Формирование профессионализма будущих инженеров с использованием компьютерных программных продуктов

Актуальность темы

исследования. Объективное развитие педагогической науки неизбежно приводит к поиску новых методов и технологий обучения. В последние десятилетия эти поиски стали значительно успешнее. В обучении профессиональной деятельности появилась тенденция, которую признали плодотворной и перспективной, — это усиление производственной направленности учебного процесса, с одной стороны, и применение дифференцированной системы обучения — с другой.

Подготовка инженеров в настоящее время приобретает особую актуальность. Высокое профессиональное мастерство, умение самостоятельно принимать обоснованные и эффективные инженерные решения в настоящее время невозможно без овладения методами работы с прикладными программными продуктами (111 111) специального назначения.

Попытки приблизить процесс профессионального обучения по его характеру к реальным производственным процессам в той или иной области предпринимались неоднократно. Они были чрезвычайно полезны, ибо развивали у преподавателей и студентов интерес к такому обучению. Но внедрение в учебный процесс только отдельных элементов того или иного производственного цикла порой не приносило желаемых результатов, так как не было системы работы, не осознавались основные принципы этой системы.

Важным обстоятельством, обусловливающим необходимость данного педагогического исследования, является ускоренное развитие информационных систем и появление соответствующих инженерных специальностей, ограниченность сырьевых, энергетических, экономических и человеческих ресурсов.

Кроме того, реализация инженерных задач требует совместного участия большого числа различных специалистов, часто территориально удаленных друг от друга. В такой ситуации во главу угла, кроме уверенного овладения ППП специального назначения и организации эффективного взаимодействия этих специалистов, должны быть поставлены системы распределенной обработки данных.

Термины «вычислительная машина», «вычислительная система», «вычислительная» сеть выросли из своего дословного толкования в части прилагательного вычислительная. Уже давно названные объекты выполняют не только и не столько вычисления, сколько преобразования информации, а именно накопление, хранение, организацию, толкование информации, т. е. представляют собой фактически информационные системы. Тем не менее, еще и сейчас используются часто традиционные, исторически сложившиеся их названия. Для вычислительной системы существуют различные определения: от набора устройств обработки данных (автоматизированных или автоматических), от одиночного компьютера с его программным обеспечением, до совокупности нескольких взаимосвязанных вычислителей с их программным обеспечением и периферийным оборудованием, предназначенным для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Вычислительная система — совокупность одного или более компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно вычислительных процессов.

Традиционно в курсе обучения уделяется сначала внимание понятию информации, информационным, информационно-вычислительным и вычислительным системам, включая многомашинные и многопроцессорные, основным классам компьютеров. В дальнейшем рассматриваются подробно компоненты информационно-вычислительных систем, а именно: технические средства обработки информации, в том числе компьютеры, программное обеспечение, компьютерные сети и телекоммуникации. Как правило, в ходе обучения обсуждаются вопросы эффективности и качества вычислительных систем.

Современная научно-техническая революция характеризуется гигантским возрастанием социального и экономического значения информационной деятельности как средства обеспечения научной организации, контроля, управления и осуществления общественного производства. Сформировалась и бурно развивается особая, находящаяся на самом острие научно-технического прогресса отрасль народного хозяйства — индустрия информатики, организация которой обуславливает все в большей степени эффективное функционирование всех прочих отраслей народного хозяйства.

Информация с философской точки зрения — мера организации системы. Повышение организованности и упорядоченности за счет привлечения дополнительной или более качественной информации нередко становится более важным фактором развития производства, нежели вовлечение в производство дополнительных объемов труда, сырья, энергии. Это тем более важно, что в первом случае система будет развиваться интенсивно, а во втором, при привлечении дополнительных материальных ресурсов, — экстенсивно. Использование информационных ресурсов повышает качество управления, ведет к интенсификации производства.

