Размещено на http://www.allbest.ru/

26

На правах рукописи

13.00.08 - Теория и методика профессионального образования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук

ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ В ПРОЦЕССЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

Острожков Павел Алексеевич

Тамбов 2009

Работа выполнена в Межрегиональной научно-исследовательской лаборатории «Современные технологии в образовании и бизнесе» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент Кузнецов Михаил Александрович

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Ракитина Елена Александровна кандидат педагогических наук, доцент Веберг Тамара Ивановна

Ведущая организация

ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 18 декабря 2009 г. в 16 часов на заседании объединённого диссертационного совета ДМ 212.260.03 в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке
ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: 392032, г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112.

Автореферат разослан 17 ноября 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат педагогических наук, профессор Л.В. Самокрутова

Подписано к печати 17.11.2009

Формат 60 84/16. 1,39 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 523.

Издательско-полиграфический центр ТГТУ

392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В условиях быстрого развития техники и технологии возрастает роль специалистов инженерно-технического профиля, что предъявляет повышенные требования к уровню графической подготовки современного инженера. Основу инженерно-технического образования закладывает подготовка в области геометро-графических дисциплин, от качества которой во многом зависит уровень профессиональной компетенции и конкурентоспособности выпускника технического вуза. В то же время, многие педагоги-исследователи отмечают, что в последние годы в данной сфере нарастают проблемы, что негативно сказывается на уровне усвоения других технических и специальных дисциплин и в итоге приводит к снижению качества инженерной подготовки.

Среди факторов, влияющих на графическую подготовку, важную роль играют уровень подготовки абитуриентов в области геометрии и черчения и увеличение доли самостоятельной работы студентов, в частности, по курсу начертательной геометрии. При этом методика самостоятельного изучения начертательной геометрии разработана в недостаточной степени. Учитывая, что образовательные стандарты ВПО третьего поколения ориентированы на компетентностный подход, предполагающий дальнейшее смещение акцента в обучении на активную самостоятельную учебно-познавательную деятельность обучаемых, можно ожидать нарастания остроты проблем в области графической подготовки будущих инженеров.

Изучением различных аспектов преподавания начертательной геометрии и совершенствования графического образования в различные периоды занимались Л.В. Андреева, А.Д. Ботвинников, В.Н. Виноградов, Н.Ю. Ермилова, М.Л. Лопатина, Л.Г. Нартова, А.И. Смирнова, Ю.И. Шибаев, В.Е. Шебашев, Н.Ф. Четверухин, А.А. Чекмарев, В.И. Якунин, Ю.А. Зайцев и др. Проблемы графической подготовки будущих специалистов исследовали И.Н. Акимова, А.Я. Блаус, Ж.Ж. Есмуханова, Б.Ф. Ломов, Л.А. Найниш, В.И. Нилова, С.А. Фролов, И.С. Якиманская, В.И. Якунин и др. Использование наглядных, в том числе компьютерных средств обучения начертательной геометрии и инженерной графики рассматривалось в работах: Г.Ф. Горшкова, В.А. Рукавишникова, Л.М. Турановой, А.Л. Хейфеца, В.И. Якунина. Оптимизацию образовательного процесса на основе информационных технологий (ИТ) рассматривали С.И. Дворецкий, А.Л. Денисова, Н.П. Пучков Д. Джонассен, Л.Х. Зайнутдинова, В.А. Извозчиков, О.К. Лихачев, Д.П. Муравлев, В.В. Петрусинский, И.В. Роберт, А.В. Соловов и др. Особенности построения и применения в учебном процессе электронных учебных пособий и дидактических средств раскрыты в работах Т.В. Тозика, С.А. Фролова, А.М. Швайгера, Р.М. Сидорука, Н.В. Мясоедовой, Ц.Ц. Доржиева. Вопросам графической подготовки на основе индивидуализации обучения студентов технических вузов с использованием ИКТ посвящены работы К.А. Вольхина, И.А. Дмитриевой, Т.Н. Добрыниной, А.Е. Лукиновой, А.И. Рыжова и др.

В то же время недостаточно исследованы проблемы развития теории и методики обучения графическим дисциплинам в условиях увеличения доли самостоятельной работы студентов. В связи с этим также необходим всесторонний анализ вопросов разработки и применения электронных средств учебного назначения для обеспечения самостоятельного изучения геометро-графических дисциплин. Требует дополнительных исследований проблема целесообразного сочетания построения чертежей «вручную» и с помощью компьютерных программ. Нерешёнными остаются вопросы целесообразного сочетания двух- и трёхмерных, статичных и динамичных моделей предъявления учебного материала, его психологически обоснованной анимационной визуализации, что важно при организации самостоятельной работы.

Исследование и опыт практической работы позволили выявить основные противоречия в организации процесса графической подготовки будущего инженера. К ним отнесены противоречия между:

- высокими требованиями практики к качеству графической подготовки будущего инженера и трудностью его достижения при традиционной методике обучения графическим дисциплинам в условиях увеличения доли самостоятельной работы студентов;

- необходимостью развития у студентов пространственного мышления и образного воображения как основы формирования графической компетенции инженера и недостаточной разработанностью соответствующих методик обучения, нацеленных на самостоятельную работу студентов;

- ориентированностью большинства применяемых в настоящее время учебных пособий, в том числе электронных, на раскрытие теоретических положений курса и недостаточным количеством электронных средств учебного назначения, нацеленных на организацию практической самостоятельной работы студентов.

