Формирование профессионального специального курса «Информационные технологии в строительстве» в военном техническом вузе

Реформирование высшей профессиональной школы, в том числе и технической, выдвинуло глобальную актуальную проблему информатизации инженерного образования. Решить ее в сложной ситуации ограничения функционирования высшего военного образования крайне сложно. Однако многие вопросы могут быть решены в рамках существующих в психолого-педагогической науке подходов к формированию современного содержания специальных курсов для курсантов. Система специальных курсов по выбору курсантов, ее развитие и становление идет, во многом, эмпирически, основываясь на небольшом временном опыте функционирования этих образовательных систем, неизвестных ранее высшему инженерному военному образованию.

Актуальность исследования определена реформированием Вооруженных Сил Российской Федерации, где наиболее ярко концентрируются и проявляются все позитивные и негативные аспекты военного образования. В новых социально-экономических условиях возникает необходимость овладения курсантами военных технических вузов системами автоматизированного проектирования расчёта и анализа строительных конструкций. Они позволяют инженеру решать широкий круг задач с применением компьютерного моделирования, компетентностного инженерного анализа по выбору оптимальных параметров конструкций, быстрого проведения расчётов на стадиях проектирования, обследования и реконструкции зданий и сооружений.

Необходимость автоматизации инженерных расчётов очевидна. Это необходимое, но не достаточное условие современного инженерного образования. Мало провести инженерный расчёт при помощи CAD/CAE (Computer Aided Design / Computer Aided Engineering) — систем автоматизированного проектирования расчёта и анализа, главное — не допустить ошибок на всех стадиях ввода данных, оценить правильность полученного результата расчёта, своевременно перепроверить и сделать обобщающие выводы. При таком подходе значительно сокращается время проектирования, и обеспечиваются требования надёжности и экономичности. Владение автоматизированным расчётом требует формирования у будущих инженеров новых компетенций, развития способностей выявлять связи между фундаментальными знаниями и информационными технологиями, применять эти знания к решению инженерных задач. В связи с этим меняются требования к подготовке специалистов в военных технических вузах, где высокого качества подготовки невозможно достичь без интеграции содержания дисциплин инженерного образования. В педагогическом плане это связано с отбором и синтезом наиболее значимого и не изменяющегося содержания в отношении специальных расчётных дисциплин, внедрения в него информационных технологий, где все этапы проведения инженерных расчётов должны выполнятся в соответствии с фундаментальными закономерностями. Следовательно, названные проблемы являются весьма актуальными.

Вопросам, связанным с использованием информационных технологий и интеграции в учебном процессе вуза с целью его интенсификации, посвящены работы С. И. Архангельского, В. А. Белавина, В. П. Беспалько, М. JI. Гайнетдинова, Б. С. Гершунского, Ю. С. Иванова, А. Я. Савельева и др. Однако в новых условиях совершенствования военно-строительного образования возникла необходимость разработки интеграции в подготовке специалистов на более высоком уровне.

Реализация современных требований общества к качеству подготовки военных инженеров связана с необходимостью устранения имеющихся недостатков в системе высшего технического образования:

— недостаточный объем предметов фундаментального цикла, консерватизм учебных программ и методик, дефицит квалифицированных кадров, слабая материально-техническая база, не позволяющая в полной мере использовать возможности передовых педагогических технологий;

— блок дисциплин, который отвечает за компьютерную подготовку курсантов начальных курсов, выполняет, как правило, пропедевтическую функцию. Курсанты овладевают лишь элементами компьютерной грамотности (пользовательскими навыками), что совершенно недостаточно для будущего специалиста;

— нереализованы значительные возможности совершенствования содержания, форм, организации, программ и методик преподавания специальных курсов в военно-строительных вузах;

— имеет место дефицит времени, отводимого на самостоятельную работу курсантов из-за строгого регламента военной службы.

