисциплинами внутри циклов.
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 общепрофессиональными и специальными дисциплинами; в) использование разнообразных методов реализации межпредметных связей в процессе
^' обучения.
Анализ учебных планов и содержание учебных дисциплин позволяет установить связи между общепрофессиональными (материаловедение и ТКМ), естественнонаучными и специальными дисциплинами, отобрать материал для рабочей программы.
Взаимосвязь общепрофессиональных, специальных и
естественнонаучных знаний, реализуемая на основе принципа единства
&р фундаментальности и профессиональной направленности обучения
общепрофессиональным дисциплинам, находит свою реализацию в
разработанной 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 курсов дисциплин естественнонаучного, общетехнического и специального циклов;
предусматривать постепенное усложнение заданий;
обеспечивать различные виды умственной деятельности;
активизировать познавательную активность студентов;
способствовать формированию у студентов некоторых видов профессиональной деятельности.
В главе 1У. «Оценка эффективности обучения материаловедению и технологии конструкционных материалов студентов инженерных вузов» 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, общепрофессиональных и специальных дисциплин института машиностроения и института механики и энергетики Мордовского госуниверситета и филиала Самарского института инженеров железнодорожного транспорта.
В результате констатирующего эксперимента обоснована актуальность темы исследования. Поисковый этап исследования проводился в нескольких направлениях:
- определение требований к содержанию и структуре курсов материалове
дения и технологии конструкционных материалов для инженерных специ
альностей;
- определение содержания и программ по материаловедению и ТКМ с учетом
(ф. естественнонаучного и профессионально направленного материалов на
решение проблемы специальности и их места в данном курсе;
- частичная их апробация в ходе лабораторного эксперимента.
Для определения содержания естественнонаучного и профессионально направленного материалов и их места при изучения в курсе материаловедения и ТКМ проводился анализ содержания общепрофессиональных и специальных дисциплин, курсовых и дипломных работ по специальным дисциплинам.
Практическим итогом педагогического эксперимента явились:
%у - программа и методические указания по материаловедению и ТКМ для
инженерных специальностей (машиностроительные технологии и оборудование; теплоэнергетика);
- задания к лекционным и практическим занятиям;
- задания к курсовым работам по материаловедению и ТКМ с учетом
специальности и специализации;
- лабораторный практикум по материаловедению и ТКМ для студентов инже
нерных специальностей, а также система заданий к лабораторным и практи
ческим занятиям.
На обучающем этапе эксперимента проверялась гипотеза исследования и концепция методической системы и решались следующие задачи:
1. Оценка эффективности формирования у студентов теоретических знаний по материаловедению и ТКМ при реализации принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения на решение проблем специальности.
2. Оценка эффективности формирования у студентов умения применять зна-
(ф. ния по материаловедению и ТКМ при решении профессиональных задач
(качество, долговечность и надежность современной продукции).
3. Оценка эффективности формирования научно-исследовательских умений студентов.
В результате проведенного по разработанной программе различными методами педагогического эксперимента получены данные, свидетельствующие об эффективности обучения материаловедению и технологии конструкционных материалов (объем, осмысленность, прочность) студентов различных инженерных специальностей.
Доказано, что предлагаемая концепция обучения
общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов, основанная на взаимосвязи общепрофессиональных, естественнонаучных и специальных дисциплин и принципе единства фундаментальности и профессиональной направленности, способствует осознанному изучению и успешному применению знаний по общепрофессиональным дисциплинам при изучении специальных дисциплин и решении профессиональных задач.
Таким образом, повышение уровня фундаментальной и
профессиональной подготовки, подтвержденное результатами эксперимента,
фл позволяет сделать вывод о справедливости выдвинутой гипотезы
исследования.