Сформулированные противоречия обусловили выбор темы исследования, проблема которого заключается в определении теоретических и методических основ организации самостоятельной работы студентов технических вузов по курсу начертательной геометрии, обеспечивающей формирование графической компетенции и достижение необходимого качества графической подготовки.

Цель исследования состоит в обосновании, проектировании и реализации технологии организации самостоятельной работы студентов в процессе изучения начертательной геометрии.

Объект исследования: графическая подготовка студентов технических вузов как компонент профессиональной подготовки.

Предмет исследования: технология организации самостоятельной работы студентов при изучении начертательной геометрии.

Гипотеза исследования заключается в том, что формирование в курсе начертательной геометрии графической компетенции, достаточной для успешного дальнейшего обучения и профессиональной деятельности в условиях возрастания роли самостоятельной работы студентов, будет более эффективным, если:

- при разработке технологии организации самостоятельной работы студентов по курсу начертательной геометрии учитываются факторы перехода на компетентностную модель профессиональной подготовки, уровня подготовки абитуриентов в области геометрии и черчения, активного внедрения компьютерных средств в обучение;

- определены дидактические средства организации самостоятельной работы студентов, на базе электронного учебно-практического комплекса (ЭУПК) по начертательной геометрии, реализующие когнитивно-визуальный подход в обучении, отражающие психолого-педагогические особенности восприятия графической информации;

- при организации самостоятельной работы используется совокупность задач, включающая в себя как базовые геометро-графические построения, так и содержательные профессионально-ориентированные эвристические задачи, обеспечивающие повышение мотивации изучения курса.

В соответствии с выдвинутой гипотезой были сформулированы задачи исследования:

1. Проанализировать современное состояние геометро-графической подготовки студентов технических вузов с целью выявления факторов, влияющих на формирование у студентов технических вузов графической компетенции.

2. Обосновать теоретико-методологические и практические подходы к отбору содержания, методов и организационных форм обучения начертательной геометрии, обеспечивающие эффективную самостоятельную работу студентов.

3. Выявить возможности и направления применения компьютерных средств для организации самостоятельной работы студентов по курсу начертательной геометрии.

4. Определить дидактические условия и спроектировать технологию организации самостоятельной работы студентов на базе применения электронных средств учебного назначения.

5. Разработать структуру и основные модули электронного учебно-практического комплекса по дисциплине «Начертательная геометрия».

6. Разработать и апробировать технологию организации самостоятельной работы студентов по курсу начертательной геометрии на основе применения электронного учебно-практического комплекса.

Теоретико-методологической основой исследования являются:

- теория развивающего обучения в деятельностном и личностно-развивающем аспектах (П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, И.С. Якиманская и др.);

- идеи о дидактических особенностях организации учебно-познавательной деятельности обучающихся (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльконин, И.С. Якиманская и др.);

- теория и методика геометро-графической подготовки в техническом вузе (И.Н. Акимова, В.Н. Нилова, С.А. Фролов, А.А. Чекмарев, Н.Ф. Четверухин, В.И. Якунин, Ю.А. Зайцев и др.);

- теория и методика инженерного образования (Т.В. Чемоданова, А.В. Кострюков, Н.Н. Киселева, Н.Н. Нилова, Э.Г. Юматова, А.И. Попов, Е.И. Муратова, С.П. Андреев, М.С. Чванова и др.);

- когнитивно-визуальный подход в обучении (Б.Г. Ананьев, Г. Гельм-гольц, Б.В. Зейгарник, А.Н. Леонтьев, Б.Ф. Ломов, Ф. Кликс, И.М. Сеченов и др.);

- проблемы использования интерактивных средств обучения (К.А. Вольхин, И.А. Дмитриева, Т.Н. Добрынина, А.Е. Лукинова, А.И. Рыжов и др.);

- проблемы, методики разработки и применения электронных учебных пособий в вузе (Т.В. Тозик, С.А. Фролов, А.М. Швайгер, Р.М. Сидорук, Н.В. Мясоедова, Ц.Ц. Доржиев и др.).

Выбор комплекса методов исследования определялся целями и задачами исследования. В качестве методов исследования применялись: теоретико-методологический анализ литературных источников; изучение и обобщение педагогического опыта подготовки современного инженера и преподавания графических дисциплин; анализ опыта разработки и применения электронных учебных пособий; эмпирические методы (наблюдение, анкетирование, тестирование, экспертный опрос, анализ результатов деятельности обучающихся); праксиметрические методы (оценка результатов деятельности обучающихся); педагогический эксперимент, методы статистической обработки данных эксперимента.

Опытно-экспериментальная база исследования. Исследование осуществлялось с 2004 по 2009 гг. на базе ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет». В педагогическом исследовании принимали участие студенты первого и второго курсов технических специальностей: 240802 «Основные процессы химических производств и химическая кибернетика», 240401 «Химическая технология органических веществ»; 280202 «Инженерная защита окружающей среды»; 072000 «Стандартизация и сертификация»; 220501 «Управление качеством». Исследованием было охвачено более 320 студентов и преподавателей.

Организация и основные этапы исследования.

Исследование проводилось в три этапа.