Вышеперечисленные недостатки усугубляются рядом противоречий, среди которых определяющими являются следующие: необходимость развития образовательной парадигмы подготовки будущих военных инженеров и дефицита времени, отводимого учебным планом на изучение специальных дисциплинповышение требований к уровню инженерно-технической подготовки курсантов и отставание содержания обучения от запросов современных строительных организаций развитого индустриального города и военного строительного комплекса. Их разрешение предлагается провести на основе отбора наиболее значимого и инвариантного содержания специальных расчётных дисциплин, приоритетным направлением которого являются способы быстрого расчёта и анализа при проектировании строительных конструкцийвыделение отобранного материала в спецкурс, призванный соединить блоки естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин с профессиональным образованием, осуществить внедрение информационных технологий на основе их интеграции. Иначе говоря, осуществить переход от дискретного получения знаний и умений к их целостности.

С учетом вышеизложенных недостатков и противоречий сформулирована проблема исследования: «Каковы должны быть способы интеграции информационных технологий и фундаментальных знаний в содержание специальных расчётных дисциплин инженерно-строительной специальности в современных условиях, удовлетворяющих всем психолого-педагогическим нормам и позволяющих формировать у курсантов новые профессиональные компетенции автоматизированного расчёта и анализа строительных конструкций?». Отсюда следует тема исследования: «Формирование профессионального специального курса „Информационные технологии в строительстве“ в военном техническом вузе».

Цель исследования — повышение качества подготовки курсантов военных технических вузов путём проектирования и реализации интегративно-го курса, сочетающего информационные технологии и фундаментальные знания.

Объектом исследования является образовательный процесс в высшем военном техническом учебном заведении.

Предмет исследования — проектирование и реализация интегративно-го содержания и технологии обучения специальным расчётным дисциплинам, направленным на повышение качества профессиональной подготовки курсантов военных технических вузов.

В основу исследования положена гипотеза, согласно которой качество профессиональной подготовки курсантов военных технических вузов будет повышено, если:

• определить способы проектирования интегративного спецкурса, соединяющего фундаментальную и профессиональную компоненты образования на основе отбора наиболее значимого и инвариантного содержания в отношении специальных дисциплин, ведущими линиями которого являются способы быстрого расчёта и анализа параметров строительных конструкций при помощи информационных технологий;

• обучение курсантов спецкурсу вести с максимальным использованием инновационных методов преподавания;

• применить процессную модель реализации интегративного спецкурса, в виде добавленной ценности, сформировать новые профессиональные компетенции;

• образовательный процесс будет адекватен государственным образовательным стандартам соответствующей квалификации, отвечать требованиям современного общества к достигнутому базовому уровню знаний будущих военных инженеров, полученных в высшей школе и обеспечиваться единством общеобразовательной и предметно-специальной составляющих содержания образования на основе принципа интеграции в его проектировании;

• оптимизировать подготовку курсантов через набор подходящих CAD/CAE систем и организации рабочих мест ПЭВМ.

В соответствии с проблемой, объектом, предметом и целью исследования решались следующие задачи:

1. Изучить современное состояние исследований высшего военного инженерно-технического образования и определить приоритетные направления повышения качества подготовки военных специалистов.

2. Обосновать концепцию интеграции информатизации и фундамента-лизации содержания специальных расчётных дисциплин в военных технических вузах и разработать модель создания интегративных курсов, способствующих преодолению недостатков прерывного (дискретного) процесса получения знаний и умений.

3. Спроектировать содержание и технологию реализации спецкурса «Информационные технологии в строительстве», построенного на основе современных информационных технологий и последних достижений науки в строительстве.

4. Провести опытно-экспериментальную проверку эффективности реализации разработанной модели и содержания спецкурса для курсантов инженерно-строительных факультетов военных технических вузов.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют: общефилософский системный подход, основанный на поиске и нахождении целостных характеристик изучаемых педагогических фактов и явленийконцепция личностно-деятельностного подхода к процессу обучениядиалектический метод познания процессов действительностифеномен преемственностиучение о развитии, определяющим движение от старого качественного состояния к новомутеория формирования содержания общего и профессионального образования, в том числе и системы специальных курсовисторический подход к изучению педагогических явлений и процессовположение материалистической диалектики о природе и обществе, как системном образованииположение о ведущей роли деятельности в подготовке специалиста.