На защиту выносятся следующие положения: 1. Основные положения концепции методической системы обучения
общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов:
- процесс обучения общепрофессиональным дисциплинам в техническом вузе должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;
- учебные предметы общепрофессиональной подготовки в техническом
(ф. вузе должны рассматриваться в единстве содержательного и
процессуального компонентов;
основой методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов является взаимосвязь естественнонаучных, общетехнических (общепрофессиональных) и специальных дисциплин;
ведущим принципом методической системы обучения общепрофессиональным дисциплинам студентов технических вузов является принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения;
в содержании учебных дисциплин «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов», так же как и в содержании других общепрофессиональных дисциплин, фундаментальное - научное и техническое знание, должны быть представлены в единстве; при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе — варьируемую;
содержание курсов общепрофессионалъных дисциплин следует группировать вокруг фундаментальных физических и научно-технических
^ теорий, что позволяет реализовать целостность профессионального
образования; в содержании курсов общепрофессиональных дисциплин должен найти отражение синергетический подход к изучению строения и свойств материалов;
- методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны
включать такие, которые адекватны профессиональной деятельности
инженера.
2. Эффективное обучение общепрофессиональным дисциплинам может
Ф быть реализовано в рамках методической системы, включающей цели,
содержание, методы и формы обучения, каждый компонент которой конструируется с учетом взаимосвязи естественнонаучных, общетехнических (общепрофессиональных) и специальных дисциплин на основе принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности.
- 3. Структура общепрофессиональных дисциплин должна включать
содержательный и процессуальный компоненты; в содержательный в
качестве основных знаний входят научно-технические теории
^ составляющие фундамент общепрофессиональных дисциплин, а вблок
вспомогательных знаний входят в данном случае естественнонаучные знания и профессиональные знания. В процессуальный блок входят, помимо общенаучных, естественнонаучных умений, умения адекватные профессиональной деятельности будущего специалиста. Содержание общепрофессиональных дисциплин включают два блока: инвариантный и варьируемый.
В инвариантный блок входят фундаментальные опыты, входящие в
эмпирический базис; модели; понятия и величины составляющие основание
ф> 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. В частности, сюда входят некоторые элементы
эмпирического базиса, следствия научно-технических теорий и их
применения. Содержание варьируемого блока зависит от специфики
I) различных втузов.
4. Успешному достижению целей обучения способствует использование учебно-методического комплекса, включающего:
- рабочую программу по курсам «Материаловедение» и «ТКМ»;
-учебное пособие «Материаловедение» разработанное в соответствии с рабочей программой, допущенное Минобразованием РФ в качестве учебного пособия для подготовки дипломированных специалистов по направлению «Теплоэнергетика»;
содержание и методы проведения лекционных, лабораторных и практических занятий;
- систему заданий к самостоятельным и курсовым работам, содержащие профессиональные мини-исследования;
компьютерные программы по контролю знаний студентов с вопросами для тестирования и индивидуальными заданиями.
Все компоненты учебно-методического комплекса отражают взаимосвязь общетехнических (общепрофессиональных), естественнонаучных и специальных дисциплин и строятся в соответствии с разработанной концепцией.
По теме исследования опубликованы 54 работы, основными из которых являются [112-145].
«г
Синергетика как методология науки и научное мировоззрение при анализе содержания и проблем обучения общепрофессиональным дисциплинам
Но, как утверждал В. И. Вернадский: «Мы сейчас имеем право допустить в пространстве (а значит в материальном единстве мира, авт.)...прояв- ление геометрических свойств, отвечающих всем трем формам геометрии -Евклида, Лобачевского и Римана» [27, 28]. Значит, если материальное единство мира представить пространством, то возможно описание этого пространства, а следовательно, и материального единства мира, в том числе любой материальной системы, в развитии его (ее) составляющих геометрическими фигурами, которые, с развитием физики твердого тела, теории фракталов и фрактальной размерности в настоящее время принято называть - фракталами. И если справедливо считать синер- гетику методологией науки, то как методология, она должна характери- зоваться методологическими связями (рис. 1). Тогда возникает возможность описывать изменения в материальном единстве (системе) взаимодействием геометрических фигур (фракталов), а следовательно, рассчитывать параметры происходящих изменений в системе и прогнозировать на определенных стадиях развития системы ее качественные изменения, что можно представить рис. 3.