Первый этап (2004 - 2005 гг.) - Организационно-подготовительный. Был посвящен изучению состояния проблемы совершенствования графической подготовки студентов технических вузов в сфере профессионального образования, установлению исходных факторов исследования, осознанию его актуальности, самоподготовке автора и накоплению практического опыта. Проведён анализ научных источников, психолого-педагогической, методической, литературы по вопросам использования информационных технологий (ИТ) в образовательном процессе и учебно-нормативной литературы, по теме исследования с целью определения степени разработанности проблемы. Проведён анализ Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям подготовки специалистов в инженерной области. Были сформулированы гипотеза, цели и задачи исследования. Изучался опыт организации геометро-графической подготовки инженера в условиях высшей технической школы, сложившейся практики использования электронных средств обучения и накапливался собственный опыт преподавательской деятельности.

Второй этап (2005 - 2007 гг.) - Опытно-экспериментальный. Посвящен выявлению перспективных подходов к изучению курса графических дисциплин с использованием новых информационных технологий (НИТ); разработке структуры ЭУПК; разработке методики организации лекций, практических занятий с тематическим отбором задач и графических заданий для аудиторных и самостоятельных работ. Проведён поиск информационно-программной базы и способов разработки электронного учебно-практического комплекса. Проработаны стратегии внедрения интерактивных методов и средств мультимедийной анимации с целью предоставления динамики визуализации графической компоненты учебного материала и как следствие, повышения мотивации изучения дисциплин графического цикла. Разработана технология организации самостоятельной работы на основе использования ЭУПК. Осуществлялось накопление эмпирического и экспериментального материала.

Третий этап (2007 - 2009 гг.) - Заключительно-обобщающий. Посвящен продолжению формирующего эксперимента по исследованию влияния разработанной технологии на формирование графической компетенции обучаемых с параллельным её нивелированием; анализу и систематизации исследовательских материалов и итогов формирующего эксперимента; обобщению результатов работы; анализу и уточнению выводов; выявлению уровня качества знаний при обучении графическим дисциплинам с использованием учебно-практического комплекса, оформлению диссертационной работы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

- систематизированы факторы, влияющие на качество графической подготовки студентов технических вузов, и обоснована необходимость формирования графической компетенции студентов в процессе самостоятельной работы по курсу начертательной геометрии в условиях перехода профессиональной подготовки на компетентностную модель и информатизации образовательного процесса в высшей школе;

- обоснована система дидактических принципов, выступающих методологической базой организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии (принцип блочно-модульного планирования и контроля знаний; принцип многократного предъявления учебной информации в различных формах её подачи; принцип разноуровневого обучения; принцип новых задач, реализующих возможности ИКТ; принцип синергии при формировании графической компетенции);

- разработана технология организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии, включающая в себя этапы (подготовительный, организационный, реализационный, контрольный), методы (интерактивный метод, метод информационного ресурса и др.), средства (ЭУПК, совокупность учебных, профессионально-ориентированных задач) обучения, ориентированные на формирование графической компетенции будущего инженера на базовом уровне;

- предложена структура и содержание электронного учебно-практи-ческого комплекса для обучения начертательной геометрии студентов технических вузов, в состав которого введены блоки, способствующие организации эффективной самостоятельной работы (информационно-организа-ционный, лекционно-теоретический, аудиторно-практический, интерактивно-консультационный, контрольно-диагностический и блок организации самостоятельной работы);

- обоснована целесообразность предъявления учебного материала по начертательной геометрии, предлагаемого для самостоятельного изучения в форме двухмерных анимированных слайд-лекций, визуализирующих алгоритмы решения учебных задач, способствующих активизации механизмов восприятия, понимания и запоминания визуально-образной информации.

Практическая значимость исследования заключается в том, что предложенная технология организации самостоятельной работы на основе использования электронного учебного пособия реализована в учебном процессе ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», НОУ «Современная Гуманитарная Академия» при изучении курса «Начертательная геометрия и инженерная графика» и обеспечивает:

- формирование графической компетенции будущих инженеров как основы для успешного овладения специальностью и дальнейшего профессионального становления;

- повышение мотивации изучения начертательной геометрии за счёт увеличения степени восприятия и понимания материала; активизацию учебно-познавательной деятельности и интенсификацию самостоятельной работы при её более равномерном распределении в течение семестра.

Достоверность и обоснованность полученных результатов, сформулированных выводов и рекомендаций обеспечивается методологической обоснованностью исходных теоретических положений, использованием методов исследования, адекватных целям и задачам исследования, непротиворечивостью логики исследования, экспериментальным подтверждением выводов теоретического анализа, внедрением результатов работы в практику профессиональной подготовки.

На защиту выносятся:

1. Организационно-дидактические условия формирования графической компетенции в процессе изучения начертательной геометрии.

2. Технология организации самостоятельной работы студентов инженерного профиля при изучении курса начертательной геометрии.

3. Структура электронного учебно-практического комплекса по начертательной геометрии и методика его применения в учебном процессе.

Апробация и внедрение результатов исследования. Апробация результатов исследования осуществлялась на базе ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», негосударственного образовательного учреждения «Современная Гуманитарная Академия».