Анализ достижений педагогической науки, результатов фундаментальных и прикладных исследований ученых позволил выявить различные подходы к решению проблемы теории и методики проектирования содержания дисциплин в профессиональном образовании будущих инженеров военных специальностей. Разработке научных основ решения этой проблемы образования посвятили свои работы Н. И. Алпатов, А. В. Аранович, Ю. К. Ба-банский, Н. П. Бахарев, А. В. Барабанщиков, С. Я. Батышев, В. С. Безрукова, В. А. Бернацкий, JI. Г. Бескровный, П. О. Бобровский, В. Н. Бондаренко, Г. П. Корнев, Ю. А. Кустов, В. С. Олейников, А. М. Пырский, В. А. Сластенин, В. Я. Слепов, Ю. И. Тарский, В И. Хальзов, Н. К. Чапаев, Я. Я. Юрченко и другие. Опираясь на эти работы, были получены решения задач исследования.

Методы исследования составили комплекс взаимодополняющих подходов: теоретический анализ литературыобобщение педагогического опытамоделированиеанализ и синтезабстрагированиепрогнозирование, методы индукции и дедукциианализ структур учебных планов, содержания программнаблюдение за педагогическим процессом и явлениямиизучение продуктов деятельностиэкспертная оценка и самооценкаобобщение независимых характеристикпедагогический эксперимент, математические методы обработки результатов исследования.

Опытно-экспериментальной базой исследования является Тольят-тинский военный технический институт.

В опытно-экспериментальной работе приняли участие 368 курсантов и преподавателей.

Этапы исследования.

Исследование велось в течении семи лет и состояло из 3 этапов.

Первый этап (1999 — 2000 гг.) — пилотажно-поисковый: включение в научно-исследовательскую деятельность по изучению проблем военного образования. Изучалась социально-экономическая, историческая, философская и психолого-педагогическая литература, приказы и директивы Министра обороны РФ, что позволило наметить предмет исследованияизучалось состояние проблемы в существующей теории и практике, формировался категориальный аппарат исследования, проводилось анкетирование курсантов и преподавателейнакапливался эмпирический материал для использования его на следующем этапе научно-исследовательской работы.

Второй этап (2000 — 2003 гг.) — теоретико-методологический: разработана концепция информатизации и фундаментализации содержания обучения в отношении специальных расчётных дисциплинна основе теоретических исследований и накопленного эмпирического материала была разработана модель проектирования содержания спецкурса информационных технологий в строительстве (ИТС) — разрабатывались концепция усиления эффективности процесса обучения через соответствующее содержание спецкурса, определялись теоретические основы интегративного подхода к его содержанию, учебная программа, которые корректировались в ходе реального учебного процесса.

Третий этап (2003 — 2006 гг.) — экспериментально-обобщающий, который характеризовался реализацией специального интегрированного курса (ИСК) «ИТС» в обучении курсантов инженерно-строительных факультетовшла многоаспектная проверка выдвинутой гипотезы, в процессе которой апробировались пути и средства повышения эффективности разработанной концепции информатизации и фундаментализации содержания обучения в отношении специиальных расчётных дисциплинрешались задачи, поставленные перед научным исследованиемвелась обработка полученных в исследовании опытно-экспериментальных материалов и создание условий (социально-экономических, психолого-педагогических, методических, организационных и др.), обеспечивающих эффективное функционирование специального курса, оформлялся текст диссертации, и велась его предварительная экспертиза.