Необходимо преодолеть традиционные представления о том, что первостепенное значение придается, прежде всего вещественным компонентам производства, и осознать, что информация так же является неотъемлемой частью технологического процесса производства. Наступило время, когда информация стала таким же важным производственным ресурсом, как материал и энергия, таким же основным экономическим ресурсом научно-технического потенциала, как технические, трудовые и финансовые ресурсы. По отношению к информации должны быть сформулированы те же показатели и критерии оценки, разработаны такие же приемы и методы управления, что и к прочим ресурсам и элементам процесса производства.

Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих территориально распределенную систему.

Системы телеобработки данных — это информационно-вычислительные системы, в которых выполняется дистанционная централизованная обработка данных, поступающих в центр обработки по каналам связи.

Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в частности по каналам связи.

Комбинирование различных методов обучения, включение части материалов по изучению ППП специального назначения в основные учебные курсы, развитие этих курсов в рамках стандартных учебных дисциплин («Информатика», «Информационные системы», «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» и др.), на наш взгляд, поможет решению вышеперечисленных проблем и будет способствовать формированию профессиональных качеств будущих инженеров.

Практическое освоение студентами ППП специального назначения (AutoCAD, MathCAD) будет способствовать их востребованности на рынке труда, что является важной задачей преподавателей вузов.

Динамика развития современных информационных компьютерных технологий инженерного профиля приводит к тому, что вузы не способны адекватно реагировать соответствующим уровнем подготовки специалистов в данной сфере. Нынешнее положение дел можно охарактеризовать как разрыв между уровнем профессиональной подготовки специалистов этого профиля в области информационных технологий и требованиями рынка труда.

Актуальность данного исследования в настоящее время, в дополнение к уже сказанному, определяется прежде всего:

• недостаточной изученностью и разработкой проблемы;

• отсутствием преподавателей, имеющих соответствующую подготовку;

• расширением служебной (корпоративной) информации, форм и методов решения проблем;

• всевозрастающим значением компьютерных технологий;

• необходимостью воспитания инженера на уровне современных достижений науки и техники.

Проблему исследования составляют противоречия:

• между требованиями общества, адекватными новым социально-экономическим условиям, и прежними педагогическими стереотипами формирования профессионализма будущих специалистов;

• между потенциалом образовательной деятельности студента и традиционными методами обучения;

• между уровнем сформированности профессионализма выпускников вуза и усложнившимися условиями профессиональной деятельности. Педагогическая возможность повышения профессионализма выпускников технических, особенно вновь появившихся инженерно-информационных, специальностей в условиях вуза и научное обоснование ее реализации, очевидно, требует специального изучения.

Цель исследования состоит в разработке оптимальных педагогических условий применения прикладных программных продуктов специального назначения в процессе компьютерного обучения и создании дидактической системы формирования профессионализма будущих инженеров в ходе преподавания дисциплин информационного блока с использованием этих условий.

Объект исследования: учебно-воспитательный процесс подготовки инженеров в высшей профессиональной школе.

Предмет исследования: процесс формирования профессионализма будущих инженеров средствами компьютерных программных продуктов.

Гипотеза исследования основана на предположении о том, что формирование профессионализма будущих инженеров средствами программных продуктов специального назначения будет осуществляться более эффективно, если:

— будут выявлены оптимальные дидактические возможности прикладных программных продуктов специального назначения (AutoCAD, MathCAD);

— на качественно новом уровне будут реализованы принципы наглядности, мотивации, обеспечения познавательной активности и самостоятельности будущих инженеров.

— в качестве сущностных оснований учебного процесса будут включены инновационные познавательные средства прикладных программных продуктов специального назначения (AutoCAD, MathCAD);

— содержание информационных дисциплин для будущих специалистов инженерного профиля будет построено по принципу: информационная культура — информационная деятельность — профессионализм;

Для достижения цели и проверки гипотезы исследования ставятся следующие задачи:

— определить теоретические основы формирования информационной культуры у студентов инженерных специальностей;

— выявить структуру процесса формирования ИК в профессиональной подготовке будущих инженеров;

— обосновать этапы формирования профессионализма будущих инженеров при изучении дисциплин информационного блока.