Результаты работы обсуждались на заседаниях кафедры «Прикладная геометрия и компьютерная графика» ТГТУ (2004 - 2008 гг.); на XIV Международной электронной научной конференции «Новые технологии в образовании» (г. Воронеж, 2006 г.); V Международной научно-практической конференции (заочной) «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования» (г. Тамбов, 2007 г.); Всероссийском совещании заведующих кафедр графических дисциплин вузов РФ «Состояние, проблемы и тенденции развития графической подготовки в высшей школе» (г. Челябинск, 2007 г.); VI Межвузовской научно-практической конференции «Информатизация образования в регионе» (г. Тамбов, 2007 г.); XIII Научная конференция ТГТУ «Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование» (г. Тамбов, 2008 г.).

Результаты исследования отражены в 20 публикациях, в том числе две в изданиях по списку ВАК РФ (общим объёмом 6,29 п. л, авторских 3,22 печ. л.).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка используемых источников, приложений.

2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы; определен объект и предмет исследования; определена гипотеза; сформулированы цель и задачи; указаны методы исследования; раскрыта новизна; представлена теоретическая и практическая значимость проделанной работы, область апробации и внедрения; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обеспечение качества графической подготовки студентов в инженерном образовании как педагогическая проблема» приведены результаты анализа учебно-методической, психолого-педагогической и нормативной литературы по вопросам профессиональной графической подготовки; выявлена взаимосвязь графической компетенции инженера с уровнем его подготовки по начертательной геометрии; систематизированы факторы, влияющие на качество графической подготовки будущих инженеров; определены направления модернизации обучения начертательной геометрии в условиях информатизации образования и перехода профессиональной подготовки на компетентностную модель; определена роль самостоятельной работы студентов в обеспечении качества графической подготовки.

Подготовка в области геометрии и графики - основа инженерно-технического образования. Инженерные языки графического представления информации наиболее полно реализуют функции технического коммуниката. Роль начертательной геометрии как науки о графическом моделировании многомерных пространств состоит в инженерном осмыслении геометрических знаний и решении прикладных задач графоаналитическими методами. В начертательной геометрии изучаются способы отображения на плоскость геометрических свойств пространства и предмета, размещённого в нём. Формируемые при этом пространственные представления складываются на основе непосредственного наблюдения, узнавания или припоминания ранее полученных представлений о пространственных формах, а также в процессе чтения эпюров, в основе которого лежит целостная система умственных действий, направленных на преобразование данных восприятия и мысленное воссоздание формы предмета.

Начертательная геометрия, как учебный предмет, призвана обучить созданию образа, опознания его смыслового содержания в переходах от знака изобразительного объёмного к знаку изобразительному плоскостному, условно-графическому и словесному, а также соотношению образа предмета и самого предмета или его вещественной модели, оперированию образом. Язык графики в силу ряда своих свойств является уникальным в инженерном коммуникативном процессе, поскольку представление профессиональной информации в инженерной деятельности осуществляется средствами графического языка. Поэтому начертательная геометрия является одной из базовых общеинженерных дисциплин, развивающих наглядно-образное мышление и графическую компетенцию будущего инженера, подготавливающих к освоению чертежей деталей и сборочных узлов машин и аппаратов, без чего невозможно дальнейшее обучение специалиста в области техники. Она соединена межпредметными связями с такими областями инженерного образования как «Инженерная графика», «Техническое моделирование», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория машин и механизмов», «Детали машин» и т.п.

Кроме того, начертательная геометрия служит мощным средством интеллектуального развития студентов, поскольку геометрическая интерпретация явлений пронизывает практически всю систему учебных дисциплин как общеинженерного цикла, так и специальных циклов профессионального технического образования.

Анализ исследований М.Л. Лопатиной, Н.Ю. Ермиловой, Л.Е. Аляутдинова, Г.Н. Нехорошковой, Е.А. Хмельникова, И.Ю. Шибаева, Г.С. Иванова, Л.Г. Нартовой, М.Ю. Темеревой, Д.Е. Тихонова-Бугрова, В.Г. Вальяна, И.Ф. Шарыгина, В.Е. Шебашева, В.А. Рукавишникова, А.Л. Хейфеца, Н.В. Мясоедовой, Е.П. Дубовикова, посвящённых состоянию подготовки студентов по графическим дисциплинам в технических вузах, анализ реализации учебного процесса и содержания учебных планов по таким предметам, как «Черчение» и «Геометрия» в довузовском образовании, а также выводы, сделанные на основе собственного педагогического опыта, позволили систематизировать факторы, влияющие на качество геометро-графической подготовки и формирование графической компетенции.

Первая группа факторов обусловлена снижением внимания в довузовской подготовке к геометрии и черчению, недостаточно развитым пространственным воображением и мышлением абитуриентов. Вторая группа факторов связана с особенностями учебного процесса, к которым следует отнести, прежде всего, напряжённость учебного плана, увеличение доли самостоятельной работы по НГ, нарастание тенденции совмещения черчения карандашом «вручную» с компьютерной графикой. Третья группа факторов обусловлена объективной сложностью предмета, в частности, высокой абстрактностью основных положений, новизной дисциплины для студентов как по содержанию, так и по методам. Четвёртая группа обусловлена психолого-педагогическими особенностями обучаемых, а именно: низкой мотивацией к изучению НГ, трудностями адаптации к вузовской системе и т.п.

Проведённый анализ и его теоретическое обобщение позволили определить направления совершенствования графической подготовки инженеров, одно из которых - целенаправленная организация эффективной самостоятельной работы студентов при изучении начертательной геометрии.