Научная новизна исследования состоит в том, что в диссертации на основе тесной связи теории с практикой:

• обоснована концепция интеграции информационных технологий и фундаментальных знаний реализованная в виде спецкурса;

• спроектировано содержание спецкурса и технология его реализации, позволяющие использовать современные достижения информационных технологий и фундаментальных закономерностей при проведении инженерных расчётов, способствующих формированию новых интегративных компетенций у будущих военных инженеров строителей;

• предложены способы обобщения формируемых знаний у курсантов по естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам с учётом новейших достижений науки и современных информационных технологий в строительстве, что создаёт условия для изучения специальных дисциплин на высоком теоретическом уровне;

• апробирована методика повышения продуктивности рабочих мест ПЭВМ для курсантов с разным уровнем подготовки и их совместной учебной деятельности на ПЭВМ.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

• спроектирована теоретическая модель создания спецкурса, обоснованы дидактические и воспитательные подходы, повышающие уровень использования инновационных методов в подготовке военных специалистов;

• на теоретическом уровне решена задача интеграции курсов естественнонаучных, общепрофессиональных дисциплин и информационных технологий в структуре профессионального образования, направленная на развитие и закрепление у курсантов профессионально значимых личностных качеств и новых компетенций, что вносит реальный вклад в разработку методологии повышения качества профессиональной подготовки будущих инженеров.

Практическая значимость исследования. Содержащиеся в диссертации теоретические положения и практические рекомендации представляют собой основу для формирования образовательного процесса в профессиональном образовании курсантов военных технических вузов, а прошедшая опытно-экспериментальную проверку учебная программа, опубликованные материалы, методические рекомендации используются в практике вузовского обучения будущих военных и гражданских инженеров инженерно-строительных специальностей.

Результаты исследования внедрены в практику работы Тольяттин-ского военного технического института, Тольяттинского государственного университета, Казанского высшего артиллерийского командного училища, что служит повышению качества подготовки будущих военных и гражданских инженеров в профессиональной деятельности.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались адекватностью исходных методологических позиций исследования, опорой на философские основания, психолого-педагогические позиции, историческим подходом, критическим анализом существующего содержания спецкурсов в военных технических вузахмноголетней организационной и научной деятельностью соискателя в качестве преподавателя Военного технического института (г. Тольятти), организатора опытно-экспериментальной работырепрезентативностью 10% выборочной совокупности количественного состава будущих инженеров, участвующих в проведении опытно-экспериментальной работыреализацией поставленных в исследовании задачвозможностью экстраполяции полученных в опытно-экспериментальной работе результатов в другие высшие военные и гражданские технические учебные заведения Россиисопоставлением полученных данных с массовой практикой.

На защиту выносятся:

1. Концепция интеграции информационных технологий и фундаментальных знаний по естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам, обеспечивающая повышение качества подготовки военных специалистов путём формирования у них новых интегративных профессиональных компетенций.

2. Содержание интегративного спецкурса, призванного активно использовать современные достижения информационных технологий и законов фундаментальных наук при проведении инженерных расчётов на начальном этапе профессиональной подготовки военных инженеров-строителей.

3. Технология реализации спецкурса через обоснованную CAD/CAE систему и организацию рабочих мест ПЭВМ, повышающую эффективность обучения.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты исследования докладывались на научно-практических конференциях Тольяттинского государственного университета (г. Тольятти, 20 032 004гг) — на учебно-методических конференциях Тольяттинского военного технического института (г. Тольятти, 2003;2006) — на международной научно-практической конференции «Строительство» (г. Ростов, 2004 г.) — на V Всероссийской научно-методической конференции «Теория и методика непрерывного образования «(Тольятти, 2003 г.), на II Международной научно-практической конференции «Дни науки — 2006» (Белгород-Днепропетровск, 2006 г.), на Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития высшего образования» (2−6 октября 2006 г.) — г. Сочи.

Результаты проведенного исследования докладывались на заседаниях кафедры строительных конструкций и механики твёрдого тела Тольяттинского военного технического института, заседаниях кафедры материаловедения и механики материалов Тольяттинского государственного университета, где получили положительную оценку.

Структура и основное содержание диссертации. Выполненная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

Выводы по второй главе.