— выявить возможности применения программных продуктов специального назначения в ходе формирования профессионализма будущих инженеров;

— показать эффективность применения программных продуктов специального назначения MathCAD, AutoCAD в процессе преподавания информационных дисциплин;

— разработать и апробировать дидактическую систему применения прикладных программных продуктов специального назначения в преподавании информационных дисциплин будущим инженерам.

Методологическую основу исследования составили:

• общедидактическая теория обучения (Алексеев Н.А., Архангельский С. И., Бабанский Ю. К, Раченко И. П., Семенов И. В., Швырев В. В., Скат-кин М.Н. и др.);

• теория развивающего обучения в деятельностном развитии (Давыдов В.В., Кузьмина Н. В., Тарасюк В. Н., Узденова С. Б., Леонтьева В. В., Щербина М. А., Талызина Н. Ф., и др.) и личностно-ориентированном развитии (Зимняя.

И.А., Якиманская И. С. и др.);

• теория информатизации высшего образования (Бешенков С. А, Бра-новский Ю.С., Борисова С. А., Гейн А. Г., Гершунский Б. С., Диго С. М., Маш-биц Е.И., Матрос Х. К., Чистов Д. В., Яковлев Ю.Б.);

• теория педагогических систем и педагогических технологий (Беспалько А.С., Кваша Б. Ф., Кларин М. В., Селевко И. Г. и др.);

Многие из проблем, затронутых в данном исследовании, получили освещение в трудах Бешенкова С. А., Брановского Ю. С., Ваграменко Я. А., Гейна А. Г., Гершунского Б. С., Диго С. М., Машбица Е. И., Роберт И. Б., Чистова Д. В., Яковлева Ю. Б., в которых анализируются психолого-педагогические и методологические проблемы информатизации образовательной среды. Деятельностный подход к обучению активно разрабатывали: Алексеев Н. С, Беспалько В. П., Боголюбов В. И., Борисова В. Н., Давыдов В. В., Семенов И. А, Швырев В. П, Шевелева С. С., и др. Существо организационного подхода заключается в том, что организация рассматривается не как абстрактная категория, а как атрибут целостной педагогической деятельности, то есть организация включена в деятельность обучения и воспитания, направленную на подготовку специалиста высокой квалификации. Эту задачу успешно может помочь разрешить лишь высокоорганизованная педагогическая деятельность. Организационно-деятельностный подход к труду педагога, учащегося разработан Анисимовым П. Ф., Архангельским С. И., Бабанским Ю. К., Раченко И. П., Щурковой О. С., Якиманской И. С. и др.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

• анализ психолого-педагогической, методической специальной литературы и электронных информационных ресурсов по проблеме исследования;

• анализ комплекса программных средств AutoCAD, MathCAD учебного и учебно-практического назначения;

• моделирование, проектирование, структурирование, наблюдение за ходом учебного процесса, анкетирование, тестирование, групповые экспертные оценки педагогического эксперимента.

Научная новизна исследования заключается в том, что в нем:

— впервые получены данные об особенностях формирования профессионализма будущих инженеров с применением дидактической системы, использующей средства прикладных программных продуктов специального назначения (AutoCAD, MathCAD);

— раскрыто и обосновано влияние прикладных программных продуктов специального назначения (AutoCAD, MathCAD) на образовательный процесс в высших учебных заведениях технического профиля;

— уточнены возможности применения прикладных программных продуктов специального назначения (AutoCAD, MathCAD) и расширены масштабы их применения в процессе преподавания информационных дисциплин;

— расширены масштабы применения инновационных информационных технологий в процессе преподавания блока специальных дисциплин;

— теоретически и методически обоснована идея повышения уровня подготовки будущих инженеров в условиях моделирования и алгоритмизации их познавательной деятельности на основе применения ППП специального назначения.