Вторая глава «Проектирование технологии самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии на основе использования мультимедийных средств» посвящена выявлению психолого-педагогических особенностей преподавания начертательной геометрии; определению роли ЭУПК как дидактического средства активизации самостоятельной учебной деятельности; описанию методики организации самостоятельной работы на основе ЭУПК и особенностей его применения для различных форм обучения.

Профессиональная подготовка в области геометро-графических дисциплин требует особого учёта психолого-физиологических особенностей восприятия, понимания и запоминания учебной информации.

Методологической основой классического курса начертательной геометрии является метод проекций. При этом трёхмерный пространственный объект замещается двухмерными плоскостными изображениями - проекциями, количество которых n теоретически не ограничено. Далее происходит двухмерное преобразование проекций для решения той или иной позиционной или метрической задачи, и затем синтез пространственной модели в форме её плоского изображения. Таким образом, между трёхмерным объектом и его трёхмерной геометрической моделью необходимо выполнить ряд формальных двухмерных преобразований, закономерности которых и изучаются в курсе начертательной геометрии.

При самостоятельном изучении начертательной геометрии возникают трудности, обусловленные присущими только этой дисциплине психологическими особенностями визуализации информации, восприятия пространства, реакции на одновременные обучающие стимулы различной модальности, особенностями запоминания визуальных образов. Эти особенности хорошо изучены и отражены в психологической теории восприятия (И.М. Сеченов, Г. Гельмгольц, А.Н. Леонтьев, Б.Ф. Ломов и др.). В частности, поскольку изменение одного образа приводит к одновременному изменению в остальных n-1 образах, то выполнение преобразований требует развитого визуально-образного мышления.

Данные трудности достаточно успешно преодолеваются при традиционной методике изучения начертательной геометрии, отработанной многими поколениями педагогов, подразумевающей, что лекционные и практические занятия проводятся педагогом в аудитории, которая психологически ассоциируется с моделью октанта бесконечного пространства Г. Монжа. Процесс создания и преобразования визуального образа на доске занимает значительное время и сопровождается короткими речевыми комментариями, что уравнивает и гармонизирует визуальный и речевой стимулы по времени их восприятия. При прослушивании и конспектировании «живой лекции», когда зрительный объект создаётся непосредственно и поэтапно перед глазами обучающегося, возникает ещё один весьма важный эффект - интенсифицируется процесс формирования субъективного образа объекта («перцептивный процесс»). Важную роль при этом играют двигательные (кинестезические) ощущения. Кроме того, организуемая преподавателем динамика формирования перцептивного образа пространственного объекта характеризуется целенаправленностью, плановостью, систематичностью и задаваемой лектором мотивацией. В отсутствие преподавателя при изучении начертательной геометрии опосредовано через учебные пособия (печатные и электронные), описанные психолого-физиологические особенности значительно затрудняют восприятие информационного пространства дисциплины.

Традиционная методика обучения начертательной геометрии разрабатывалась в расчёте на значительный объём аудиторной работы. Переход профессионального образования на компетентностную модель подразумевает возрастание доли самостоятельной работы студентов и возрастание ответственности студентов за результаты своей работы. Важной задачей преподавателя становится такая организация самостоятельной работы студентов, которая, в частности, позволит снизить остроту указанных трудностей. подготовка технический графический компетенция

Как известно, при проектировании педагогической технологии (Н.А. Алексеев, М.В. Кларин, Н.В. Молоткова, В.М. Монахов и др.) необходимо определить цели с ориентацией на конечный результат; выявить педагогические принципы, факторы и условия, влияющие на достижение цели; подготовить дидактические средства; определить методы, формы и организацию хода обучения; выбрать или разработать методику измерения результатов. Указанные компоненты справедливы и для проектирования технологии организации самостоятельной работы студентов в процессе графической профессиональной подготовки.

Основные этапы технологии организации самостоятельной работы студентов представлены на рис. 1. В диссертации подробно раскрыты назначение и компоненты подготовительного этапа, организационного этапа, этапа реализации, этапа контроля.

Рис. 1. Этапы технологии организации самостоятельной работы студентов на основе ЭУПК

К числу основных дидактических принципов, составляющих методологическую базу организации самостоятельной работы студентов по начертательной геометрии, нами отнесены: принцип блочно-модульного планирования и контроля знаний; принцип многократного предъявления учебной информации в различных формах ее подачи; принцип разноуровневого обучения; принцип новых задач, реализующих возможности ИКТ; принцип синергии при формировании графической компетенции.

Были определены основные организационно-дидактические условия организации эффективной самостоятельной работы студентов в процессе графической подготовки, а именно:

- методологической базой организации самостоятельной работы является компетентностный подход в профессиональной подготовке и концепция интеграции ИКТ в процесс обучения;

- структура содержания курса пересматривается с целью уточнения круга вопросов, выносимых на самостоятельное изучение; методы обучения дополняются интерактивными методами учебно-познавательной деятельности и методом информационного ресурса;

- основным дидактическим средством организации самостоятельной работы является ЭУПК, в котором реализуется когнитивно-визуальный подход, учитываются психолого-педагогические особенности восприятия понимания и запоминания графической информации;

- предъявление информации в процессе использования электронного практикума по начертательной геометрии в составе блока организации самостоятельной работы ЭУПК осуществляется в форме итерационного просмотра анимированных интерактивных слайдов, акцентирующих внимание на преобразованиях ортогональных двухмерных проекций методами начертательной геометрии;

- в составе блока организации самостоятельной работы присутствует совокупность базовых и расширенных задач для самотестирования и аттестационного тестирования, а также предусмотрена возможность непрерывного самоконтроля обучающихся.

