Використання сучасних технологій у професійній підготовці інженерів-педагогів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Використання сучасних технологій у професійній підготовці інженерів-педагогів

Федорейко В.С., Горбатюк Р.М., Бочар І.Й.

Анотація

У статті висвітлюється необхідність застосування в навчальному процесі вищої школи сучасних технологій. Рівень професійної підготовки тісно пов'язується з педагогічними уміннями і освоєними методами діяльності інженера-педагога, тобто з рівнем володіння технологією. Аналізуються підходи та розглядаються шляхи організації навчального процесу на основі сучасних інформаційних технологій із залученням відповідного прикладного програмного забезпечення.

Аннотация

В статье освещается необходимость применения в учебном процессе высшей школы современных технологий. Уровень профессиональной подготовки тесно связывается с педагогическими умениями и освоенными методами деятельности инженера-педагога, то есть с уровнем владения технологией. Анализируются подходы и рассматриваются пути организации учебного процесса на основе современных информационных технологий с привлечением соответствующего прикладного программного обеспечения.

Abstract

In the article the necessity of application in the educational process of high school of modern technologies is lighted. The level of professional preparation is interlinked with pedagogical abilities and mastered methods of activity of engineer-teacher, that is with the level of domain by technology. Approaches are analysed and the ways of organization of educational process on the basis of modern information technologies with bringing of the proper application software in are examined.

педагог инженер інформаційний програмний

Аналіз стану системи інженерно-педагогічної освіти показує, що традиційні форми навчання слабо сприяють ефективному розвитку професійної підготовки майбутніх інженерів-педагогів. Без спеціально організованої системи навчання рівень освіти студентів украй низький, що, у свою чергу, серйозно знижує рівень їх загальної професійної підготовки. Зміни, що відбуваються в політичній і соціально-економічній сферах розвитку українського суспільства, неминуче відображаються і на розвитку системи професійної підготовки фахівців різного профілю [1].

Традиційна форма навчального процесу орієнтує студента на обмежене коло “академічних показників”, зокрема, оцінки успішності, відвідуваності, дотримання встановленого режиму тощо. Навчальний процес не забезпечує індивідуалізації освітніх програм і шляхів їх засвоєння залежно від здібностей та інтересів студентів, орієнтується на колективні методи роботи з так званим “середнім студентом”. Навчання упівсили основної маси студентства сприяє формуванню безвідповідального відношення до навчання.

Разом з тим відзначимо, що сучасний період розвитку інженерно-педагогічної освіти характеризується крайнім ступенем суперечності. З одного боку, накопичена величезна маса педагогічних даних, як теоретико-методологічного, так і прикладного характеру, що стосується практично всіх сторін і сфер педагогічної діяльності, з другого боку, ця маса ризикує стати критичною, внаслідок неможливості її продуктивного використання через різнорідність і суперечність багатьох педагогічних ідей, положень, концепцій, категорій, термінів, технологій, процедур і методик.

Постановка завдання. Мета статті - обґрунтувати значущість і ефективність використання комп'ютерних технологій у професійній підготовці інженерів-педагогів.

Пріоритетність педагогічних знань і потреба в оволодінні ними у студентів помітно змінилася, що призвело до безсистемного набуття знань, і як наслідок, зниженню рівня професійно-педагогічної компетентності студентів-випускників вищої педагогічної школи. Все це зумовило важливість розвитку у майбутніх випускників вузу потреби в оволодінні педагогічними знаннями і професійними уміннями. Виникла необхідність якісного оновлення навчально-виховного процесу в педагогічному вузі, яка спричинила зміну цільових установок студентства і, зокрема, відносно змісту і вивчення цілого ряду дисциплін, зокрема, технічних [2].

Оновлення можливо за рахунок багатьох чинників, одним з яких може бути чинник систематизації і структуризації інженерно-педагогічних знань на принципово нових підставах. Назріла проблема систематизації періодично виливається у спроби впорядкування основних педагогічних категорій і термінів, концепцій і систем, технологій і методів. Проте, слід визнати, що спроби, пов'язані з пошуком підстав для систематизації педагогічних знань у так званому одновимірному просторі за допомогою “внутрішньопедагогічних процедур” і методик, навряд чи можна визнати такими, що вдалися.

Досвід практичної підготовки інженерів-педагогів (спеціальності: інженерна та комп'ютерна графіка; комп'ютерні технології в управлінні та навчанні) на кафедрі машинознавства та комп'ютерної інженерії Тернопільського національного педагогічного університету ім. В.Гнатюка (ТНПУ) свідчить про численність наукових досліджень з багатьох напрямів інженерної освіти. При цьому рівень професійної культури тісно пов'язується з педагогічними уміннями і освоєними методами діяльності інженера-педагога, тобто з рівнем володіння технологією. Головна проблема підготовки інженера-педагога - це проблема повного розкриття педагогічного потенціалу особи в навчально-виховному процесі у вузі в подальшій роботі в системі профтехосвіти.