Теоретическая значимость исследования. Определены теоретико-методологические основы профессионализации студентов инженерных специальностей посредством формирования у них информационной культурывыявлена оптимальная структура процесса формирования информационной культуры в профессиональной подготовке будущих инженеровобоснованы этапы формирования профессионализма будущих инженеров при изучении дисциплин информационного блокаразработана дидактическая система использования прикладных программных продуктов специального назначения в учебном процессенаучно обоснованы педагогические возможности методов и средств информационных технологий, используемых в вузе.

Практическая значимость исследования состоит в определении возможностей использования содержащихся в нем теоретических положений, педагогических рекомендаций в реальной практике профессиональной подготовки студентов — будущих инженеров. Разработанные автором дидактические материалы по дисциплинам «Информатика», «Информационные системы», «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» (система заданий, увязанная с соответствующим программным обеспечением, ориентированная непосредственно на формирование конкретных профессионально значимых качеств личности) — могут применяться в учебно-воспитательном процессе технических факультетов ВУЗов с целью повышения качества профессиональных знаний будущих инженеров.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Организация учебного процесса в соответствии с приведенной структурно-логической схемой профессионально-ориентированных методов обучения и средств формирования профессионализма на основе анализа их дидактических и информационных параметров, обеспечивающая системность профессиональных знаний, умений и навыков.

2. Авторская дидактическая система формирования профессионализма будущих инженеров с использованием новых информационных технологий профессионального назначения, обеспечивающая значительное повышение эффективности профессиональной подготовки.

3. Организация профессионального обучения будущих инженеров на основе операционально-практического компонента учебной деятельности, активизирующая этот процесс. Навыки работы с ППП специального назначения в процессе формирования профессионально значимых знаний, умений и навыков повышают уровень трудоустройства и расширяют его диапазон для выпускников инженерно-информационных специальностей.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались использованием различных методов исследования, соответствующих предмету, цели, задачам работы, логике изучаемых дисциплинметодологической обоснованностью теоретических положений, связанных с профессионализацией процесса подготовки инженеров специальностей 210 100.

Управление и информатика в технических системах", 190 600 «Инженерное дело в медико-биологической практике)^ 71 900 «Информационные системы и технологии» в условиях его информатизации, экспериментальной гипотезы, давшей положительные результатыкорректным применением методов мате-матическо-статистической обработки эмпирических данных и апробацией результатов исследования в практике преподавания.

Этапы исследования.

На первом этапе (2002;2003 гг.) изучалось современное состояние проблемы, была подобрана и проанализирована педагогическая, методическая и специальная литература, изучался педагогический опыт по проблеме исследования, определялись задачи, цель и методы исследования, формулировались гипотеза, методология и границы исследования, изучались основные программные средства, выстраивался понятийный аппарат.

На втором этапе (2003;2004 гг.) производился сбор сведений о профессиональной деятельности специалиста в области информационных технологий, осуществлялось изучение процесса профессиональной подготовки инженеров, проектировалась его технология, разрабатывались учебные задания и создавались методические пособия, уточнялся понятийный аппарат, осуществлялся констатирующий эксперимент. На этом этапе проводилось исследование рынка труда региона Кавказских Минеральных Вод, требований к уровню знаний, умений и навыков инженеров в их профессиональном поле деятельности. Была разработана технология и уточнена система средств организации учебного процесса по подготовке студентов к будущей профессиональной деятельности в качестве инженера по специальности 210 100 «Управление и информатика в технических системах», 190 600 «Инженерное дело в медико-биологической практике», 71 900 «Информационные системы и технологии».