Структура электронного учебно-практического комплекса (рис. 2) разрабатывалась с учётом данных принципов и дидактических условий. Она включает в себя информационно-организационный, лекционно-теорети-ческий, аудиторно-практический, интерактивно-консультационный, контрольно-диагностический блоки и блок организации самостоятельной работы. В диссертации подробно описаны назначение и состав каждого из блоков.

С точки зрения нашего исследования, важным компонентом ЭУПК является электронный практикум.

Учебные пособия, используемые при самостоятельном изучении начертательной геометрии можно разделить на две группы:

1. Традиционные учебники и учебные пособия на электронных носителях. Строго говоря, они являются электронными только по форме. По содержанию и методическим приёмам их использования они тождественны обычным книгам. Геометрические объекты в них представлены в виде статичных, уже сформированных изображений, сопровожденных текстовым комментарием. В отсутствие преподавателя использование таких учебников малоэффективно, тем не менее, эта группа учебников сегодня наиболее распространена в системе профессиональной графической подготовки.

Немногочисленные анимированные трёхмерные пособия. Как правило, они достаточно удачно демонстрируют первый этап преобразования объёмного объекта в его плоские проекции. Далее рассматриваются не преобразования проекций, а действия над самим объектом, осуществляемые для решения той или иной позиционной или метрической задачи. Такой подход, на наш взгляд, не совсем уместен при обучении навыкам решения практических задач начертательной геометрии.

Кроме того, известные нам пособия не вполне интерактивны, для просмотра анимированных изображений нужно открывать отдельное окно, при этом обучаемому приходится распределять внимание между видео и текстовым рядами.

Иной подход применен нами при создании анимированного интерактивного электронного пособия (практикума) для самостоятельной практической работы по курсу начертательной геометрии. Пособие имеет традиционную (соответствующую классическим учебникам) структуру, создано на базе программы Microsoft Power Point, что не требует от обучаемого хорошего знания компьютера и позволяет использовать данное пособие, начиная с первого семестра (до изучения курса информатики).

Использование программы двухмерной презентационной графики обусловлено следующими методическими соображениями: идеологической основой начертательной геометрии является разложение трёхмерного пространственного объекта на плоские двухмерные изображения - проекции. Трёхмерный геометрический смысл задачи формулируется в её условии и алгоритме решения, а реализация алгоритма осуществляется путём манипуляций с плоскими проекциями. Этим плоским манипуляциям и должно, на наш взгляд, уделяться основное внимание в учебном пособии с использованием всех возможных наглядных средств (анимация, цвет, звуковой ряд). Использование трёхмерных анимационных сред (например, программы 3dsmax) позволяет создать хороший визуальный образ объекта, но отвлекает внимание обучающегося и затрудняет переход от реального объекта к его плоской адекватной модели, что и является задачей начертательной геометрии.

Пользование учебным пособием заключается в итерационном просмотре анимированных слайдов. Демонстрация слайда начинается с появления текстового алгоритма выполняемой геометрической манипуляции. После некоторой временной задержки начинается анимационная визуализация алгоритма решения задачи на плоскостях проекций. В значительной степени пособие является интерактивным, так как позволяет обучаемому вмешиваться в ход решения задачи, делать собственные пометки, замечания. Кроме того, возможна настройка параметров просмотра пособия «под себя». После работы у студента остаётся электронный конспект, который существенно облегчает подготовку к экзамену, в какой бы форме он не проводился.

Особое внимание при разработке пособия было уделено учёту механизма запоминания визуально-образного алгоритма решения пространственной задачи. Всем изучавшим начертательную геометрию известно по собственному опыту, что чисто механически сделать это практически невозможно. В пособии сделана попытка реализовать трёхкомпонентную когнитивную модель памяти - концепцию, в которой память рассматривается как результат совместной работы трёх основных блоков (сенсорных регистров, кратковременной памяти, долговременной памяти). Особенности функционирования и объём третьего блока, на наш взгляд, очень индивидуальны и могут в процессе обучения подвергаться лишь очень незначительной модернизации. Зато эффективность первого и второго можно значительно увеличить путём варьирования способов представления в пособии учебной информации.

Во-первых, запоминанию предлагается последовательность анимированных (подвижных) плоских изображений и, следовательно, возникают кинестезические ощущения, которые, как уже говорилось, приводят к интенсификации процесса формирования субъективного образа объекта в сенсорных регистрах информации. Стимулированию первого блока помогают различные визуальные эффекты (цвет, выделение важных элементов их прерывистой демонстрацией и т.д.).

Во-вторых, ёмкость второго блока можно значительно повысить, используя эффект повторения. В пособии это достигается тем, что последующий слайд содержит образ, полученный в предыдущем с которым осуществляется новое алгоритмическое преобразование. Так последовательно повторяется в процессе решения какой-либо законченной пространственной геометрической задачи. При этом также происходит установление связей между элементами запоминаемой информации и элементами, уже имеющимися в памяти, запоминаемый образ включается в систему ассоциативных связей, которая является необходимым условием долговременного запоминания. Этому способствует ещё и параллельное проговаривание текста. Для этого в электронном пособии использован синтезатор речи. Проговаривание целесообразно ещё и потому, что в начертательной геометрии используется специфическая, непривычная для первокурсника терминология.