Відомо [3], що основними напрямами інженерної підготовки в педагогічній діяльності є проектування, виготовлення і експлуатація приладів, машин, будівельних споруд та інших технічних об'єктів. Широке впровадження комп'ютерної техніки у всіх цих сферах діяльності ставить перед сучасними інженерами-педагогами ряд додаткових вимог до їх професійної кваліфікації, які полягають в оволодінні новими інформаційними технологіями інженерної праці. Проте суть інженерної кваліфікації залишається незмінною і полягає не тільки у володінні формалізованими методами рішення інженерних задач, скільки в розвиненій інтуїції, інженерному чутті, що спирається на знання фундаментальних фізичних властивостей технічних об'єктів і процесів, та уміння глибоко аналізувати ці властивості. Такі професійні якості завжди цінувалися в інженері, а в даний час їх роль, у зв'язку з широким впровадженням інформаційних технологій у промисловості, будівництві, на транспорті, ще більш зросли.

Використання комп'ютерної техніки у процесі підготовки інженерів-педагогів включає декілька етапів розвитку. Зокрема, можна виділити три основних: зародження, становлення, вільного використання сучасної техніки [3].

Перший етап характеризується недостатньою матеріальною базою та програмним забезпеченням (ПЗ), гіпертрофованим інтересом до вивчення алгоритмічних програмних елементів, нечіткою уявою про мету і задачі проблеми, яка інтуїтивно сприймається надзвичайно актуальною.

Цей етап кафедра машинознавства та комп'ютерної інженерії ТНПУ ім. В. Гнатюка пройшла в 1992-1995 рр.

Другий етап характеризується більш високим забезпеченням кафедри сучасною технікою та ПЗ, достатньо широким набором дисциплін, де використовуються персональні комп'ютери (ПК) і локальні навчальні елементи - комп'ютерні класи (КК). На даному етапі комп'ютерну техніку в основному стараються прилаштувати до наявного на кафедрі методичного забезпечення (вирішення простих технічних задач за допомогою загальновідомого адаптованого до них ПЗ). У даному випадку характер навчального процесу якісно практично не змінюється.

І, нарешті, третій етап розвитку ставить перед собою мету на основі вільного володіння ПК перехід на якісно новий рівень викладання навчальних дисциплін, які тісно пов'язані з експериментальним циклом. Це дозволяє практично всі технічні дисципліни зробити проблемними, навчально-дослідницькими.

Загальновідомо [4], що основою обчислювального експерименту є математичне моделювання, а технічного - апаратна частина ПК з різноманітними периферійними системами.

У цій ситуації змінюються вимоги до викладачів та технічного персоналу: потрібні спеціалісти, які володіють системним, інженерним мисленням і вміють організувати взаємодію різних знань. Очевидно, що без такої інтелектуальної основи перехід до третього етапу неможливий.

Зрозуміло, що згадані три етапи не існують у чистому вигляді і психолого-технологічні протиріччя завжди будуть супроводжувати еволюційні процеси в колективах кафедр, які дозволили собі зробити виклик новому вибору.

Надзвичайно важливим у цій ситуації є рівень розвитку науки в колективі та рівень використання обчислювальної техніки в науково-дослідному секторі.

Очевидно, що прогрес у навчальному процесі без діалектичної єдності складових логічного вектора “наука - викладацькі кадри - матеріальна база” - неможливий [5]. Вітчизняні вищі навчальні заклади, в основному, впевнено перебувають на другому етапі. Це пов'язано з темпами поставок ПК, а також з часом, необхідним на підготовку та перепідготовку кваліфікованих спеціалістів для якісного прориву в їх використанні. Лімітуючою ланкою в даній ситуації є наявність у колективах ліцензійного ПЗ, яке можна вільно адаптувати до потреб базових дисциплін кафедри.

Кафедра машинознавства та комп'ютерної інженерії розпочала роботи з інтенсивного освоєння третього етапу розвитку обчислювальної техніки (ОТ).

Колектив одним із перших в Україні освоїв ліцензовану навчальну програму “Компас-График” для викладання дисциплін “Комп'ютерна графіка” та “Інженерна графіка”.

З погляду програмної реалізації Компас-График є додатком Windows [6], тому інтерфейс його вікна містить як стандартні для Windows-додатків елементи, так і характерні для даної програми.

Програма цілком придатна для наскрізного навчання, оскільки відноситься до класу CAD/CAM/CAE систем і водночас є порівняно дешевою з урахуванням знижок, що надаються вищим навчальним закладам.