На третьем этапе (2004 — 2005 гг.) проводился контрольный и формирующий экспериментысистематизировались, обобщались, при необходимости, корректировались и анализировались его результаты, выполнялась их статистическая обработка и внедрение в педагогическую практику учебного заведения, оформлялось диссертационное исследование.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования были обсуждены на заседаниях кафедры управления и информатики в технических системах и кафедры информатики и информационных технологий Пятигорского государственного технологического университета (ПГТУ) в период с 2002 по 2006 гг. Внедрение результатов исследования осуществлялось в ходе преподавания указанных спецкурсов на факультете информационных систем и технологий Пятигорского государственного технологического университета (ПГТУ) и Пятигорского филиала СевероКавказской Академии государственной службы.

Выводы к главе 2.

1. Подготовка специалистов технического профиля в вузах направлена на формирование у них высокого уровня профессиональных знаний, который не возможен в новом «информационном» веке без высокого уровня информационной культуры в области информационных технологий, одной из граней которой является эффективное использование прикладных программных продуктов в будущей профессиональной деятельности.

2. Технологии AutoCAD, MathCAD быстро проникают в инженерную сферу. Опыт использования AutoCAD, MathCAD инженерами ведущих стран мира показывает высокую эффективность их применения. AutoCAD, MathCAD представляют собой особый класс программного обеспечения, который занял заметное положение в различных «нишах» компьютерных технологий.

3. Опыт работы с дидактической системой формирования профессионализма будущих инженеров в ходе преподавания дисциплин информационного блока с использованием 111 111 MathCAD, AutoCAD позволяет сделать вывод, что это превосходные инструменты для повседневной работы студентов, аспирантов, инженеров и ученых.

4. Наблюдение показало, что при расширенном использовании информационных технологий при преподавании дисциплин специальности и введение дополнительных курсов с использованием прикладных программных продуктов специального назначения (MathCAD, AutoCAD), у студентов появились не только хорошие навыки и умения, но и желание использовать персональный компьютер в повседневной работе и учебе, так как они облегчают, ускоряют работу и обучение, позволяют быстро оценить результаты, скорректировать процесс работы и учебы и принять решение по какому-то ни было вопросу.

5. Эксперимент позволил проверить результаты наблюдения, которые показали неоспоримое преимущество предлагаемой дидактической системы формирования профессионализма в ходе преподавания дисциплин информационного блока. Использование программ систем AutoCAD, MathCAD созданных для решения определенных научных и производственных задач, может служить основой для моделирования производственных ситуаций.

6. Эти программы обладают большими дидактическими возможностями для обеспечения качественного обучения информационным технологиям в сфере математических, технических и инженерных расчетов.

7. Основные достоинства этих программ: широкое распространение, дружественный стандартный интерфейс, прозрачность получения конечных результатов, открытость для внесения различных изменений, являются прекрасной основой для использования их в учебном процессе высших учебных заведений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Социально обусловленная потребность общества в подготовке инженеров, свободно владеющих приемами работы на компьютере, с одной стороны, и новые подходы к организации образования, с другой, делают возможным все большее распространение развития информационной компетенции молодого специалиста. Такой акцент в образовательном процессе в наибольшей степени отвечает сложившейся парадигме открытого образования как комплексной дидактической системе, позволяющей наиболее полно и с наибольшей эффективностью раскрыть все потенциальные возможности личности.

Рассмотрены противоречия между: требованиями общества, адекватными новым социально-экономическим условиям, и прежними педагогическими стереотипами формирования профессионализма будущих специалистовпотенциалом образовательной деятельности студента и традиционными методами обученияуровнем сформированности профессионализма выпускников вуза и усложнившимися условиями профессиональной деятельности.

Определены оптимальные педагогические условия применения прикладных программных продуктов специального назначения в процессе компьютерного обучения и созданной дидактической системы формирования профессионализма будущих инженеров в ходе преподавания дисциплин информационного блока с использованием этих условий.