Учитывалось соотношение и взаимодействие между механическим и осмысленным запоминанием (А.Н. Леонтьев). Механическим принято называть запоминание последовательности тех или иных элементов, действий, осуществляющееся без установления логической связи между частями запоминаемого материала. Это характерно для начального этапа изучения. Мы стремились сделать представление визуальных образов таким, чтобы как можно раньше включился механизм осмысленного запоминания, которое гораздо продуктивнее, чем механическое. Для этого в пособии различными методами визуализации раскрываются причинно-следственные связи, выделяется главное и второстепенное, что предполагает мысленную переработку материала и делает смысловое запоминание более эффективным.

Структура изложения учебного материала организована в пособии так, что позволяет задействовать эффект, открытый Б.В. Зейгарник - зависимость эффективности запоминания материала от меры законченности действия. Суть феномена состоит в том, что человек лучше запоминает действие, которое осталось незавершённым. Каждый из слайдов представляет собой лишь одну из алгоритмических операций и в отдельности не приводит к решению геометрической задачи, т.е. не является логически завершённым действием. Законченный геометрический образ решения создаётся только после окончания просмотра последнего слайда темы.

Опыт применения пособия в учебном процессе продемонстрировал, что систематическая работа с ним способствует формированию у студентов знаний, умений и опыта деятельности, входящих в состав графической компетенции инженера.

Третья глава «Апробация технологии организации самостоятельной работы студентов в процессе графической подготовки с использованием ЭУПК» посвящена описанию опытно-экспериментальной работы по проектированию технологии организации самостоятельной работы студентов, описанию методики организации самостоятельной практической работы по начертательной геометрии с использованием ЭУПК, анализу результатов апробации и оценке эффективности разработанной технологии.

Для проведения апробации предложенной методики были отобраны группы студентов первого курса Тамбовского государственного технического университета, обучающихся по родственным специальностям с примерно равным уровнем пропедевтической графической подготовкой (определялась по результатам входного контроля). Рабочая программа для экспериментальной и контрольной групп предусматривала 2 часа лекционных, 3 часа практических занятий и 5 часов самостоятельной работы еженедельно в течение 16 недель семестра. Эксперимент проводился в течение трёх учебных циклов (семестров). В анализе использовались усреднённые результаты.

Практические задания по начертательной геометрии выбирались одинаковыми для экспериментальной и контрольной групп по четырём основным разделам классического курса начертательной геометрии:

1) точка, прямая, плоскость;

2) способы преобразования проекционного чертежа;

3) пересечение поверхности плоскостью общего положения;

4) пересечение поверхностей вращения и построение их разверток.

В экспериментальной подгруппе на первом практическом занятии студентам был выдан CD диск с электронным учебным пособием, сообщены правила его установки и даны чёткие методические рекомендации по его использованию. Так как пособие включает необходимые сведения по основам стандартизации конструкторской документации, отпала необходимость расходования аудиторного времени на изучение стандартов ЕСКД. Все остальные практические занятия были посвящены только изучению разделов инженерной графики в традиционной форме и защите графических работ по начертательной геометрии, выполненных самостоятельно с помощью электронного практикума.

Практические занятия по начертательной геометрии в контрольной подгруппе проводились в традиционной форме, т.е. с решением задач по изучаемой теме у доски, с выполнением двух контрольных работ, выдачей и защитой графических заданий. При этом учебное время распределялось в соотношении 2:1 между начертательной геометрией и инженерной графикой.

Один из экспериментов был направлен на проверку того, что применение электронного практикума способствует повышению качества знаний и формированию умений, навыков и опыта практической работы, входящих в состав графической компетенции инженера, при сокращении времени на изучение большего объема учебной информации.

Динамика самостоятельной работы студентов по изучению практической части курса представлена на рис. 3.

Анализ показал, что динамика усвоения учебного материала в целом в течение семестра в экспериментальной группе выше, объём успешно выполненных самостоятельных заданий более равномерно распределялся по времени. В контрольной группе не удалось избежать известной «авральности»: количество защит имеет явно выраженный максимум в последней трети семестра. За счёт того, что задания первой части курса были выполнены в экспериментальной группе раньше, появилась возможность более качественно рассмотреть вопросы второй части курса, что положительно сказалось на итоговых экзаменационных оценках. Кроме того, экспериментальная группа в полном составе выполнила весь практический объём курса в течение семестра, а небольшая часть контрольной потребовала дополнительных занятий в период подготовки к экзамену.

Рис. 3. Динамика выполнения студентами самостоятельной работы по начертательной геометрии (по срокам защиты графических работ)

Важным компонентом графической компетенции инженера является пространственное мышление. Поэтому при апробации технологии мы проверяли, влияет ли применение ЭУПК на формирование пространственного мышления студентов. Критерии уровня сформированности были выбраны на основании экспертных оценок. Проводилась и комплексная оценка сформированности графической компетенции. В качестве задания для самостоятельного выполнения были предложены задачи по теме «Развертки поверхностей». Выполнение заданий оценивалось по результатам защиты студентом своей работы. Критериями для комплексной оценки являлись: состояние графической акрибии, степень владения теоретическим материалом, уровень сформированности пространственно-образного мышления, наличие и развитость навыков творческого подхода в процессе решения, время выполнения, способность перейти к рассмотрению подобных задач более сложного уровня. Результаты представлены на рис. 4.