Графічний редактор Компас-График має широкі можливості автоматизації проектно-конструкторських робіт у різних галузях промисловості, зокрема, він успішно використовується в машинобудівному проектуванні (рис. 1) для проектно-будівельних робіт, складанні різних схем. Система орієнтована на повну підтримку стандартів ЄСКД, крім цього вона має гнучке налагодження на інші стандарти.

Рис. 1. Шків (1 - ролик; 2 - втулка)

Структура Компас-График спрямована на швидке створення високоякісних креслень, схем, розрахунково-пояснювальних записок, технічних умов, інструкцій та інших документів.

До переваг графічного редактора Компас-Графік можна віднести:

Ш продуманий інтерфейс користувача, що організовує роботу кресляра більш динамічною;

Ш багатоваріантний режим роботи з кресленнями;

Ш створення бібліотек фрагментів без використання програмування;

Ш різноманітні способи нанесення розмірів і технологічних позначень та інші.

Компас-График дозволяє реалізувати і процес тривимірного параметричного проектування (моделювання).

Система Компас-3D [6] призначена для створення тривимірних асоціативних моделей окремих деталей і складальних одиниць. Параметрична технологія дозволяє за короткий термін одержати моделі типових виробів на основі створеного прототипу. Основним її завданням є моделювання виробів з метою суттєвого скорочення періоду проектування та подальшого їх використання.

Моделювання виробів у Компас-3D можна здійснювати різними способами: «знизу вверх» - використовуючи готові компоненти; «зверху вниз» - проектуючи компоненти в контексті конструкції; опираючись на компонувальний ескіз (наприклад, кінематичну схему) або комбінованим способом. Такий підхід забезпечує одержання легко модифікованих асоціативних моделей (рис. 2).

Рис. 2. Підшипник

Інтенсивне зростання об'ємів проектно-конструкторських робіт, складність побудови графічних об'єктів, підвищення якості та зменшення термінів виконання креслень та іншої технічної документації сьогодні є важливим і актуальним завданням впровадження у навчальний процес елементів системи автоматизованого проектування (САПР). Досягнення цієї мети можливе за умов:

систематизації та вдосконалення процесів проектування на основі засобів електронно-обчислюваних машин (ЕОМ);

підвищення якості управління процесами графічного моделювання;

використання методів багатоваріантного проектування та оптимізації;

створення банку даних з метою підвищення ефективності побудови об'єктів і зменшення тривалості процесу на їх створення;

уніфікації і стандартизації методів графічного моделювання (проектування).

У такому випадку можна виділити два підходи до виконання графічних зображень на основі комп'ютерних технологій [6].

Перший підхід базується на використанні двовимірної геометричної моделі, і використанні комп'ютера як електронного кульмана, що дозволяє значно прискорити процес конструювання і поліпшити якість оформлення конструкторської документації.

Центральне місце в даному випадку займає креслення, що є засобом уявлення виробу, і містить інформацію для вирішення графічних задач, а також для його виготовлення (рис. 3).

Рис. 3. Традиційне конструювання

Такий підхід одержання графічного зображення за допомогою комп'ютера буде раціональним і достатньо ефективним, якщо створення геометричного виробу використовується багаторазово.

В основі другого підходу лежить просторова геометрична модель виробу (рис. 4), що є більш наочним засобом уявлення оригіналу і більш потужним і зручним інструментом для рішення геометричних задач.

Рис. 4. Нова схема конструювання

Викладачі та інженерно-технічні працівники кафедри розпочали освоєння нової ліцензованої програми “АРМ WinMachine”, що дозволило виконувати певну частину лабораторного циклу дисциплін “Опір матеріалів”, “Деталі машин” і “Теорії машин і механізмів” в автоматизованому режимі.

Пакет програмного забезпечення “АРМ WinMachine” охоплює 20 прикладних модулів, інтегрованих в єдину програмну оболонку APM Integrator (рис. 5).

Рис. 5. Вікно програми APM Integrator

Пакет програмних модулів “АРМ WinMachine” можна умовно структурувати відповідно до використання у вищезгаданих дисциплінах. Так, наприклад, APM Structure3D, APM Beam, APM Shaft... - для “Опору матеріалів”, APM Slider, APM Cam, - “ТММ”, APM Drive, APM Trans... - “Деталей машин”.

Як приклад, розглянемо можливості застосування “АРМ WinMachine” при виконанні лабораторних циклів з “Опору матеріалів” і “Теорії машин і механізмів”.

На рисунку 6 зображений графічний інтерфейс модуля WinShaft з прикладом побудови вала довільної форми (а) та графічне представлення результатів розрахунку його на запас міцності (б).