Раскрыто и обосновано влияние 111 111 специального назначения (AutoCAD, MathCAD) на образовательный процесс в высших учебных заведениях технического профиляуточнены и расширены масштабы применения этих информационных технологийтеоретически и методически обоснована идея повышения уровня подготовки будущих инженеров в условиях моделирования и алгоритмизации их познавательной деятельности на основе применения программных продуктов специального назначения.

Выявлены возможности использования содержащихся в данном исследовании теоретических положений, педагогических рекомендаций в реальной практике профессиональной подготовки студентов инженерных специальностей. Разработанные автором дидактические материалы по дисциплинам «Информатика», «Информационные системы», «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» (система заданий, увязанная с соответствующим программным обеспечением, ориентированная непосредственно на формирование конкретных профессионально значимых качеств личности) — могут в готовом виде применяться в учебно-воспитательном процессе технических факультетов ВУЗов с целью повышения качества профессиональных знаний будущих специалистов.

Установлены тенденции: стратегия развития современных информационных технологий определяется направлением от информации к знаниямкомпьютерные программы являются носителями знаний в том смысле, что они включают не только информацию в той или иной форме, но и алгоритмы преобразования информации, обеспечивающие достижение определенных целейсуществуют устоявшиеся формы обучающих программ, точнее, конструктивных элементов, из которых может быть построен такой программный продукт.

Найдены условия, влияющие на эффективность формирования профессионализма:

— ориентация процесса обучения на приобретение навыков и умений работы с программными продуктами специального назначения;

— интеграция дисциплин инженерного и информационного блоков, направленных на формирование профессионализма;

— использование в процессе обучения инновационных педагогических технологий, форм и методов, повышающих качество образования и профессиональной компетенции.

По результатам анализа процесса формирования профессионализма будущих инженеров с использованием прикладных программных продуктов специального назначения MathCAD, AutoCAD доказано:

• С внедрением в учебный процесс систем MathCAD, AutoCAD будущие инженеры будут уверенно применять программное обеспечение, реализующее современный математический аппарат. Хорошее владение аппаратом математического моделирования — стандарт западного инженерного образования;

• Придерживаясь дидактической системы формирования профессионализма в ходе преподавания дисциплин информационного блока, преподаватель выступает больше в роли организатора самостоятельной активной познавательной деятельности студентов, в роли консультанта и помощника, что соответствует новой парадигме образования. В основном, его усилия направляются на диагностику деятельности студентов, на устранение трудностей с помощью своевременных квалифицированных действий. Несомненно, что при таком подходе к обучению от преподавателя требуется высокая степень мастерства;

• Программные продукты специального назначения MathCAD, AutoCAD предназначены для реализации самообразования и самоорганизации. В данном случае, сформировав ИК у будущего инженера и научив его работать в среде современных ИТ, мы участвуем в процессе внедрения системы непрерывного образования. Научившись самостоятельной исследовательской деятельности, современный инженер будет все время искать и осваивать новые ИТ, более совершенные, помогающие в вопросах принятия инженерных решений. Система непрерывного образования станет для него насущной потребностью.

• Использование дидактической системы формирования профессионализма в ходе преподавания дисциплин информационного блока способствует развитию творческого потенциала личности, общей и профессиональной культуре.

• Полученные в ходе опытно-экспериментальной работы количественные данные показали изменения по критерию сформированности профессионализма молодых специалистов (с 43,7% до 78,6%), что подтверждает правильность выдвинутой гипотезы и свидетельствует о сформированности основных компонентов профессионализма у большей части экспериментальной группы, а также позволяет сделать вывод об эффективности предлагаемой методики и технологии и ее целесообразности внедрения в учебно-воспитательный процесс.

Важным результатом анализа является вывод о том, что система образования молодого специалиста — инженера должна стать системой поддержки его саморазвития, утверждения его профессиональной компетенции и устойчивости, развития его профессиональных качеств. Проведенная опытно-экспериментальная работа и широкая практическая проверка свидетельствуют о том, что выдвинутая гипотеза в целом подтвердилась.