Статистический анализ результатов на основе U-критерий Манна-Уитни свидетельствует о статистически значимых различиях для контрольной и экспериментальной групп, что свидетельствует об эффективности разработанной методики организации самостоятельной практической работы студентов по начертательной геометрии с использованием ЭУПК.

Рис. 4. Оценка сформированности графической компетенции у студентов контрольной и экспериментальной групп

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проанализировано состояние и выявлены проблемы графической подготовки студентов технических вузов. Систематизированы факторы, в наибольшей степени влияющие на формирование графической компетенции.

2. Сформулированы организационно-дидактические условия организации эффективной самостоятельной работы студентов в процессе графической подготовки в условиях перехода на компетентностную модель профессиональной подготовки, возрастания роли самостоятельной работы и информатизации образования.

3. Разработана технология организации самостоятельной работы студентов в курсе начертательной геометрии. Раскрыто содержание её основных этапов (подготовительного, организационного, этапа реализации, этапа контроля).

4. Разработана структура и содержание электронного учебно-практического комплекса, включающего в себя следующие блоки: информационно-организационный, лекционно-теоретический, аудиторно-практи-ческий, интерактивно-консультационный, контрольно-диагностический, блок организации самостоятельной работы. Важным компонентом комплекса является электронный практикум, предъявление информации в котором основано на двумерных анимированных слайд-лекциях.

5. Опытно-экспериментальная апробация методики самостоятельного изучения начертательной геометрии с использованием разработанного электронного учебно-практического комплекса подтвердила эффективность её внедрения в профессиональную подготовку: стандартный курс начертательной геометрии усваивается студентами быстрее при обеспечении требуемого уровня сформированности пространственного мышления. Повышается мотивация изучения начертательной геометрии за счёт повышения степени восприятия и понимания материала. Активизируется учебно-познавательная деятельность и интенсифицируется самостоятельная работа студентов при её более равномерном распределении в течение семестра.

6. Разработанная технология организации самостоятельной работы по начертательной геометрии с опорой на электронный учебно-практический комплекс применяется при подготовке студентов ряда специальностей в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», ФГОУ ВПО «Мичуринский аграрный университет», Негосударственном образовательном учреждении «Современная Гуманитарная Академия» и обеспечивает формирование базового уровня графической компетенции.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ АВТОРА

В периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Острожков, П.А. Методика и результаты эксперимента по дистанционному изучению теоретических основ инженерной графики / М.А. Кузнецов, П.А. Острожков, С.И. Лазарев // Образование и наука. Известия УрОРАО. - 2008. - № 2 (14). - С. 114 - 123. - 0,72 печ. л. (авт. 0,24 печ. л.).

2. Острожков, П.А. Психолого-педагогические особенности опосредованного (дистанционного) изучения проекционной геометрии / М.А. Кузнецов, П.А. Острожков, С.И. Лазарев // Вестник Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина. Сер. Гуманитарные науки. - Тамбов : Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина. - 2008. - Вып. 4 (60). - С. 126 - 132. - 0,75 печ. л. (авт. 0,25 печ. л.).

В других изданиях:

3. Острожков, П.А. Анализ опыта обучения геометро-графическим дисциплинам в техническом вузе (выявление причин проблем и поиск противоречий) / П.А. Острожков, М.А. Кузнецов, С.И. Лазарев // Вестник Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина. Сер. Естественные и технические науки. - Тамбов : Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина. - 2008. - Т. 13. - Вып. 5. - С. 416 - 424. - 0,75 печ. л. (авт. 0,5 печ. л.).

4. Совершенствование познавательной деятельности студентов при изучении графических дисциплин в вузе / П.А. Острожков, С.И. Лазарев, Г.М. Михайлов, Т.Ю. Тепляков // Вестник Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина. Сер. Естественные и технические науки. - Тамбов : Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина. - 2008. - Т. 13. - Вып. 5. - С. 424 - 427. - 0,75 печ. л. (авт. 0,25 печ. л.).

5. Применение метода графической визуализации при проектировании оборудования химико-технологических процессов / П.А. Острожков, С.И. Лазарев, Э.Н. Очнев, М.А. Кузнецов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология : науч.-техн. журнал. - Иваново : Изд-во Иваново. - 2007. - Т. 50. - Вып. 9. - С. 40 - 43. - 0,3 печ. л. (авт. 0,1 печ. л.).

6. Построение линий пересечения поверхностей в аксонометрии / С.И. Лазарев, П.А. Острожков, М.А. Кузнецов, Э.Н. Очнев // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации : межвуз. науч. метод. сб. - Саратов, 2006. - С. 141 - 146. - 0,33 печ. л. (авт. 0,1 печ. л.).

7. Анимационное пособие для самостоятельного изучения практического курса начертательной геометрии / П.А. Острожков, М.А. Кузнецов, С.И. Лазарев // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации : межвуз. науч. метод. сб. - Саратов, 2006. - С. 145-146. - 0,08 печ. л. (авт. 0,04 печ. л.).

8. Острожков, П.А. Использование компьютерной анимации при изучении начертательной геометрии / П.А. Острожков, М.А. Кузнецов, С.И. Лазарев // Новые технологии в образовании : матер. науч.-техн. журнал. - Воронеж, 2006. - № 1. - С. 32-33. - 0,08 печ. л. (авт. 0,04 печ. л.).

...