За допомогою цієї програми за короткий проміжок часу можна виконувати графічні побудови валів довільної конфігурації з усіма необхідними конструктивними елементами (фаски, отвори, шпонкові канавки тощо), задавати їх необхідні розміри, а згідно з поставленими задачами, вказувати точки реакції опор і точки прикладання відповідних сил та моментів. Після отримання результатів розрахунку, проводиться графічний аналіз поведінки об'єкта досліджень, змінюється постановка задачі в динаміці, отримуються аналітичні і графічні результати досліджень, візуально відслідковується проведення всього циклу робіт.

а б

Рис. 6. Розрахунок вала довільної форми (а) та графічне представлення результатів розрахунку вала на запас міцності (б)

З 2000 року в науково-дослідній лабораторії кафедри “Енергетичний менеджмент” успішно пройшов адаптацію і широко використовується для моделювання пакет MATLAB 6.0 із вміщеним у ньому інструментом візуального моделювання Simulink [4].

MATLAB є потужним засобом для створення і дослідження віртуальних моделей, синтезу та аналізу систем автоматичного керування реальними об'єктами.

На рисунку 7 зображена віртуальна модель установки для дослідження електричного кола змінного струму з послідовно ввімкненими R, L, C навантаженнями.

Вона дозволяє проводити комплексний аналіз побудованої електричної схеми на предмет дієздатності, візуалізацію результатів моделювання, як у числовій формі - інструмент “display”, так і у вигляді графіків залежностей різних величин - вікна “Scope” та “XY Graph”.

а б

Рис. 7. Дослідження електричного кола змінного струму з R, L, C навантаженнями (а) та результати моделювання (б)

Резюмуючи сказане, можна стверджувати, що разом з освоєнням майбутніми педагогами нових інформаційних технологій, в ході комп'ютеризації навчання необхідно не тільки зберегти, але і за допомогою комп'ютерних засобів підсилити інженерно-педагогічну підготовку, яка спирається на професійну інтуїцію, знання і розуміння фундаментальних принципів освіти.

У процесі професійної підготовки майбутніх фахівців більшість дослідників основну увагу звертає на зміст, методи навчання і різні методики впровадження у навчальний процес сучасних підходів і методик. Все це, безумовно, робить певний вплив на різні сторони майбутньої професійної діяльності. Але для ефективної реалізації цілей, формування цілісної особи фахівця, а не окремих її властивостей і якостей, необхідно, щоб набуття знань і вмінь реалізовувалося через системний підхід, забезпечувало розвиток світоглядної мотиваційної сфери, творчого потенціалу, наповнювало об'єктивним значенням навчальний процес.

Зазначимо, що дана ситуація, яка свідчить про кризу сучасної освіти, може призвести до розробки нової стратегії оновлення, дозволяє намітити нові орієнтири розвитку освіти.

Поворот освіти до особи, підвищення її ролі в педагогічному, технологічному та економічному прогресі, залежність успіху професійної кар'єри людини від високого рівня технологічної підготовки викликає необхідність у зміні підходу до цілей, змісту, організаційної структури підготовки випускників, як у вищій педагогічній школі так і профтехосвіті.

Таким чином, поява і розвиток сучасних освітніх технологій відкриває для сфери навчання принципово нові можливості, завдяки яким студенти можуть у процесі аналізу динамічно управляти навчальним матеріалом, його змістом, формою, добиваючись кращих результатів. Ці та ряд інших можливостей слабо ще усвідомлені педагогами, у тому числі і розробниками інформаційних технологій навчання, що не дозволяє повною мірою використовувати учбовий потенціал таких підходів. Використання комп'ютерної техніки у навчальному процесі не тільки збільшує швидкість передачі інформації та підвищує рівень її розуміння, але й сприяє розвитку таких важливих для педагогічного фахівця якостей, як інтуїція, професійне відчуття, образне мислення тощо.

Література

1. Белоусов Ю.Л., Минько Н.И. Этапы использования вычислительной техники в учебном процессе //Сборник тезисов докладов республиканской научно-технической конференции «Методические и технические проблемы использования ТСА в учебном процессе: Сумы, 1989. - С. 79-80.

2. Горбатюк Р., Бочар І. Проблеми наскрізної інформатизації навчального процессу //Наукові записки ТНПУ. Серія: Педагогіка. - 2004. - №3. - С. 147-120.

3. Федорейко В., Рутило М. Використання обчислювальної техніки при вивченні загальнотехнічних дисциплін //Наукові записки ТНПУ. Серія: Педагогіка. - 2005. - №3. - С. 115-151.

4. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс - СПб: Питер, 2000. - 432 с.

5. Корнилова Т.В., Тихомиров О.К. Принятие интеллектуальных решений в диалоге с компютером. М.: Изд-во МГУ, 1990. 192 с.

6. Потемкин А. Трехмерное твердотельное моделирование. - М.: Комп'ютер-Пресс, 2002. - 296 с.

Размещено на Allbest.ru