Понятие о фракталах стало основой для рассмотрения различных окружатощих нас природных форм (составляющих) материального единства мира. Можно привести примеры возможности описания развития самоорганизации систем. Так Б. Мандельброт, установив понятие фрактала как структуру, состоящую из частей, которые в каком-то смысле подобны целому, ввел представления о фрактальной геометрии природы, которые явились основой для количественного описания фрактальных объектов материального мира. Ричардсон выбрав за фрактал отрезок постоянной длины и математически описал линию побережья Британии [255].
Для оценки свойств материалов используют понятие естественных фракталов, используя при этом кластеры - комплексные соединения в основе молекулярной структуры которых лежит объемная ячейка из связанных меж ду собой атомов. Отсюда появились понятия фрактального кластера, поверх ностного кластера различных материалов, фрактальность микроструктуры различных материалов и соответственно фрактальность границ микрострук туры. [255, 256]. А так как структурные превращения ведущие к разрушению материалов под действием различных вместе действующих эксплуата ционных нагрузок происходят в основном по границам зерен микро структуры, то понятие фрактальнссти границ зерен открывает возможность математически рассчитать синергетическое действие эксплуатационных условий по времени и тем самым определить предразрушающую микро структуру границы, ведущую к появлению катастрофической микротре щины. Например, фрактальная размерность кластера Fe3C (исходя из химико- пространственной структуры цементита -орторомбическая структура) явля ется количественной характеристикой заполнения им пространства, в данном случае пространства межзеренной границы и равна стерильной размерности РезС. Если при эксплуатации железоуглеродистых сплавов установлен выход атомов углерода в границу зерен с образованием в ней кластеров-фракталов цементита - ромбической формы (рис. 4) [135, 136, 145], то открывается возможность расчета нарастания цепочек цементита по времени (рис. 5).. При критическом нарастании цепочек цементита в границе зерен более 4-6 рядов возможно образование внутри межграничного цементита структуры графита (схема 6). [126,127].
Процесс обучения как методическая система
Экологические проблемы в системе подготовки специалистов с высшим техническим образования для многих инженерных специальностей в учебных планах подготовки инженеров в настоящее время в основном изучаются студентами только в специальных курсах «Экология», «Инженерная экология», и то для специалистов по некоторым специальностям, например «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин...».
При подготовке дипломированных специалистов машиностроительного профиля знания по экологии производственной и окружающей среды при выполнении любых технологических процессов по изготовлению и эксплуатации профессиональных объектов, кроме специальных курсов, на наш взгляд, должны органически входить в содержание любой общепрофес-сиональной (общетехнической) и специальной дисциплины. Но в большинстве случаев проблемы экологического плана бывают лишь «вкраплены в виде небольших разделов» в содержание некоторых специальных инженерных дисциплин, связанных с понятием «жизненного цикла» профессионального объекта, т. е. прежде всего долговечностью его работы, которая непосредственно связана с качеством производимого объекта и соответственно с его надежностью.
Но техническая деятельность человека- специалиста-инженера способ на укрепить или разрушить целостность природы, нанести вред здоровью людей, среде их обитания.
В связи с этим одной из приоритетных задач профессионального образования становится экологическое образование и воспитание будущего специалиста, имеющего представление о роли и месте человека на Земле, ответственности перед обществом за свою деятельность.
Поэтому инженер должен обладать творческими способностями, системным техническим и экологическим мышлением, способностью анализировать возникающие проблемные ситуации, оперативно принимать решения, способствующие не только повышению эффективности производства, качеству и долговечности производимой продукции, но и экологичности производственных процессов с целью нанесения наименьших вредных последствий для Природы и Человека.