1. Сформирована и экспериментально подтверждена модель содержания ИСК «ИТС»:

— реализованы теоретико-методологические подходы в разработке ИСК «ИТС» с учётом ресурсных потребностей для эффективного внедрения спецкурса, межпредметных связей и возможных барьеров к расширению использования технологий;

— проведён анализ существующих программ, на основании которого выбрана наиболее оптимальная, для успешного внедрения в учебный процесс в военных инженерно технических вузах, CAD/CAE система для процесса компьютерного проектирования, расчёта и анализа;

— исследована деятельность по повышению эффективности практических занятий и разработана методика наибольшей продуктивности рабочих мест ПЭВМ для активизации учебной деятельности обучаемых, включения элементов исследования и привития навыков анализа результатов.

2. Разработана содержательная основа подготовки курсантов к инженерной деятельности на базе образовательного учреждения и технологическое обеспечение этой подготовки.

3.На основе изучения межпредметных связей, теоретических и практических предпосылок определено место в учебном процессе вуза ИСК «ИТС».

4. Разработана программа курса, тематический план и учебно-методический комплекс обеспечения курса.

5. Проведены педагогические эксперименты, которые позволили нам:

— проанализировать качество модели содержания ИСК «ИТС», учитывая формирование системы знаний, усиление педагогической профессиональной мотивации курсантов, подготовку курсантов к практико-ориентиро-ванной профессиональной деятельности, развитие профессионально значимых инженерных качеств;

— выявить существенные недостатки первоначальной модели, такие как, отсутствие педагогической мотивации курсантов к исследовательской работе. В модель были внесены коррективы, в частности, в технологическое обеспечение курса была включена специальная методика наибольшей продуктивности рабочих мест ПЭВМ, содержащая количественный состав учебных подгрупп и принцип их формирования, элементы методики, способствующие исследовательской направленности занятий и привития навыков анализа полученных результатов;

— выявить адекватные критерии оценки результатов каждого аспекта эксперимента, обработка которых позволила сделать вывод об эффективности предлагаемого курса.

Заключение

.

Основным итогом исследования можно считать:

— постановку и решение актуальных на современном этапе развития образования теоретических и практических проблем совершенствования системы обучения путём интеграции информационных технологий и фундаментализации содержания обучения в отношении специальных расчётных дисциплин;

— оперативное внедрение современных информационных технологий через систему спецкурса для курсантов инженерно-строительных факультетов военных технических вузов, что в сложных современных социально-экономических условиях является существенным достижением педагогической науки.

Сформулированы следующие выводы по проделанной исследовательской работе:

1. Обоснована теоретическая концепция интеграции информационных технологий и фундаментальных знаний получившая отражение в виде спецкурса.

2. Спроектировано содержание спецкурса и технология его реализации, позволяющие:

— использовать современные достижения информационных технологий и фундаментальных закономерностей при проведении инженерных расчётов;

— способствовать формированию интегративных компетенций у будущих военных инженеров строителей.

3. Предложены способы обобщения формируемых знаний у курсантов по естественнонаучным и общепрофесиональным дисциплинам с учётом новейших достижений науки и современных информационных технологий в строительстве, что создаёт интеллектуальный потенциал для изучения специальных дисциплин.

4. Разработана методика организации наибольшей продуктивности рабочих мест ПЭВМ, что позволило сформировать различные варианты дифференцирования содержания заданий для курсантов с разным уровнем подготовки и организовать их продуктивную совместную деятельность на рабочих местах ПЭВМ.

5. Основным способом проектирования ИСК «ИТС» является метод моделирования, позволяющий сравнивать модель с получаемыми результатами и по результатам анализа осуществлять корректировку, а, следовательно, совершенствование структуры и содержания дисциплин, прогнозировать результаты обучения и обеспечивать опережающий уровень образования будущих военных инженеров-строителей.

6. Разработана учебная программа спецкурса, тематический план, учебно-методические пособия, его материальное и методическое обеспечение.

7. Проведенный педагогический эксперимент подтвердил правильность выдвинутой гипотезы и теоретических положений интеграции информационных и фундаментальных знаний в обучении курсантов инженерно-строительных факультетов военных технических вузов.

Предметом дальнейших исследований по данной проблеме является изучение эффективности разработанного спецкурса на продвижение выпускников по службе в производственной деятельности.