Следовательно, задача разработки основных принципов и методических подходов к организации образовательного процесса, способствующего эффективному становлению экологического мышления инженера в настоящее время является весьма актуальной.
Основываясь на представлении «жизненного цикла» объекта транспорта, можно представить схематично «жизненный цикл» любого машиностроительного профессионального объекта (рис.1). «Жизненный цикл» профессионального объекта представляет собой хронологически выраженную последовательность этапов создания материалов, изготовления профессионального объекта, использования (эксплуатации), восстановления его работоспособности, разборку на узлы и детали для дальнейшего их использования или утилизации . Рассматривая схему «жизненного цикла» машиностроительного профессионального объекта, необходимо учитывать, что: машиностроительное производство не занимается непосредственно получением материалов, так как получает их по заказам в виде проката, литья и т. п. с металлургических заводов, (поэтому в «жизненном цикле» машиностроительного профессионального объекта
Содержание курса материаловедения и технологии конструкционных материалов для инженерных специальностей
В современных условиях отечественной экономики обеспечение гарантированного уровня подготовки инженеров, соответствующего требованиям современной мировой экономики и международным стандартам - основная задача инженерного образования. Анализ основных направлений совершенствования инженерного образования необходим для выявления задач, стоящих перед высшими техническими учебными заведениями.
Одним из основных направлений повышения качества подготовки ин женеров считалось сочетание процесса обучения во втузе и в учебно-научно производственных комплексах на базе кафедр, а также других подразде лений вузов, промышленных предприятий и НИИ; целевая интенсивная под готовка специалистов; создание конструкторско-технологических подразде лений с опытными производствами, подготовка на кооперативных началах по двусторонним договорам, переподготовка кадров и т.д. [191, с.23]. Как считал ректор МВТУ им. Баумана А.Елисеев: ... «готовить высококвалифи цированных инженеров можно только на базе передовых научно-техниче ских разработок... у нас же организация работы в технических вузах по (щії ставлена с ног на голову. В зарубежных странах основное звено, как прави ло, -научная лаборатория. В ней проводятся фундаментальные исследования и вьшолняется передовое проектирование... У нас же иначе расставлены приоритеты...» [182, с.З]. Следовательно, вузовская наука и в первую очередь фундаментальные исследования в подготовке инженерных кадров, - одно из основных направ лений совершенствования высшего образования, так как 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...» [158, с. 21].
Это важнейшее направление реформирования высшей школы временно тормозится, так как в настоящее время высшая школа испытывает достаточно серьезные затруднения в проведении научных исследований. Учебно-научно-производственные комплексы как база для подготовки К инженеров высшей квалификации еще не получили должного разазвития. Только в ближайшие два года, с 2000 года в отдельных втузах по отдельным научным направлениям при ведущих кафедрах стали организовываться различные центры (учебно-научно-производственные центры или учебно научно-аттестационные центры и т. п.), в основном, на коммерческой основе. В начале 90-х годов считалось, что основная причина невыполнения высшей школой своей главной задачи - подготовки специалистов на должном уровне, в частности инженеров, заключается в отсутствии системы инженерного образования [260]. Произошедшие глубокие перемены в нашей стране, затронувшие все сферы жизни общества - экономическую, политиче скую, правовую, международную, - требуют переосмысления социальной роли образования, поиска нового подхода к построению системы образования в стране. Сформулированные требования к современному специалисту, квалификационные характеристики и показатель качества выпускника, должены быть обеспечены каждым вузом в процессе подготовки инженера. Государственные стандарты качества и квалификационные характеристики отражают современные требования к подготовке инженеров, заключающиеся в: фундаментализации образования, 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 практической профессиональной подготовке [49]. Эти требования следует рассматривать как минимально необходимый комплекс требований к подготовке специалиста, без которого невозможно становление современного инженера.
